Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

Tema 4

Principios Generales de las Máquinas Eléctricas

Damián Laloux, 2001

Definiciones Q

máquina:

(del Diccionario de la R.A.E)

– 2. [f.] Conjunto de aparatos combinados para recibir cierta forma de energía y transformarla en otra más adecuada, o para producir un efecto determinado.

Q

Son máquinas eléctricas aquellas en las que se produce conversión de energía electromagnética o electromecánica. Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

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Conversión de energía en las máquinas eléctricas Ley de Ampère

Ni = ∫ H ⋅ dl

Ley de Faraday

dΦ E=N dt

ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA

MOTOR

GENERADOR

TRANSFORMADOR

ENERGÍA ELÉCTRICA

Ley de Laplace

F = i ⋅ (l × B)

ENERGÍA MECÁNICA Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

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Clasificación de las máquinas eléctricas MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS

ROTATIVAS

(Transformadores)

(Motores y Generadores)

de alterna motores

generadores (alternadores)

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de continua motores

generadores (dinamos)

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Clasificación de las máquinas eléctricas (II) TRANSFORMADORES

de Medida o Protección de Tensión

de Potencia

de Intensidad

Monofásicos

Transformadores

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Autotransformadores

Trifásicos Transformadores

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Autotransformadores

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Clasificación de las máquinas eléctricas (III) MÁQUINAS ROTATIVAS DE ALTERNA Motores

de Inducción (asíncronos)

Trifásicos

Generadores (Alternadores)

Universales

Monofásicos

de rotor bobinado

de condensador

de jaula

de fase partida

Síncronos

Monofásicos

de histéresis

Trifásicos

Monofásicos

Trifásicos

de rotor liso

de rotor liso

de polos salientes

de polos salientes

de reluctancia

de espira de sombra

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Clasificación de las máquinas eléctricas (IV) MÁQUINAS ROTATIVAS DE CONTINUA

Generadores (Dinamos)

Motores

de excitación shunt

de excitación shunt

de excitación serie

de excitación serie

de excitación compound

de excitación compound

de excitación independiente

de excitación independiente

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Elementos constitutivos básicos Q

Q

“El Hierro”: uno o dos núcleo(s) de material ferromagnético laminado que constituye(n) el circuito magnético. “El Cobre”: al menos dos devanados de material conductor arrollados alrededor del núcleo: – Devanado inductor – Devanado inducido Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

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Transformadores monofásicos

Acorazado Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

De columnas 9

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Transformadores trifásicos

Núcleo de un transformador trifásico de tres columnas

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Máquinas asíncronas (de inducción)

Rotor Estator Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

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Máquinas síncronas

Rotor de polos salientes Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

Rotor cilíndrico 12

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Máquina de continua Arrollamiento inductor Arrollamiento del inducido Arrollamiento del polo auxiliar Colector de delgas

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Culata Núcleo polar Cabeza polar Inducido (rotor) Polo auxiliar Escobilla Pie

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Motor de inducción con rotor de jaula de ardilla

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Motor de inducción con rotor bobinado

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Balance energético: Pérdidas Q

Pérdidas en el cobre:

Q

Pérdidas en el hierro: – Por histéresis:

j

PFe = k Fe U

2

Phist = k h f B2M

– Por corrientes de Foucault: Q

PCu = ∑

2 R jI j

PF = k Ff 2 B 2M

Pérdidas mecánicas: – Por rozamiento: Proz = k r ω – Por ventilación: Pvent = k v 2ω2 o bien Pvent = k v3ω3 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

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Rendimiento Q

Rendimiento de una máquina eléctrica: (igual que para cualquier otro sistema) Pútil Psalida Potencia útil η= = = Potencia total Pútil + Ppérdidas Pentrada

Se suele dar en porcentaje

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Valores nominales Q

Son los valores asignados a las distintas magnitudes en el diseño.

Q

Q

Q

Suelen estar relacionados con valores máximos. Si no, son indicativos de los valores que toman las magnitudes correspondientes. Definen el punto de funcionamiento “normal” de la máquina. Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

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Placa de características Q

En ella aparecen los valores nominales: – Tensión(es) nominal(es): UN, o UN1 / UN2 – Potencia nominal: SN o PN – Frecuencia nominal: fN – Intensidad nominal, si es necesario: IN – Velocidad nominal: nN – Factor de potencia nominal: cos ϕN – Rendimiento nominal: ηN

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Placa de características (II) Q

También se añade información adicional: – Fabricante, modelo, nº de serie; – Modo de refrigeración (IC XxxXxx); – Grado de protección (IPxx); – Clase de aislamiento (Y, A, B, C, H...); – Clase de servicio: • Ininterrumpido, • Intermitente, • Temporal, etc... Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

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Tensión nominal Q

Q Q

Está

relacionada con el nivel de aislamiento de la máquina y/o la intensidad o el flujo del campo magnético. ( ⇒ valor máximo) Es la tensión de la red de conexión. En trifásica se trata de la tensión compuesta.

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Intensidad nominal Q

Q Q

Q

Relacionada con el calentamiento de la máquina y la sección de los conductores. ( ⇒ valor máximo) Indica la carga máxima soportable. Superarla implica sobrecalentar la máquina, y dependiendo del tiempo... Superarla mucho puede suponer esfuerzos dinámicos destructivos. Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

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Potencia (aparente) nominal Q

Es bastante común proporcionar la potencia nominal junto con la tensión nominal en lugar de la intensidad nominal. – En monofásica:

SN = U N I N

– En trifásica:

SN = 3 U N I N

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Potencia (activa) nominal Q

Q

Q

En los motores, la potencia nominal es la potencia mecánica en el eje cuando el motor está a plena carga. ( ⇒ valor máximo) Superarla implica sobrecalentar el motor al consumir más corriente. Se suele dar en kW o en CV. – 1 CV ≈ 736 W Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM)

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