Analisis de maquinas de eléctricas

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ANALISIS DE MAQUINAS DE ELÉCTRICAS Leonardo González C.

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Page 1: Analisis de maquinas de eléctricas

ANALISIS DE MAQUINAS DE

ELÉCTRICAS

Leonardo González C.

Page 2: Analisis de maquinas de eléctricas

Temas a tratar

Definicion

Clasificacion

Constitucion

Partes

Principios de

funcionamiento

Generadores

Motores

Page 3: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Definición:

Se entiende por maquina eléctrica el conjunto de mecanismos capaces de generar, aprovechar o transformar la energía eléctrica

Una máquina eléctrica es un dispositivo capaz de transformar cualquier forma de energía en energía eléctrica o a la inversa y también se incluyen en esta definición las máquinas que trasforman la electricidad en la misma forma de energía pero con una presentación distinta más conveniente a su transporte o utilización.

Page 4: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Generadores

Page 5: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Generadores

Energía mecánica

Maquina eléctrica

• Generador

Energía eléctrica

Page 6: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Motores

Energía eléctrica

Maquina eléctrica

• Motor

Energía eléctrica

• Energía mecánica

Page 7: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Clasificación

• DinamoGeneradores

• Motores (con excitación)

Motores

Independiente

Serie

Shunt o derivación

Compound

Corriente continua

Page 8: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Clasificación

• AlternadorGeneradores

Motores

Corriente Alterna

Alternadores

Monofásicos

Trifásicos

Polos lisos

Polos salientes

Page 9: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Clasificación

Generadores

Motores

Corriente Alterna

Page 10: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Constitución general de maquinas

eléctricas rotativas

Inducido

Page 11: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Constitución general de maquinas

eléctricas rotativas

Inducido o rotor

Page 12: Analisis de maquinas de eléctricas
Page 13: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Constitución general de maquinas

eléctricas rotativas

Page 14: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Constitución general de maquinas

eléctricas rotativas

Page 15: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Principios de funcionamiento de los generadores de

electromagnéticos

Ley de Inducción de Faraday: El voltaje inducido en un

conductor es proporcional a la rapidez de cambio de las líneas

de flujo magnético que atraviesan el conductor.

𝑒𝑖𝑛𝑑 = −𝑑Φ

𝑑𝑡

Page 16: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Principios de funcionamiento de los generadores de

electromagnéticos

El voltaje inducido en un conductor es proporcional a la rapidez de cambio de las líneas de flujo magnético que atraviesan el

conductor.

Para N espiras:

𝐸𝑖𝑛𝑑 = −𝑁𝑑Φ

𝑑𝑡

Page 17: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricasEl voltaje inducido en un conductor es proporcional a la rapidez de cambio de las líneas de flujo magnético que atraviesan el

conductor.

Page 18: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricasEl voltaje inducido en un conductor es proporcional a la rapidez de cambio de las líneas de flujo magnético que atraviesan el

conductor.

Page 19: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Ley de Inducción de Faraday: El voltaje inducido en un

conductor es proporcional a la rapidez de cambio de las líneas

de flujo magnético que atraviesan el conductor.

Como puedo entonces entender la tensión generada en función

de una espira

𝐵 =Φ

𝐴

𝑤𝑏

𝑚2

Page 20: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Como puedo entonces entender la tensión generada en función

de una espira

𝐵 =Φ

𝐴

𝑤𝑏

𝑚2

Page 21: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

Como puedo entonces entender la tensión generada en función

de una espira

𝐵 =Φ

𝐴

𝑤𝑏

𝑚2

Page 22: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricasReacomodemos en función del flujo:

𝐵 =Φ

𝐴

𝑊𝑏

𝑚2

Φ = 𝐵 ∗ 𝐴 ∗ cos 𝛼 𝑊𝑏

Page 23: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricasReacomodemos en función del flujo:

𝐵 =Φ

𝐴

𝑊𝑏

𝑚2

Φ = 𝐵 ∗ 𝐴 ∗ cos 𝛼 𝑊𝑏

Page 24: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricasLuego para obtener la tensión en una espina:

𝑒𝑖𝑛𝑑 = −𝑑Φ

𝑑𝑡

𝑒𝑖𝑛𝑑 = −𝑑(𝐵 ∗ 𝐴 ∗ cos 𝛼 )

𝑑𝑡

Page 25: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricasLuego para obtener la tensión en una espina:

𝑒𝑖𝑛𝑑 = −𝑑(𝐵 ∗ 𝐴 ∗ cos 𝜔 ∗ 𝑡 )

𝑑𝑡

Ojo: 𝛼 depende del

tiempo, entonces

𝛼 = 𝜔 ∗ 𝑡

Y podremos operar

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Maquinas de eléctricas

𝑒𝑖𝑛𝑑 = 𝐵 ∗ 𝐴 ∗ 𝜔 ∗ sen 𝜔 ∗ 𝑡

𝑒𝑖𝑛𝑑 = 𝑒0 sen 𝜔 ∗ 𝑡

Page 27: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

𝑒𝑖𝑛𝑑 = 𝑒0 sen 𝜔 ∗ 𝑡 + 𝜃

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Maquinas de eléctricas

Page 29: Analisis de maquinas de eléctricas
Page 30: Analisis de maquinas de eléctricas

Maquinas de eléctricas

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Maquinas de eléctricas

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Polos y excitación de las maquinas de

corriente continua

Bobina excitadora

Corriente de excitación:

Independiente, Autoestimada

Page 33: Analisis de maquinas de eléctricas

Polos y excitación de las maquinas de

corriente continua

Page 34: Analisis de maquinas de eléctricas

Polos y excitación de las maquinas de

corriente continua

Page 35: Analisis de maquinas de eléctricas

Polos y excitación de las maquinas de

corriente continua

Corriente de excitación:

𝐼𝑒 =𝑈𝑏

𝑅𝑒𝑝

Determine para los 3 casos la corriente de excitación:

Page 36: Analisis de maquinas de eléctricas

Polos y excitación de las maquinas de

corriente continua

Page 37: Analisis de maquinas de eléctricas

Línea neutra en vacío y en carga

Page 38: Analisis de maquinas de eléctricas

El COLECTORConectando los extremos de la espira a unos semianillos conductores aislados entre sí,

conseguiremos que cada escobilla esté siempre en contacto con la parte de inducido

que presenta una determinada polaridad.

Durante un semiperiodo se obtiene la misma tensión alterna pero, en el semiperiodo

siguiente, se invierte la conexión convirtiendo el semiciclo negativo en positivo.

Page 39: Analisis de maquinas de eléctricas

El colector

0+- + +- +

12

1

2

21

Sentido de rotación

de la espiraColector de dos

delgas

Instante Inicial Conmutación Inversión de la polaridad

EscobillasColector

real

Colector

M. F. Cabanas: Técnicas para el

mantenimiento y diagnóstico de

máquinas eléctricas rotativas

Catálogos comerciales

M. F. Cabanas: Técnicas para el

mantenimiento y diagnóstico de

máquinas eléctricas rotativas

Page 40: Analisis de maquinas de eléctricas

Con la máquina girando a una cierta velocidad V, la fem que se induce es

alterna: cambia de signo cada vez que se

pasa por debajo de cada polo.

0 2

2BlV

-2BlV

E N S

Polos inductores

de la máquinaEl colector es un

dispositivo que invierte el sentido de la FEM

para obtener una tensión continua y

positiva

0 2

2BlV

E N S

Colector elemental (2 delgas)

0 2

2BlV

E N S

Colector real (muchas delgas)

VlBE 2

Page 41: Analisis de maquinas de eléctricas

Eliminación del Rizado

Al aumentar el número de delgas, la fem obtenida tiene menor ondulación acercándose

más a la tensión continua que se desea obtener.

Page 42: Analisis de maquinas de eléctricas

Voltaje Inducido en una Espira Giratoria

Page 43: Analisis de maquinas de eléctricas

E

d

drlBd

drlB

2 rlB

areadBd

dt

drlB

dt

dE

2

VlBE 2

Si la espira gira con velo-cidad angular =d/dt mientras se mueva en la zona del flujo se inducirá en ella FEM:

Voltaje Inducido en una Espira

Giratoria

RV L. Serrano: Fundamentos de

máquinas eléctricas rotativas

Page 44: Analisis de maquinas de eléctricas

na

pNE

604 nKE

FEM inducida en un máquina de CC

ApB

Ap=área del polo

p

lr

p

lr

ºN

AAp

polos

Rotor

2

2

lr

PB

rnrV

60

2 n=Velocidad en RPM r= radio

FEM EN UNA ESPIRA VlBE 2FEM DE INDUCIDA POR EL DEVANADO COMPLETO DE LA MÁQUINA

N=nº total de espiras

a=nº de circuitos en paralelo

a

VBlNE

2

r

P

a

VNE

2

Page 45: Analisis de maquinas de eléctricas

Devanados del Rotor de Máquinas de Corriente Continua

Devanado Ondulado :

Devanado Ondulado sencillo de una maquina de cuatro polos.

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Page 47: Analisis de maquinas de eléctricas
Page 48: Analisis de maquinas de eléctricas

Representación plana

Page 49: Analisis de maquinas de eléctricas
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Page 51: Analisis de maquinas de eléctricas
Page 52: Analisis de maquinas de eléctricas
Page 53: Analisis de maquinas de eléctricas

FUNDAMENTOS DE LAS MAQUINAS DE C.C.

Maquina lineal de c.c..- Una maquina lineal de c.c. Es la versión mas simple y facil de entender de una

maquina de c.c., aunque funciona con los mismos principios y tiene el mismo comportamiento que los

motores y generadores reales.

El comportamiento de esta maquina esta determinada por la aplicación de 4 ecuaciones basicas:

1.- La ecuación del voltaje inducido en un conductor que se mueve en un campo magnético.

E ind = ( V x B ) . l

Se genera una fem E mientras

el conductor se mueve,

cortando las líneas de fuerza

del campo magnético:E = B L V

E = B L V

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Par Electromagnético Generado

Ia

NPTTOTAL

2

a=nº de circuitos en paralelo

I=Corriente rotor (inducido)

PAR CREADO POR EL DEVANADO COMPLETO DE LA MÁQUINA

a

IrlBNTTOTAL 2

N=nº total de espiras

lr

PB

PAR CREADO POR UNA ESPIRA

a

IrlBIrlBT espiraespira 22

IKTTOTAL

I= Corriente de inducido