MÁQUINAS ELÉCTRICAS ELECTROMAGNETISMO-MOTORES Y GENERADORES

Transcripción

1 MÁQUINAS ELÉCTRICAS ELECTROMAGNETISMO-MOTORES Y GENERADORES

2 FUNDAMENTO DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS (MOTORES) En una espira cuando pasa a través de ella una corriente eléctrica, se crea en cada una de sus caras un polo (N-S) del campo magnético. Si dicha espira (móvil) la situamos dentro del campo magnético inductor creado por las extensiones polares o imanes (electroimanes), las polaridades de ambos campos se atraen o repelen haciendo girar la espira, pero en ese momento, también cambia la situación de los polos en la espira al cambiar el sentido de entrada de la corriente eléctrica. De esta manera la espira vuelve a girar hasta situarse en la posición primitiva.

3 FUNDAMENTO DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS (MOTORES) N En media vuelta S S N En la otra media vuelta

4 FUNDAMENTO DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS (MOTORES) Una bobina es un conjunto de espiras con dos extremos. En un motor hay varias bobinas en el inducido o rotor, tantas como número de delgas dividido entre dos (los extremos de las bobinas) Colector de delgas: es un cilindro compuesto por un nº par de delgas. Tantos pares como bobinas tenga el inducido y giran con este. Por las delgas y a través de las escobillas (de grafito) rozantes se introduce la corriente al inducido, cambiando la polaridad cuando se produce el giro. Las masas polares generan el campo magnético inductor.

5 FUNDAMENTO DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS (MOTORES) Masa polar (S) S P N ρ P S I B Masa polar (N)

6 FUNDAMENTO DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS (MOTORES) El momento creado por una espira del motor es M = I*(S B) El valor máx. Se produce cuando los vectores superficie (S) y el vector inducción (B) son perpendiculares (de canto la espira con respecto a las masas polares), entonces ρ = 90º; sen ρ = 1 M = I*S*B El valor mín. se produce cuando los vectores S y B están alineados, donde ρ = 0; sen ρ = 0; M = 0 Entonces la espira está en el mismo plano o más bien en planos paralelos, que las masas polares

7 FUNDAMENTO DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS (MOTORES) Cuando ρ = 90º la espira gira hasta situarse en ρ = 0 donde el momento para esa espira es nulo. Si queremos que el motor siga girando, tendremos que tener otras espiras desfasadas un nº de grados determinados. Estas espiras serán de bobinas distintas. En realidad cada bobina tiene más de una espira (N) y entonces las expresiones anteriores se convierten en: M = N*I*(B S); M = N*I*B*S*sen ρ

8 CAMPO MAG. INDUCTOR E INDUCIDO DE UNA ESPIRA

9 PAR DE GIRO DENTRO DE UN CAMPO INDUCTOR

10 INDUCTOR E INDUCIDO DE UN MOTOR ELÉCTRICO

11 PARTES DE UN MOTOR ELÉCTRICO

12 GENERACION DE CORRIENTE ELÉCTRICA

13 GENERACIÓN DE FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

14 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES Según la corriente empleada: Motores de corriente continua. Excitación independiente Excitación en serie. Excitación en derivación. Excitación compuesta. De imanes permanentes. Motores de corriente alterna. Síncronos (velocidad de giro). Asíncronos (velocidad de giro). Bobinado (tipo de rotor). En cortocircuito o jaula de ardilla (tipo de rotor). Monofásico (número de fases). Universal (número de fases). Trifásico (número de fases) Motores universales (sirven para los dos tipos de corriente)

15 ELEMENTOS DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

16 CORRIENTE DE EQUILIBRIO SE APLICA UNA TENSIÓN TOTAL (U) APARECE UNA INTENSIDAD (Ii) EN EL INDUCIDO SE CREA UN PAR (Mi). EL MOTOR GIRA APARECE LA FCEM (E ) SE CREA CAMPO MAGNÉTICO INDUCTOR LA INTENSIDAD (Ii) DISMINUYE. SE ALCANZA EL EQUILIBRIO I i = (U E )/r i o también U = E + r i I i

17 SÍMIL ELÉCTRICO DE UN MOTOR DE CC Mi = 1/2 π * p/a * N/60 * Φ Ii Mi = K Φ Ii E = p/a * N/60 * Φ n E = K n Φ Ii = U-E /ri U = E + ri Ii

18 MOTOR DE CC EXCITACIÓN INDEPENDIENTE Ii = U-E /ri Iex = U/rex It = Ii + Iex

19 MOTOR DE CC EXCITACIÓN DERIVACIÓN Ii = U-E /ri Iex = U/Rd I = Ii + Iex

20 MOTOR DE CC EXCITACIÓN SERIE I = Ii = Iex I = U-E /ri+rs

21 BALANCE DE POTENCIAS EN M. DE CC Potencia absorbida de la red: Pab = U I Pérdidas en el inductor: Pcu1 = Rex (Iex) 2 Pérdidas en el inducido: Pcu2 = ri (Ii) 2 P ab (P cu1 +P cu2 ) = P ei Potencia eléctrica interna Potencia útil: P u = P ei (P fe + P m ) P ei = E I i Rendimiento= P u /P ab o Rendimiento = E /U

22 MOTORES TRIFÁSICOS CONSTITUCIÓN Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Rotor o parte móvil: está formada por chapas magnéticas aisladas y ranuradas exteriormente. Las ranuras pueden llenarse o bien inyectando barras de cobre o aluminio cortocircuitando ambos extremos o bien mediante un devanado trifásico similar al del estátor. Estátor o parte fija: está formada por chapas magnéticas aisladas y ranuradas interiormente donde introducimos un devanado trifásico. Cada uno de los cuales ocupa un tercio de las ranuras totales. Su principio de funcionamiento se basa en el campo magnético giratorio que crea una corriente alterna trifásica (campo magnético con flujo variable). Dicho campo magnético giratorio corta los conductores del rotor e induce en ellos una fuerza electromotriz. Al estar dichos conductores cortocircuitados, origina grandes intensidades y en consecuencia un gran campo magnético que reacciona con el del estátor, dando lugar a un giro del rotor.

23 CONSTITUCIÓN DE UN MOTOR DE CA TRIFÁSICO. DESFASE DE CORRIENTES

24 El campo magnético resultante gira a MOTORES SÍNCRONOS Y ASÍNCRONOS n1 = 60 f1/p velocidad síncrona. Este campo magnético giratorio induce en el rotor una fem E2. Al estar los conductores del rotor cortocircuitados se producen corrientes muy elevadas y campos magnéticos grandes que reaccionan con los del estator. Se produce un giro en el rotor con el mismo sentido que el campo magnético giratorio. El par motor (en el rotor) M1 = K Φ I1 cos φr φr = desfase tensión-corriente del rotor Motores síncronos, aquellos que la velocidad del flujo (sincronismo) n1 es la misma que el rotor (n2). Motores asíncronos, aquellos que la velocidad del flujo (sincronismo) n1 es mayor que la del rotor (n2). Deslizamiento absoluto (d) Deslizamiento relativo (S) d = n1 - n2 S = n1 - n2 / n1 Deslizamiento porcentual (S %) S = (n1 - n2 / n1) * 100

25 CONEXIONES DE LOS DEVANADOS DEL ESTATOR. EN ESTRELLA Y EN TRIÁNGULO

26 CONEXIONES EN ESTRELLA Y EN TRIÁNGULO EN LOS BORNES DEL MOTOR Conexión en estrella Se conectan todos los finales de los devanados en un punto común Conexión en triángulo Se conectan lo principios con los finales de cada uno de los devanados EJEMPLO:Un motor de características 230/400 V. Si lo conectamos a una línea de 230 V. La conexión será en triángulo. Si lo conectamos a una de 400 V, la conexión será en estrella.

27 BALANCE DE POTENCIAS EN UN M. DE CA Potencia absorbida Pab Perdidas del cobre: Estator Pcu1 = 3 R1 (I1) 2 (W) Rotor Pcu2 = 3 R2 (I2) 2 (W) Pérdidas en el hierro Pfe Pérdidas mecánicas Pm Potencia útil Pu Rendimiento Pu/Pab

28 TIPOS DE CONEXIÓN EN CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA Conexión en estrella: UL = 3 UF IL = IF Conexión en triángulo: UF = UL IL = 3 IF UL = tensión en línea UF = tensión en fase IL = intensidad en línea IF = intensidad en fase ω (pulsación) = 314,16 rad/s = 2 π f f = 50 (1 / s) Hz T = 1/ f = 1 / 50 = 0,02 s

29 POTENCIA DE LA CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA TRIÁNGULOS DE POTENCIAS P = potencia activa; Q = potencia reactiva; S = potencia aparente P s Q φ Q φ s P S = 3 UF IF = 3 UL IL (VA) P = 3 UF IF cos φ = 3 UL IL cos φ Q = 3 UF IF sen φ = 3 UL IL sen φ (W) (VAR) Capacidad del condensador en estrella o en triángulo: C = Q / 3 ω U 2 F