INTRODUCCIÓN
La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con
la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad
de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción
electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. La electricidad es una forma
de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo:
transporte, climatización, iluminación y computación.
La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y
propiedades físicas: carga eléctrica, corriente eléctrica, campo eléctrico,
potencial eléctrico y magnetismo, ya que la corriente eléctrica produce
campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo
generan corriente eléctrica.
Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en
inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y
el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna
más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal, puesto que se
consigue una transmisión más eficiente de la energía.
A continuación en el presente trabajo se hace un pequeño estudio
acerca de algunos elementos de la electricidad, enfocados en lo que se
conoce como Corriente Alterna.
MAQUINA AC ELEMENTAL
Las máquinas de AC son generadores que convierten la energía
mecánica en eléctrica y motores que convierten energía eléctrica en energía
mecánica.
El bobinado inducido está formado por una bobina única de N espiras,
que abarca 180º eléctricos, o sea, un paso polar completo. La densidad de
flujo B creada por el devanado inductor del rotor se puede suponer con una
distribución sinusoidal a lo largo de la superficie del estator. El rotor gira a la
velocidad angular uniforme de ω rad eléctricos/seg. Cuando los polos del
rotor están alineados con el eje magnético de la bobina del estator, el flujo
enlazado con ésta es Nφ, siendo φ el flujo por polo en el entrehierro. Para la
distribución de B supuesta, se tiene: B( ) θ = Bmáx cos θ
Donde Bmáx es el valor máximo de B (en el centro del polo del rotor) y
θ es el ángulo en radianes eléctricos medido desde el eje magnético del
rotor. El flujo φ por polo en el entrehierro se puede determinar como:
En que l es la longitud axial del rotor y r su radio en el entrehierro.
Flujos en una máquina elemental de Corriente Alterna de 2 Polos
En una máquina de P polos, el área correspondiente a cada polo es
2/P veces la que tendría una máquina de dos polos de igual longitud y
diámetro; luego, el flujo φ es de la forma:
Al girar el rotor, el flujo enlazado varía con el coseno del ángulo α. Si
el rotor gira a la velocidad angular ω, α=ωt y el flujo enlazado por la bobina
del estator λ es: λ = N φ cos ωt
Donde t=0 cuando la máxima densidad de flujo coincide con el eje
magnético de la bobina del estator.
Todos estos devanados elementales son concentrados y abarcan un
paso polar, ya que los dos lados de cualquier bobina están separados 180º
eléctricos y todas sus espiras están concentradas en un par de ranuras. En
la práctica, las bobinas del inducido correspondiente a cada fase se
distribuyen en un cierto número de ranuras, con el fin de aprovechar mejor el
material del núcleo y de los conductores y además mejorar la forma de onda.
En ese caso, las tensiones inducidas en cada una de las bobinas que forman
un grupo de fase, quedan algo desfasadas entre sí, por lo que al conectarlas
en serie, su suma vectorial es menor que la suma aritmética, siendo
necesario introducir un factor de reducción Kω, el que en general, para
bobinados trifásicos, se acota entre 0,85 y 0,95. Así entonces, para
devanados distribuidos, de Nf espiras en serie por fase, la expresión (5.11)
queda:
Eef = 4,44 f Kω Nf φ
Ángulo
La diferencia en el tiempo que existe entre la onda de tensión y la
onda de corriente es el ángulo de desfase f que existe entre la tensión y la
corriente. Este ángulo es una característica del tipo de componente
conectado a un circuito eléctrico alimentado con corriente alterna.
f > -90° componentes inductivos — resistivos, f = -90° inductancia
f = 0° Componentes resistivos puros.
f £ 90° Componente capacitivo — resistivo, f = +90° condensador
Nos interesan los componentes más comunes, en este caso
resistencias puras, como es el caso de un horno o una calefactor, donde el
ángulo f = 0. El caso de los motores, que son una combinación de resistencia
e inductancia (bobina), el ángulo f > -90°, como —65° Y finalmente, los
condensadores usados en los sistemas de compensación de energía
reactiva cuyo f = 90°.
Angulo mecánico
La importancia del ángulo mecánico o ángulo de carga o ángulo de
par, en la máquina sincrónica o síncrona, ya se trate de un generador o un
motor, radica en que dicho ángulo es el que define los límites de estabilidad
de la máquina.
Cuando se coloca carga o se quita carga de manera súbita a una
máquina síncrona, se producen un evento llamado transitorio o transiente
que dependiendo de las características eléctricas propias de cada máquina
puede soportar dicho cambio o por el contrario no absolverlo y perder su
condición de sincronismo. En la práctica, cuando esto sucede actúan
protecciones que si no pueden restablecer las condiciones de operación
causa el “shut-down” o apagado seguro de la máquina.
DEVANADO DE FACTORES KP, KD
Devanado es un arrollamiento de conductores circulares o planos
alrededor de un núcleo de hierro con el fin de producir un campo magnético
al hacer pasar por este devanado una corriente eléctrica o viceversa producir
una corriente eléctrica al mover un imán dentro de este devanado. En un
devanado se combinan dos fenómenos un campo magnético y un campo
eléctrico.
Factor de Paso (Kp).
Es la relación de la fem (Fuerza Electromotriz) en una bobina de paso
fraccionario y la fem en la misma bobina de paso completo. Se utilizan
devanados de paso fraccionario cuando es necesario eliminar armónicas en
la onda voltaje de orden mayor a tres y sus múltiplos.
Factor de Distribución (Kd)
Es la relación de la fem inducida en un devanado distribuido y la fem
en el mismo devanado pero concentrado. Devanado concentrado bajo una
distribución de densidad de flujo senoidal.
TENSION INDUCIDA
se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su
interior la unidad de carga negativa del polo negativo al positivo, dividido por
el valor en Culombios de dicha carga, esto es: Julios/Culombio. Normalmente
se mide en voltios (V) que equivale a julios por culombio (J/C), pero estas
son unidades derivadas del sistema internacional. En el sistema internacional
sus unidades básicas son metro cuadrado por kilogramo partido por segundo
al cubo por amperio: m2·kg·s-3·A-1
Es la corriente que se crea en un circuito cerrado a partir de una
fuerza electromotriz inducida, que a su vez está generada por la variación del
flujo magnético en el circuito. La autoinducción la podemos observar cuando
apagamos la luz y salta una chispa. Esta chispa es fruto de la corriente
inducida por la variación del campo magnético que estaba creando el circuito
hasta que lo apagaste.
REACCIÓN DEL INDUCIDO
La reacción de inducido se produce para neutralizar el campo de
reacción que sobre los polos auxiliares ejerce el campo magnético inductor.
Estos polos auxiliares disponen de devanados en serie con los devanados
del circuito inductor, lo que produce una fuerza electromotriz inducida sobre
los polos auxiliares. Esta neutralización de campos magnéticos de reacción
se realiza mediante al desplazamiento de la línea neutra de la máquina un
ángulo a. Para cuantificar el efecto de esta reacción de inducido tenemos las
siguientes expresiones:
La ecuación básica de la máquina de continua si reacción de inducido
es:
Si consideramos la reacción de inducido tendremos:
Siendo E´ la fuerza electromotriz inducida teniendo en cuenta la
reacción de inducido, y ?Ve la caída de tensión en las escobillas de la
máquina (aproximadamente 2 voltios por pareja de escobillas, o por pareja
de polos).
Cuando el dinamo esta en carga el flujo del inductor se distorsiona
debido al flujo magnético creado por la corriente del inducido, el cual es
perpendicular al flujo magnético principal creado por los polos inductores, el
flujo principal se reduce en los cuernos de entrada peor se reduce en los
cuernos de salida, en realidad el flujo principal disminuye pues la distorsión
del mismo aumenta su recorrido, es decir su reluctancia magnética, se crea
saturación de los cuernos polares y además aumentan las fugas magnéticas
a este fenómeno se lo conoce con el nombre de reacción magnética del
inducido.
CAMPOS GIRATORIOS
Es un campo magnético cuyo modulo es constante y su eje gira en el
espacio. Rota a una velocidad uniforme (idealmente) y es generado a partir
de una corriente eléctrica alterna trifásica. Fue descubierto por Galileo
Ferraris en 1885, y es el fenómeno sobre el que se fundamenta el motor de
corriente alterna.
CONCLUSIÓN
La corriente alterna es aquella en que la que la intensidad cambia de
dirección periódicamente en un conductor, como consecuencia del cambio
periódico de polaridad de la tensión aplicada en los extremos de dicho
conductor.
Industrialmente se produce corriente alterna casi en su totalidad por
generadores rotativos electromecánicos movidos por motores térmicos,
hidráulicos, eólicos etc. Para pequeñas potencias se usan también
convertidores electrónicos cc/ca (onduladores) que entregan formas de onda
más o menos senoidales (desde trapeciales a casi senoidal pura) partiendo
de corriente continua (acumuladores). Los generadores electromecánicos se
basan en la producción de tensión por inducción, cuando un conductor se
mueve en un campo magnético.
El inducido es la parte de la máquina rotativa donde se produce la
transformación de energía mecánica en eléctrica mediante inducción
electromágnética. En los alternadores, el inducido es la parte fija de la
máquina, y está formado por un cilindro hueco de chapas apiladas de acero
al silicio con las ranuras en la parte interior, donde se alojan las bobinas. En
estas se induce la fuerza electromotriz cuando el inductor gira en el interior
del inducido. Las bobinas del inducido se conectan a unas bornas que están
en el exterior de la carcasa de la máquina con el fin de conectarlas al circuito
exterior al que entregan la corriente inducida.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Conversion/07CONVERSION5.pdf
http://clubensayos.com/Temas-Variados/Maquinas-Rotativas/483820.html
https://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20060628063006AA5VrZg
http://www.monografias.com/trabajos91/reaccion-induccion-y-conmutacion/
reaccion-induccion-y-conmutacion.shtml#reaccionda
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN . . . . . . . . .1
MAQUINA AC ELEMENTAL . . . . . . .2
DEVANADO DE FACTORES KP, KD . . . . . .4
TENSIÓN INDUCIDA . . . . . . . .5
REACCIÓN DEL INDUCIDO . . . . . . .5
CAMPOS GIRATORIOS . . . . . . . .6
CONCLUSIÓN . . . . . . . . .7
BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . .8
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PP PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR
MISION SUCRE
ALDEA UNIVERSITARIA: “FRANCISCO DE MIRANDA”
Facilitador: Participantes:
Portalino Pérez Walter Navas
Luís Utrera
Yohana Landaeta
San Fernando, Abril de 2014