Semana 12 Maquinas Electricas

17/12/2013 Profesor: Msc. César López Aguilar 1

TRANSFORMADOR

MOTOR

BIBLIOGRAFIA

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http://www.edukativos.com

http://www.elprisma.com/apuntes/curso.asp?id=11212

http://www.ilustrados.com/


CONCEPTOS GENERALES DE MAQUINAS

ELÉCTRICAS INTRODUCCIÓN

En los cursos previos como es el de CIRCUITOS

ELECTRICOS, hemos estudiado la Tensión y Corriente

en el dominio del tiempo y de la frecuencia, hemos

aprendido a través de los circuitos acoplados

magnéticamente los principios básicos del fenómeno de la

inducción electromagnética.

Estos principios son aplicados a las máquinas eléctricas

que son unos dispositivos empleados en la conversión

de la energía mecánica a energía eléctrica, energía

eléctrica a energía mecánica y en la transformación

de la energía eléctrica con un nivel de voltaje a una

energía eléctrica con otro nivel de voltaje, mediante

la acción de un campo magnético.


Componentes a

través de los

cuales recibe la

energía del

exterior bajo

forma dada

MáquinaEléctrica

ENTRADA

Componentes a

través de las cuales

la energía se

entrega bajo una

forma distinta

salvo el caso de los

transformadores

SALIDA


CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

SEGÚN EL TIPO DE CORRIENTE ELÉCTRICA CON LA CUAL OPERAN

A.-Máquinas de Corriente Continua

Generadores de Corriente Continua

Motores de Corriente Continua

B.-Máquinas de Corriente Alterna

Generadores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos;Síncrono/Asíncrono)

Motores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ;Síncrono/Asíncrono)

Transformadores Eléctricos


CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA

A.- Micromáquinas.-Cuya potencia varía de décimas de watt

hasta 500w. Estas máquinas trabajan tanto en C.A. como en C.C.,

así como a altas frecuencias (400-200Hz).

B.- De pequeña potencia.-.0.5-10 kW. Funcionan tanto en c.a.como en c.c .y, en frecuencia normal(50-60Hz ó más).

C.- De potencia media.- 10kW hasta varios cientos de kW.

D.- De gran potencia.- Mayor de100kW. Por lo general las

máquinas de media y gran potencia funcionan a frecuencia

industrial.



CLASIFICACIÓN POR FRECUENCIA DE GIRO

De baja velocidad : con velocidad menor de 300 r.p.m.;

De velocidad media : (300 -1500 r.p.m.);

De altas velocidades : (1500 -6000 r.p.m.);

De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).

Las micro máquinas se diseñan para velocidad es de algunos r.p.m. hasta 6000 r.p.m.



• CLASIFICACIÓN MODERNA DE LAS MÁQUINAS

ELÉCTRICAS

A.-Máquinas Eléctricas Estáticas

• Transformadores Eléctricos

• Convertidores e Invertidores

B.-Máquinas Eléctricas Rotativas

• Generadores Eléctricos

• Motores Eléctricos (De Corriente Continua / De

Corriente Alterna)


NIVELES DE TENSIÓNNorma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos

(D.S. Nº 020-97-EM)

Existen 04 Niveles de Tensión:

Muy Alta Tensión : >100 KV

Alta Tensión : [30 Kv, 100 KV>

Media Tensión : <1 KV, 30 KV>

Baja Tensión : <1 KV


R.M.N°091-2002-EM/ VME.- Aprueban Norma DGE-Terminología en Electricidad y Norma DGE-Símbolos Gráficos en Electricidad( 2002-03-30)

GENERADOR MOTOR

TRANSFORMADORCambia el Nivel de

Voltaje

Energía MecánicaRPM

Energía Eléctrica de VoltajeV2

Energía Eléctrica deVoltajeV1

Energía MecánicaRPM


CARACTERÍSTICAS COMUNES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

• Es necesario definir las características fundamentalesde las máquinas eléctricas:

1.Potencia

2.Tensión

3.Corriente

4.Factor de Potencia

5.Frecuencia

6.Rendimiento

7. El campo magnético


1.POTENCIA

En general es la potencia útil, que entrega o produce unamáquina eléctrica en sus terminales de salida. De allí que, laPOTENCIA ÚTIL en los Generadores y Transformadores es la“POTENCIA ELÉCTRICA” lo que comúnmente llamamos potenciaen los bornes, mientras que en los Motores es la “POTENCIAMECÁNICA”, llamado también potencia en el eje.

POTENCIA NOMINALEs la potencia útil disponible que entrega o produce en régimen

nominal (condiciones específicas de diseño: T°<75°C, duración defuncionamiento) una máquina eléctrica. A condiciones diferentesse llama POTENCIA ÚTIL o POTENCIA DE TRABAJO.

POTENCIA NOMINAL = POTENCIA A PLENA CARGA

POTENCIA NULA = TRABAJA EN VACIO


LA POTENCIA QUE FIGURA EN LAS PLACAS CARACTERISTICAS SON LAS POTENCIAS NOMINALES

POTECIA NOMINAL DE UN

GENERADOR


MOTOR


TRANSFORMADOR

Potencia Aparente en los bornes del

Secundario

Potencia Aparente en los bornes del

Secundario

Potencia Mecánica disponible en el eje

de Salida


POTENCIA ELECTRICA = POTENCIA APARENTE

POTENCIA APARENTE(S)

• Es la Potencia Eléctrica Total de una máquinaeléctrica que involucra tanto a la Potencia Activacomo la Potencia Reactiva.

• Sistema Monofásico S=VxI

• Sistema Trifásico S=√3xVxI

• La unidad es el VOLTIO–AMPERIO(VA)


POTENCIA ACTIVA (P)

Es la parte de la Potencia Eléctrica que realmente se transforma en el accionamiento mecánico (Potencia Mecánica) viceversa.

Sistema Monofásico P = V x I x cosθ

Sistema Trifásico P = √3 x V x I x cosθ

La unidad es el WATT (W)

P = (F x V x 0,736 ) / 75

P= Potencia Activa en kW F= Fuerza Tangencial en Kg

V= Velocidad Periférica en m/s

P= (F x Πx 2 x r x n x 0,736 ) / (75 x 60)

P= Potencia Activa en KW F= Fuerza Tangencial en Kg

r= Radio del eje de rotación o de la polea en m

n= N° de revoluciones por minuto

P = (HPx0,746 ) / (η)

P= Potencia Activa en kW HP= Potencia Mecánica en HP

η= Eficiencia de la Máquina17/12/2013 Profesor: Msc. César López Aguilar 16

POTENCIA REACTIVA (Q)

Es la parte de la Potencia Eléctrica que crea los campos magnéticos.

Sistema Monofásico Q = V x I x senθ

Sistema Trifásico Q = √3 x V x I x senθ

La unidad es el VOLTIO AMPERIO REACTIVO (VAR)

Potencia Reactiva Capacitiva o Potencia ReactivaSuministrada

Potencia Reactiva Inductiva o Potencia Reactiva Absorbida


2.-TENSIÓNEs la diferencia de potencial entre los bornes de salida eléctrica en

generadores y transformadores, y bornes de entrada en losmotores.

En servicio normal la tensiones función de la carga, en algunoscasos dependen de los órganos reguladores adicionales.

TENSIÓN NOMINAL(VN)Es aquella para la cual la máquina ha sido diseñada (o

dimensionada). Es la que figura en la placa y para la cual valen lasgarantías del fabricante.

TENSIÓN DE SERVICIO(V servicio)

Es el valor de la tensión en los bornes de la máquina cuando estáen servicio, es decir, es la tensión que va ha ceder si es generadoro recibir y ceder si es transformador o recibir si es motor, en ellugar donde se instalan.

V servicio máximo admisible = 1,15 VN


• 3.-CORRIENTENOMINAL

• Sistema Monofásico I= WN/ (VN x cosθ)

• Sistema Trifásico I= WN/ (√3 x VN x cosθ)

• Si la máquina se sobrecarga la corrientesobrepasa de un 10% a 15% su valor nominal.

• La Corriente de Arranque llega a valores de 2 IN

a 5 IN.


• 4.-FACTORDEPOTENCIA(cosθ)

• Es la relación entre la potencia activa y lapotencia aparente, siempre que las tensionesy las corrientes sean sinusoidales.

cosθ= P / S


• 5.-FRECUENCIA(f)

• Es el numero de oscilaciones periódicas completasde la onda fundamental durante un segundo.

• En los generadores de corriente alterna la frecuenciaesta dada por:

f = P. n / 60

• P=Par de polos de la máquina

• n=revoluciones por minuto(RPM)


• 6.-RENDIMIENTO(η)

• Es la relación entre la potencia suministrada y la potencia absorbida por la máquina.


7.-EL CAMPO MAGNÉTICO

Denominado también INDUCCIÓN MAGNÉTICA oDENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO.

Un campo magnético es un campo de fuerza creado comoconsecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de laelectricidad).

La forma de actuar los campos magnéticos se deduce de lasLeyes de MAXWELL y los parámetros correspondientes a losdiferentes material es magnéticos recorridos por dichoscampos.

Se desprecian la interacción de las corrientes dedesplazamiento en las leyes de MAXWELL, debido a que lasfrecuencias de 50Hz y 60Hz usados en las máquinaseléctricas son realmente bajas y consecuencia se considerala conversión casi estática, para todos los efectos del cálculo.


A partir de lo expuesto, la manera como el campo actúa en las

diferentes máquinas eléctricas, se pueden describir mediante los

cuatro principios básicos:

1. Al circular corriente por un conductor se produce un campo magnético

alrededor de él. Esta es la base de la PRODUCCION DE CAMPO

MAGNÉTICO.

2. Si a través de una espira se pasa un campo magnético variable con el

tiempo, se induce un voltaje en dicha espira. Esta es la base de la

ACCION TRANSFORMADORA.

3. Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro de un

campo magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor. Esta

es la base de la ACCION MOTOR.

4. Cuando un conductor en movimiento se encuentra inmerso dentro deun campo magnético, en dicho conductor se induce un voltaje. Esta esla base de la ACCION GENERADORA


PRODUCCIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO

La Ley Básica que gobierna la producción de un campo magnético, por

una corriente eléctrica es la Ley de Ampere que establece lo siguiente:

“AL CIRCULAR UNA CORRIENTE ELECTRICA “I”POR UN CONDUCTOR

SE PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO DE INTENSIDAD “H”

ALREDEDOR DE EL”


EN CONCLUSIÓN:

Según la Ley de Ampere, la integral tangencial de “H” a lo largo de latrayectoria cerrada “l”, es igual a la corriente encerrada por latrayectoria. Cuando la trayectoria cerrada es atravesada “N” vecespor la corriente “I”, entonces un total de NI amperios atraviesa latrayectoria cerrada, la cual produce una intensidad “H”, con ello laLey de Ampere para una bobina de “N” espiras establece:


CONCLUSIÓN:

• El campo magnético producido por lacorriente “NI”, es definida por su Intensidad“H”, su Densidad “B” y la Magnitud de Flujo“φ” , la cual recorre una trayectoria cerradapromedio “lm” de sección transversal “A” deun núcleo de material magnético (hierro) cuyapermeabilidad es “μ”.


MATERIALES MAGNÉTICOS

Desde el punto de vista de sus propiedades magnéticas, los cuerpos se clasifican netamente en tres grupos.

1. Materiales Fuertemente Magnéticos o Ferromagnéticos

2.-Materiales Paramagnéticos

3.-Materiales Diamagnéticos


MATERIALES FERROMAGNÉTICOS

Los Materiales Ferromagnéticos tienen vales de “μr”,MUY MAYORES a la unidad por lo tanto contribuyennotablemente a la obtención de ALTAS densidades deflujo (B), con intensidades de campo (H)RELATIVAMENTE PEQUEÑAS.

Los Materiales Ferromagnéticos que se encuentranen la naturaleza son tres: EL HIERRO, EL NIQUEL Y ELCOBALTO.


PRACTICA DE AUTOCOMPROBACION

1. Defina una máquina eléctrica.

2. Cuales son las principales máquinas eléctricas.

3. Cuál es la diferencia entre un transformador y un motor.

4. Cuál es la diferencia entre un generador y un motor eléctrico.

5. Una bomba, un compresor, son máquinas eléctricas. Porqué.

6. Realice una clasificación de máquina de corriente alterna.

7. El transformador inspeccionado en el laboratorio, a qué tipo de nivelde potencia y tensión corresponde. El transformador de la UNS a quétipo de nivel de potencia y tensión corresponde.

8. Los motores que se encuentran en el laboratorio, indicar a que nivelde potencia corresponde y a tipo de frecuencia de giro. De manerasimilar indique para el motor de la máquina La pulpeadora.

9. Cuál es la simbología empleada para un motor, transformador y motortrifásico, según la norma DGE 091-2022.



10. Cuáles son las características comunes de las máquinas eléctricas,indique un valor.

11. Qué indica la potencia nominal de un Generador, Un Transformador yun Motor. En qué parte de la máquina se consigna este valor.

12. Para una máquina eléctrica, defina la Potencia Aparente, PotenciaActiva y potencia Reactiva. Cuales son sus unidades.

13. En que lugar se mide la tensión de un Generador, Un Transformadory un Motor. En qué parte de la máquina se consigna este valor.

14. Cuál es la diferencia entre tensión nominal y tensión de servicio delas máquinas eléctricas

15. Cuales son los valores nominales de las tensiones de las máquinaseléctricas.

16. Cuales son las fuentes de tensión trifásicas nominales en el Perú,realice un esquema.

17. Cuál es el factor de tensión máxima de servicio de una máquinaeléctrica.



18. Explique la acción transformadora, motor y generador de unamáquina eléctrica.

19. Cuál es la ley Básica que gobierna la producción de un campomagnético producido por una corriente eléctrica.

20. Indicar el nombre y la unidad de medida de los siguientesparámetros.

I, H, B, L, μ, Ф

18. 4. Qué es un material ferromagnético, de algunos ejemplos.

19. 5. Qué es un material no ferromagnético, de algunos ejemplos.



1. Una máquina eléctrica trifásica, tiene una potencia nominal de 6 HP,un factor de potencia de 0.85 y se conecta a una fuente de tensióntrifásica 220 V. Calcular

a) La corriente nominal en A.

b) La tensión de servicio máxima admisible.

c) La corriente de sobrecarga en A.

d) La corriente de arranque en A.

e) La Potencia aparente y la potencia reactiva.

2. Repetir los cálculos si la máquina se conecta a una fuente de tensióntrifásica de 460 V.

3. Repetir los cálculos si la máquina se conecta a una fuente de tensióntrifásica de 380/220 V.


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