Principios Generales de las Máquinas Eléctricas Índice

Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)
Tema 4
Principios Generales de las
Máquinas Eléctricas
Damián Laloux, 2001
Índice
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Definiciones
Conversión de energía en las máquinas
eléctricas
Clasificación de las máquinas eléctricas
Elementos constructivos básicos
Descripción de las máquinas
Balance energético y rendimiento
Valores nominales y placa de
características
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Definiciones
Q
máquina:
(del Diccionario de la R.A.E)
– 2. [f.] Conjunto de aparatos combinados
para recibir cierta forma de energía y
transformarla en otra más adecuada, o
para producir un efecto determinado.
Q
Son máquinas eléctricas aquellas en las
que se produce conversión de energía
electromagnética o electromecánica.
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Conversión de energía en las
máquinas eléctricas
Ley de Ampère
Ni = ∫ H ⋅ dl
Ley de Faraday
E=N
dΦ
dt
ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA
MOTOR
GENERADOR
TRANSFORMADOR
ENERGÍA ELÉCTRICA
Ley de Laplace
F = i ⋅ (l × B)
ENERGÍA MECÁNICA
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Clasificación de las máquinas
eléctricas
MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
ESTÁTICAS
ROTATIVAS
(Transformadores)
(Motores y Generadores)
de alterna
motores
de continua
generadores
(alternadores)
motores
generadores
(dinamos)
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Clasificación de las máquinas
eléctricas (II)
TRANSFORMADORES
de Medida o Protección
de Tensión
de Potencia
de Intensidad
Monofásicos
Transformadores
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Autotransformadores
Trifásicos
Transformadores
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Autotransformadores
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Clasificación de las máquinas
eléctricas (III)
MÁQUINAS ROTATIVAS DE ALTERNA
Motores
de Inducción
(asíncronos)
Trifásicos
Generadores
(Alternadores)
Universales
Monofásicos
de rotor
bobinado
de
condensador
de jaula
de fase partida
Síncronos
Monofásicos
Monofásicos
Trifásicos
de histéresis
Trifásicos
de rotor
liso
de rotor
liso
de polos
salientes
de polos
salientes
de reluctancia
de espira
de sombra
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Clasificación de las máquinas
eléctricas (IV)
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CONTINUA
Generadores
(Dinamos)
Motores
de excitación
shunt
de excitación
shunt
de excitación serie
de excitación
serie
de excitación
compound
de excitación
compound
de excitación
independiente
de excitación
independiente
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Elementos constructivos básicos
Q
Q
“El Hierro”: uno o dos núcleo(s) de
material ferromagnético laminado que
constituye(n) el circuito magnético.
“El Cobre”: al menos dos devanados de
material conductor arrollados alrededor
del núcleo:
– Devanado inductor
– Devanado inducido
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Transformadores monofásicos
Acorazado
De columnas
Fuente: Fraile, 92
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Transformadores trifásicos
Núcleo de un
transformador
trifásico de tres
columnas
Fuente: Fraile, 92
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Máquinas asíncronas
(de inducción)
Rotor
Estator
Fuente: Fraile, 92
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Máquinas síncronas
Rotor de polos salientes
Rotor cilíndrico
Fuente: Fraile, 92
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Máquina de continua
Arrollamiento
inductor
Arrollamiento
del inducido
Arrollamiento
del polo auxiliar
Colector
de delgas
Culata
Núcleo polar
Cabeza polar
Inducido (rotor)
Polo auxiliar
Escobilla
Pie
Fuente: Fraile, 92
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Motor de inducción con rotor
de jaula de ardilla
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Motor de inducción con rotor
bobinado
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Balance energético: Pérdidas
Q
Pérdidas en el cobre:
PCu = ∑ R jI 2j
Q
Pérdidas en el hierro:
PFe = k Fe U 2
– Por histéresis:
j
Phist = k h f B 2M
– Por corrientes de Foucault:
PF = k Ff 2 B 2M
Pérdidas mecánicas:
Q
– Por rozamiento: Proz = k r ω
– Por ventilación: Pvent = k v 2ω2 o bien Pvent = k v3ω3
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Rendimiento
Q
Rendimiento de una máquina eléctrica:
(igual que para cualquier otro sistema)
η=
Pútil
P
Potencia útil
=
= salida
Potencia total Pútil + Ppérdidas Pentrada
Se suele dar en porcentaje
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Valores nominales
Son los valores asignados a las distintas
Q
magnitudes en el diseño.
Suelen estar relacionados con valores
máximos.
Si no, son indicativos de los valores que
toman las magnitudes correspondientes.
Definen el punto de funcionamiento
“normal” de la máquina.
Q
Q
Q
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Placa de características
Q
En ella aparecen los valores nominales:
– Tensión(es) nominal(es): UN, o UN1 / UN2
– Potencia nominal: SN o PN
– Frecuencia nominal: fN
– Intensidad nominal, si es necesario: IN
– Velocidad nominal: nN
– Factor de potencia nominal: cos ϕN
– Rendimiento nominal: ηN
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Placa de características (II)
Q
También se añade información adicional:
– Fabricante, modelo, nº de serie;
– Modo de refrigeración (IC XxxXxx);
– Grado de protección (IPxx);
– Clase de aislamiento (Y, A, B, C, H...);
– Clase de servicio:
• Ininterrumpido,
• Intermitente,
• Temporal, etc...
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Tensión nominal
Q
Q
Q
Está
relacionada con el nivel de
aislamiento de la máquina y/o la
intensidad o el flujo del campo
magnético. ( ⇒ valor máximo)
Es la tensión de la red de conexión.
En trifásica se trata de la tensión
compuesta.
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Intensidad nominal
Relacionada con el calentamiento
de la máquina y la sección de los
conductores. ( ⇒ valor máximo)
Indica la carga máxima soportable.
Superarla implica sobrecalentar la
máquina, y dependiendo del tiempo...
Superarla mucho puede suponer
esfuerzos dinámicos destructivos.
Q
Q
Q
Q
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Potencia (aparente) nominal
Q
Es bastante común proporcionar la
potencia nominal junto con la tensión
nominal en lugar de la intensidad
nominal.
– En monofásica:
SN = U N I N
– En trifásica:
SN = 3 U N I N
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Potencia (activa) nominal
Q
Q
Q
En los motores, la potencia nominal es
la potencia mecánica en el eje cuando
el motor está a plena carga. ( ⇒ valor
máximo)
Superarla implica sobrecalentar el
motor al consumir más corriente.
Se suele dar en kW o en CV.
– 1 CV ≈ 736 W
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