Principios generales de maquinas electricas
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PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
FEDERICO MILANO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, AUTOMÁTICA Y COMUNICACIONES ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE CASTILLA - LA MANCHA
CAMPUS UNIVERSITARIO S/N E-13071 CIUDAD REAL
ESPAÑA
CURSO 2010/11
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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CONTENIDOS 1. TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2. PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
• GENERADOR
GENERGÍA
MECÁNICA
ENERGÍA
ELÉCTRICA
• MOTOR
ELÉCTRICAM
ENERGÍA ENERGÍA
MECÁNICA
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
• TRANSFORMADOR
TENERGÍA
ELÉCTRICA
ENERGÍA
ELÉCTRICA
PRINCIPIOS BÁSICOS:
• LEY DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE FARADAY • LEY DE LA FUERZA MAGNÉTICA DE LAPLACE
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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PRINCIPIOS BÁSICOS • GENERADOR
ESPIRA SE MUEVE EN CAMPO MAGNÉTICO ⇒ FLUJO VARIABLE TIEMPO ⇒ TENSIÓN INDUCIDA ⇒ i SI HAY CARGA CONECTADA A LA ESPIRA CAMPO MAGNÉTICO ⇒ FUERZA SOBRE ESPIRA OPUESTA A LA FUERZA MOTRIZ ⇒ TRABAJO MECÁNICO
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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PRINCIPIOS BÁSICOS • MOTOR
FUENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA CONECTADA A ESPIRA EN CAMPO ⇒ i POR LA ESPIRA ⇒ FUERZA MAGNÉTICA QUE MUEVE LA ESPIRA ⇒ SE MUEVE LA CARGA MECÁNICA TENSIÓN INDUCIDA OPUESTA A LA TENSIÓN DE LA FUENTE
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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PRINCIPIOS BÁSICOS
ACOPLADORELECTRO-
MAGNÉTICO
SISTEMAMECÁNICO
SISTEMAELÉCTRICO
V, i ! ! T, n
MOTOR
GENERADOR
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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ELEMENTOS BÁSICOS DE LAS MÁQUINAS ROTATORIAS • ESTATOR - PARTE FIJA • ROTOR - PARTE MÓVIL
• CILÍNDRICOS
• MISMO EJE
• MATERIAL FERROMAGNÉTICO • ENTREHIERRO – ESPACIO ENTRE AMBOS
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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ELEMENTOS BÁSICOS DE LAS MÁQUINAS ROTATORIAS • DEVANADOS:
• INDUCTOR – ORIGINA CAMPO MAGNÉTICO BÁSICO • INDUCIDO – TENSIÓN INDUCIDA
• ANILLOS ROZANTES, ESCOBILLAS • COLECTOR DE DELGAS – RECTIFICACIÓN MECÁNICA
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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ÁNGULO MAGNÉTICO VS. ÁNGULO GEOMÉTRICO
CICLO MAGNÉTICO (2π rad MAGNÉTICOS) ⇔ N – S – N 2 POLOS ⇒ 1 CICLO MAGNÉTICO EN 1 VUELTA GEOMÉTRICA 4 POLOS ⇒ N – S – N – S – N ⇒ 2 CICLOS MAGNÉTICOS EN 1 CICLO GEOMÉTRICO PARA p PARES DE POLOS:
θ = pα θ ≡ ÁNGULO MAGNÉTICO ≡ ÁNGULO ELÉCTRICO (F.E.M. DEPENDE DE LA VARIACIÓN ENTRE LAS POSICIONES MAGNÉTICAS) α ≡ ÁNGULO GEOMÉTRICO
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS CORRIENTE CONTINUA
• INDUCTOR – ESTATOR (C.C.) • INDUCIDO – ROTOR (C.C, RECTIFICACIÓN MECÁNICA)
CORRIENTE ALTERNA
• SÍNCRONA:
• INDUCTOR – ROTOR (C.C.) • INDUCIDO – ESTATOR (C.A.)
ωe = p·ωm
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS
2πf 60n2p !"=
60npf !=
f ≡ FRECUENCIA DE SINCRONISMO
θe = p·θm
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
13
TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS • ASÍNCRONA / INDUCCIÓN:
• INDUCTOR – ESTATOR (C.A.)
• INDUCIDO – ROTOR (C.A.) !"
!#$
DEVANADO ROTOR
ARDILLADE JAULA
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO
• PÉRDIDAS EN EL COBRE (ELÉCTRICAS) – JOULE • PÉRDIDAS EN EL HIERRO (MAGNÉTICAS) – HISTÉRESIS, FOUCAULT • PÉRDIDAS POR FRICCIÓN (MECÁNICAS) TAMBIÉN: • PÉRDIDAS VARIABLES – ELÉCTRICAS • PÉRDIDAS FIJAS – MAGNÉTICAS Y MECÁNICAS
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO
ENTRADA
SALIDA
PP=!
PÉRDIDASSALIDA
SALIDA
PPP+
=!
vfu
u
PPPP
++=!
PARA UN GENERADOR:
2uv kPP =
2ufu
u
kPPPP++
=!
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MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
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PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO
ηMAX ⇒ 2
uf kPP =
CUNOM2
fN
N
PCPCosSCCosSC
!++"!!"!!=#
CUNOM
fOPT P
PC =
PARA UN MOTOR SE LLEGA A LAS MISMAS CONCLUSIONES:
!"""##!""=##==$
CosSCPCPCosSC
PPPP
PP
N
CUNOM2
fN
ENTRADA
vfENTRADA
ENTRADA
SALIDA