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Principios Electromecánicos

Las Máquinas Eléctricas

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Conceptos de energía electromecánica.

La conversión de energía electromecánica es el paso que se da entre energía eléctrica y mecánica o viceversa, que ocurre a través del campo eléctrico o magnético creado por un dispositivo de conversión

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Máquinas Rotativas

Principios Generales: La máquina eléctrica, es un dispositivo de conversión de energía

electromecánica; Si la conversión de energía es de eléctrica a mecánica se llama motor y si la conversión es de mecánica a eléctrica se denomina generador.

Sistema Eléctrico

Maquina Eléctrica

Sistema Mecánico

Flujo de energía como MOTORMOTOR

Flujo de energía como GENERADORGENERADOR

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MÁQUINAS ELÉCTRICASEn los motores eléctricos las espiras rotativas del conductor son

guiadas mediante la fuerza magnética ejercida por el campo magnético y la corriente eléctrica. Se transforma la energía eléctrica en energía mecánica.     

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Las máquinas eléctricas convencionales tienen varios elementos comunes que permiten realizar modelos analíticos generalizados.

En general tenemos diferentes tipos de máquinas eléctricas rotativas que cumplen diferentes funciones, pero con los mismos principios de construcción y funcionamiento.

IrIsWm

qEstator

Rotor

Maquina rotativa elemental

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Se basan en la ley de Faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magnético se generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento".

Principio de Funcionamiento:Principio de Funcionamiento:

““si se introduce una espira, con los extremos conectados a una si se introduce una espira, con los extremos conectados a una determinada resistencia, en el interior de un campo magnético y se le determinada resistencia, en el interior de un campo magnético y se le aplica una determinada tensión exterior, se producirá la circulación de aplica una determinada tensión exterior, se producirá la circulación de una corriente por dicha espira y ésta comenzará a giraruna corriente por dicha espira y ésta comenzará a girar ““

La ley de Faraday que indica que:"en cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magnético de un imán se generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento".

Inductor o circuito de excitación

Inducido es el que induce una fcem que da lugar a un par motor

GeneradorGenerador

MotorMotor

DINAMODINAMO

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Regla de los tres dedos

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Ley de Faraday yLey de Lenz

La Ley de Faraday establece que la corriente inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que lo atraviesa.

Ley de Faraday dice que una tensión se desarrollará a través de un conductor cuando éste esté en un campo magnético cambiante.

La Ley de Lenz dice que la polaridad de la tensión inducida creada, es tal, que la corriente eléctrica resultante produce un campo magnético que se opone al campo magnético que lo creó.

Si en lugar de un conductor rectilíneo se introduce una espira con los extremos conectados a una determinada resistencia y se le hace girar en el interior del campo, de forma que varíe el flujo magnético abrazado por la misma, se detectará la aparición de una corriente eléctrica que circula por la resistencia y que cesará en el momento en que se detenga el movimiento. El sentido de la corriente viene determinado por la ley de Lenz.

MÁQUINAS ELÉCTRICASLa tensión inducida e en un conductor que se desplaza a una velocidad u dentro de un campo magnético B

Principio de funcionamiento de un generadorgenerador

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Inducción sobre una espira

Vea la siguiente fórmula:

Donde:E = la tensión inducidaB = campo magnéticoø = flujo magnético (ø = BA)A = sección transversal de øN = número de vueltas

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Si el inductor tiene N vueltas la fórmula sería:

Donde: E = la tensión inducida B = campo magnético ø = flujo magnético (ø = BA) A = sección transversal de ø N = número de vueltas

CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS

CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS

PRINCIPIOS BÁSICOS

GENERADORLA ACCION SE DESARROLLA POR EL MOVIMIENTO DE UNA BOBINA EN UN

CAMPO MAGNETICO, RESULTANDO UNA F.E.M INDUCIDA, QUE AL APLICARLA A UN CIRCUITO EXTERNO PRODUCE UNA CORRIENTE QUE INTERACCIONA CON EL CAMPO Y DESARROLLA UNA FUERZA MECANICA QUE SE OPONE AL MOVIMIENTO

EL GENERADOR NECESIDA UNA ENERGIA MECANICA DE ENTRADA PARA PRODUCIR LA ENERGIA ELECTRICA CORRESPONDIENTE.

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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PRINCIPIOS BÁSICOS

MOTORLA ACCION SE DESARROLLA INTRODUCIENDO UNA CORRIENTE EN LA

MAQUINA POR MEDIO DE UNA FUENTE EXTERNA, QUE INTERACCIONA CON EL CAMPO PRODUCIENDO UN MOVIMIENTO DE LA MAQUINA, APARECE ENTONCES UNA F.E.M. INDUCIDA QUE SE OPONE A LA CORRIENTE Y QUE POR ELLO SE DENOMINA FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ.

EL MOTOR NECESITA UNA ENERGIA ELECTRICA DE ENTRADA PARA PRODUCIR LA ENERGIA MECANICA CORRESPONDIENTE.

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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ELEMENTOS BASICOS DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS

• ESTATOR - PARTE FIJA

• ROTOR - PARTE MÓVIL

CILÍNDRICOS

MISMO EJE

MATERIAL FERROMAGNÉTICO

• ENTREHIERRO – ESPACIO ENTRE AMBOS

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ELEMENTOS BASICOS DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS

• DEVANADOS:

INDUCTOR – ORIGINA CAMPO MAGNÉTICO BÁSICO

INDUCIDO – TENSIÓN INDUCIDA

• ANILLOS ROZANTES, ESCOBILLAS

• COLECTOR DE DELGAS – RECTIFICACIÓN MECÁNICA

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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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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

f ≡ FRECUENCIA DE SINCRONISMO

θe = p·θm

• ASÍNCRONA / INDUCCIÓN:

• INDUCTOR – ESTATOR (C.A.)

• INDUCIDO – ROTOR (C.A.)

• ROTOR DEVANADO

• JAULA DE ARDILLA

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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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PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO

PARA UN GENERADOR

PARA UN MOTOR SE LLEGA A LAS

MISMAS CONCLUSIONES

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OPERACION BASICA DE LAS MAQUINAS ROTATIVAS

En los dispositivos electromecánicos, el campo magnético proporciona una forma de acoplamiento entre los sistemas eléctrico y mecánico. Se pueden identificar dos aspectos en este acoplamiento, cada uno de los cuales juega un papel en el funcionamiento de las maquinas eléctricas:

1. Fuerzas magnéticas de atracción y de repulsión producen par mecánico.

2. En virtud de la Ley de Faraday, el campo magnético puede inducir voltajes en los arrollamientos (bobinas) de la maquina.

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OPERACION BASICA DE LAS MAQUINAS ROTATIVAS

El campo magnético del acoplamiento desempeña dos funciones:

Cuando una corriente i fluye por los conductores que se encuentran inmersos en un campo magnético, se produce una fuerza sobre cada uno de los conductores de acuerdo a:

f = iw IxB

iw = corriente en el conductor

I = vector en la dirección del conductor

B = vector del campo magnético

x = denota el producto cruzado de dos vectores 24

OPERACION BASICA DE LAS MAQUINAS ROTATIVAS

Si estos conductores están fijos en una superficie cilíndrica, se genera un par, y si la estructura puede girar libremente, entones girara a una velocidad angular wm.

Sin embargo cuando los conductores giran, se mueven a través de un campo magnético y cortan las líneas de flujo, se induce entonces en ellos una fuerza electromotriz de polaridad opuesta a la de la fuente de tensión de excitación, por lo cual se le conoce también como fuerza contra electromotriz (fcem).

Por otra parte, si los elementos rotativos de la maquina se impulsan por una maquina motriz (motor primario), entonces en las bobinas que están girando en el campo magnético (armadura), se induce una fuerza electromotriz (fem)

Si se conecta una carga en los terminales del circuito de armadura, circula una corriente i por la carga y por las bobinas creando a su vez un par de reacción en la armadura de dirección opuesta al par proporcionado por la maquina motriz.

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OPERACION BASICA DE LAS MAQUINAS ROTATIVAS

En resumen, para que tenga lugar una conversión de energía, se necesitan dos elementos:

1.Un campo magnético B de acoplamiento, el cual normalmente se produce en las bobinas de campo

2.Un devanado de armadura que soporta la fem, e, y la corriente de carga, i.

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