Maquinas de Corriente Alterna

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Maquinas de Corriente Alterna

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  • Universidad Tecnolgica de Bolvar.

  • Agenda

    Alternador Trifsico

    Motor Trifsico

    Motor Monofsico

  • Alternador Trifsico El alternador o generador trifsico es una maquinaelctrica que genera un campo magntico variable, quea su vez generar voltajes alternos inducidos en cadabobina separados en tiempo un tercio de vuelta, o loque es lo mismo 120 grados de giro. Hay dos tiposbsicos de alternadores: el tipo giratorio-armadura y eltipo de campo giratorio.

    Fig 1. El alternador produce trestensiones de onda sinusoidal 120fuerade fase una con la otra.

  • Alternador Tipo Giratorio-ArmaduraEste tipo de alternador es el menos usado. Este alternadorutiliza una armadura similares a la de una mquina decorriente continua con la excepcin de que los bucles dealambre estn conectados a anillos colectores en lugar de a unconmutador . Tres devanados separados estn conectados, yasea en tringulo o en estrella.

    Fig 2. Diseo bsico de una armadura de tres fases.

    Fig 3. Los conductores de la armadura giran dentro de un campo magntico.

  • Alternador Trifsico de Campo Giratorio. Este tipo de generador utiliza un inducido fijo

    llamado estator y un campo magntico giratorio .Este diseo permite niveles de tensin y potenciamas altos; debido a que el circuito exterior estconectada directamente al estator y no se enruta atravs de anillos colectores y escobillas. Como semuestra en la figura 4. Este tipo de alternador seconstruye mediante la colocacin de tres juegos dedevanados a 120 entre si.

  • Fig 4. Diseo bsico de un alternador trifsico.

  • Figura 5. Estator

  • El rotor es el elemento giratorio de la mquina. Seproporciona el magnetismo necesaria para inducir tensinen los devanados del estator. Los imanes del rotor sonelectroimanes y requieren una fuente de CC externa paraexcitar el alternador. Este DC es conocido como corrientede excitacin.

    Figura 6. El rotor contiene piezas polares que se convierten en electroimanes.

  • El excitador sin escobillas La mayora de grandesalternadores usan un excitador que no contiene cepillos.Esto se logra mediante la adicin de un pequeoalternador independiente del tipo de armadura en elmismo eje del rotor del alternador ms grande.

    Figura 7. El excitador sin escobillas utiliza electroimanes fijos.

  • refrigeracin del alternadorHay dos mtodos principales de alternadores de refrigeracin. Losalternadores de pequeo calificacin kilovoltios-amperios songeneralmente refrigerados por aire. Los espacios abiertos se dejan enlos devanados del estator, y las ranuras se proporcionan a menudo en elmaterial central para el paso de aire. Alternadores refrigerados por airetienen un ventilador conectado a un extremo del eje que hace circular elaire a travs de todo el conjunto.

    Figura 8. Alternador de dos polos, enfriado por hidrgeno, movido por una turbina. (Cortesa de Center Point Energa).

  • frecuenciaLa frecuencia de salida de un alternador est determinada por dos factores:1. el nmero de polos del estator2. la velocidad de rotacin del rotor

    f = frecuencia en Hertz Ps = numero de polos por fase

    f = PS/120

  • frecuenciaEJEMOLO: Cual es la frecuencia de salida de un alternador que tiene 6 polos por fase y que gira a una velocidad de 1000 rpm?Solucin

    f = (1000 rpm)(6)/120 = 50 Hz

    f = PS/120

  • Voltaje de salidaTres factores determinan la cantidad de tensin de salida de unalternador:1. la longitud de los conductores de la armadura o del estator(nmero de vueltas)2. la fuerza del campo magntico del rotor3. la velocidad de rotacin del rotor

    108 lneas de flujo equivalen a 1 weberE tensin inducida (en voltios)B densidad de flujo en gaussL longitud del conductor (en cm)v velocidad (en cm/s)

  • Alternadores paralelos Varias condiciones deben cumplirseantes de conectar u operar alternadores en paralelo:1. Las fases deben estar conectadas de tal manera que larotacin de fase de todos los equipos sea la misma.2. Las fases A, B, y C de una mquina deben estar en secuenciacon las fases A, B, y C de la otra mquina. Por ejemplo, la fase Adel alternador 1 debe alcanzar su valor de pico positivo de latensin, al mismo tiempo Fase A de alternador 2.3. La tensin de salida de los dos alternadores debe ser lamisma.4. La frecuencia debe serla misma.

    Figura 9. Las tensiones de los dos alternadores deben estar

    en fase entre s

  • MOTORES TRIFASICOS Los tres tipos bsicos de motores trifsicos son1. motor de induccin de jaula de ardilla2. motor de induccin de rotor bobinado3. motor sncrono

    Estator de un motor trifsico

  • El campo magntico giratorioHay tres factores que hacen que el campo magntico gire. Estos son1. el hecho de que los voltajes en un sistema trifsico estndesfasados 120 uno del otro.2. el hecho de que las tres tensiones cambian de polaridad aintervalos regulares.3. la disposicin de los devanadosdel estator alrededor del interior del motor.

    Figura 10. Estator trifsico y tres

    tensiones sinusoidales.

  • Figura 11. El campo magntico se concentra entre los polos B1 y B2.

    Figura 11. El campo magntico se concentra

    entre los polos A1 y A2.

  • Motores Trifsicos Conexin doble-VoltajeMuchos de los motores trifsicos utilizados en la industria estndiseados para ser operados en dos tensiones, tales como 240voltios y 480 voltios. Los motores de este tipo, llamados motores dedoble voltaje.Motores de induccin de jaula de ardillaEl motor de induccin de jaula de ardilla recibe su nombre del tipode rotor utilizado en el motor. Un rotor de jaula de ardilla se realizamediante la conexin de barrasde dos anillos en los extremos.

    Figura 12. Rotor de jaula de ardilla bsico sin laminaciones.

  • El motor de induccin de rotor bobinado es muy popular en laindustria debido a su alto par de arranque y baja corriente de arranque. Eldevanado del estator del motor de rotor bobinado es el mismo que el delmotor de jaula de ardilla.El motor sncrono trifsico tiene varias caractersticas que lo separande los otros tipos de motores trifsicos . Algunas de estas caractersticasson:1. El motor sncrono no es un motor de induccin. Este motor no dependede corriente inducida en el rotor para producir un par de torsin .2. El motor sncrono opera a una velocidad constante desde plena cargahasta la condicin de cero carga .3. El motor sncrono debe tener excitacin DC para el funcionamiento .4. Puede funcionar con la velocidad del campo magntico giratorio(velocidad sincrnica) .5. Tiene la capacidad para corregir su propio factor de potencia y el factorde potencia de otros dispositivos conectados a la misma lnea .

  • Motores selsynLa palabra selsyn es una contraccin derivada de autosncrona (self-synchronous). Los motores selsyn se utilizan para proporcionarinformacin de retroalimentacin angular en aplicacionesindustriales de control de posicin . Aunque los motores selsyn enrealidad operan en una sola fase AC, que no contiene devanadostrifsicos.

    Figura 13. Motores selsyn

    Figura 14. Smbolo esquemtico para un motor selsyn.

  • Motores monofsicos Hay muchos tipos diferentes de motores monofsicos, pero tambin tienen diferentes principios de funcionamiento.

    Motores de fase dividida : se clasifican en tres categoras generales:

    1. el motor de induccin con resistencia arranque

    2. el motor de induccin con capacitor de arranque

    3. el motor con condensador de arranque y condensador de marcha

  • El sistema de dos fasesEn algunas partes del mundo, se produce la energa en dos fases. Un sistema de dos fases es producido por tener un alternador con dos juegos de bobinas enrolladas 90 grados.

    Figura 15 . alternador bifsico produce tensiones que son 90 fuera de fase uno con el otro.

  • bobinados del estatorEl estator de un motor de fase dividida contiene dosdevanados separados: el de arranque y el de marcha. Eldevanado de arranque se hace de alambre mas delgado y secoloca cerca de la parte superior del ncleo del estator.

    Figura 16. Devanado del estator de un motor de induccin con resistencia de arranque. El devanado de arranque tiene alambre mucho mas delgado que el bobinado de marcha.

  • Figura 17.Devanado del estator de un motor con capacitor de arranque. El grosor del cable es el mismo para ambos devanado el de arranque y el de marcha.

  • Motor de induccin con resistencia de arranqueEl motor de induccin con resistencia de arranque recibe sunombre del hecho de que el desfase entre la corriente deldevanado arranque y el devanado de marcha es causada por labobina de arranque es ms resistiva que la bobina de marcha. Lacantidad de par de arranque producido por un motor de fasepartida est determinada por tres factores:1. Intensidad del campo magntico del estator2. Intensidad del campo magntico del rotor3. El desfase entre la corriente en el devanado de arranque y lacorriente en el devanado de marcha (el par mximo se producecuando estas dos corrientes estn desfasadas 90.)

  • Motor de induccin con resistencia de arranque

    Figura 18. Corriente de marcha y corriente de arranque estn 35a 40 desfasadas

  • Motor de induccin con capacitor de marchaEl motor de induccin con capacitor de arranque es muy similaren construccin y funcionamiento al motor de induccin conresistencia de arranque. El motor de induccin con capacitor dearranque, sin embargo, tiene un condensador electroltico de CAconectado en serie con el interruptor centrfugo y el devanado dearranque.

    Figura 19. Un condensador electroltico de CA est conectado en serie con el devanado de arranque.

  • Motores Bifsico de doble VoltajeMuchos motores de fase dividida estn diseados para funcionar con120 240 voltios. Este motor en particular contiene do