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