MAQUINAS ELECTRICAS (Bruno Bianchi) CAPITULO 1,2,3,5,6,8 Y 9

7/26/2019 MAQUINAS ELECTRICAS (Bruno Bianchi) CAPITULO 1,2,3,5,6,8 Y 9

1/144

CAP I

AUTOR: ING. LUIS ORLANDO PEREZPEREZ

MAQUINAS ELECTRICASROTATIVAS

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTODE LA MQUINA DE CORRIENTE

CONTINUA


2/144

I. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE

UNA MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA1.1 Principio de funcionamiento

La maquina de corriente continua se utiliza paragenerar una tensin constante cuando funciona

como generador y para producir par mecnico(torque) cuando funciona como motor.

El principio de funcionamiento como generador sebasa en la ley general de la induccionelectromagnetica. La maquina tiene basicamente

dos arrollamientos, uno ubicado en el estator cuyafuncion es crear un campo magnetico por lo que sele denomina inductor. El otro arrolamiento estubicado en en el rotor y se denomina inducido oarmadura.


3/144

1.2. Campo magntico producido por el estator

Generalmente el estator est formado por un numero par de polossalientes. El campo magntico es producido por la corriente continua deexcitacin que recorre las bobinas de campo de los polos. Siendo elentrehierro de la maquina constante, la distribucin espacial de ladensidad de flujo Be en el entrehierro es prcticamente uniforme salvoen los espacios interpolares donde decrece ostensiblemente.

Figura 1-1tuveras.com/maquinascc/dinamo/excitaciondinamo


4/144

1.3. Determinacion de la f.e.m. generada

Cuando el rotor del generador gira con una velocidadw, en cada uno de los conductores se genera una

fem que puede determinarse con la expresin :Ec=Be.L.V

L: longitud activa del conductor = longitud util delrotor

V=w.r

Finalmente se obtiene la sgte expresion:


5/144

1.4. Funcin del conmutador

La forma como funciona el conmutador puedeentenderse observando la figura 1-1. por tratarse deun generador elemental el conmutador es muysimple y consta solamente de dos segmentos de cobrea los que se conectan los terminales de la espiraformada por los 2 conductores. Estos segmentos

giran con el rotor .Cuando un conductor pasa de una posicin A frente aun polo a otra posicin B frente al otro polo, cambiala polaridad y por lo tanto debe tambin invertirse

simultneamente su conexin a las escobillas. Estolo realiza el conmutador cada vez que pasa por elplano neutro LL que separa los polos N y S.


6/144

1.5 campo magntico producido por el rotor-reaccin de armadura

El rotor lleva un arrollamiento del tipodistribuido tal como puede apreciarse en lafigura 1-2. los conductores estn alojados en las

ranuras que existen en el rotor y por razonesconstructivas en cada ranura se ubican dosconductores que en realidad como veremos alestudiar los arrollamientos, son lados de bobinasy por consiguiente estn compuestos por Zcconductores.

Cuando la maquina funciona bajo carga losconductores son recorridos por una corriente Ic

cuya direccin est indicada en la figura 1-2.


7/144

Figura 1-2

Motor de corriente continua de 2 bobinas y 4 polos en elrotor.


8/144

1.6. Conmutacin e interpolosCuando los conductores son recorridos por la corriente Ic entonces alconmutarse la direccion de la corriente. La inversion se realiza en elbrevisimo instante tc de la conmutacion durante el cual la espira aa est en

cortocircuito.Para que la conmutacion sea buena, la inversion debe efectuarse en formalineal, la espira tiene cierta inductancia propia que con su propia resistenciay la de las escobillas forma un circuito serie R-L en el que se verifica lainversion de la corriente Ic.

La precensia de la inductancia L trae consigo la formacin de una tensinautoinducida en la espira. esta tension de acuerdo a la ley de Lens trata de

mantener la corriente en la direccion previa a la conmutacion.

Figura 1-3


9/144

1.7 Arrollamiento de compensacin

Para evitar la desmagnetizacion de los polos y la distorsin dela onda de flujo en el entrehierro a consecuencia de la

reaccin de armadura, se emplea los arrollamientos decompensacin. Estos van colocados dentro de las caraspolares tal como puede verse en la figura 1-4.

Figura 1-4Devanado de compensacion


10/144

1.8 Torque electromagnetico

Cuando los conductores de la armadura sonrecorridos por la corriente Ic, se produce en ellos una

fuerza electromagnetica Fem que produce un par otorque electromagnetico Tem tal como se vee en lafigura 1-5.

Figura 1-5Torque en un motor de c.c. elemental


11/144

Cuando la maquina funciona como motor este par hacegirar el rotor en la direccin del torque. El conmutador alinvertir la conexin de los conductores aa a las escobillascada vez que pasan por el plano neutro, asegura que lacorriente Ic tenga siempre la direccin adecuada y evite

la inversin del par.Cuando la maquina funciona como generador elmovimiento se produce en la direccin contraria al torquemediante una par exterior producido por la maquina que

acciona el generador. El torque electromagntico en estecaso un torque que se resiste al movimiento.

El par electromagntico se produce por la tendencia aalinearse de los dos campos. Si no existiera el conmutadorlos campos se alinearan y el par desaparecera.


12/144

CAP IIASPECTOS FSICOS YCONSTRUCTIVOS DE LA MAQUINADE CORRIENTE CONTINUA


13/144

II. ASPECTOS FSICOS Y CONSTRUCTIVOS DELA MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA

1. Generalidades

Las principales partes que conforman la maquina decorriente continua son las siguientes:

a) El estator que incluye:

1. los polos 2. las bobinas de campo

3. los interpolos

4. los arrollamientos de compensacion

5. las escobillas y los portaescobillasb) El rotor que incluye:

1. el nucleo de la armadura

2. el conmutador

3. el arrollamiento de armadura


14/144

Figura 2-1 : Partes de la maquina de corritente continua


15/144

2. Los polos

Estn hechos de acero silicio laminado.

3. Bobinas de campo

Las bobinas de campo estas arrolladas sobre los polos tal como sepuede ver en la figura 2-2.

a) Bobinas Shunt, compuestas de muchas espiras de alambredelgado

b)

Bobinas serie, compuestas de pocas espiras de alambre grueso.

Figura 2-2: bobina decampo y nucleolaminado.


16/144


17/144

6. El yugo del estator

El yugo del estator es necesario para cerrar el circuitomagntico de la mquina. Normalmente est hecho de acero ode hierro fundido.

7. Las escobillas y los portaescobillas

Toda maquina requiere de por lo menos dos escobillas, estanhechas de carbon o de cobre-grafito y van alojados en losportaescobillas que estan sujetos a un anillo que va atornilladoal yugo tal como puede verse en la figura 2-4.

Un resorte presiona firmemente las escobillas sobre elconmutador para obtener un buen contactoelectrico.

figura 2-4:escobillas y

portaescobillas


18/144

8. El ncleo de la armadura

Est constituido por laminas de acero silicio deseccin circular. La circunferencia es ranurada para

que puedan alojarse los conductores delarrollamiento de armadura.

Las laminas tienen hueco circular en el centro parael eje tal como puede verse en la figura 2-5:

Figura 2-5: nucleo dearmadura


19/144

9. Conmutador

El conmutador est hecho por un gran numero desegmentos de cobre o delgas, aislados entre si, que

tienen la forma indicada en la figura 2-6.

figura 2-6: instalacion de un conmutador electrico


20/144

10. Los arrollamientos de armadura

10.1 Tipos de arrollamiento

Existen dos tipos de arrollamiento de armadura:

El imbricado

El ondulado

Estos arrollamientos pueden ser simples (simplex) o mltiples(dplex, triplex, etc.) estos ltimos son poco usados porpresentar problemas en la conmutacin por lo que nos

limitaremos a utilizar solamente los simples.

10.2 Paso de la bobina

Un arrollamiento est conformado por bobinas que tienen pasode 180 elctricos.

10.3 Paso del conmutador

Los terminales de la bobina van conectados al conmutador si elarrollamiento es imbricado a dos segmentos consecutivos,mientras que si el arrollamiento es ondulado van conectados a

dos segmentos situados aproximadamente a 360 elctricos.


21/144

Arrollamiento imbricado simplex:

Arrollamiento ondulado simplex:

Al efectuar el calculo en la ecuacin de arrollamiento ondulado simplexel resultado debe ser un numero entero.

10.4 Construccion de un arrollamiento imbricado simplex

En la figura puede verse un arrollamiento mbricado simplex para una

maquina bipolar. Podemos ver que todas las bobinas estan conectadas enserie tal como se ha indicado en la figura, una ves ubicadas las escobillasse forman dos circuitos en paralelo tal como se indica en la figura2-7.Las escobillas se ubican de tal manera que las bobinas que estn en elplano neutro sean puestas momentaneamente en cortocircuito.

Podemos entonces deducir una caracteristica importante de losarrollameintos imbricados: el numero a de circuitos paralelo es igual alnumero de polos.

Esto es muy importante cuando se trata de una maquina de granpotencia cuyo amperaje es superior a los 600 A, ya que por problemas deconmutacion el maximo amperaje por circuito debe limitarse a 300 A.


22/144

Figura 2-7


23/144

10.5 construccion de un arrollamiento ondulado simplex

Toda las bobinas resultan conectadas en serie formando un bucle talcomo est mostrandose en la figura 2-8. al colocar las escobillas elbucle queda dividido en dos circuitos paralelos. Esto verifica quecualquiera que ser el numero de polos de la maquina, por lo que coneste arrollamiento se tiene siempre a=2.Cada circuito est compuesto por bobinas que estan frente a todos lospolos de la maquina por lo que cualquier desigualdad en la densidadde flujo producida por alguno de los polos se refleja en ambos circuitosy entonces las tensiones generadas resultan siempre iguales por lo que

no existe aqu el problema de la corriente circulatoria y no se requierede ecualizadores.

figura 2-8:arrollamientoondulatorio oDevanados de doscircuitos
http://www.monografias.com/trabajos10/infoba/infoba.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/infoba/infoba.shtml


24/144

CAP III

EL GENERADOR DECORRIENTE CONTINUA EN

RGIMEN ESTABLE


25/144

III. EL GENERADOR DE CORRIENTECONTINUA EN RGIMEN ESTABLE

1. Circuito equivalente del generador

En la figura 3-1 puede verse el circuito equivalente deun generador de c.c. en rgimen estable.

Figura 3-1: generador de cc o dnamo.


26/144


27/144

3. Tipos de generadores

De acuerdo con la forma como se conectan las bobinas decampo del generador se presentan tipos de generadores.

3.1 Con excitacin independiente

La bobina de campo es alimentada desde una fuente detension exterior denominada excitatriz.

Figura 3.2


28/144

3.2 Con exitacion propia.

Es la mas utilizada. Se puede presentar tres casos:

3.2.1 con exitacion shunt o paralelo

La bobina de campo es alimentado en paralelo por elmismo generador tal como puede verse en la figura 3-3

Figura 3-3


29/144

3.2.2 con excitacin serie.

La bobina de campo se conectada en serie con elgenerador y por consiguiente es recorrido por la

corriente de armadura tal como puede verse en lafigura 3-4 y cumple que: Ia=Ie

Figura 3-4


30/144

3.2.3 Con exitacion compuesta

El generador tiene bobinas de campo serie y shunt que seconectan en serie y en paralelo con el generador tal como seindica en la figura 3-5. existen dos variantes; la conexin largay la conexin corta.

Figura 3-5

Por razones constructivas es mas empleada la conexin largaque en la practica no difiere mayormente de la conexin corta.


31/144


32/144

43F i d lt i d h t


33/144

4.3 Formacion de la tension en un generador shunt

El generador shunt alimenta el circuito de campo con su propiatension Vt. Por consiguiente:

Cuando el generador comienza a girar se produce inmediatamente unapequea tension Er debido al magnetismo remanente que posee elgenerador. Esta tension produce una pequea corriente de exitacion.

Que incrementa el flujo y hace que la tension aumente a un nuevo

valor E que puede determinarse con la curva de magnetizacion.

Figura 3-7Curva de

determinacion de latension defuncionamiento

44dt i i d lt i bj d


34/144

4.4 determinacin de la tensin bajo carga de ungenerador Shunt

Una aplicacin de la curva de magnetizacin consisteen determinar la tensin Vt de un generador shuntcuando trabaja bajo carga con una corriente dearmadura Ia.

Es decir que la diferencia entre la f.e.m.E. y la tensinen bornes Vt es igual a Ra.Ia que puede determinarseya que se conoce la corriente de armadura Ia. la curvade magnetizacin representa el lugar geomtrico de Ey la recta de excitacin es el lugar geomtrico de Vt.

En la deduccin anterior no se a tomado en cuenta elefecto desmagnetizante de la reaccin de armadura.De existir este efecto, la tensin en bornes sufre unareduccin adicional y puede determinarse con la

construccin geomtrica .


35/144


36/144


37/144

IV. EL MOTOR DECORRIENTE CONTINUA EN

REGIMEN ESTABLE


38/144

1.-Circuito equivalente del motor.Es idntico al del generador que reproducimos en la siguiente

figura:


39/144

La diferencia con el generador radica bsicamenteen que la corriente de armadura ha invertido sudireccin. De esta manera la maquina absorbeenerga de la red y se comporta como motor.

De acuerdo a kirchoff:V t= E R a I a

Ademas:E= K a d

El torque electromagntico producido por el motorser:

TEM=KadIa


40/144

En el circuito de excitacin tenemos:Ve= Re I eReeempalzamos E en la ecuacin de kirchoff Vt= K adDespejando obtenemos la ecuacin de lavelocidad del motor:


41/144


42/144

b) El motor Serie:Este Motor vara mucho su velocidad con la carga

y tiende a asumir velocidades muy altas en vaco.En cambio tiene muy alto par de arranque ysoporta mejor las sobrecargas.

Se emplea para accionar cargas pesadas tales

como tranvas, gras, montacargas, ascensores, etc.


43/144

c) El motor Compound:


44/144


45/144


46/144

El motor shunt es el

que tienela velocidad msconstante,mientras que elmotor serietiene en vaco unavelocidad

muy alta que debelimitarsemanteniendo siempreunacarga de seguridaden su eje.


47/144


48/144

CORRIENTE Y PAR DE ARRANQUE

En el momento del arranque=0, luegoE=K ad, al no haber movimiento ,por lo tanto lacorriente que absorbe el motor es:


49/144

Como la resistencia de armadura es pequea,la corriente de arranque resulta ser muy alta ypuede llegar a ser diez veces mayor que la

corriente nominal del motor.Esto perjudica no solamente al motor sinotambin a la red en la que puede ocasionaroscilaciones de tensin, por lo que en motores

de cierta potencia debe limitarse la corrientede arranque mediante un restato de arranqueconectado en serie con el motor.

El l dl ttd d


50/144

El valor del restato de arranque se escoge demanera que la corriente de arranque no supere

2IN.

Una vez que la mquina adquiere cierta velocidady por consiguiente se produce laf.e.m.se eliminael restato de arranque.


51/144

METODOS DE CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA.La velocidad de los motores de c.c. puede variarseentre amplios mrgenes por mtodosrelativamente simples. En esto reside justamentesu mayor ventaja sobre los motores de corriente

alterna.


52/144


53/144

CONTROL DE VELOCIDAD PORREOSTATO DE CAMPO

El restato de campo permite variar la corriente deexcitacin del motor shunt y el motor compound.Es importante observar que la velocidad aumentaal reducirse la corriente de excitacin, por lo que

la velocidad mnima de base se obtiene con Re=0Al aumentarse la resistencia de campo, aumentatambin la velocidad. Al mismo tiempo se produceel par motor (Ta = KadIa) mientras que la

Potencia se mantiene constante (P = VtIa=Ta).Por lo tanto este mtodo se denomina de Potenciaconstante y puede emplearse cuando la carga tieneesa caracterstica.


54/144


55/144

INVERSIN DEL SENTIDO DE ROTACIN DE LOS MOTORESDE C.C.

Puede realizarse de dos maneras diferentes:a) Invirtiendo la corriente de excitacin


56/144


57/144


58/144

DISPOSITIVOS MANUALES Y AUTOMATICOS PARA ELARRANQUE DE MOTORES DE C.C.ARRANCADORES MANUALES

Los motores pequeos de hasta 1HP se conectangeneralmente directamente a la red,mediante uninterruptor y se protegen con fusibles .

Los motores grandes en cambio requieren encambio de una resistencia de arranque,pues de lo

contrario la corriente de arranque seriademasiado elevada.


59/144

CONTROLADORES

Los motores de c.c.estan equipados tambin conresistenciaspara variar su velocidad.Losdispositivos correspondientes estn generalmentecombinados con las resistencias de arranque y el

conjunto y el conjunto forma el asi llamadocontrolador.


60/144


61/144

Para el arranque de los motores existenbsicamente tres circuitos que se fundan en los

siguientes mtodos:Aceleracin por limite de tiempoAceleracin por limite de velocidad o f.e.m.Aceleracin por limitede corriente de armadura

ARRANQUEAUTOMATICOE


62/144

ARRANQUE AUTOMATICO EINVERSIN DEL SENTIDO DEROTACIN DEL MOTOR

Puede realizarse de dos maneras diferentes:a) Invirtiendo la corriente de excitacin


63/144

b) Invirtiendo la corriente de armadura.


64/144

CONTROL ELECTRONICO DE MOTORES DECORRIENTE CONTINUA

Con los rectificadores controlados de silicio(SCR),se pueden controlar motores de hasta 40HP a

220v .Para mayores potencias hay que emplearignitrones.

Los circuitos que se han desarrollado controlan lavelocidad por el mtodos de control de la tensindearmadura del motor.Para eso hay que disponerde una fuente de tensin alterna ,monofsica o

trifsica que es rectificada mediante los SCR yaplicada al motor.


65/144

EFECTO DE LA RECTIFICACIONELECTRONICA SOBRE EL COMPORTAMINETODE LOS MOTORES DE C.C.

Evidentemente el hecho de alimentar el motor concorriente rectificada afecta desfavorablemente el

funcionamiento del motor por el riple que tienen

la onda rectificada.Esto se aprecia bastante en loscircuitos monofsicos de media onda que tienenmucho riple por lo que su potencia til se reduce

en 70% de su potencia nominal Empleandose

circuitos polifsicos de onda completa,lacomponente de corriente alterna es mucho menor yla potencia til es de aproximadamente el 90% dela potencia nominal del motor .


66/144

CAP. VEFICIENCIA Y PERDIDAS ENLAS MAQUINAS DE

CORRIENTE CONTINUA


67/144


68/144

PERDIDAS1.-Prdidas en elcobrede los devanados (rotor

y estator):Las prdidas en el cobre de una mquinason las prdidas por calentamiento debido a laresistenciade los conductores del rotor y del estator:

P=I2R.2.-Prdidas en el ncleo: Las prdidas del ncleo sedeben a la histresis y a las corrientes parsitas. Confrecuencia a estas prdidas se les conoce como prdidasde vaco o prdidas rotacionales de una mquina. Envaco, toda la potencia que entra a la mquina seconvierte en estas prdidas.
http://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml


69/144

3.-Prdidas mecnicas: Las prdidas mecnicas sedeben a la friccin de los rodamientos y con elaire.

4.-Prdidas adicionales: Las prdidas adicionalesson todas aquellas prdidas que no se pueden clasificaren ninguna de las categoras descritas arriba. Porconvencin, se asume que son iguales al 1% de salida

de la mquina.Laeficienciade una mquina es una relacin entre su

potencia til de salida y su potencia total de entrada:n= (Psal/Pent)100
http://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtml


70/144


71/144


72/144

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA MAQUINA SINCRONA

1.GENERALIDADES:

Es una maquina importante ya que se utiliza en los sistemas elctricos depotencia como generador trifsico de tensin.Los alternadores.

Bsicamente esta constituido de un estator y un rotor bipolar o multicolor.En la figura se puede mostrar una maquina sncrona monofsica elementalbipolar.El inductor produce un campo magntico que en el entrehierro tiene unadistribucin especial de la densidad de flujo prcticamente sinusoidal.Cuando circula corriente por la armadura se produce otro campo magnticode reaccin de armadura que en la maquina trifsica tiene la caractersticade girar en la misma direccin y a la misma velocidad del rotor.

1.CAMPO MAGNETICO1.CAMPO MAGNETICO


73/144

2.1 CAMPO DEL ROTOR .-el rotor cualquiera que sea su tipo, produceuna distribucin espacial de Be en el entrehierro de forma sinusoidal, talcomo puede verse en la figura:

DEL ROTOR Y ESTATORDEL ROTOR Y ESTATOR


74/144

2.2 CAMPO PRODUCIDO POR EL INDUCIDO O ARMADURA.- Normalmente elinducido es trifsico y consta de tres arrollamientos ubicados a 120 elctricos paraque las tensiones inducidas tengan tal desfasaje entre ellas.


75/144


76/144


77/144

Motorsncronobipolar de imnpermanente.La razn por la que se llama

motor sncrono es que el imn del centrogirar a una velocidad constante sncrona(girando exactamente como el ciclo) con la

rotacin del campo magntico.

La velocidad de un generador (o motor) queest directamente conectado a una red

trifsica es constante y est impuesta por lafrecuencia de la red.

Sin embargo, si dobla el nmero deelectroimanes que hay en el estator, puedeasegurar que el campo magntico girar a la

mitad de la velocidad.

Motores Sncronos Motores Sncronos


78/144

Los motores de AC que utilizan imanes para producir el campo magntico en el

entrehierro, se denominan Motores de Imn Permanente PMM o PMAC!

Los ms utilizados son"

1.- Sncronos (PMSM):campo magntico giratorio y uniforme


79/144

2.-Motores deImn Permanente Conmutadoso trapezoidales(BLDC_Motors)

#l rotor tiene dos imanes que cubren cada uno

apro$%&'() del permetro del rotor * producen

una densidad de +luo quasi-rectangular en el

gap%

#l estator tiene un bobinado tri+sico, donde los

conductores de cada +ase estn distribuidos

uni+ormemente en porciones de arcos de .()

#l sistema de potencia conectara una +uente

controlada de corriente a los bobinados del

estator, de manera que en cada momentoconectemos / +ases del bobinado% Cada imn

del rotor interactura con / arcos de .() por los

que circule corriente%

El campo del estator es aplicado en pasos discretos


80/144


81/144


82/144


83/144

GENERACINDELFEM


84/144

GENERACIN DEL F.E.M.

1.TENSION EFICAZ Y FRECUENCIA GENERADA.-Hemos visto que produce una distribucin espacial de ladensidad de flujo en el entrehierro de forma sinusoidal .

2.- FACTOR DE PASO Y DE DISTRIBUCION


85/144

Factor de paso.- Con el efecto de eliminar lasarmnicas de orden superior en especial la 5ta se

reduce el paso de arrollamiento de armadurautilizando lo que se denomina el paso fraccionariode menor de 180 elctricos

F d di ib i L bb d d f dl


86/144

Factor de distribucin.- Las bobinas de cada fase delarrollamiento de armadura estn distribuidas en variasranuras, esto trae como consecuencia que las tensionesde inducidas en las bobinas estn desfasadas de unAngulo elctrico que depender del ngulo mecanicoexistente entre dos 2 ranuras consecutivas y la tensionresultante sea inferior.

Motor Paso a Paso (Stepper Motors):


87/144

Bsicamente estos motores estn constituidos normalmente por un rotorsobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un ciertonmero de bobinas excitadoras bobinadas en su estator.

Los motores de pasos pueden ser vistos como motores elctricos sinconmutadores. Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imnpermanente o, en el caso de los motores de paso de reluctancia variable, unapieza dentada hecha de una material magntico. Toda la conmutacin (oexcitacin de las bobinas) deber ser externamente manejado por uncontrolador o driver.

Existen bsicamente 2 tipos de motores de pasos

Motores de reluctancia variable

Motores de imn permanente: motores unipolares, motoresbipolares, y motores mustiases

rotor de un motor de reluctancia variable estator de un motor de 4 bobinas


88/144


89/144

CAPITULO VIILA MAQUINA SINCRONICAEN REGIMEN ESTABLE


90/144


91/144

La suma de las dos nos da la reactancia sincrnica de lamaquina:

Xs =XD +XALa reactancia de dispersintoma en cuenta el flujo de dispersin dela armadura es decir el flujo que no lo logra concatenarse con el rotor.Esta reactancia es generalmente pequea.La reactancia de reaccin de armaduratoma en cuente el flujocorrespondiente al campo giratorio de reaccin de armadura, que comoya hemos visto se combina con el flujo de rotor para dar el flujoresultante en el entrehierro que produce la tension Er llamadatensin de entrehierro, es decir:


92/144


93/144

Cuando el circuito magntico se satura la reluctancia aumenta y se vuelvevariable por lo que la reactancia saturada disminuye de valor as como aumentala saturacin.

Como consecuencia de esto habrn dos reactancias sincrnicas: la no saturada(Xsg) y la saturada (Xs).Circuito equivalente de la mquina de rotor cilndrico:en la prctica serepresenta con la impedancia sincrnica Zsque esta compuesta por la resistenciade armadura, la reactancia de dispersin, y la reactancia de reaccin dearmadura. El circuito es el siguiente ( fig 7-5):

Ecuacin y diagrama fasorial:aplicando Kirchhoff podemos escribir :


94/144

La f.e.m que se obtienen esta adelantada del : ngulo de torque conrespecto a la torsin en los bornes Vtya que la mquina est funcionandocomo generador.Cuando la corriente Ia est adelantada de un ngulo (menor de 90), lamaquina sigue funcionando como generador, y el diagrama fasorial es el de lafigura 7-5b. Como puede verse la f.e.m E sigue en adelante del ngulo

sobre Vt, pero la magnitud de E ha disminuido ya que requiere menosexcitacin para mantener la tensin Vtdebido a que la reaccin de armaduratiene un componente en el eje d aditiva con le flujo o, mientras que en lecaso anterior sustructiva. En el primer caso se dice que la maquina esta sobeexcitada mientras que en la segundo caso se dice que la maquina esta

sobrexcitada.


95/144


96/144

Estapruebapermitetambindeterminarlasperdidasrotacionalesdela


97/144

Esta prueba permite tambin determinar las perdidas rotacionales de lamquina que sern iguales a la potencia absorbida por la maquina cuandohaya sido excitada hasta obtenerse la tensin nominal.

ueba y caracterstica de cortocircuito.-Haciendo girar la maquina a la velocidad nominal con sus terminales encortocircuito y variando la excitacin se mide la corriente de armadura,pudindose trazar una curva de la corriente de armadura no debe superar aldoble de la corriente nominal para no daar al arrollamiento.

Es interesante observar que esta curva en realidad es una lnea recta. Esto sedebe al efecto de la reaccin de armadura que por ser la Xa muy pequeacomparada con la XSacta prcticamente a 180 del campo del rotor; dandolugar a un flujo resultante muy pequeo, tal como puede observar en el

diagrama en la fig. 7-14. Esto trae como consecuencia que la maquina no se

El diagrama fasorial de la maquina en cortocircuito (fig. 7-14) se ha trazado


98/144

daga aasoadea aqu ae cotoccuto(g.7 )se ataadoa partir de la ecuacin fasorial siguiente, que se deduce de la ec. (7-5)haciendo Vt=0

Segn el circuito equivalente de la fig. 7-10a:


99/144


100/144


101/144

6.3. Curvas V de los motores sncronos.La curva V relaciona la corriente de armadura del motor con lacorriente de excitacin para carga en el eje constante. Puede trazarse

una familia de curvas para diferentes cargas en el eje, como puedeverse en la figura 7-19


102/144


103/144

La ec. (7-24) es la llamada ecuacin potencia-angulo de la mquina y nos

indica claramente que la potencia activa depende del ngulo de torque o depotencia .La ec. (7-24) puede graficarse tal como aparece en la fig. 7-21:

Para valores positivos de la maquina funcin como generador y lapotencia es mxima para = 90:


104/144

Para Valores negativos de la maquina funciona como motor.Si comparamos la ec. (7-24) con la ec. (6-35):

Vemos que tienen la misma forma, es decir, ambas dependen de son .Este es lgico, ya que siendo la velocidad constante la potencia ser

proporcional al torque, ya que:W =S. T

8.- LA MAQUINA DE POLOS SALIENTES8.1. Flujo magntico de reaccin de armadura.-La saliencia de los polos modifica notablemente el circuito magntico


105/144

asaecadeospoos od ca otabe eteeccuto agtcode la mquina. Como puede verse en la fig. 7-25 en el eje directo dla permeancia es mucho ms alta que en el eje q.

Esto trae como consecuencia que el flujo Aproducido por la onda

giratoria de f.m.m. de la reaccin de la armadura depende de suposicin relativa con respecto al rotor que segn sabemos varia y es de(90 + ) siendo el ngulo elctrico de desfasaje de la corriente dearmadura con respecto a laf.c.m.E.

Ahora bien, cuando = 90 resultara que la reaccin de armadurat j t t ljdi t tl ldi d l


106/144

actuara justamente en el eje directo, tal como se ve en el diagrama de lafig. 7-26 produciendo ms flujo, mientras que cuan = C la reaccin dearmadura actuara en el eje en cuadratura produciendo un flujo menor

(fig. 7-27)


107/144

9.1. Las prdidas rotacionales.


108/144

p

Estas prdidas incluyen las prdidas mecnicas por friccin y ventilacin ylas prdidas en el hierro por histresis y Foucault preludidas por lavariacin del flujo magntico en el estator.Las prdidas mecnicas se pueden determinar accionando el generador noexcitado con un pequeo motor auxiliar y midiendo la potencia absorbidapor este ltimo. Deduciendo de esta potencia las prdidas propias del motorauxiliar se tendrn las prdidas mecnicas del generador.Si se repite la prueba con la mquina excitada a la tensin nominal seobtienen las prdidas rotacionales. La diferencia entre ambos resultadosnos dar las prdidas en el hierro. De acuerdo con las normas de la A.S.A.las prdidas en el hierro se calculan a la tensin nominal ms la cadahmica a plena carga de la armadura.


109/144

9.3. Las prdidas dispersas.

Como acatamos de ver estas prdidas incluyen bsicamente el efectoSKIN en los conductores y las prdidas por corrientes parsitas en losconductores. Tambin incluyen las prdidas producidas por el flujo dedispersin de la armadura y la distorsin del flujo magntico.

Se pueden determinar mediante la prueba de cortocircuito de lamquina. La potencia absorbida por la mquina en dicha prueba incluyelas prdidas dispersas, el efecto Joule en la armadura y las prdidasmecnicas. No figuran las prdidas en el hierro por ser el flujo resultantemuy pequeo. Por consiguiente si se conoce la resistencia en corrientecontinua del arrollamiento puede determinarse el efecto Joule que

deducido junto con las prdidas mecnicas de la potencia absorbida encortocircuito nos da las prdidas dispersas.Cuando no se dispone de estos datos pueden incluirse en las prdidaselctricas empleando para el clculo de las prdidas elctricas en laarmadura la resistencia efectiva en corrientes alternas de la armaduraque se calcula con la prueba de cortocircuito con la siguiente expresin:


110/144


111/144

12.- Funcionamiento en paralelo de los generadores sincronos


112/144

Los generadores sincronos trabajan normalmente en paralelo alimentandoun determinado sistema de potencia que puede estar interconectada con

otros sistemas. En tal caso la frecuencia es fija y la tensin en las barrasde la central tambin debe considerarse fija. Esta situacin puede verseclaramente en la Fig. 736. Es decir el generador por s solo no puedehacer variar la frecuencia de la red ni la tensin de la barra por lo que sedice que est conectado a una barra infinita.

Ahora bien, un generador sincrono puede considerarse en general comounsistemacondosentradaseltorquemecnicoT aplicadoasueje


113/144

un sistema con dos entradas, el torque mecnico Tmaplicado a su ejepor la mquina prima y la corriente de excitacin Iey cuatro salidas:las potencias activa W y reactiva Q, la frecuencia f y la tensin Vten los

terminales, tal como puede verse en la Fig. 737.

Supongamos por ejemplo que aumentamos el torque de la mquinaprima. Esto har que el rotor avance y aumente el ngulo de torque por lo que aumentar la potencia activa W que entrega el generador.Para la variacin de tambin afecta a la potencia reactiva ya que

sabeos que:

V h d l i td it i


114/144

Vamos a ver ahora que pasa cuando se vara la corriente de excitacin.

Esto lo podemos ver en el diagrama fasorial siguiente que se ha trazadosuponiendo que no aumente la corriente de excitacin haciendo que laf.e.m. pase de E a N1:

Este diagrama se ha construido de la siguiente manera:Primerosehatrazadoeldiagramafasorialdelamquinaasumiendoque


115/144

Primero se ha trazado el diagrama fasorial de la mquina asumiendo queentrega una corriente I a un ngulo en atraso. Se ubica as el fasor E,se supone ahora que la magnitud de E aumente E1.Para ubicar E1

debemos tener presente que E1sen. = E sen= A.B = A1B1por lo que elextremo de este fasos deber estar sobre la recta A.A1.Conociendo sumagnitud puede ubicrsele fcilmente.Podemos ahora ubicar el asor j XsI1y la corriente I1que estardesfasada de un ngulo Icon respecto a Vt, mayor que ya que se

incrementa la potencia reactiva producida.Este ejemplo nos indica claramente que la potencia reactiva puede servariada en forma continua sin afectar la potencia activa. Esto seaprovecha en los condensadores sincronos que no producen potenciaactiva por lo que = 0 y por consiguiente:


116/144

Variando E se puede producir la energa reactiva que serequiere.En conclusin hemos visto que la potencia activa se regulacon el torque mecnico, es decir variando el torque de lamquina prima lo que normalmente se lleva a cabo regulandola cantidad de agua o de vapor que ingresa a la turbina.En cambio la potencia reactiva se regula mediante lavariacin de la corriente de excitacin que es fcilmenteregulable a travs de un restato de campo.Los generadores de las centrales elctricas deben sercontrolados automticamente y para eso se emplean dosreguladores tal como puede verse en la Fig. 740.a)- El regulador de potencia, tambin llamado regulador de

velocidad, que acta sobre la abertura de la tobera de lamquina prima y controla la potenia activa del generador.b)- El regulador de tensin que acta sobre el restato decampo de la mquina y controla su potencia reactiva.


117/144

Estos dos reguladores actan en forma completamente independiente. Elregulador de potencia es sensible a las variaciones de velocidad de la mquinaes decir, es sensible a las variaciones de la frecuencia. Si la velocidad sufre unapequea variacin por ejemplo puede disminuir ligeramente por efecto de unamayor demanda de potencia activa por parte de la red, la frecuencia variar enun f. El regulador reciba esa informacin e inmediatamente acta sobre elmecanismo de control de la vlvula de entrada del vapor de la turbina,abrindola para que ingrese ms vapor aumentando as el torque motrizaplicado al generador lo que har que se incremente en un v la potenciaactiva generada y se restablezca la frecuencia y la velocidad sincrona del

generador.


118/144


119/144

CAP VIIIASPECTOS FISICOS YCONSTRUCCTIVOS

DE UNA MAQUINASINCRONA


120/144


121/144


122/144


123/144

donde:f: Frecuencia de la red a la que est conectada la mquina (Hz)

P: Nmero de pares de polos que tiene la mquinap: Nmero de polos que tiene la mquina

n: Velocidad de sincronismo de la mquina RPM

Rotor:
http://es.wikipedia.org/wiki/Herciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hercio


124/144

Elrotor, o parte rotativa, de una mquina sncrona es

bastante diferente al de una mquina asncrona. Contieneun devanado de corriente continua denominado devanadode campo y un devanado en cortocircuito, que impide elfuncionamiento de la mquina a una velocidad distinta a la

de sincronismo, denominado devanado amortiguador.Adems, contiene un circuito magntico formado porapilamiento de chapas magnticas de menor espesor quelas del estator.

El resto de las caractersticas del rotor estn relacionadascon el objetivo de obtener un campo entre el rotor y elestator de carcter senoidal y dependen del tipo demquina sncrona:
http://es.wikipedia.org/wiki/Rotor_(m%C3%A1quina_el%C3%A9ctrica)http://es.wikipedia.org/wiki/Rotor_(m%C3%A1quina_el%C3%A9ctrica)


125/144


126/144


127/144


128/144

Efectivamente, un motor de induccin no tiene ningnt t il(i bill i ill t ) l


129/144

contacto mvil (ni escobillas, ni anillos rasantes); elrotor viene a ser un simple pedazo de hierro con

algunas incrustaciones de aluminio o cobre. Y encuanto al estator, se parece ms al primario de untransformador que a cualquier otra cosa. Esta sencillezconstitutiva tiene, adems, un repercusin vicaria: el

bajo precio de este tipo de mquinas. Lo que las hacean ms apreciadas. Ha sido precisamente por sureducido coste por lo que las mquinas asncronas hansalido de su coto privado, y han intentado con desigualxito, hacerse con el espacio tcnico que otrasmquinas ocupaban.


130/144


131/144


132/144


133/144

3.- Circuito equivalente.

Unamquinaasncronasepuedeinterpretarportanto


134/144

Una mquina asncrona se puede interpretar, por tanto,como un transformador con un

entrehierro. Cuando la mquina no gira este hecho esevidente, sobre todo si se ve la mquina segn elesquema siguiente:


135/144


136/144


137/144


138/144


139/144


140/144

Mtodos de arranque.


141/144

Para amortiguar los efectos de los arranques difciles, la

nica solucin consiste en reducir la corriente durante elarranque. El mtodo ms extendido, dada su granfacilidad para ser implementado y su bajo coste, es elarranque estrella-tringulo. Consiste en cambiar laconfiguracin de la conexin del motor, conectndoloprimero en estrella y despus pasando a la configuracintringulo una vez que el motor ya se ha acelerado.


142/144


143/144


144/144

MAQUINAS ELECTRICAS (Bruno Bianchi) CAPITULO 1,2,3,5,6,8 Y 9

Documents

Transcript of MAQUINAS ELECTRICAS (Bruno Bianchi) CAPITULO 1,2,3,5,6,8 Y 9