Máquinas eléctricas. Temario

Transcripción

1 TECSUP 1 Temario Introducción. Motores asíncronos trifásicos. Motores monofásicos. Motores DC. Máquina síncrona. 2 1

2 1. Introducción. 3 Importancia El motor es un elemento imprescindible en la mayoría de los sistemas de control, por tanto es importante conocer su forma de trabajo y sus propiedades para poder elegir el modelo más adecuado. 4 2

3 Transformación de energía Básicamente, el motor eléctrico se encarga de transformar la energía eléctrica que se le aplica en energía mecánica, por medio de un proceso electromagnético. 5 Principio de funcionamiento El funcionamiento de un motor se basa en las propiedades magnéticas de la corriente eléctrica y la posibilidad de crear, a partir de ellas, unas determinadas fuerzas de atracción y repulsión encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotación. I B v 6 3

4 Inducción electromagnética Cuando en el interior de una bobina se tiene un campo magnetico variable, se induce una tensión eléctrica en los terminales de esta bobina, conocida como tensión inducida. 7 Tensión inducida El principio de funcionamiento del motor se basa en la ley de Faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve dentro del campo magnético de un imán generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la magnitud del campo y a la velocidad de desplazamiento". N V + - S 8 4

5 Ley de Lenz La polaridad de la tensión inducida es de tal forma que crea un campo magnético cuyo flujo se opone a la variación del flujo inductor. N S S N N S S N N S S N 9 Tensión inducida en una espira 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. El sentido de la corriente viene determinado por la ley de Lenz. 10 5

6 Fuerza sobre un conductor Se ejerce una fuerza sobre un conductor eléctrico que lleva corriente eléctrica en presencia de un campo magnético. N F = I I F B L B S 11 Principio del motor eléctrico El motor está constituido de multiples espiras que generan pares de fuerza (torque), haciendo posible el giro del motor 12 6

7 Características Normalmente los motores se caracterizan por dos parámetros que expresan directamente sus propiedades: Velocidad de rotación Par motor 13 Velocidad de rotación La velocidad de rotación indica el número de revoluciones por unidad de tiempo que produce el motor y depende por completo de la forma de construcción del mismo, de la tensión de alimentación, así como de la carga mecánica que se le acople a su eje, aunque esto último no es aplicable a un tipo de motores denominados síncronos. Las unidades empleadas son las revoluciones por minuto (r.p.m.). 14 7

8 Par, momento o torque d F El momento o torque es una medida cuantitativa de la tendencia de una fuerza a originar rotación alrededor de un punto. El momento o torque τ de una fuerza F respecto a punto O es igual producto de la magnitud de F por su brazo de palanca τ = F. d 15 Unidad Las unidades unidades de torque corresponden a unidades de Fuerza por distancia. Unidad: S.I. : Newton - metro (N-m). Sistema ingles: Libra-pie 0.10 m 20 Newtons 16 8

9 Par o torque motor motor El par motor expresa la fuerza de actuación de este y depende lógicamente de la potencia que sea capaz de desarrollar dicho motor, así como de la velocidad de rotación del mismo. El concepto de par es importante a la hora de elegir un modelo para una aplicación determinada y se define como la fuerza que es capaz de vencer el motor multiplicada por el radio de giro. 17 Inercia Los sistemas mecánicos están sujetos a la ley de la inercia. La ley de la inercia indica que un objeto tenderá a permanecer en su estado actual de reposo o movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre él. 18 9

10 Fricción - pérdidas Porque la fricción quita energía a un sistema mecánico, una fuerza continua se debe aplicada para mantener un objeto en movimiento. La ley de la inercia sigue siendo válida, sin embargo, puesto que la fuerza aplicada se necesita sólo para compensar la energía perdida. En la ilustración siguiente, un motor mueve un transportador. Una fuerza grande se aplica para superar inercia y arrancar el sistema. 19 Fricción - pérdidas Una vez que el sistema está en movimiento solamente la energía requerida para compensar las diversas pérdidas necesita ser aplicado para mantener el transportador en movimiento. Estas pérdidas incluyen: Fricción dentro de los cojinetes del motor y del transportador. Pérdidas de ventilación en el motor y en el transportador. Fricción entre la banda transportadora y los rodillos

11 Paquete Faja Cojinetes Rodillos 21 Trabajo (W) Siempre que una fuerza de cualquier clase cause el movimiento, se logra hacer trabajo. El trabajo se expresa en Joule (J) o en pieslibras (Lb-pie) y es definido por el producto de la fuerza neta (F) aplicada y la distancia (d) recorrida. Si la fuerza se duplica, el trabajo que se realiza es el doble. Si un objeto mueve el doble de la distancia, el trabajo que se realiza es el doble. W = F d 22 11

12 Energía (E) Es la capacidad que tiene todo cuerpo o sistema de realizar trabajo. Emplea las mismas unidades que el trabajo, el Joule (J). Joule = N. m Newton (N). Metro (m). 23 Potencia de un motor Es la rapidez con que el motor convierte la potencia eléctrica en potencia mecánica. La potencia eléctrica absorbida por el motor se expresa en vatios (W). La potencia entregada por el motor al eje se expresa en HP

13 Potencia eléctrica. El motor absorbe dos tipos de potencia eléctrica: Potencia activa (P) que expresa en vatios (W). Esta se convierte en potencia mecánica y en calor. Potencia reactiva (Q) que expresa en (VAR). Esta se emplea en magnetizar la máquina (en crear el campo magnético). P Q 25 Eficiencia. La potencia activa absorbida, se convierte en su mayor parte en potencia mecánica, mientras que la potencia restante se pierde en forma de calor. Eficiencia de un motor es la relación entre potencia de salida y la potencia de entrada. Potencia mecánica η = Potencia eléctrica 26 13

14 Horsepower (Hp) La potencia mecánica se puede expresar en pies-libras por segundo, pero se expresa a menudo en caballos de fuerza (HP). Esta unidad fue definida en el siglo 18 por James Watt. Watt al vender motores a vapor y fue consultado un motor de vapor a cuántos caballos substituiría?. Él entonces tenía, caballos caminando alrededor de una rueda para levantar un de peso. 27 Horsepower (Hp) Watt encontró que cada caballo haría en promedio un trabajo de cerca de 550 pie-lb por segundo. Un caballo de fuerza es equivalente a 550 pies-libras por segundo o a pies-libras por minuto

15 Potencia de salida al eje La fórmula siguiente se puede utilizar para calcular caballos de fuerza cuando el torque (en libra-pies) y la velocidad son conocidos. T ( Lb pie) n( rpm) P( Hp) = 5250 En términos del S.I. de medidas, sería. 2 π P( W ) = T ( N m) n( r. p. m.) Clasificación de los motores 30 15

16 Según la alimentación Atendiendo a la naturaleza de la corriente eléctrica utilizada, los motores eléctricos rotativos pueden dividirse en: Motores de Corriente Continua. Motores de Corriente Alterna. Motores Universales 31 Según la excitación Los motores de AC, a su vez, por la naturaleza de la corriente de excitación pueden clasificarse en: Motores Síncronos (excitados por DC). Motores Asíncronos o de Inducción (excitados por AC)