Sin t

1
Maquinas Eléctricas
Introducción En una era de descubrimiento, en
que los avances científicos y tecnológicos se
rocen en una sucesión de hechos tan rápidos que
no es posible entender y recordarlos a todos,
resulta sorprendente y digno de ser tomado muy en
serio el advertir que nuestra sociedad, cultura y
nivel de vida, depende de una fase básica de la
tecnología La Disponibilidad de Energía en
Forma Util En el mundo de hoy la energía se
usa para
Calefacción y
Refrigeración

Iluminación

Comunicaciones

Transporte
Construcción y
Fabricación
Lanzamiento
de Vehículos Espaciales

Operación de instrumentos en la Investigación
Médica
Recreaciones
(cine, televisión) Fuentes de Energía las
fuentes de energía más comúnmente disponibles y
universalmente usadas en la tecnología actual son
los combustible. Ejm carbón, petróleo, gas,
madera. En este tipo de fuente de energía se
produce una reacción química La Oxidación,
libera energía en forma de calor y luz producto
del desarrollo de la combustión. Otro tipo de
fuente de energía es la energía nuclear, es
almacenada en los materiales radioactivos.
Liberan energía bien por el proceso de fisión o
fusión. el sol es un tipo de fuente de energía
solar, el sol radia en el lapso de un año a la
tierra más energía que los almacenados en todos
los depósitos conocidos de carbón, petróleo,
etc.. Por último otra fuente de energía, es la
energía mecánica contenida en nuestros sistemas
hidraúlicos los que pueden ser almacenados en
presas, o la que aprovecha la mareas de los
océanos. Resumiendo tenemos las siguientes
fuentes de energía
Combustible (carbón, petróleo, gas, madera).
Nuclear (materiales
radioactivos). Solar
(sol). Mecánica
(sistemas hidráulicas presas y mareas).



2
MÉTODO DE FORMACIÓN DE ENERGÍA

• Termomecánica

Los combustibles se queman
proporciona calor
quema vapor
acciona turbina potencia mecánica
gira el generador (Energía eléctrica)
Combustible calor medio
fluido conexión termomecánica
conexión mecánica eléctrica energía
eléctrica

• Mecánica .- La energía del agua se puede
  almacenar en presas (Energía potencial)
  Centrales hidroeléctricas Paute
• 
  
  
  Agoyán
• 
  Pisayambo
• La energía del agua que
  poseen las mareas (Energía Cinética)
  Centrales maretomotrices

h 100MVA (10c/ u)
Turbinas hidraulicas
3
Turbinas hidráulicas Kaplan
(hlt60 m) Francis (hlt500 m) Pelton
(hlt1800m)

• Química pilas
• baterías
• Magneto-hidrodinámica Si un fluido
  ionizado fluye a través de un campo estacionario
  magnético, las fuerzas ejercidas en las
  partículas ionizadas deben separar las cargas
• 
  positivas de las negativas,dirigiendolas a los
  lados opuestos en la corriente por placas
  conductoras,extrayendo así la energía eléctrica
  del fluído.
• Termoeléctrico El
  mejor ejemplo conocido del efecto termo-eléctrico
  es el sencillo termo-par que resulta muy útil
  para la medición y control de temperatura.

4
ENERGÍA ELÉCTRICA

• Generación
• Transmisión
• Distribución
• 1.- Generación (generadores de corriente alterna)
• Genera a mediano voltaje
  13.200 Voltios
• 13.800 Voltios
• 24.200 Voltios
• 
  pequeños voltajes 240 Voltios
• 480 Voltios
• 380 Voltios
• 2.- Transmisión Sistemas de
  transmisión Corriente
  alterna
• (Líneas de transmisión y
  Corriente continua

5

• Distribución

Usuarios Comerciales 440-380V
220-110V
Usuarios Residenciales 220-110V
Industria pequeña 440V
380V
220V Industria pesada 33KV
69KV Industria mediana
4,16KV 11 KV
13,2 KV
13,8 KV
Líneas de transmisión
Motores AC DC
Subestaciones elevadoras (transformadores
auto-transformadores)
Subestaciones de reducción (transformadores
auto-transformadores)


Líneas de transmisión EEUU
URSS Canadá GB
Ecuador 230KV 400KV
735KV 132KV
132KV 345KV 500KV
275KV
230KV 500KV
400KV
6
PRINCIPIOS GENERALES DE LA MAQUINARIA ELECTRICA
Núcleo magnético (circula el flujo magnético)
MÁQUINA ESTACIONARIA
Transformador
Bobina (circula la corriente)
Generadores
Núcleo Magnético (estator, rotor) (circula flujo
magnético)
MAQUINA GIRATORIA
Bobinas (estator , rotor)(circula corriente)
Motores
Entrehierro
Generador
No existe variación de frecuencia
Energía mecánica
Energía eléctrica
Transformador
Energía eléctrica
Energía electrica
Motor
Energía electrica
Energía mecánica
7
Clasificación de la maquinaria eléctrica
8
LEYES FUNDAMENTALES

• Ley de inducción de Faraday
• Ley de circuito eléctrico (Kirchoff)
• Ley del campo magnético (Ley de Ampere)
• Ley de la fuerza ejercida sobre un conductor
  situado en un campo magnético ( Ley de
  Biot-Savart)
• 1.- Ley de Inducción de Faraday
• a.- La fuerza electromotiz inducida en un
  circuito creado debido al flujo producido por un
  imán.
• b.- Fuerza electromotriz de autoinducción y de
  inducción mutua.
• a.- Si el flujo magnético concatenado con un
  circuito conductor varía, le induce una fuerza
  electromotriz (f.e.m.) en el circuito.
• f flujo concatenado con el
  circuito
• df Variación del flujo en el
  circuito
• dt variación del tiempo
• e fem

9
N
N
N
N
N
S
S
S
S
S
F máx
F disminuyendo F mín
F
aumentando
F máx
l
dx distancia que se mueve el conductor dt
variación del tiempo
i
N
S
fem
Mov. de la bobina
10
FUERZA ELECTROMOTRIZ MEDIA
Fmáx
p/2 p
2F
1 2 3 4 5
Para máquinas de 2 polos
Generalizando
Todas las fórmulas anteriores han sido
consideradas para una espira.
De manera general
11
b.- FEM DE AUTOINDUCCION Y LA FEM DE INDUCCION
MUTUA.
La Ley de Faraday establece que sólo una
variación del flujo concatenado es la que hace
que la f.e.m. inducida aparezca en el circuito
prescindiendo de cual es el origen del
flujo. Fem se induce en un circuito,si su
propio flujo cambia debido a la variación de la
intensidad de la corriente,llamandose fem de
autoinducción.
i
Lf(disposición geométrica de los conductores,el
número de espiras, y la naturaleza magnética del
medio)
f
V
Coeficiente de Autoinducción
Si el flujo del circuito adyacente cambia por la
variación de la intensidad de este ultimo
circuito,le influye una fem mutua.
L henrios Mhenrios
f
I1
I2
V1
V2
Mf(depende de los mismos factores de L y además
de la posición relativa de los circuitos).
12
2.- Ley del circuito eléctrico Leyes
de Kirchoff Voltaje Corriente
Ejemplo
I Ii If I-If-Ii 0
If I
Ii
rf
ri e
V
V IiRi
e
V Ifrf
Ley del circuito Magnético (Ley de
Ampere) HlIntensidad del campo
(amperios-vueltas/cm) dl Elemento del circuito
magnético N Número de espiras que son
atravesadas por el flujo magnético. I
Intensidad que circula en la espira (amperios)
La integral curvilínea de la intensidad de campo
a lo largo de un camino cerrado es igual a la
suma de los amperios- vueltas con los cuales
este camino está concatenado.
I H1L1NI H2L2NI H3L3NI
L1ltL2ltL3 H1gtH2gtH3
L1 L2 L3
H1 H2 H3
13
Material
mr Co
hasta 70 Ni
hasta 200 Hierro y
sus aleaciones
hasta 100.000 Aire
1
Ley de Ohm del Circuito magnético
Circuito eléctrico
Circuito magnético
14
LEY DE BIOT SAVART a.- Intensidad (magnitud) y
el sentido de la fuerza
F fuerza (libra) L longitud del conductor
(pulg.) B densidad de flujo (línea/ I
corriente (A)
B I
a
a90
Para las máquinas eléctricas

• b.- Sentido de la fuerza en las máquinas
  eléctricas
• Ley de la mano izquierda
• - Flujo debe entrar por la palma de la mano.
• - Cuatro dedos deben tener el sentido de la
  corriente.
• - Pulgar le da la dirección de la fuerza.

a
I
F
B
Analitico
I
I
.
F
.
-

-

F
I
I
X

-
-

F

x
F
B
B
B
B
15
b).-Sentido de la Fuerza de las Máquinas
Eléctricas
N
F

F
(lbs. - pie)
T F.d
S
pulgadas
R Radio del Rotor D 2R Diámetro del Rotor
Valores instántaneos
valores eficacez (RMS)
1 periodo
16
Potencia Electromagnética Ta P/n
(lbs.-pie)
B
t
Bmax
X
Bmin
Fundamental
Serie de Fourier
Armonica ( produce pérdidas ).
t paso completo (distancia entre polos
adyacentes)
f
polos
l
Potencia Electromagnética
t
17
MAQUINAS DE CORRIENTE ELECTRICA Elementos
Constitutivos de la Máquina de Corriente Directa
-Carcaza y sus tapas (En una de sus tapas se
encuentra el sistema de portaescobillas) -Polos
principales y sus bobinas -Polos auxiliares
(interpolos) y sus bobinas -Devanados de
compensación
Estator (fija)
-Núcleo del inducido (armadura) -Devanado del
inducido -Colector (conmutador) -Eje y sus
rodamientos -Sistemas de ventilación
Entrehierro
aire
ROTOR (giratoria)
Carcaza y sus tapas Carcaza es un medio de
circulación del flujo magnético. Sirve como
soporte mecánico de polos principales y los
auxiliares. Está constituido de material
magnético (acero al silicio).

Inconveniencias
Hierro fundido Limitación de peso y de la
densidad de flujo. Acero fundido La no
uniformidad del material magnético Acero rolado
Superó los incovenientes de los otros 2
tipos de material
Materiales
Las carcazas las hay de
1 sola pieza


2 piezas
18
núcleo (material magnético bobinas
Polos Principales
Bobinas de lso polos principales
Circula Flujo Magnético
Bobinas Principales Serie (Corriente alta,
gran área, poco de vueltas, resistencia baja)
Derivación (Corriente baja, pequeña área, gran
de vueltas, resistencia alta) Serie -
Derivación
Ec Voltios por bobina de campo If Corriente
del devanado RcResistencia por bobina de campo r
Resistividad (Cu) LcLongitud del alambre de
c/bobina CMEl área del conductor en circular
mil Nc de vueltas por bobina MLTLongitud
media de c/bobina NcIfamperio-vuelta por bobina
Polos Auxiliares (Interpolos) - Núcleo (material
magnético) - Bobinas Para grandes máquinas el
de polos auxiliares es igual al de polos
principales. Para máquinas de pequeña capacidad
del de polos auxiliares es la mitad del de
polos principales.
19
A las bobinas se las conecta en serie con el
inducido gran corriente
área del conductor sea grande, resistencia baja

Devanados de Compensación Están presentes
en máquinas de gran capacidad.




Como están
colocados en serie con el inducido
entoces circula gran corriente
Area es grande Resistencia baja
Uno de los problemas en las máquinas eléctricas
es la llamada reacción del inducido,y para
resolverlo se colocan polos auxiliares o también
devanados de compensación.
ROTOR
Núcleo del Inducido (Armadura)
Constituido por chapas o láminas circular
aisladas, delgadas, ranuradas externamente de
material magnético (acero al Silicio)
Pérdidas de histéresis
diferente abierto
-circulares geometría
semiabierto -rectangulares

-cuadrada
Ranura
Devanados del inducido
cabezales de la bobina
devanado del inducido
conductores activos
Imbricado ondulado
w
wpaso de bobina wt (paso completo) 180
terminales de la bobina
20
Terminales de la bobina son conectados a las
delgas del colector (conmutador) Pérdidas de
histeresis ( lazo de histeresis).
3
2
1
2
1
2
1
3
4
SIMPLEX
DUPLEX

TRIPLEX
Colector Sistema de porta escobillas
Sistema de conmutación
de (generador) al (motor)
corriente del inducido
inducido
Los carbones hacen contacto con las delgas del
colector estos carbones tienen baja
resistencia. -El sistema de porta escobillas está
alojado en las tapas pueden funcionar en
paralelo, en las máquinas se requiere Una
escobilla de polaridad () Una escobilla de
polaridad (-)
21
Conmutador Rectificación A.C.
D.C. Conjunto de delgas son de bronce
aisladas entre sí y del eje.
Conversión D.C.
A.C.

Sistema Portaescobillas
Realizan el proceso de conmutación
N
N
Terminales están conectados a las delgas.
Alimentación a través de la escobilla () y
(-). Potencia eléctrica en forma de corriente
continua.
En el devanado del inducido se induce una fem de
tipo alterno
S
S
Lado de la bobina Circuito externo
Lado de la bobina ba
AB
dc ab
AB cd
b
c
c
b
a
-
d
N
S
a
A B
d

22

• Si aumentamos el número de delgas ocurre que
• Un voltaje mejor puede ser desarrollado.
• Las pulsaciones de voltaje pueden ser reducidos.
• EJE Material acero inoxidable
• Capaces de soportar al
  núcleo del inducido,bobinas,sistema de
  ventilación(ventilador),rodamientos.
• Rodamientos son colocados en los extremos del eje
  y permiten girar libremente el rotor
• SISTEMA DE VENTILACIÓN
  Ventilador
• Sistema de refrigeración

EJEMPLOS Cada bobina principal de una máquina de
corriente continua tipo derivación requiere 4550
amperios-vueltas por polo. La máquina de
corriente continua funciona a 250 V. y es de 6
polos. a.- Si la longiyud media de cada vuelta es
de 12,1 pulgadas. Calcular el tamaño del
alambre. b.- Si la corriente de campo es limitada
a 1,1 amperios. Calcular el número de vueltas de
cada bobina.
23
Con los datos del problema anterior, si cada una
de las bobinas de los polos principales es
devanada con 3500 vueltas.Calcular NCIf ,If.
TIPOS DE MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
ra Resistencia de los interpolos rc Resistencia
de los devanados de compensación.
De Excitación Independiente
Generador
Motor
I
I
ra
rf
ra
Ii
Ii
rf
-
f
-
f
carga eléctrica
If
V
V
ri
V
ri
If
rc
f.c.e.m.
f.e.m. inducida
- Vf
rc
- Vf
24
Forma general
Maquinas Autoexcitadas Tipo Serie
I
f
ra
rs
f
Ii
ra
rs
Ii
-
Is
-
carga eléctrica
Is
V
ri
carga eléctrica
V
ri e
rc
rc
Generador
Motor
n
n
MA
carga mecánica
En forma general
25
Tipo Derivación
Generador
Motor
If
I
If
I
ra
rf
ra
rf
Ii
f
Ii
f
-
-
carga eléctrica
V
V
V
Ri e
Ri e
rc
rc
n
n
MA
Carga mecánica
De manera general
26
Tipo Compuesto Corto
Generador
Motor
If
I
If
I
ra
rf
fs
rs
ra
rf
fs
rs
Ii
ff
Ii
ff
-
-
carga eléctrica
V
Is
V
V
Ri e
Ri e
rc
rc
n
n
MA
Carga mecánica
De manera general
27
Tipo Compuesto largo
I
If
If
I
ra
rf
fs
rs
ra
rf
fs
rs
Ii
ff
Ii
ff
-
-
carga eléctrica
Is
V
V
V
Ri e
Ri e
rc
rc
n
n
MA
Carga mecánica
De manera general
28
motor Generador
P. Eléctrica
P. Eléctrica
P. Mec.
P. Mecánica
Flujo de Potencia
potencia Eléctrica de salida VI
Generador
Perdidas en el campo de derivación (5)
Potencia Electomagnética
Pérdidas en el devanado de compensación
Perdida por interpolos
perdidas del campo serie
Potencia de entrada Potencia mecánica presencia
de la máquina auxiliar
Perdidas debido al contacto con las escobillas
P.ctes. Parasitas (tipo eléctrico)
P he
P fe rot
Pérdidas estan en el circuito del inducido
3-6
P fv
P rotacionales 3-15
Notación
P fv Pérdidas debido a la fusión y
ventilación P he Pérdidas de histeresis y de
Eddie (tipo magnético) P fe rot Pérdidas de
hierro rotacional
Pérdidas de Joule
29
MOTOR
Potencia de salida pot. eje pot. mecánica
P fv
Potencia electromagnética
Pérdidas cargas parasitas
Potencia de entrada
P fe rot
Pérdidas
P he
Pérdida contacto escobillas
Pérdidas rotacionales 3 - 15
Pérdida del campo serie
Pérdida de interpolos
Pérdidas del devanado de compensación
Pérdidas del campo derivación
Pérdidas del circuito inducido
1 - 5
Fuerza Electromotriz.-Generada en un devanado de
corriente continua (ley de Faraday)
Fem I
Ca
-
Colector
rotor
Se toma la función en forma continua
sinusoidal no sinusoidal--fundamental
Suponiendo el valor del flujo
suponiendo que la bobina es conectada y el
flujo atraviesa todas las espiras al mismo tiempo
30
N de espiras en serie entre dos escobillas
de diferente polaridad ( con de espiras
circuito) Z total de conductores del
inducido a de circuitos paralelos Z/2a
de espiras entre dos escobillas de diferente
polaridad ( de espiras/ circuito) Z/2 TOTAL
DE ESPIRAS En la máquina de C.C. las N espiras
estan distribuidas en el inducido, ocupando
diferentes ranuras, luego la furza electromotriz
inducida en las espiras de las diferentes
ranuras no estan en fase.
N
1
2
12
1
12
2
3
11
3
11
a
4
10
4
10
5
9
6
8
7
5
9
6
S
8
7
aángulo entre ranuras
31
Las escobillas deben ocupar el eje neutro. Existe
una suma algebraica de todos los elementos del
devanado entre dos variables de diferente
polareidad, se aproxima a un valor igual a la
mitad de la circuferencia.
2R/pR2/p
valores maximos
valores máximo
Debido a la posición de las escobillas tenemos el
máximo (amplitud) de la tensión inducida de c.a.
32
tensión inducida de c.c. (E)
devanado de paso comleto
Z de conductores (ambas capas) Z/2a de
conductores/capa/circuito wt (paso polar)
t
dx
conductores/ capa/ circuito
33
El valor de la f.e.m. instantanea en el circuito/
capa se la halla integrando a lo largo del camino
t .
de conductores/ circuito
tensión media con que contribuye c/conductor
34
Par electromagnético producido por una máquina de
Corriente Continua (Ley de Biot-Savart).
N
B es Diferente para c/conductor
z/pD dx cond.
dx
S
Motores de Corriente Continua
Circuito magnético (Ley de Ampere)
- En funcionamiento ambos devanados contribuyen
para la formación del flujo - Cuando sólo hay
corriente en el devanado de excitación, éste es
el único que produce flujo, el otro devanado
no.
35
Circuito magnético de la máquina de corriente
continua sin carga (vacío)
Circuito magnético - Pasa 1 vez a través de la
carcaza. - Pasa 2 veces a través de los polos
principales. - Pasa 1 vez a través del
entrehierro. - Pasa 2 veces a través de los
dientes del inducido. - Pasa 1 vez a través del
núcleo del inducido
Flujo se divide en 2 partes
g
p2
Se debe de saber - Que potencia se necesita. -
Que voltaje tenemos o necesitamos. - Velocidad. -
m El flujo es creado por una fuerza
magnetomotiva (f.m.m.) De manera general
36

• Procedimiento
• Se divide el flujo de la sección transversal de
  cada una de las cinco partes para determinar de
  esta manera los cinco valores de B.
• Hay que determinar a partir de las curvas de
  saturación del hierro usado en la culata, el
  núcleo polar,los dientes del inducido,el núcleo
  del inducido,
• los valores de H que corresponden a B ( O lo
  realiza matemáticamente con el conocimiento de
  las permeabilidades).
• Multiplicar los valores de H encontrado en la
  curva de saturación por la correspondiente
  longitud de los circuitos magnéticos l y
  finalmente Sumar
• los cinco valores para obtener el valor final
  de los amperios-vueltas.
• Una máquina de 2 polos tiene solamente un
  circuito magnético y los NI (amperios-vueltas)
  están dispuestos la mitad sobre cada polo de la
  máquina.
• Una máquina multipolar tiene p/2 circuitos
  magnéticos y el número de amperios-vueltas
  totales es p/2 veces los amp.-vueltas para un
  circuito.

Característica de vacío
Varío los valores
Amp-vueltas requeridos por el entrehierro
Amp-vueltas requeridos por el hierro
Curva de magnetización( de saturación) Caract. de
vacio
En el codo trabajan las máquinas a fin de
aprovechar mejor el material
37
Fuerzas magnetomotivas del devanado del inducido
Asumir Devanado del inducido circula corriente
(el devanado de excitación no circula corriente).
Eje polar
N
S
N
S
a a
a a
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
mov.
FMM
máx.
mín.
38
Si las escobillas no coinciden con el eje
interpolar y han sido desplazadas,la forma de
onda de la fmm del inducido no varía, los puntos
máximos no coinciden con el eje interpolar ni
los puntos cero no coinciden con el eje polar. La
curva de f(B) va a ser diferente de la que cuando
las escobillas están colocadas en el eje
interpolar.
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Debido al desplazamiento de las escobillas
existen 8 bobinas donde el sentido de la fem
inducida y la corriente son contrarias. La onda
FMM del inducido cuando se desplaza las
escobillas sus valores máximos coinciden con la
posición de las escobillas. Bobina del inducido
se compara con un solenoide cuyo eje coincide con
el eje de las escobillas.
39
Reacción del Inducido FMM producida por los
polos principales FMM producida por el
inducido
FMMr ---f(B) máquina cargada
El efecto de la FMM del devanado del inducido
sobre la distribución del flujo debido sólo al
devanado de excitación es la reacción del
inducido . Efecto de la Reación del
Inducido a)Efecto magnetizante transversal del
inducido b)Efecto desmagnetizante.
Condiciones de Saturación Debilitamiento gt
Reforzamiento Produce reducción de
flujo En el motor la fem inducida y la
corriente son opuestas. El efecto de
debilitamiento y reforzamiento son contrarias a
lo que se produce en el generador.
40
- Generador el desplazamiento de la zona neutra
es en el sentido de la rotación. -Motor
el desplazamiento de la zona neutra es en el
sentido contrario.
El efecto del flujo transversal del inducido
produce una distribución no uniforme del flujo
polar.
como resultado la distribución de flujo en el
entrehierro es mayor en la zona
situada bajo un medio polo
que en el otro medio polo
I Se debe al flujo del devanado de los
polos principales. II Se debe al inducido III
Resultante.
III
I
II
41
Máquinas de Bajo Saturado El área bajo la curva
I es igual al área bajo la curva III en
condiciones de baja saturación no hay redución de
flujo sino distorsión únicamente.
b.- Efecto desmagnetizante
De manera general En un generador donde las
escobillas están desplazadas en el sentido de la
rotación ó, En un motor donde las escobillas
están desplazadas en el sentido opuesto al de la
rotación.
Habrá una reducción de flujo
I
II
III
42
Cálculo de la FMM de excitación en carga
Efecto transversal
Efecto desmagnetizante Generador e
V Motor V
e
Carga Circulando en el motor corriente
- Caída de tensión en el
inducido. - Por efecto de
reacción del inducido hay
reducción del flujo
V ltgt e
La excitación en los polos principales debe ser
igual a esta cantidad 2bA FMM/par polos
Nomenclatura t Paso polar (pulg.) A
Amp-vueltas/pulg. tA Amperios vueltas FMMT
/par polos
inducido
be Arco polar efectivo de los polos principales
1/2 polo debilitamiento 1/2 polo reforzamiento
del flujo de los polos principales.
43
Polaridad de un generador de corriente
contínua HP Motor (Potencia de
Salida) Wattios Kilowattios Potencia
(potencia eléctrica) Megawattios
En las máquinas autoexcitadas existe un
magnetismo remanente.
Campo
Voltajes
Inducido
Sentido de la rotación.
Sentido de Rotación de las máquinas de corriente
contínua (Tipo derivación y tipo Serie).
Si desaparece
Generador
Pasa a ser motor, cuyo sentido de rotación es
contrario al del generador.
N
Tm
Ti
x
x
x
x
x
x
x
x
rot
44
Análisis para una máquina tipo derivación
Análisis para una máquina tipo Serie
Carga elect.
Carga elect.




-
-
-
-
I
I
I
I
If
If
Is
Is
Ii
Ii
Ii
Ii
carga mecanica
carga mecanica
Motor
Motor
Generador
Generador
45

• CARACTERÍSTICA DE LOS GENERADORES DE CORRIENTE
  CONTINUA
• Característica de vacío E
  vs. Iexc. n constante
• Característica en carga V
  vs. Iexc. n constante
• Característica externa V
  vs. Ic n constante
• Curva de regulación I I
  exc. Vs. Ii V constante

n constante
Característica de vacío Depende de
las dimensiones de las distintas partes del
circuito magnético y de los materiales
usados Característica en carga Característica
externa Curva de regulación.
No saturado Saturado
Flujo transversal Desmagnetizante
Reacción del inducido. Caída de tensión . S
IiR Caída de tensión en las escobillas DV
Depende de la curva de vacío y del tipo de carga
Depende de la corriente de carga.
No saturado Distorsión de la
distribucion de flujo. Saturado
Distorsión de la distribución de flujo, más la
reducción del mismo.
Resc.
Md FMM de reacción del inducido. Md Md/ Nexc.
DV
DV1V 2 DV 2V
Rexc.
A/pulg2
46
1.-
4
5
2.-
3.-
Para todas las máquinas se procede de igual
manera que lo realizado en 1(máquinas
separadamente excitadas), cortando las bobinas
en las partes indicadas y se llena la siguiente
tabla. E Iexc n
Cte.
47
E
ngtn1gtn2
n n1 n2
Descendente
Promedio
Ascendente
Iexc.
Característica de carga de una máquina
separadamente excitada
V Iexc n
I Característica de magnetización II E III
Caracteristica de carga
Cte.
C B A H
Iexc.
MA
48
Caracteristica externa del generador
separadamente excitado V vs. F(I) n cte.
V
V I Iexc n
I Eo II E III
cte
cte
I
Característica de vacío
Eo
Línea de saturación
C B A
Q Q
Iexc
o
P P
S
49
CURVA DE REGULACIÓN I exc vs. I V cte n Cte
Iexc
I
GENERADOR SERIE
Característica en carga Para el generador serie
la característica en carga tambien debe de
tomarse con excitación independiente, pues con
autoexcitación la intensidad del inducido y la de
la excitación variaría al mismo tiempo. Las
características en vacío y en carga de un
generador serie son, por tanto, identicas que las
características en vacío y en carga de un
generador de excitación independiente. Caracterí
stica externa
Eo E V
V
I II III
C B A B A
Ii
50
Generador derivación Característica de carga
V
Iexc.
V
Eo
C B A B A
Característica Externa
V I rf n
Cte Cte
Ii
Hipercompuesto plano hipocompuesto
Característica Externa de un generador compuesto
Ve
VgtEo VEo VltEo
Generador acumulativo
I
51
Estabilidad de motores Tc Torque de carga Tm
Torque del motor Tf Torque del frenado.
Tm Tc
Tc Tm
TcgtTm Existe Tf
P
P
F. Estable
F. Inestable
Característica de motor derivación
If
I
ra
rf
Ii
f
-
V
Ri e
rc
n
Carga
T
Motor serie
Ii
52
Motor compuesto
3 2 1
T
T
n
Derivación Serie
Compuesto
3
I
I
n
1 2
1.- Derivación 2.- Comp. Acum. 3.- Serie
53
Diagramas fasoriales Carga inductiva
Inductivo resistivo Resistivo Capacitivo inductivo
Inductivo-capacitivo-resistivo
f
I1
V1
V2
E1
ZRjX
fel
E2
I1N1
I2N2
IoN1
54
Capacitivo
Circuito equivalente
55
Magnitudes relativas de las impedancias de
dispersión del primario y del secundario

• Los triángulos de impedancia son de igual
  tamaño.
• La hipotenusa de los dos triángulos están sobre
  la misma recta.

Diagramas de círculo para una carga no inductiva
(resistiva)
I1 r1 jx1
r2 jx2 I2
R jX
V1
V2
E2
56
Si quitamos R y cortocircuitamos los
terminales del circuito equivalente,ocurre que
X1X2
Q2
R1r2R
57
Ley de kirchhoff

• Para analizar circuitos más complejos, se
  simplifican mucho mediante el uso de dos
  sencillas leyes, conocidascomo
• 1.- Ley de corrientes de Kirchhoff
• 2.- Ley de Voltajes de Kirchhoff

58
Ley de corrientes

• La suma de las corrientes que llegan a un nudo
  debe ser igual a la suma de las corrientes que
  salen de ese nudo.

I1 I2 I3
59
Ley de voltajes

• En una malla se cumple que la suma algebraica de
  los productos de las resistencias de cada rama
  por la intensidad correspondiente es igual a la
  suma algebraica de todas las fuerzas
  electromotrices que en ella se encuentran.

I
60
1.- TEORIA 1 Ley de Faraday
Conocemos lo siguiente
Que la corriente que crea un flujo magnético que
se opone al cambio en el flujo magnético a través
del circuito. En el caso de que el flujo
magnético sea uniforme en un circuito de área A
que esta en un plano como el de la Fig. 1. En
este caso, el flujo a través del circuito es
igual a B A cos?, entonces la fem. inducida
puede expresarse como ? - d ( B A
cos? )
(3.1) dt
B Fig.
1
61
De la expresión 3.1 se ve que la fem. puede ser
inducida en el circuito de varias formas

• Variando la magnitud de B con respecto al
  tiempo.
• Variando el área del circuito con respecto al
  tiempo
• Cambiando el ángulo ? entre B y el vector de
  área con respecto al tiempo y
• Cualquier combinación de éstas.

• LEY DE INDUCCION DE FARADAY
• La ley de inducción de Faraday es una de las 4
  leyes fundamentales de las maquinas eléctricas, y
  se la aplica tanto para las maquinas de corriente
  continua como para las maquinas de corriente
  alterna. Para su mejor estudio la analizaremos en
  2 partes
• Fuerza electromotriz (fem. ) inducida en un
  circuito cerrado debido al flujo producido por un
  imán.
• Fuerza electromotriz de autoinducción y de
  inducción mutua.

Fuerza electromotriz inducida en un circuito
cerrado debido al flujo producido por un
imán Faraday luego de algunos experimentos
realizados, tales como la barra de imán que se
acerca y se aleja de una espira de alambre y otro
como la bobina conectada a una batería y a un
interruptor, permitieron determinar la
existencia de una corriente inducida, la cual era
producida por una fem. inducida. Faraday resumió
estos experimentos en la siguiente ley La fem.
Inducida en un circuito, es directamente
proporcional a la rapidez de cambio de flujo
magnético a través del circuito. La misma ley,
pero en otros términos dice Si el flujo
magnético concatenado con un circuito conductor
varia, se induce una fuerza electromotriz en el
circuito.
62
Estos enunciados conocido como la Ley de
inducción de Faraday, puede escribirse como ?
- d? v, en el SI
(1) dt ? - d? x 10-8
v, en el sistema ingles (1.a)
dt donde ? es el flujo magnético
que abarca el circuito, el cual puede ser
expresado como ? ? B.dA
(2)
Si el circuito consta de una bobina de N espiras,
todas de la misma área y si el flujo pasa a
través de todas las espiras, la fem. inducida
esta dada por ? - N d?
(3)
dt Vale mencionar que el signo
negativo es una consecuencia de la Ley de Lenz,
la cual establece que La polaridad de la fem.
inducida es tal, que ésta tiende a producir una
63
Fuerza Electromotriz de inducción y autoinducción
En los casos anteriores el flujo es producido
mediante imanes y la variación del flujo se debe
al movimiento relativo entre el conductor y el
imán.
Pero la ley de Faraday establece que solo una
variación del flujo concatenado es lo que hace
que aparezca una fem. en el circuito
prescindiendo de cual sea el origen de este
flujo.   Luego se inducirá una fem. En un
circuito si su propio flujo cambia debido a la
variación de la intensidad de su corriente,
llamamos a esta fem. de autoinducción.   Pero si
el circuito adyacente cambia por la variación de
la intensidad de este último circuito, se induce
una fem. de inducción mutua, tal como se muestra
en la Fig. 2.    
L12

L12
64
Para el caso de autoinducción el flujo
concatenado viene determinado por su propia
intensidad
( N? ) Li
L (n?
)
i L coeficiente de
autoinducción L f (disposición geométrica de
los conductores, del número de espiras y
naturaleza magnética del medio) De este ultimo
factor tenemos si el material es ferromagnético,
la reluctancia (resistencia magnética) es
mucho menor y él ? es mucho mayor que cuando no
hay materiales ferromagnético. Cuando no existe
materiales ferromagnético él ? es directamente
proporcional a la fuerza magnetizarte, luego L es
constante. En los materiales ferromagnético el
flujo y la fuerza magnetizarte esta relacionado
mediante la curva de magnetización, la cual no es
lineal, luego en estos casos L no es constante
sino que varia con la fuerza magnetizarte. Si L
es constante
65
?a - d? x 10-8 L di 10-8 v
dt
dt L
Henrios Si por el contrario consideramos la
inducción mutua el flujo concatenado del circuito
anterior será ( N ? ) 1 Mi 1 M Coeficiente
de inducción mutua, depende al igual que L de
los mismos factores y además de la posición
relativa de los circuitos. Para el caso de M
constante ? m1 - M di v

dt
? m2 - M di1 v

dt

M Henrios.
66
2.- TEORIA 2
ECUACIONES DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA
SEPARADAMENTE EXCITADAS.
Un método de clasificación de los generadores de
CD, se basa en la forma en que el devanado de
campo se excita para producir los amperes-vueltas
y la fuerza magnetomotriz necesarios por polo
para generar un voltaje. Así, pareciera ser
posible que cualquier generador de CD produce un
voltaje de CD y una corriente con magnitud
suficiente para excitar su propio campo, y esa
excitación se denomina auto excitación. Sin
embargo cuando uno o más campos se conectan a una
fuente separada de voltaje de CD que es
independiente del voltaje de armadura del
generador, se dice que este generador tiene
excitación separada. En la Fig. 3a y b se
muestran dos generadores con excitación separada.
El circuito de la figura 3a muestra el campo en
paralelo conectado a un potenciómetro y a una
fuente de CD que es independiente del voltaje de
armadura Va. Como el campo ya no esta excitado
por el voltaje de armadura, la corriente de
armadura Ia es la misma que la corriente de carga
IL. Del mismo modo suponiendo que las líneas de
transmisión tienen resistencia cero, el voltaje
de armadura Va es el mismo que el voltaje de la
carga IL/ RL.
67
Para el Generador

• Vf If . Rf
• E V2?V?Ii.R
• Ia IL IF
• Donde R ri ra rc
  

Para el Motor

• Vf If . Rf
• V E2?V?Ii.R
• IL Ia IF
• Donde R ri ra rc
  

68
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD
DE INGENIERIA ELECTRICA Y COMPUTACION MAQUINARIA I
ARREGLOS DE LA BOBINA
Dennys Moscoso Ing. Gustavo Bermudez
Guayaquil Ecuador 2002 - 2003
69
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD
DE INGENIERIA ELECTRICA Y COMPUTACION MAQUINARIA I
ARREGLOS DE LA BOBINA
El concepto de una máquina con mucho flujo
entrando al rotor a través de su superficie
generadora como láminas implica que el tipo
básico de electricidad generada es invertida en
signo, para cualquier conductor individual del
rotor debe cortar primero un polo Norte y luego
un polo Sur. Y solamente la fricción contacta el
manejo para redirigir la corriente llevada de un
generador o alimentador a un motor al fin de
producir una corriente estable en el circuito
externo.
Bobinas del rotor de la máquina D.C.
70
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD
DE INGENIERIA ELECTRICA Y COMPUTACION MAQUINARIA I
EFECTO DEL TAMAÑO
Canal seccionado transversalmente con un
generador A.C el imán y bobina
secundaria distribuida en el miembro inmóvil
71
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DE INGENIERIA ELECTRICA Y COMPUTACION MAQUINARIA I
POR QUE NOSOTROS TRATAMOS GENERAR ONDA SENO
Generar onda seno es usar caras paralelas del
polo, dando una densidad de flujo constante a
través de la superficie y rotar una bobina
dentro del campo.
COMO GENERAMOS ONDA SENO
En la práctica hay dos métodos reconocidos de
obtener onda seno de voltaje generados. La
primera es usada en máquina con piezas polares
conocida (como un alternador de polo saliente)
aquí el Espacio- aire es configurado así que el
flujo es más grande en el centro y se reduce
sincrónicamente hacia a los bordes. Una máquina
de dos polos característicos. En este caso la
variación de flujo ha sido obtenida como un
valor arreglado de f.m.m y una reluctancia
variable . El otro método emplea una reluctancia
arreglada y una variable m.m.f.
72
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD
DE INGENIERIA ELECTRICA Y COMPUTACION MAQUINARIA I
EFECTO DE DISTRIBUCION DE BOBINA SALIENTE
FIG.1 GENERANDO POR UN ROTOR POLO SALIENTE UNAS
SERIE DE CONDUCTORES DEL ESTATOR
73
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DE INGENIERIA ELECTRICA Y COMPUTACION MAQUINARIA I
EFECTO DE DISTRIBUCION DE BOBINA SALIENTE
FIG.2 FORMAS DE ONDAS DE e.m.f INDUCIDA
DENTRO DE VARIOS CONDUCTORES
74
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD
DE INGENIERIA ELECTRICA Y COMPUTACION MAQUINARIA I
LA IDEA DE GENERAR MAS DE UNA FASE   Suponer por
ej nosotros elegimos dividir las bobinas entre 2
grupos, conectar conductores de 1-6 así como del
7 al 12, sacar el terminal de P, Q y R, S a las
terminales esto podría hacer la máquina
equivalente de 2 generadores separados . Hasta
ahora las líneas de transmisión concernidas
señales Q y R podría ser unidas en la
máquinas así que tres cables podría ser
necesitados para transmitir. Se necesita 3 líneas
con una cuarta, cada cable fino llevará la
habilidad de corriente desbalanceada de cada
tres.
75
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD
DE INGENIERIA ELECTRICA Y COMPUTACION MAQUINARIA I
EL USO DE A.C EN MOTORES
Las leyes de Lenz establece que la reacción es
siempre tal para oponer la causa por la cual la
produce, la causa en este contexto es un sistema
magnético, así la reacción debe ser otro sistema
rotativo de polaridad opuesta que esto puede ser
provisto en otras vías pero para la presente
será simplemente para apreciar la idea de un set
de movimientos por medio de bobina estacionaria.
FIG.3.7 Método de conexión de casas de 3 líneas. 
76
TEORIA MAQUINARIA

• Ley de Biot y Savart
•  
• a) Intensidad y sentido de la fuerza. Cuando un
  conductor por el cual circula una corriente se
  coloca dentro de un campo magnético se ejerce una
  fuerza sobre él. Si el sentido de las líneas de
  inducción forma un ángulo ? con el sentido de
  la intensidad en el conductor, esta fuerza es
•  f 8,85 E 8 B I l sen ? ? (libras)

77
En las máquinas eléctricas, las líneas de
inducción y los conductores son siempre
perpendiculares entre si. Por consiguiente
tendremos  f 8,85 E 8 B I l
78
Determinación del sentido de la fuerza

• Se observa el sentido del campo generado por el
  conductor.
• Donde se observa que se debilita el campo, en
  ese sentido será la fuerza.

79