MQUINAS ELCTRICAS ROTATIVASML-244

Gregorio Aguilar Robles

31 de agosto de 2011

HORARIO DE CLASES

Lunes Mircoles Viernes

: : :

16 18 horas 16 18 horas 16 18 horas

A2-259 A2-159 A2-259

CALENDARIO ACADMICO DEL PERIODO 2011-II

ENTREGA DE ACTA DE NOTAS DETALLADO

CRONOGRAMA DE LAS PRCTICAS CALIFICADAS

Primera Prctica Segunda Prctica Tercera Prctica Cuarta Prctica

: : : :

23-09-2011 14-10-2011 18-11-2011 02-12-2011

FECHAS DE EXMENES

Examen ParcialExamen Final

: 20-10-2011: 15-12-2011

Examen Sustitutorio : 22-12-2011

SISTEMA DE CALIFICACIN FPromedio de Prcticas Examen Parcial Examen Final Examen Sustitutorio : : : : Peso 1 Peso 1 Peso 2 Peso 1 2

PROGRAMA DEL CURSO1.- Principio de funcionamiento de la mquina de Corriente Continua. 2.- Aspectos fsicos y constructivos de la Mquina de Corriente Continua. 3.- El Generador de Corriente Continua en rgimen estable. 4.- El Motor de Corriente continua en rgimen estable. 5.- Eficiencia y prdidas de las Mquinas de Corriente Continua.

PROGRAMA DEL CURSO6.Principios de funcionamiento de la mquina Sncrona. 7.- La Mquina Sncrona en rgimen estable. 8.- Aspectos fsicos y constructivos de la Mquina Sncrona. 9.- La Mquina asncrona Polifsica en rgimen estable. 10.- Motores Monofsicos. 11.- Aspectos fsicos y constructivos de los Motores de Corriente Alterna.

BIBLIOGRAFA-Mquinas Elctricas. Jess Fraile Mora - Mquinas Elctricas. Stephen J. Chapman - Mquinas Elctricas. C. B. Gray - Mquinas Elctricas. Fitzgerald - Copias del curso. - Mquinas Elctricas. Anlisis y Diseo Aplicando Matlab. Jimmie J. Cathey.

BIBLIOGRAFA- Mquinas Elctricas. Javier Sanz Feito. - Introduccin a Mquinas Elctricas y Transformadores. George Mc Person. - Mquinas de Corriente Continua. Gilberto Enrquez Harper - Mquinas Elctricas. J. Thaler y M. L. Wilcox - Electromecnica y Mquinas Elctricas. S. A. Nasar y L. E. Unnewehr

INTRODUCCIN

Las mquinas elctricas son el resultado de la aplicacin de los principios de electromagnetismo y en especial de la Ley de Induccin de Faraday. Las mquinas elctricas se caracterizan por tener circuitos elctricos y magnticos entrelazados. Durante todo el proceso histrico de su desarrollo las mquinas elctricas han desempeado un papel muy importante en el campo de la ingeniera elctrica, merced a su aplicacin en los campos de generacin, transmisin, distribucin y utilizacin de la energa elctrica.

INTRODUCCIN En la dcada de 1830, Michael Faraday y Joseph Henry descubrieron que un campo magntico induce una corriente en un conductor, siempre que el campo sea variable.

Las fuerzas electromotrices y corrientes elctricas causadas por campos magnticos variables se denominan fuerzas electromotrices (fems) inducidas y corrientes inducidas, y al fenmeno en s se llama induccin magntica. Los campos magnticos variables pueden obtenerse de distintos modos: Mediante imanes mviles. A travs de corrientes variables. Al alejar o acercar la bobina del conductor o imn. Al hacer girar la bobina en un campo magntico fijo (generador). Todos estos mtodos se pueden recoger mediante una expresin conocida como Ley de Faraday, que relaciona el cambio del flujo magntico a travs de un circuito con la fem inducida en el circuito.

Flujo Magntico Sea dA un vector que representa a un rea elemental de una superficie A, situada en una regin donde est presente un campo magntico B. El flujo magntico a travs de A se define por la expresin

m B dA BdA cos S S

B dAS n

dABn B cos Componente de B segn la direccin normal a dA

La unidad de m en el SI es el weber (Wb).

A

1 Wb 1 T m2 Como B es proporcional al nmero de lneas de campo por unidad de rea, m es proporcional al nmero de lneas de campo que atraviesan el rea.

Flujo Magntico Si la superficie es un plano de rea A y B es constante en magnitud y direccin, y forma un ngulo con el vector que representa a esa rea, el flujo es

m BA cos

Es frecuente tratar con una bobina de alambre que contiene N vueltas. En este caso el flujo a travs de la bobina es igual al producto de N por el flujo que atraviesa una sola vuelta,

m NBA cos

(rea dentro de una espira)

Descubrimiento de Faraday-Henry-Lenz (Induccin Electromagntica)

Un imn en reposo respecto a una espira no induce una fuerza electromotriz o corriente elctrica en la espira.

Un imn en movimiento alejndose de espira induce una fuerza electromotriz o corriente elctrica. Si la espira es la que se aleja del imn se genera el mismo efecto.

Un imn en movimiento de acercamiento a espira induce una fuerza electromotriz o corriente opuesta en sentido al Imn que se aleja de la espira.

Observacin de la Induccin Electromagntica (Sin usar imanes convencionales)Ampermetro

Cuando el interruptor se encuentra abierto el ampermetro registra Cero. Sin embargo, una vez cerrado el interruptor el ampermetro registrar una corriente momentnea, la cual regresar a Cero, una vez se estabilice la corriente en la batera. Con este experimento se demuestra la existencia de la induccin electromagntica.

Ley de Faraday

Fem Inducida y Ley de Faraday Para una espira de conductor en un campo magntico, si vara el flujo magntico a travs de un rea rodeada por la espira, se induce una fem en la misma que se detecta usualmente observando una corriente elctrica en la espira. Esta fem es igual en magnitud a la variacin por unidad de tiempo del flujo magntico inducido en el circuito, d ... (1) m

dt

El signo menos est relacionado con la direccin de la fem inducida (se ver despus).

Fem Inducida y Ley de Faraday Recordando que la fem se defini como el trabajo realizado por unidad de carga, para que exista fem (o trabajo) debe haber una fuerza ejercida sobre la carga. Pero la fuerza por unidad de carga es el campo elctrico E, inducido por el flujo variable. En pruebas utilizando corriente continua, la fem se localizaba en un punto especfico del circuito, como los terminales de la batera. Sin embargo, la fem inducida puede considerarse distribuida a travs del circuito, con lo cual,

E dlC

... (2)

Fem Inducida y Ley de Faraday Combinando las ecuaciones (1) y (2) anteriores se tiene que:

E dl C

dm dt

Ley de Faraday

El flujo magntico a travs de una espira o circuito puede variarse de muchos modos, Alejando o acercando un imn permanente a la espira. A travs de una corriente elctrica que se aumenta o se hace disminuir.

Fem Inducida y Ley de Faraday La propia espira puede alejarse o acercarse a la fuente de flujo. El rea de la espira puede aumentar o disminuir en el interior de un campo B fijo.

Ley de Lenz

Ley de Lenz El signo negativo de la ley de Faraday est relacionado con la direccin y sentido de la fem y corriente inducidas. Estos pueden determinarse a partir de la Ley de Lenz, que dice: La fem y la corriente inducida tienen una direccin y sentido tal que tienden a oponerse a la variacin que las produce. En esta figura el movimiento del imn hacia la espira aumenta el flujo que pasa por ella. La corriente inducida en la espira produce un campo magntico propio. El sentido de esta corriente es aquel que produce un flujo magntico que se opone al del imn. El campo magntico inducido tiende a disminuir el flujo que atraviesa la espira.

inducido

Ley de Lenz En esta figura cuando se hace variar la corriente en el circuito 1, hay un cambio en el flujo que atraviesa el circuito 2. En la situacin (b) al aumentar la corriente que pasa por el circuito 1, hay un aumento del flujo que pasa por el circuito 2: La corriente en el circuito 2 tiene el sentido que hace que el campo magntico inducido produzca un flujo que se oponga al aumento producido por el circuito 1.

aumentando

B inducido

disminuyendo

inducidaaumentando disminuyendo

inducida

Ley de Lenz En la situacin (c) al disminuir la corriente que pasa por el circuito 1, hay una disminucin del flujo que pasa por el circuito 2:

La corriente en el circuito 2 tiene el sentido que hace que el campo magntico inducido produzca un flujo que se oponga a la disminucin producida por el circuito 1.

aumentando

disminuyendo

B inducido

inducida aumentando disminuyendo

inducida

Fem de Movimiento Sea una varilla conductora que desliza a lo largo de dos conductores unidos a una resistencia, que estn situados en una regin donde existe un campo magntico uniforme y entrante. Al aumentar el rea del circuito al moverse la varilla tambin aumenta el flujo magntico que lo atraviesa, y se induce una fem en el circuito. En el instante inicial magntico es igual a el flujo

m B A BA Blx La variacin del flujo magntico por unidad de tiempo es

F

I

dm dx Bl Blv dt dtV = Velocidad de la barra

La magnitud de la fem inducida en el circuito es,

dm Blv dt

Ley de Ampere

INTRODUCCINLas mquinas elctricas realizan una conversin de energa de una forma u otra, una de las cuales, al menos, es elctrica. Teniendo en cuenta el punto de vista estrictamente energtico, las mquinas elctricas se clasifican en tres tipos fundamentales:- Generador. - Motor. - Transformador.

INTRODUCCIN

INTRODUCCIN

INTRODUCCINLos generadores y motores tienen un acceso mecnico y por ello son mquinas dotadas de movimiento, que normalmente es de rotacin; en cambio, los transformadores son mquinas elctricas que tienen nicamente accesos elctricos y son mquinas estticas. En conclusin, los motores y generadores son mquinas elctricas rotativas (que son los que estudiaremos en el presente curso) y los transformadores son mquinas elctricas estticas (los cuales ya fueron estudiados en el anterior curso).

INTRODUCCINTodas las mquinas elctricas rotativas cumplen con el principio de reciprocidad electromagntica, lo cual quiere decir que son reversibles; es decir, pueden trabajar tanto como motor o como generador.Sin embargo, en la prctica, por ejemplo las mquinas asncronas o de induccin trifsicas generalmente se les utiliza como motores. En cambio las mquinas elctricas sncronas, generalmente son utilizados como generadores.

GENERADOREsta mquina elctrica transforma la energa mecnica en energa elctrica. La accin se desarrolla por el movimiento de una bobina en un campo magntico, resultando una Fuerza Electromotriz (f.e.m.) inducida que al aplicarla a un circuito externo produce una corriente que interacciona con el campo y desarrolla una fuerza mecnica que se opone al movimiento. En consecuencia, el generador necesita una energa mecnica de entrada para producir la energa elctrica correspondiente. En general, todo generador necesita que alguien le brinde la energa mecnica a fin de producir energa elctrica.

GENERADOR

Accionamiento mecnico

MOTOREsta mquina elctrica transforma la energa elctrica en energa mecnica. La accin se desarrolla introduciendo una corriente en la mquina por medio de una fuente externa, que interacciona con el campo produciendo un movimiento de la mquina; aparece entonces una f.e.m. inducida que se opone a la corriente y que por ello se denomina Fuerza Contra Electromotriz. En consecuencia, el motor necesita una energa elctrica de entrada para producir la energa mecnica correspondiente.

MOTORRed de energa elctrica

APLICACIONES DE LAS MQUINAS ELCTRICAS

Mquinas de Carpintera

Mquinas de Carpintera

Industria Minera

Trenes de Laminado

Trenes de Laminado

Fajas Transportadoras

Fajas Transportadoras

Sistemas de Bombeo de Agua

SISTEMAS CONTRA INCENDIO

SISTEMAS CONTRA INCENDIO

MQUINAS TREFILADORAS

VENTILADOR INDUSTRIAL

Generador de una Central Hidroelctrica

Generador de una Central Hidroelctrica

Generador de una Central Trmica

TRANSFORMADOREsta mquina elctrica transforma una energa elctrica de entrada (en corriente alterna) con determinadas magnitudes de tensin y corriente en otra energa elctrica de salida (tambin en corriente alterna) con magnitudes diferentes.

TRANSFORMADOREn cuanto a su capacidad, los transformadores se dividen en transformadores de distribucin y transformadores de potencia.

TRANSFORMADORES DE POTENCIA

TRANSFORMADORES DE POTENCIA

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN

Muchas Gracias

gaguilar@uni.edu.pegaguilar@osinerg.gob.pe