Contenido. Acerca del autor... Prólogo... Agradecimientos...

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1 Contenido Acerca del autor... Prólogo... Agradecimientos... xiii xv xix Capítulo 1: CIRCUITOS MAGNÉTICOS Y CONVERSIÓN DE ENERGÍA Introducción Materiales magnéticos Diamagnetismo Paramagnetismo Ferromagnetismo y ciclo de histéresis Leyes de los circuitos magnéticos Imanes permanentes Generalidades Circuitos magnéticos con imanes permanentes Imán permanente de volumen mínimo Energía y coenergía magnética Pérdidas de energía en los núcleos ferromagnéticos Pérdidas por histéresis Pérdidas por corrientes de Foucault Consecuencias tecnológicas Circuitos magnéticos excitados con corriente alterna Generalidades Circuito eléctrico equivalente de una bobina con de hierro alimentada con c.a * Corriente de excitación en una bobina con núcleo de hierro alimentada con c.a Conversión de energía en sistemas magnéticos con movimiento de traslación. Electroimanes Conversión de energía en sistemas magnéticos con movimiento de rotación. Máquinas eléctricas rotativas Sistemas magnéticos de rotación alimentados con una sola fuente. Motores de reluctancia Sistemas magnéticos de rotación alimentados con dos fuentes Problemas Biografías Referencias v

2 vi CONTENIDO Capítulo 2: PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS Introducción Elementos básicos de las máquinas eléctricas Colector de delgas y colector de anillos Devanados Pérdidas y calentamiento Potencia asignada o nominal. Tipos de servicio Rendimiento F.m.m. y campo magnético en el entrehierro de una máquina eléctrica Campo magnético y f.m.m. producida por un devanado concentrado de paso diametral F.m.m. producida por un devanado distribuido F.m.m. producida por un devanado trifásico. Campos giratorios. Teorema de Ferraris Relación entre un campo alternativo y un campo giratorio. Teorema de Leblanc F.e.m. inducida en un devanado de una máquina eléctrica Generalidades * Factores que afectan a la f.e.m. inducida en un devanado * Armónicos de f.e.m.: origen y eliminación *2.10. Par electromagnético en las máquinas eléctricas Clasificación general de las máquinas eléctricas Análisis cualitativo de las principales máquinas eléctricas Transformadores Máquinas síncronas Máquinas de c.c Máquinas asíncronas o de inducción Motores de c.a. de colector. Motores universales Problemas Biografías Referencias Capítulo 3: TRANSFORMADORES Introducción Principales aspectos constructivos Principio de funcionamiento de un transformador ideal Funcionamiento de un transformador real Circuito equivalente de un transformador Ensayos del transformador Ensayo de vacío Ensayo de cortocircuito Caída de tensión en un transformador Pérdidas y rendimiento de un transformador Corriente de excitación o de vacío de un transformador. Armónicos de la corriente de vacío Corriente de conexión de un transformador Transformadores trifásicos

3 CONTENIDO vii Generalidades * Armónicos en las corrientes de excitación de transformadores trifásicos Conexiones de los transformadores trifásicos Acoplamiento en paralelo de transformadores Autotransformadores Transformadores con tomas Tomas de regulación Elementos de conmutación Transformadores de medida Transformadores de tensión Transformadores de corriente *3.16. Apéndice: Transformaciones especiales Transformación trifásica a bifásica y viceversa. Conexión Scott Transformación trifásica a hexafásica Problemas Biografías Referencias Capítulo 4: MÁQUINAS ASÍNCRONAS O DE INDUCCIÓN Introducción Aspectos constructivos Principio de funcionamiento Circuito equivalente del motor asíncrono Ensayos del motor asíncrono Ensayo de vacío o de rotor libre Ensayo de cortocircuito o de rotor bloqueado Balance de potencias Par de rotación Generalidades Tipos de funcionamiento de la máquina asíncrona *4.8. Diagrama del círculo Introducción Deducción del diagrama circular Elección de las escalas en el diagrama del círculo Arranque Arranque de los motores en jaula de ardilla Arranque de los motores de rotor bobinado Motores de doble jaula de ardilla Regulación de velocidad Regulación por variación del número de polos Regulación por variación del deslizamiento Regulación por variación en la frecuencia *4.12. Dinámica del motor asíncrono Generalidades Tiempo de arranque de un motor asíncrono Pérdidas de energía en régimen dinámico

4 viii CONTENIDO Motor de inducción monofásico Principio de funcionamiento Circuito equivalente Arranque de los motores de inducción monofásicos *4.14. Funcionamiento del motor asíncrono trifásico alimentado con tensiones desequilibradas *4.15. Máquinas asíncronas especiales Regulador de inducción Selsyns Motor de inducción lineal *4.16. Apéndice: El par de rotación de un motor asíncrono desde el punto de vista físico Problemas Biografías Referencias Capítulo 5: MÁQUINAS SÍNCRONAS Introducción Aspectos constructivos Sistemas de excitación Principio de funcionamiento de un alternador Funcionamiento en vacío Funcionamiento en carga. Reacción de inducido Diagrama fasorial de un alternador. Regulación de tensión Análisis lineal de la máquina síncrona: el circuito equivalente Generalidades Método de Behn-Eschenburg. Impedancia síncrona Característica de vacío y cortocircuito de la máquina síncrona. Determinación de la impedancia síncrona Análisis no lineal de la máquina síncrona: Método de Potier o del f.d.p. nulo. Cálculo de regulación *5.8. Regulación de tensión en las máquinas síncronas de polos salientes. Teoría de las dos reacciones Funcionamiento de un alternador en una red aislada Generalidades Funcionamiento del regulador de velocidad Acoplamiento de un alternador a la red Potencia activa y reactiva desarrollada por una máquina síncrona acoplada a una red de potencia infinita Funcionamiento de una máquina síncrona conectada a una red de potencia infinita Efectos de la variación de excitación Efectos de la variación del par mecánico (regulador de velocidad) Funcionamiento en paralelo de alternadores de potencias similares Motor síncrono: Características y aplicaciones *5.15. Diagrama de límites de funcionamiento de una máquina síncrona *5.16. Transitorio de cortocircuito de una máquina síncrona

5 CONTENIDO ix Problemas Biografías Referencias Capítulo 6: MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA Introducción Aspectos constructivos Principio de funcionamiento Reacción del inducido Conmutación Generadores de c.c.: Aspectos generales Generadores de c.c.: Características de servicio Motores de c.c.: Aspectos generales Motores de c.c.: Características de funcionamiento Motores de c.c. con excitación independiente y derivación. Sistema Ward-Leonard Motores de c.c. con excitación serie Motores de c.c. con excitación compuesta *6.10. Motor de c.c.: Métodos de frenado *6.11. Funcionamiento de una máquina de c.c. en cuatro cuadrantes Motor monofásico de c.a. con colector de delgas Motores de c.c. sin escobillas (brushless motors) Problemas Biografías Referencias Capítulo 7: ACCIONAMIENTOS ELÉCTRICOS Introducción Dispositivos semiconductores de potencia Introducción Diodos rectificadores Tiristor o rectificador controlado Tiristor de apagado por puerta (GTO) Transistor bipolar de unión (BJT) Transistor MOSFET Transistor bipolar de puerta aislada IGBT Tiristor MCT Funcionamiento ideal de los dispositivos semiconductores Convertidores electrónicos de potencia Introducción Rectificadores Rectificador monofásico media onda con carga resistiva Rectificador monofásico media onda (onda completa) con carga inductiva Rectificador monofásico de doble onda con carga resistiva Rectificador monfásico de doble onda (onda completa) con carga inductiva

6 x CONTENIDO Rectificadores trifásicos Rectificadores controlados Introducción Principio de funcionamiento de un rectificador con control de fase Convertidor monofásico en puente completo con carga inductiva Convertidor trifásico en puente completo Reguladores de corriente alterna Introducción Regulador con control de fase y carga resistiva Regulador con control de fase y carga inductiva Regulador on-off Convertidores c.c. a c.c. (Choppers o troceadores) Chopper directo o reductor de tensión Chopper inverso o elevador de tensión Choppers de dos y cuatro cuadrantes Convertidores c.c. a c.a. (onduladores o inversores) Inversores monofásicos Inversor trifásico en puente Control de la tensión de salida en un inversor Convertidores c.a. a c.a. (cicloconvertidores) Accionamientos eléctricos Generalidades Funcionamiento en cuatro cuadrantes Dinámica de la combinación motor-carga. Estabilidad Accionamientos eléctricos con motores de c.c Generalidades Regulación de la velocidad de motores de c.c. por medio de rectificadores controlados Regulación de la velocidad de motores de c.c. por medio de choppers. 700 * Regulación de motores de c.c. mediante realimentación Accionamientos eléctricos con motores de c.a. asíncronos Introducción Regulación de velocidad por control de la tensión de línea aplicada al estátor Regulación de velocidad por control de la tensión y frecuencia de línea. Control escalar Regulación de velocidad por control estático de una resistencia adicional en el rotor Regulación de velocidad por recuperación de la potencia de deslizamiento * Control vectorial de motores asíncronos Accionamientos eléctricos con motores de c.a. síncronos Regulación de velocidad de motores síncronos en lazo abierto Regulación de velocidad de motores síncronos en lazo cerrado. Motor síncrono autopilotado Problemas Biografías Referencias

7 CONTENIDO xi Apéndice 1: MÁQUINAS ELÉCTRICAS: ASPECTOS HISTÓRICOS Los orígenes Generadores Generadores de c.c. o dinamos Generadores de c.a. (alternadores) Motores Motores de c.c Motores asíncronos o de inducción Motores síncronos Motores especiales de c.a Motores especiales de c.c. y otros motores Transformadores Desarrollos tecnológicos en la construcción de máquinas eléctricas Las máquinas eléctricas y la electrónica de potencia Desarrollo de componentes electrónicos Control electrónico de máquinas eléctricas Regulación de velocidad de motores de c.c Regulación de velocidad de motores de c.a Referencias Apéndice 2: REPASO DE SERIES DE FOURIER Introducción Función periódica Series trigonométricas de Fourier Ortogonalidad del sistemas trigonométrico Evaluación de los coeficientes de Fourier Simetría de la función f (t) Coeficientes de Fourier de ondas simétricas Apéndice 3: EL SISTEMA POR UNIDAD Magnitudes normalizadas. El sistema por unidad Cambios de base Sistemas trifásicos. Análisis por unidad Índice alfabético Índice biográfico