iversidad de Oviedo Tema : Leyes fudametales del electromagetismo Dpto. Dpto. de de geiería geiería Eléctrica, Eléctrica, Electróica Electróica de de Computadores Computadores yy Sistemas Sistemas
. Teorema de Ampere La ley fudametal que determia el fucioamieto de u circuito magético viee dada por la ecuació de u circuito magético viee dada por la ecuació de Maxwell: D rot( H ) J + T H tesidad de campo magético D T J Desidad de corriete Efecto producido por las corrietes de desplazamieto (sólo alta frecuecia)
. Teorema de Ampere Si se itegra la ecuació aterior sobre ua superficie determiada por ua curva cerrada: 0 S Superficie Curva cerrada (c) H dl m Teorema rot ( H ) ds J ds H dl J ds de Stokes s s c s
. Teorema de Ampere J ds s Represeta a la corriete total que atraviesa a la superficie: E las máquias eléctricas la corriete circulará por los coductores que for- J ds j ma los bobiados, por tato, la itegral de superficie se podrá sustituir por s j u sumatorio: La circulació de la itesidad de campo H dl magético a lo largo de ua j líea cerrada es igual a la c j corriete cocateada por dicha líea
. Teorema de Ampere V E el caso de que la misma corriete cocatee veces a la curva, como ocurre e ua bobia: BOBNA N espiras TEOREMA DE AMPERE H dl N c
. ducció magética La iducció magética, tambié coocida como desidad de flujo de u campo magético de itesidad H se defie como el siguiete vector: B µ µ H µ H 0 µ 0 es la permeabilidad magética del vacío µ r es la permeabilidad relativa del material µ a es la permeabilidad absoluta La permeabilidad relativa se suele tomar co referecia al aire. E ua máquia eléctrica modera µ r puede alcazar valores próximos a 00.000. r a
. ducció magética B Zoa lieal Material Ferromagético El El material magético, ua vez que alcaza la la saturació, Codo tiee u comportamieto idético al al del aire, o permitiedo que la la desidad de flujo Zoa de saturació siga aumetado a pesar de que la la itesidad del campo si si lo lo haga Aire CARACTERÍSTCA MAGNÉTCA H
.3 Flujo, reluctacia y fuerza magetomotriz El flujo magético se puede defiir como el úmero de líeas de campo magético que atraviesa ua determiada superficie Si los vectores campo y superfice so paralelos Para calcular el flujo e u circuito magético es ecesario aplicar el teorema de Ampere ϕ B ds s ϕ B S H dl N c
.3 Flujo, reluctacia y fuerza magetomotriz Núcleo de material ferromagético Eg N espiras Secció S Se supoe la permea- bilidad del material magético ifiita Como la secció es pequeña e compara- ció co la logitud se supoe que la i- tesidad de campo es costate e toda ella Logitud líea media (l) Circuito magético elemetal F Fuerza magetomotriz H cte H l N F
.3 Flujo, reluctacia y fuerza magetomotriz La fmm represeta a la suma de corrietes que crea el campo magético ϕ B S Como se cumple: RReluctacia H N l Como el vector desidad de flujo y superficie so paralelos B l µ S a µ H a R Sustituyedo: ϕ N l µ S a
.3 Flujo, reluctacia y fuerza magetomotriz V LEY DE HOPKNSON LEY DE OHM F ϕ R V R Fuerza magetomotriz Diferecia de potecial Flujo magético Corriete Eléctrica Reluctacia Resistecia Paralelismo etre circuitos eléctricos y circuitos magéticos
.4 Ley de Faraday Cuado el flujo magético cocateado por ua espira varía, se geera e ella ua fuerza electromotriz coocida como fuerza electromotriz iducida la variació de la posició relativa de la espira detro de u campo costate a combiació de ambas La variació del flujo abarcado por la espira puede deberse a tres causas diferetes La variació temporal del campo magético e el que está imersa la espira
.4 Ley de Faraday Ley de iducció electromagética: Faraday 83 El El valor absoluto de de la la fuerza electromotriz iducida está determi- ado por por la la velocidad de de variació del del flujo que que la la geera e d ϕ dt Ley de Lez la la fuerza electromotriz iducida debe ser ser tal tal que que tieda a establecer ua ua co- co- rriete por por el el circuito mag- ético que que se se opoga a la la variació del del flujo que que la la produce e d ϕ dt e N d ϕ dt
idades de las magitudes electromagéticas NTENSDAD DE CAMPO MAGNÉTCO H:Amperios*Vuelta NDCCÓN MAGNÉTCA B: : Tesla (T) FLJO MAGNÉTCO φ: Weber (W) WTesla/m FERZA MAGNETOMOTRZ F: : Amperios*Vuelta FERZA ELECTROMOTRZ NDCDA e: : Voltio (V)
.5 Ciclo de histéresis Magetismo remaete: estado del material e ausecia del campo magético B m B Campo coercitivo: el ecesario para aular B R B R H c H -H m H m CCLO DE HSTÉRESS -B m
.5. Pérdidas por histéresis Núcleo de material ferromagético + i(t) (t) Logitud líea media (l) N espiras Logitud l Resistecia itera R Secció S d φ (t) (t) R i(t) + N dt d φ (t) (t) i(t) dt R i(t) i(t) dt + N i(t) dt dt T 0 (t) i(t) dt Aplicado : T 0 R i(t) dt + T 0 d φ (t) N fem dt N i(t) d φ (t) N i(t) d φ (t) H(t) l d φ (t)) T 0 N i(t) H(t) l d φ (t) S db(t) ) l S V Volume Toro Potecia cosumida (t) i(t) dt T 0 Pérdidas coductor R i(t) dt + T 0 Aplicado : V H(t) db(t) H (t) l d φ (t) H(t) l S db(t) ) Aplicado 3: H (t) l S db(t) V H(t) db(t) ) Pérdidas por histéresis N i(t) d φ (t) V H(t) db(t) ) T 0 H(t) db(t) Área del ciclo de histéresis
.5. Pérdidas por histéresis ducció máxima Bm Cuato > sea Bm > será el el ciclo de de histéresis Las pérdidas por histéresis so proporcioales al al volume de de material magético y al al área del del ciclo de de histéresis Frecuecia f P Histéresis K*f * B m (W/Kg) Cuato > sea f > será el el úmero de de ciclos de de histéresis por uidad de de tiempo
.6 Corrietes parásitas Corrietes parásitas Flujo magético Secció trasversal del úcleo Las corrietes parásitas so corrietes que circula por el iterior del material magético como cosecuecia del campo. Segú la Ley de Lez reaccioa cotra el flujo que las crea reduciedo la iducció magética, además, ocasioa pérdidas y, por tato, caletamieto Pérdidas por corrietes parásitas: PfeK*f * B m (W/Kg)
.6 Corrietes parásitas Aislamieto etre chapas Secció trasversal del úcleo Flujo magético Meor secció para el paso de la corriete Chapas magéticas apiladas Los úcleos magéticos de todas las máquias Se costruye co chapas aisladas y apiladas
.6 Corrietes parásitas Núcleo macizo Núcleo de chapa aislada L Logitud recorrida por la corriete Secció S S<<S R>>R Secció S Resistecia eléctrica del úcleo al paso de }Rρ*L/S Corrietes parásitas Resistecia eléctrica de cada chapa al paso }Rρ*L/S de corrietes parásitas
iversidad de Oviedo Tema : Fudametos sobre geeració trasporte y distribució de eergía eléctrica Dpto. Dpto. de de geiería geiería Eléctrica, Eléctrica, Electróica Electróica de de Computadores Computadores yy Sistemas Sistemas
. La eergía eléctrica GENERACÓN Cetrales hidraúlicas Cetrales termoeléctricas Cetrales de Eergías alterativas Geeració de tesió ( kv) aprox. TRANSPORTE Elevació (trafos)) tesió 380 kv,, 0 Kv Líeas de alta tesió Subestacioes Las Las máquias eléctricas está presetes e e todas las las etapas del del proceso (rotativas e e la la geeració y cosumo. Trasformadores e e trasporte y distribució) Cetros de distribució: subestacioes Líeas de baja tesió (trafos( trafos) DSTRBCÓN CONSMO Pequeños cosumidores: baja tesió dustria: alta tesió
. La red eléctrica Cetro de trasformació Cosumo doméstico Fuete primaria Turbia Parque de trasformació de La cetral Estació trasformadora primaria Subestació Grades cosumidores Geerador Muy grades cosumidores GENERACÓN GENERACÓN TRANSPORTE TRANSPORTE DSTRBCÓN DSTRBCÓN º º DSTRBCÓN DSTRBCÓN CONSMO CONSMO (CENTRALES) (CENTRALES) (Subtrasporte) (Subtrasporte) 00 00 000 000 MVA MVA 00 00 000 000 MVA MVA 30 30 00 00 MVA MVA 3 3 5 5 MVA MVA 0,4 0,4 MVA MVA 00 00 500 500 Km Km 0 0 00 00 Km Km 5 5 5 5 Km Km 00 00 500m 500m 0 0 30 30 KV KV 730, 730, 380, 380, 0 0 KV KV 3, 3, 66, 66, 45 45 KV KV,, 0, 0, 30 30 KV KV 380, 380, 0 0 V
. La red eléctrica Tecología a eléctrica J. Roger et. Al Esquema simplificado de ua parte de la red acioal de 400 kv Se puede observar la existecia de camios alterativos para el sumiistro
. La red eléctrica Cetros de trasformació Avería SBESTACÓN SBESTACÓN Red radial de distribució SBESTACÓN Red de distribució e aillo
.3 Las cetrales eléctricas HDRAÚLCAS { Trasformació de la eergía potecial acumulada por ua masa de agua. { tilizació turbia hidráulica. Gra rapidez de respuesta. TERMOELÉCTRCAS NO CONVENCONALES DE BOMBEO tilizació de carbó, fuel, o combus- tible uclear para producir vapor. tilizació de turbias de vapor. Elevada iercia, especialmete e las ucleares. Producció costate. { Eólicas Co turbias de gas Solares De ciclo combiado Mareomotrices { tiliza agua previamete bombeada So idéticas a las hidraúlicas
.3 Las cetrales eléctricas Curva de demada de eergía eléctrica Otras Hidraúlicas Carbó y fósiles 0 Nucleares 8 6 Tecología a eléctrica J. Roger et. Al 4 Hora Porcetaje de uso de las cetrales eléctricas segú su tipo Hidraúlicas Nucleares Carbó y fósiles Otros 8% 36% 30% 6%
.3 Las cetrales eléctricas Tecología a eléctrica J. Roger et. Al TPO TPO DE DE CENTRAL CENTRAL Producció Producció 997 997 (GWh) (GWh) Producció Producció 998 998 (GWh) (GWh) Hidroeléctrica Hidroeléctrica 33.38 33.38 33.989 33.989 Nuclear Nuclear 55.305 55.305 58.996 58.996 Hulla Hulla y y atracita atracita 37.337 37.337 30.050 30.050 Ligito Ligito pardo pardo.87.87 3.7 3.7 Ligito Ligito egro egro 0.74 0.74 6.406 6.406 Carbó Carbó importado importado.83.83 0.007 0.007 Gas Gas atural atural 6.634 6.634.367.367 Fuel Fuel oil oil 09 09 3.8 3.8 Producció Producció Bruta Bruta 57.384 57.384 58.88 58.88 Cosumos Cosumos producció producció 6.36 6.36 6.74 6.74 Adquirida Adquirida autoproductores autoproductores 5.885 5.885 9.35 9.35 Producció Producció total total eta eta 66.908 66.908 7.869 7.869 Cosumos Cosumos e e bombeo bombeo.75.75.587.587 Saldo Saldo itercambios itercambios teracioales teracioales -3.085-3.085 3.398 3.398 Demada Demada total total e e barras barras 6.07 6.07 7.608 7.608
.4 Las máquias eléctricas MÁQNAS ELÉCTRCAS { Estáticas { Rotativas Motores Geeradores Trasformadores SSTEMA ELÉCTRCO SSTEMA ELÉCTRCO Trasformador MEDO DE ACOPLAMENTO Trasformador Motor MEDO DE ACOPLAMENTO Geerador SSTEMA ELÉCTRCO SSTEMA MECÁNCO
.4.. Los trasformadores Trasformadores { De potecia De medida Especiales Moofásicos o trifásicos Moofásicos o trifásicos Moofásicos o trifásicos Existe distitos tipos de de trasformadores de de potecia Los Los de de medida puede medir tesioes o corrietes
.4. Las máquias eléctricas rotativas Motores Corriete Cotiua Asícroos Sícroos Moofásicos Moofásicos o trifásicos Moofásicos o trifásicos Trifásicos Reluctacia variable Especiales Si escobillas (Brushless DC) maes permaetes Moofásicos o trifásicos Moofásicos
.4.. Las máquias eléctricas rotativas Gra potecia: velocidad cte. Sícroos Turboalteradores (térmicas) y altera- dores de cetrales hidraúlicas Potecia media y baja: velocidad variable Geeradores Corriete cotiua Asícroos Máquias muy poco frecuetes: aplicacioes especiales Geeradores eólicos. Alteradores micetrales hidraúlicas
iversidad de Oviedo Tema : Aspectos y propiedades idustriales de las máquias eléctricas Dpto. Dpto. de de geiería geiería Eléctrica, Eléctrica, Electróica Electróica de de Computadores Computadores yy Sistemas Sistemas
3. Clase de aislamieto Clase de aislamieto Temperatura máxima ºC Y 90 A 05 E 0 B 30 F 55 H 80 00 00 0 0 50 50 Temperatura máxima que el material del que está costruido el aislamieto puede soportar si perder sus propiedades. Se obtiee esayado el material y comparado los resultados co los de materiales patró de eficacia coocida (Norma NE-CE)
3. Grados de protecció E la orma NE 0-34 se establece u sistema de especificació geeral e fució del grado de protecció que se cosigue e cualquier material eléctrico. El grado de protecció se desiga co las letras P seguidas de tres cifras, de las cuales e las máquias eléctricas sólo se utiliza dos. ª cifra: : idica la protecció de las persoas frete a cotactos bajo tesió y/o piezas e movimieto e el iterior, así como la protecció de la máquia frete a la peetració de cuerpos sólidos extraños. ª cifra: : idica la protecció cotra la peetració de agua. 3ª cifra: : idicaría la protecció cotra daños mecáicos.
Primera cifra Grado de protecció característica Descripció abreviada Defiició 0 No protegido Nigua protecció especial Protegido cotra cuerpos sólidos superiores a 50mm. a gra superficie del cuerpo humao, por ejemplo la mao (pero igua protecció cotra ua peetració deliberada). Cuerpos sólidos de más de 50mm de diámetro. 3 Protegido cotra cuerpos sólidos superiores a mm. Protegido cotra cuerpos sólidos superiores a.5mm. 4 Protegido cotra cuerpos sólidos superiores a mm. 5 Protegido cotra el polvo Los dedos u objetos de tamaños similares que o exceda de 80 mm de logitud. Cuerpos sólidos de más de mm de diámetro. Herramietas, alambres, etc., de diámetro o de espesores superiores a.5mm. Cuerpos sólidos de más de.5 mm de diámetro. Alambres o badas de espesor superior a.0mm. Cuerpos sólidos de más de.0mm de diámetro. No se impide del todo la peetració del polvo, pero este o puede peetrar e catidad suficiete como para perjudicar el bue fucioamieto del material. Protecció frete a la peetració de cuerpos extraños: Primera cifra 6 Totalmete protegido cotra el polvo No hay peetració de polvo
Seguda cifra Grado de protecció característica Descripció abreviada Defiició 0 No protegido. Nigua protecció especial. Protegido cotra las caídas verticales de gotas de agua. Las gotas de agua (que cae verticalmete) o debe producir efectos perjudiciales. Protegido cotra las caídas de agua co ua icliació máxima de 5º. La caída vertical de gotas de agua o debe producir efectos perjudiciales cuado la evolvete está icliada hasta 5º de su posició ormal. 3 4 Protegido cotra el agua e forma de lluvia. Protegido cotra proyeccioes de agua. 5 Protegido cotra los chorros de agua. El agua que caiga e forma de lluvia e ua direcció que tega respecto a la vertical u águlo iferior o igual a 60º o debe producir efectos perjudiciales. El agua proyectada sobre el evolvete desde cualquier direcció, o debe producir efectos perjudiciales. El agua lazada sobre el evolvete por ua boquilla desde cualquier direcció, o debe producir efectos perjudiciales. Protecció frete a etrada de agua 6 7 Protegido cotra los embates del mar. Protegidos cotra los efectos de la imersió. Co mar gruesa o mediate chorros potetes, el agua o deberá peetrar e la evolvete e catidad perjudicial. No debe ser posible que el agua peetre e catidad perjudicial e el iterior de la evolvete sumergida e agua, co ua presió y u tiempo determiado. 8 Protegido cotra la imersió prologada. El material es adecuado para la imersió prologada e agua e las codicioes especificadas por el fabricate.
3.3 Placa de características Typ 3 4 Nr 5 6 7 V 8 A 9 0 cos ϕ 3 /mi 4 Hz 5 6 V 7 A 8 P 9 0 t 3 Clase de corriete (altera o cotiua). 4 Forma de trabajo (motor o geerador). 5 Número de serie de la máquia. 6 Coexió del devaado estatórico ( o ). 7 Tesió omial. 8 Corriete omial. 9 Potecia omial. 0 Abreviatura de uidad de potecia (kw). Clase de servicio. Factor de potecia omial. 3 Velocidad omial. 4 Frecuecia omial. 5 Excitació e motores CC, Rotor e motores iducció de rotor bobiado. b 6 Tesió de Exc. e máquias de CC. Tesió rotorica e motores de rotor bobiado. 7 Corriete de excitació máquia CC. Corriete rotórica e motores de rotor bobiado. 8 Clase de aislamieto. 9 Grado de protecció. Todas las magitudes so NOMNALES: aquéllas 0 Peso. para las que la máquia ha sido diseñada Fabricate.
3.4 Códigos refrigeració trasformadores Segú que la circulació del fluido refrigerate se deba a covecció atural o forzada (impulsado por ua bomba) se habla de refrigeració atural (N)( ) o forzada (F)( Las ormas clasifica los sistemas de refrigeració de los trasformadores segú el refrigerate primario (e cotacto co partes activas) y secudario ( el utilizado para efriar al primario). Se utiliza aire, aceite atural, aceite sitético y agua.
3.4 Códigos refrigeració trasformadores X X X X SE TLZAN 4 DÍGTOS COMO CÓDGO Tipo de circulació del refrigerate secudario (N) o (F). Tipo de refrigerate secudario (A) aire, (W) agua. Tipo de circulació del refrigerate primario (N) o (F). Ejem OFAF Tipo de refrigerate primario (A) aire, (O) aceite mieral, (L) aceite sitético.
3.5 Códigos refrigeració motores C X X X X X SE TLZAN 5 DÍGTOS Tipo de circulació del refrigerate secudario: 0 Covecció libre, Autocirculació, 6 Compoete idepediete, 8 Desplazamieto relativo Tipo de refrigerate secudario: A aire, W agua Tipo de circulació del refrigerate primario: 0 Covecció libre, Autocirculació, 6 Compoete idepediete Tipo de refrigerate primario: A aire Ejem C4A Ejem C0A Tipo de circuito de refrigeració: 0 circulació libre circuito abierto, 4 carcasa efriada exterior
3.6 Clase de servicio e maquias rotativas S - Servicio cotiuo: la a máquia trabaja a carga costate, de modo que alcaza la temperatura de régime permaete. S - Servicio temporal o de corta duració: la a máquia trabaja e régime de carga costate u tiempo breve, o se llega a alcazar ua temperatura estable. Permaece etoces para- da hasta alcazar de uevo la temperatura ambiete. S3, S4 y S5 - Servicios itermitetes: cosiste e ua serie cotiua de ciclos iguales, compuestos por periodos de carga costate (S3), icluyedo el tiempo de arraque (S4) o arra- ques y freados (S5), seguidos de periodos de reposo si que se alcace uca ua temperatura costate. S6, S7 y S8 - Servicios iiterrumpidos: similares respectiva- mete a S3, S4 y S5 pero si periodos de reposo.
iversidad de Oviedo Tema V: Trasformadores Dpto. Dpto. de de geiería geiería Eléctrica, Eléctrica, Electróica Electróica de de Computadores Computadores yy Sistemas Sistemas
4. Geeralidades Trasformador elemetal Flujo magético Se utiliza e redes eléctricas para covertir u sistema de tesioes (moo - trifásico) e otro de igual frecuecia y > o < tesió V Primario V Secudario La coversió se realiza práctica- mete si pérdidas Pot etrada Potecia salida Núcleo de chapa magética aislada Las itesidades so iversamete proporcioales a las tesioes e cada lado Trasformador elevador: V >V, < Trasformador reductor: V <V, > Los valores omiales que defie a u trasformador so: Potecia aparete (S), Tesió (), (corriete) y frecuecia (f)
4. Aspectos costructivos: circuito magético E la costrucció del úcleo se utiliza chapas de acero aleadas co Silicio de muy bajo espesor (0,3 mm) aprox. V V El Si icremeta la resistividad del material y reduce las corrietes parásitas La chapa se aisla mediate u tratamieto químico (Carlite) y se obtiee por LAMNACÓN EN FRÍO: aumeta la permeabilidad. Mediate este procedimieto se obtie factores de relleo del 95-98% 98% 4 5 Corte Motaje chapas úcleo 3 a 90º Corte a 45º El úcleo puede teer secció cuadrada. Pero es más frecuete aproximarlo a la circular
600-5000 V 4,5-60 kv > 60 kv 4.3 Aspectos costruc- tivos: : devaados y Diferetes formas costructivas de devaados segú tesió y potecia aislamieto Los coductores de los devaados está aislados etre sí: E trasformadores de baja potecia y tesió se utiliza hilos esmaltados. E máquias grades se emplea pletias rectagulares ecitadas co papel impregado e aceite El aislamieto etre devaados se realiza dejado espacios de aire o de aceite etre ellos La forma de los devaados es ormalmete circular El úcleo está siempre coectado a tierra. Para evitar elevados gradietes de potecial, el devaado de baja tesió se dispoe el más cercao al úcleo
4.3 Aspectos costructivos: devaados y aislamieto { Aislate Primario Secudario Primario Núcleo co columas Núcleo co 3 columas Aislate Primario Primario Secudario Estructura devaados: trafo moofásico Secudario Secudario Cocétrico Aislate Alterado
4.3 Aspectos costructivos: devaados y aislamieto Catálogos comerciales Coformado coductores devaados Catálogos comerciales Fabricació úcleo: chapas magéticas
4.3 Aspectos costructivos: refrigeració Trasformadores de potecia medida... E. Ras Oliva Núcleo Presaculatas Devaados 3 Cuba 4 Aletas refrigeració 5 Aceite 6 Depósito expasió 7 Aisladores (BT y AT) 8 Juta 9 Coexioes 0 Nivel aceite - Termómetro 3-4 Grifo de vaciado 5 Cambio tesió 6 Relé Buchholz 7 Cácamos trasporte 8 Desecador aire 9 Tapó lleado 0 Puesta a tierra
4.3 Aspectos costructivos: trafos trifásicos Catálogos comerciales Trasformadores e baño de aceite
4.3 Aspectos costructivos: trafos trifásicos Catálogos comerciales OFAF Trasformador seco
4.3 Aspectos costructivos: trafos trifásicos 5000 kva Baño de aceite 500 kva Baño de aceite 50 kva Baño de aceite Catálogos comerciales 0 MVA Sellado co N 0 MVA Sellado co N
4.3 Aspectos costructivos: trafos trifásicos V Catálogos comerciales Seco E aceite Catálogos comerciales Seccioes de trasfomadores e aceite y secos
4.4 Pricipio de fucioamieto (vacío) Trasformador e vacío (t) 0 (t) e (t) R devaados0 φ (t) (t)0 e (t) (t) LTK primario: Ley de Lez: El flujo es seoidal φ ( t) φ m Se ω t (t) m Cos ω t N φ m ω Cos ω t m (t) + e (t ) 0 d φ (t) (t) e (t) N dt m E f N, 44 ef E ef π f N φ m 4, f N Fem eficaz E 4 44 ef 4, f N S B m f N φ m Tesió eficaz m Repitiedo el proceso para el secudario N π f φ m e (t) N Tesió máxima d φ (t) dt La tesió aplicada determia el flujo máximo de la máquia r t E E ef ef N N ef (vacío) E 4 44 ef 4, f N S B m
4.4 Pricipio de fucioamieto: relació etre corrietes Cosiderado que la l coversió se realiza prácticamete si pérdidas: Pot etrada Potecia salida Cosiderado que la l tesió del secudario e carga es la misma que e vacío: (t) (t) φ (t) P P0 (t) P (t) vacío carga P P : * * r r t r t Las relacioes de tesioes y corrietes so NVERSAS El trasformador o modifica la potecia que se trasfiere, ta solo altera la relació etre tesioes y corrietes
4.5 Corriete de vacío B - φ φ B S Zoa de saturació φ,, i 0 CORRENTE DE VACÍO i 0 3 Zoa 3 lieal 3 Material del úcleo magético H i 0 NO se cosidera el N i H l ciclo de histéresis CON d φ (t) EL FLJO Y LA (t) e (t) N CRVA BH SE PEDE dt OBTENER LA CORRENTE φ t DEBDO A LA SATRACÓN DEL MATERAL LA CORRENTE QE ABSORBE EL TRANSFORMADOR EN VACÍO NO ES SENODAL
4.5 Corriete de vacío B - φ 3 Ciclo de histéresis DESPLAZAMENTO φ,, i 0 φ CORRENTE DE VACÍO 0 3 Material del úcleo magético 3 SÍ se cosidera el ciclo de histéresis El valor máximo se matiee pero la corriete se desplaza hacia el orige. H i 0 DEBDO AL CCLO DE HS- TÉRESS LA CORRENTE ADELANTA LGERAMENTE AL FLJO t
4.5 Corriete de vacío : seoide equivalete La corriete de vacío NO es seoidal Para trabajar co fasores es ecesario que sea ua seoide PROPEDADES Se defie ua seoide equivalete para los cálculos gual valor eficaz que la corriete real de vacío: iferior al 0% de la corriete omial Desfase respecto a la tesió aplicada que cumpla: * 0 *Cosϕ 0 Pérdidas hierro
4.5 Corriete de vacío V: pérdidas y diagrama fasorial -e Seoide equivalete -e Seoide equivalete e 0 φ NO se cosidera el ciclo de histéresis: NO HAY PÉRDDAS 0 e ϕ0 0 φ SÍ se cosidera el ciclo de histéresis: HAY PÉRDDAS ϕ0 µ Compoete magetizate Compoete fe de pérdidas P Cosϕ 0 Cosϕ 0 0 Ppérdidas por histéresis e él úcleo
4.6 Flujo de dispersió Flujo de dispersió: se cierra por el aire 0 (t) φ (t) (t)0 Represetació simplificada del flujo de dispersió (primario) (t) (t) E vacío o circula corriete por el secudario y, por tato, o produce flujo de dispersió (t) Resistecia itera 0 (t) R Flujo de dispersió X d e (t) R 0 + jx d 0 e φ (t) (t)0 (t) E serie co el primario se colocará ua bobia que será la que geere el flujo de dispersió
X d 0 4.7 Diagrama fasorial del trasformador e vacío R 0 -e Los caídas de tesió e R y X d so prácticamete despreciables (del orde del 0, al 6% de ) ϕ0 0 φ Las pérdidas por efecto Joule e R so tambié muy bajas e * 0 *Cosϕ 0 Pérdidas Fe R 0 + jx d 0 e e
4.8 El trasformador e carga Resistecia itera Flujo de dispersió φ (t) Flujo de dispersió Resistecia itera (t) R X d X d R (t) e (t) e (t) (t) (t) El secudario del trasformador presetará ua resistecia itera y ua reactacia de dispersió como el primario Se ha ivertido el setido de (t) para que e el diagrama fasorial (t) e (t) NO APAREZCAN SPERPESTAS Las caídas de tesió EN CARGA e las resistecias y reactacias parásitas so muy pequeñas: del 0, al 6% de
4.9 El trasformador e carga Resistecia itera 0 (t) + (t) R Flujo de dispersió X d φ (t) Flujo de dispersió X d Resistecia itera R (t) e (t) e (t) (t) (t) Las caídas de tesió e R y X d so muy pequeñas, por tato, E Al cerrarse el secudario circulará por él ua corriete (t) que creará ua ueva fuerza magetomotriz N * (t) La ueva fmm NO podrá alterar el flujo, ya que si así fuera se modi- ficaría E que está fijada por Nueva corriete primario 0 + ' N ' N r t Esto sólo es posible si e el primario aparece ua corriete (t) que verifique: (t) que verifique: Flujo y fmm so iguales que e vacío (los fija (t)) N 0 + N ' + N N 0 N ' N
4.0 Diagrama fasorial del jx d* trasformador e carga ϕ ϕ -e e e R * ϕ ϕ 0 0 + ' 0 r t [ R + jx ] e d + Z c Supoiedo carga iductiva: ZcZc ϕ estará retrasada respecto de e u águlo ϕ: Z c Se ϕ + X ϕ atg R + Z c Cos ϕ [ R + jx d] + e 0 d e + [ R jx ] + d d estará adelatada u águlo ϕ respecto a Las caídas de tesió e R y X d está aumetadas. E la práctica so casi despreciables Las caídas de tesió e R y X d tambié so casi ulas
4. Reducció del secudario al primario Si la relació de trasformació es elevada existe ua diferecia importate etre las magitudes primarias y secudarias. La represetació vectorial se complica El problema se resuel- ve mediate la reduc- ció del secudario al primario mpedacia cualquiera Magitudes reducidas e el secudario al primario Z S t Z ' Z ' r t ' r ' Z r t t rt r ' S ' ' ' r t ' ' S ' r t Se matiee la potecia aparete, la potecia activa y reactiva, los águlos, las pérdidas y el redimieto e ' e r t ' r t R ' R r t X ' X r t ' r t
4. Circuito equivalete φ (t) (t) R X d X d R (t) e (t) e (t) (t) (t) r t 0 fe µ R fe X µ Este efecto puede emularse mediate ua resistecia y ua reactacia e paralelo ϕ0 µ Compoete magetizate El úcleo tiee pérdidas que se refleja e la aparició de las dos compoetes de la corriete de vacío 0 Compoete fe de pérdidas
4. Circuito equivalete φ (t) (t) R X d X d R (t) e (t) R fe X µ e (t) (t) (t) r t Núcleo si pérdidas: trasformador ideal φ (t) (t) R X d X d R (t) e (t) R fe X µ e (t) (t) (t) El trasformador obteido después de reducir al primario es de: r t : e e *r t e e Reducció del secu- dario al primario ' e r t ' r t ' r t R ' R r t X d ' X d r t
4.3 Circuito equivalete Como el trasformador de 3 es de relació uidad y o tiee pérdidas se puede elimiar, coectado el resto de los elemetos del circuito (t) X d R X d R 0 fe µ (t) (t) R fe X µ (t) El circuito equivalete permite calcular todas las variables icluidas pérdidas y redimieto Circuito equivalete de u trasformador real Los elemetos del a vez resuelto el circuito circuito equivalete equivalete los valores reales se obtiee mediate se calcula deshaciedo la esayos ormalizados reducció al primario
4.4 Esayos del trasformador: obteció del circuito equivalete Existe dos esayos ormalizados que permite obteer las caídas de tesió, pérdidas y parámetros del circuito equivalete del trasformador Esayo de vacío Esayo de cortocircuito E ambos esayos se mide tesioes, corrietes y potecias. A partir del resultado de las medicioes es posible estimar las pérdidas y recostruir el circuito equivalete co todos sus elemetos
4.4. Esayo del trasformador e vacío φ (t) Codicioes esayo: A 0 (t) W (t)0 Secudario e circuito abierto (t) (t) Tesió y frecuecia omial Pérdidas e el hierro W Resultados esayo: Corriete de vacío {Parámetros circuito Parámetros circuito R fe, Xµ X A R fe
4.4. Esayo de cortocircuito φ (t) Codicioes esayo: cc (t) A (t) W (t) (t)0 Secudario e cortocircuito Tesió primario muy reducida Corriete omial, Al ser la tesió del esayo muy baja habrá muy poco flujo y, por r tato, las pérdidas e el hierro será despreciables (P( fe kb m ) Resultados esayo: Pérdidas e el cobre {Parámetros circuito W {R R cc R +R X cc X +X X cc X
4.5 El trasformador e el esayo de cortocircuito (t) R X d X d R Al ser el flujo muy bajo respecto al omial es omial 0 es despreciable cc (t) 0 fe R fe µ X µ (t) (t) (t) R CC X cc cc (t) R CC R +R X CC X +X Al estar el secudario e cortocircuito se puede despreciar la rama e paralelo
4.5 El trasformador e el esayo de cortocircuito (t) (t) cc (t) R CC X cc R CC R +R X CC X +X cc R cc + jx cc cc ϕ CC Xcc Rcc Diagrama fasorial Cos ϕ Rcc Xcc cc P cc cc Cos ϕ cc ϕcc Se ϕ cc ϕcc cc Z cc ε ε ε cc Rcc Xcc cc Rcc Xcc Z cc R X cc cc P CC so las pérdidas totales e el Cu Las de Fe so despreciables e corto }Tesioes relativas de cortocircuito: se expresa porcetualmete ε 5 % % ε cc 0 >> ε Xcc εrcc ε cc Para u trafo de potecia aparete S Z S cc
4.6 Caídas de tesió e u trasformador e carga trasformador alimetado co la tesió omial dará e el secudario e vacío la tesió Cuado trabaje e carga, se producirá caídas de tesió. E el secudario aparece c C Caída de tesió Normalmete se expresa e % ε c(%) C Se puede referir a primario o secudario (sólo hay que multiplicar por r t ) (t) (t) (t) R CC X cc ZLϕ Carga Próxima la omial LAS CAÍDAS DE TENSÓN DEPENDEN DE LA CARGA Para hacer el aálisis fasorial se puede elimiar la rama e paralelo ( 0 << ) ε c(%) C ' La simplificació es válida sólo si la carga es próxima a la omial
4.6 Caídas de tesió e u trasformador e carga ε c(%) ε c(%) (t) (t) C ' AB + BC + CD (t) R CC X cc Z Lϕ Carga < carga omial AB R cc Cosϕϕ AB R cc Se ϕ CD se desprecia Xcc A B c D C Rcc xcc xcc y Rcc Está ampliados ε c (%) R cc Cos ϕ + X cc ϕ Se ϕ ϕ Se defie el ídice de carga C de u trasformador C O
4.6 Caídas de tesió e u trasformador e carga ε c (%) R cc Cos ϕ + X cc ϕ Se ϕ Multiplicado por: ε c (%) R cc Cos ϕ + X cc ϕ Se ϕ ε RCC C ε c (%) RCC C [ ε Cos ϕ + ε Se ϕ ] EFECTO RCC XCC FERRANT Si ϕ < 0 Se ϕ < 0 ε puede ser < 0 ' > > c c c
4.7 Efecto Ferrati Xcc Rcc Xcc Rcc Co carga capacitiva ε c puede ser egativa y la tesió e carga > que e vacío La tesió del secudario puede ser > e carga que e vacío c c ϕ Carga iductiva (ϕ>0) ϕ Carga capacitiva (ϕ<0)
4.8 Redimieto del trasformador η P P cedida absorbida P P η P + P fe + P cu P P + P fe + P cu η P P cu R + R ' ' R cc R cc C P cc C Cos ϕ C C Cos ϕ C Cos ϕ + P P η Cos ϕ + P 0 + P cc C 0 + cc C ε C c(%) c [ ε c ] η C C [ ε c ] [ ε c ] c Cos ϕ Cos ϕ + P + P 0 cc C C C [ ε c ] S Cos ϕ [ ε c ] S Cos ϕ + P 0 + P ccc c Esayo de vacío EL TRANSFORMADOR TRABAJA CON N ÍNDCE DE CARGA C 0 cc
4.9 fluecia del ídice de carga y del cosϕ e el redimieto η C C [ ε c] S Cos ϕ [ ε c ] S Cos ϕ + P 0 + P ccc c C S η K C S + Cos ϕ Cosϕ ϕ η 0 cc C cte Cos ϕ var iable C variable Cosϕ Cte Despreciado la la caída caída de de tesió tesió η η C S Cos ϕ + P 0 + P ccc η C S Cos ϕ P 0 η max si + P ccc mí. C Derivado respecto a C e igualado a 0 η S 0 C η max P cc S Cos ϕ P 0 Cos ϕ + + P C P 0 ccc Cosϕ C ηmax C
4.8 Corriete de cortocircuito R CC X cc CC R CC X cc cc Z cc La impedacia es la misma Z cc Esayo de cortocircuito Fallo Z cc cc cc cc ε cc Z cc cc Para los valores habituales de ε cc (5-0%) se obtiee corrietes de cortocircuito de 0 a 0 veces > que
4.9 Trafos trifásicos R S T N N N N La forma más elemetal de trasformar u sistema trifásico cosiste e trasformar cada ua de las tesioes de fase mediate u trafo moofásico. R R N T N N N N N N N N N S R Baco trifásico de trasformadores moofásicos ϕ 3 -E S T N N Primarios y secudarios estaría coectados e estrella. Puede haber eutro o o. S T -E 3 3 ϕ ϕ -E E + E + E 0 3 ϕ + ϕ + ϕ 0 3
4.9 Trafos trifásicos 3 trasformadores moofásicos ϕ Devaado co N espiras Aislate Devaado co N espiras ϕ ϕ 3 La suma de los tres flujos es 0: se puede uir todas las columas e ua columa cetral ϕ ϕ ϕ0 0 ϕ 3 Elimiado la columa cetral se ahorra material y peso del tras- formador ϕ ϕ ϕ 3 Estructura básica de u trasformador trifásico Se puede suprimir la columa cetral
4.9 Trafos trifásicos ϕ ϕ ϕ 3 Trasformador trifásico de 3 columas E u trasformador co tres columas existe ua pequeña asimetría del circui- to magético: el flujo de la columa ce- tral tiee u recorrido más corto y, por tato, de meor reluctacia. La corriete de magetizació de esa fase será ligeramete meor. ϕ ϕ ϕ 3 Las dos columas laterales sirve como camio adicioal al flujo. De este modo, es posible reducir la secció y, por tato, la altura de la culata Trasformador trifásico úcleo acorazado (5 columas) Si el sistema e el que trabaja el trasformador es totalmete equilibrado e su aálisis se puede reducir al de ua fase (las otras so desfasadas adas 0º y 40º) El circuito equivalete que se utiliza es el mismo, co la tesió de fase y la corriete de líea (equivalete a coexió estrella estrella)
4.0 Coexioes e trasformadores R S T trifásicos R R N N N N N N N N N N N N S T N N Coexió estrella estrella: Yy S T R S T R S T R R N N N N N N N N N N N N S T Coexió triágulo triágulo: Dd S T R S T
4.0 Coexioes e trasformadores R S T trifásicos R R N N N N N N S T N Coexió estrella triágulo: Yd S T R S T La coexió Yy platea problemas debidos a la circulació de corrietes homopolares (causadas por los armóicos de la corriete de vacío) por el eutro. E codicioes de carga desequilibrada etre fase y eutro aparece sobretesioes Cuado uo de los devaados está coectado e triágulo los flujos homopolares se aula y los icoveietes ateriores desaparece. El úico problema es la o dispoibilidad del eutro e uo de los devaados
4.0 Coexioes e trafos trifásicos Si se quiere dispoer de eutro e primario y secudario y o teer problemas de flujos homopolares o e carga desequilibrada se utiliza la coexió estrella zigzag: Yz N R R V R N S S V S T T V T N V s V t V r N / N / N / N / N / N / V r V t r V s s t El secudario costa de dos semidevaados co igual úmero de espiras. La tesió secudaria de cada fase se obtiee como la suma de las tesioes t iducidas e dos semidevaados situados e columas diferetes Los efectos producidos por los flujos homopolares se compesa sobre los dos semidevaados o ifluyedo e el fucioamieto del trasformador
4. Ídices horarios N N Los termiales de igual polaridad so los que simultáeamete, debido a u flujo comú, preseta la misma tesió R R V R N S S V S N T T r s t N N V r V s r s t V T V t Co esta coexió el desfase es 0 V R V r La existecia de coexioes Yd e Yz provoca la aparició de desfases etre las tesioes del primario y del secudario V T V t V s V S
4. Ídices horarios El desfase se expresa e múltiplos de 30º, lo que equivale a expresar la hora que marcaría el fasor de tesió de la fase R del primario (situado e las h) y el del secudario V R V r Ídice horario 0 Yy6 V R V T V t V s V S Termiales del secudario Ídice horario 6 V s Desfase 80º V t N R R V R N N N V r r r s S S s V T V r V S V S T T V T N N V s V t t t
4. Coexió de trasformadores e paralelo { Codicioes para la coexió GAL r t de trasformadores moofásicos e paralelo GAL ε cc Fucioamieto e vacío Distribució de cargas T T Z L Trafos e paralelo Z CC Z CC Circuito equivalete Z L Z Z Zcc Zcc C Z Zcc Zcc Z ε cc C ε εcc C εcc Z Z cc Si ε cc ε cc C C sio u trasformador estará más cargado que el otro Si ε cc E Si trasformadores ε cc ε ε cc el trasfomador trifásicos más es cargado ecesario sería el que de < ambos ε cc (el más tega duro) el mismo ídice horario para poder realizar la puesta e paralelo
4.3 Autotrasformadores V N V Pto. del devaado que está a V voltios N V Se utiliza cuado se ecesita ua relació de trasformació de,5 a. E ese caso SÍMBOLOS so más retables que los trasformadores VENTAJAS Ahorro de coductor: se emplea N es- piras meos. Circuito magético (vetaa) de meo- res dimesioes. V N Prescidiedo de N y coectado directamete Pto. del devaado que está a V voltios Dismiució de pérdidas eléctricas y magéticas. Mejor refrigeració (cuba más pequeña). Meor flujo de dispersió y corriete de vacío. (Meor ε cc ). NCONVENENTES Pérdida del aislamieto galváico. V ATOTRAFO Mayor corriete de corto (Meor ε cc ). Necesarias más m s proteccioes.
4.3 Autotrasformadores ATOTRAFO SECO DE BT VARAC: ATOTRAFO REGLABLE Catálogos comerciales VARAC CON NSTRMENTOS DE MEDDA ATOTRAFO SECO DE BT
4.4 Trasformadores co tomas TOMAS TOMAS El caso es más favorable ya que se trabaja co tesioes meores Permite cambiar la relació de espiras etre primario y secudario, de este modo se cosigue ua tesió variable Etre otras aplicacioes se utiliza e las redes de trasporte y distribució para mateer la tesió cte. co idepedecia de la carga
4.4 Trafos co tomas Coexió devaados Tomas de regulació Coexió toma de tierra Catálogos comerciales
4.4 Trasformadores co tres arrollamietos φ (t) V N N N V V So trasformadores especiales utilizados e alta potecia. Costa de u primario y dos secudarios Mediate ua sola máquia se obtiee dos iveles de tesió diferetes SÍMBOLOS
4.5 Trasformadores de medida y protecció TLDAD Aislar los dispositivos de medida y pro- tecció de la alta tesió. Trabajar co corrietes o tesioes pro- porcioales a las que so objeto de medida. Evitar las perturbacioes que los campos magéticos puede producir sobre los istrumetos de medida El redimieto o es importate Trabaja co iveles bajos de flujo (zoa lieal) Existe trafos de corriete y de tesió E todos los casos la r t es < para mateer los valores bajos e las magitudes secudarias Los trafos de corriete tiee las corrietes secudarias ormalizadas a: 5 A y A y los de tesió las tesioes secudarias a 00 y 0 V
4.5. Trasformadores de corriete P Z carga Corriete a medir Coexió de u trasformador de itesidad X d R X d R R Fe 0 X µ Carga Secudario S A E u trafo de corriete la corriete del primario viee impuesta por la itesidad que se desea medir. El flujo o es cte. Las impedacias que aparece como cargas e el secudario tiee que ser muy bajas (suele ser las de las bobias amperimétricas) NNCA SE PEDE DEJAR EL SECNDARO EN CRCTO ABERTO!!!
4.5. Trasformadores de corriete PRECSÓN DE LA MEDDA Depede de la liealidad etre el flujo e 0. A mayor 0 mayor error. Se utiliza materiales magéticos de alta permeabilidad. Se trabaja co valores bajos de B. Se trabaja co valores limitados de la corriete del secudario (Z de carga próxima al cortocircuito) para evitar pérdidas de liealidad ad PARÁMETROS DEL TRAFO DE CORRENTE Tesió de aislamieto: : máx. tesió co la que se puede trabajar. Relació de trasformació: : 00/5 A (p ejem). Error de tesidad: : diferecia etre la real y la esperada e fució de la corriete e % ( ). e % (ε i(%) i(%) ). Error de fase: : diferecia de fases etre e K ε i (%) 00 K
4.5. Trasformadores de corriete M. F. Cabaas: : Técicas T para el mateimieto y diagóstico de máquias m eléctricas rotativas Soda de corriete 0 00 A Núcleos magéticos para trasformadores de corriete M. F. Cabaas: Técicas para el mateimieto y diagóstico de máquias eléctricas rotativas Trasformador de corriete 50A Trasformadores de corriete 00 A
4.6 Revisió de los coceptos teóricos sobre los catálogos comerciales de u fabricate
iversidad de Oviedo Tema V: Fudametos de la coversió electromecáica de eergía Dpto. Dpto. de de geiería geiería Eléctrica, Eléctrica, Electróica Electróica de de Computadores Computadores yy Sistemas Sistemas
5.. La coversió electromecáica Fuerza extera que hace girar a la espira Espira Campo Magético maes Permaetes N S Escobillas Fuerza Electromotriz iducida e la espira por el campo + GENERADOR ELEMENTAL
5.. La coversió electromecáica Espira Campo Magético maes Permaetes N S Escobillas FERZA QE TENDE A HACER GRAR A LA ESPRA: PAR MOTOR Corriete que circula por la espira debida al geerador MOTOR ELEMENTAL
5.. El pricipio de reversibilidad Todas las máquias eléctricas rotativas so reversibles Puede fucioar como motor o como geerador Motor Geerador Coversió de Eergía Eléctrica e Eergía Mecáica Coversió de Eergía Mecáica e Eergía Eléctrica
5.3. Balace eergético de ua máquia rotativa Potecia eléctrica cosumida (P e ) ESTATOR ROTOR Potecia mecáica útil del motor (P u ) P u η P e η 90% % Pérdidas e el cobre del estator Pérdidas e el hierro Pérdidas e el cobre del rotor Pérdidas rotacioales
iversidad de Oviedo Tema V: La máquia de corriete cotiua Dpto. Dpto. de de geiería geiería Eléctrica, Eléctrica, Electróica Electróica de de Computadores Computadores yy Sistemas Sistemas
6.. La máquia de CC: geeralidades La máquia de CC costa de dos devaados alimetados co CC: uo llamado iductor que está e el estator de la máquia y otro llamado iducido que está e el rotor. E el caso de fucioamieto como motor ambos devaados está alimetados co CC. E el caso de fucioamieto como geerador se alimeta co CC el iducido y se obtiee la FEM por el iductor (tambié cotiua). Su fucioamieto se basa e la existecia de u mecaismo llamado colector que covierte las magitudes variables gee- radas o aplicadas a la máquia e magitudes costates. Se utiliza e tracció eléctrica (travías, trees etc.) y e accio- amietos dode se precisa u cotrol preciso de la velocidad. Está e desuso debido a su complejo mateimieto.
6.. Despiece de ua. Culata. Núcleo polar 3. Expasió polar 4. Núcleo del polo auxiliar o de comutació 5. Expasió del polo auxiliar o de comutació 6. Núcleo del iducido 7. Arrollamieto de iducido 8. Arrollamieto de excitació 9. Arrollamieto de comutació 0. Colector.. Escobillas 9 máquia de CC 5 0 7 8 4 3 6 M. F. Cabaas: Técicas para el mateimieto y diagóstico de máquias eléctricas rotativas
Motores de CC Catálogos comerciales Motor de CC para aplicacioes de robótica Pequeños motores de CC e imaes permaetes Fotografía a realizada e los talleres de ABB Service Gijó Catálogos comerciales Motor de CC de 6000 kw fabricado por ABB
6.3. Fucioamieto como geerador Fuerza extera que hace girar a la espira maes permaetes o campo magético creado por ua corriete cotiua N S N S Escobillas Aillos rozates strumeto de medida M. F. Cabaas: Técicas para el mateimieto y diagóstico de máquias eléctricas rotativas La FEM que se obtiee a la salida de la máquia varía e el tiempo ya que esta máquia o dispoe de colector
6.3. Fucioamieto d φ B d como geerador darea d φ B l r d α φ π α α B l r d α B l ( π α ) φ dα Si la espira gira co velo- cidad agular ωdα/dt dt mietras se mueva e la zoa del flujo se iducirá e ella FEM: d φ d α E B l r dt dt E B l V E L. Serrao: Fudametos de máquias eléctricas rotativas V R ω
Co la máquia girado a ua cierta velocidad V, la fem que se iduce es altera: cambia de sigo cada vez que se pasa por debajo de cada polo. El colector es u dispositivo que ivierte el setido de la FEM para obteer ua tesió cotiua y positiva BlV -BlV E B l V E N S Polos iductores de la máquia 0 π π BlV E N S BlV E N S 0 π π Colector elemetal ( delgas) 0 π π Colector real (muchas delgas)
Catálogos comerciales 6.4. El colector Colector Escobillas M. F. Cabaas: Técicas para el mateimieto y diagóstico de máquias eléctricas rotativas Colector real Setido de rotació de la espira Colector de dos delgas M. F. Cabaas: Técicas para el mateimieto y diagóstico de máquias eléctricas rotativas - + 0 - + state icial Comutació versió de la polaridad
6.5. FEM iducida e u máquia de CC FEM EN NA ESPRA FEM DE NDCDA POR EL DEVANADO COMPLETO DE LA MÁQNA ϕ B Ap Ap Apárea área del polo E B l V VBl E N a Ap A Nº Rotor polos V P ϕ E N a π r π V ω r 60 Nº º total de espiras aº º de circuitos e {paralelo paralelo π r l p r{ r π r l p P B ϕ π r l Velocidad e RPM r radio E N p 4 ϕ E K ϕ 60 a
6.6. Par itero de ua máquia de CC PAR CREADO POR NA ESPRA PAR CREADO POR EL DEVANADO COMPLETO DE LA MÁQNA T espira B l r espira B l r a aº º de circuitos e paralelo Corriete rotor (iducido) T TOTAL N B l r Nº º total de espiras a B ϕ P π r l T TOTAL P N ϕ π a T TOTAL K ϕ Corriete de iducido
6.7. Formas de excitació El campo magético de la máquia de CC puede geerarse mediate imaes permaetes, o co bobias alimetadas co CC (caso habitual): Segú la forma de alimetació de las bobias se tiee tipos de excitació:! Excitació idepediete: la corriete que alimeta al deva- ado iductor es ajea a la propia máquia, procede de ua fuete idepediete extera.! Autoexcitació: la corriete de excitació e este caso pro- cede de la propia máquia. Segú la forma de obteer esta corriete existe 3 tipos diferetes de máquia de CC: Excitació Serie: : devaado iductor e serie co el iducido Excitació derivació: : devaado iductor coectado directa- mete a las escobillas, por tato, e paralelo co el iducido. Excitació compuesta o mixta: : ua bobia e serie y la otra e paralelo.
Resistecia del iducido 6.7. Formas de R i E i R ex ex excitació L ex Resistecia del iductor Resistecia del iducido R ex R i ex E i ex L ex E i Tesió FEM excitació ducida ductor ducido Motor de excitació idepediete ducido ductor Motor de excitació derivació Resistecia del iducido R i R ex L ex E ducido ductor Motor de excitació serie i
Resistecia del iducido ductor R i E R ex L ex ductor R ex i L ex ducido Motor de excitació compuesta larga iducido ductor Resistecia del E R i R ex R ex ductor L ex i L ex ducido Motor de excitació compuesta corta
6.8. La reacció de iducido Al circular corriete por el iducido se va a crear u campo que distorsioa el campo creado por los polos iductores de la máquia Esta distorsió del campo recibe el ombre de reacció de iducido BlV -BlV E N S FEM co reacció de iducido DESPLAZAMENTO LÍNEA NETRA 0 π π EFECTOS PRODCDOS POR LA REACCÓN DE NDCDO Desplazamieto de la plao o líea eutra (plao e el que se aula el campo Dismiució del valor global del campo de la máquia
6.8. La reacció de iducido Desplazamieto de la plao o líea eutra Mulukutla S. Sarma: Electric machies PROBLEMAS DRANTE LA CONMTACÓN POLOS DE CONMTACÓN REDCCÓN PAR Y AMENTO VELOCDAD Dismiució del valor global del campo de la máquia LOS POLOS DE CONMTACÓN COMPENSAN LOCALMENTE LA REACCÓN DE NDCDO ELMNANDO LA DSTORSÓN DEL CAMPO
6.9. La máquia de CC como geerador R ex ex R i ex E i ex L ex E i FEM ducida ductor ducido Geerador co excitació idepediete E Se hace girar el iducido y se alimeta el iductor. La tesió de excitació cotrola la FEM E y, por tato, la tesió de salida i La tesió de salida crece proporcioalmete co la velocidad de giro N p 4 ϕ E K ϕ 60 a La relació etre la corriete de excitació y la FEM iducida o es lieal: existe saturació
6.9. La máquia de CC como R i E i geerador R ex L ex ex E la geerador e derivació la propia tesió de salida del geerador se utiliza para producir la excitació ex i E Curva de magetizació ducido ductor Geerador co excitació derivació E Pto. de equilibrio El geerador arraca gracias al magetismo remaete siguiedo u proceso de ATOEXCTACÓN E [ R ex R i ] E R ex + R i Magetismo ϕ remaete R Se repite hasta el pto. de equilibrio E E R R R E E R + R ex i E R R ex
6.0. Curvas características de los motores de CC Resistecia del iductor Resistecia del iducido Resistecia del iducido R ex R i ex E i ex L ex E i Tesió FEM excitació ducida ductor ducido Motor de exc.. idepediete ducido R i E R ex i ex L ex ductor Motor de exc.. derivació Desde el puto de vista fucioal ambos motores so muy similares s ya que el iducido está sometido a ua tesió costate i E R E Ri i Ecuació del mo- tor derivació e idepediete E K ϕ K ϕ T K K' ϕ T K' ϕ i Ec.. Geeral maq.. CC i R i i i T K 'ϕ ϕ T K ϕ + R K' ϕ i Ri
6.0. Curvas características de los motores de CC Curva par-velocidad de los motores de excitació idepediete y derivació K ϕ T K K' ϕ i R i CONSDERANDO CTES. CTES. i y ϕ CARACTERÍSTCA DE VELOCDAD f( i ) i E R E K ϕ E Ri i ϕctecte CARACTERÍSTCA DRA Pediete 8% Aumeto de R i T i K ϕ R i i K ϕ i
6.0. Curvas características de los motores de CC Resistecia del iducido R i E ducido ductor R ex i ex L ex Motor de excitació serie E K ϕ Ec.. Geeral maq.. CC T K' ϕ i i Ec.. Geeral maq.. CC i ex i E el motor serie el devaado de excitació y el iducido está coectados e serie. ex i y esta última depede de la carga arrastrada por el motor, por ta- to,, sus características fucioales será distitas de las del motor de exc. idep. E i [ R i + R ex ] K ϕ i [ R i + R ex ] i i La relació etre ex y el flujo ϕ viee defiida por la característica magética (B-H) de la máquiam Ecuació del motor serie i [ R i + R ex ] K ϕ K K' ϕ ϕ Zoa lieal C ex ϕc ex ex T
6.0. Curvas características de los motores de CC V Como ex i e la zoa lieal del motor se cumple: ϕc i T K' C i E la zoa lieal (pares bajos) i T K' C SSTTYENDO La característica mecáica cuado el motor trabaja e la zoa lieal (pares bajos). ES NA HPÉRBOLA bajos). ES NA HPÉRBOLA i Cte T Cte E la zoa de saturació (cuado al motor se exige pares elevados) se puede admitir ϕcte T Cte SSTTYENDO Cte Cte T La característica mecáica e la zoa de saturació (pares altos) altos) ES NA RECTA NO puede trabajar co cargas bajas porque tiede a embalarse T
6.0. Curvas características de los motores de CC V CARACTERÍSTCA DE VELOCDAD f( i ) E i [ R i + R ex ] i Ecuació del motor serie E K ϕ i Ec.. Geeral maq.. CC K ϕ + [ R R ] + K ϕ Cte i i i i [ R i + R ex ] K ϕ [ R + R ] i Cte ex ex Como ex i e la zoa lieal del motor se cumple: ϕc i La característica de velocidad cuado el motor trabaja e la zoa lieal ES NA HPÉRBOLA trabaja e la zoa lieal ES NA HPÉRBOLA i E la zoa de saturació se puede admitir ϕcte Cte E la zoa de saturació es ua recta decreciete [ R R ] i i + Cte ex
6.. Variació de velocidad e los motores de CC VARACÓN DE LA VELOCDAD DEL MOTOR Variació de la tesió de iducido mateiedo el flujo costate A < omial se matiee el flujo costate y se varía la tesió de iducido Variació de la excitació (debilitamieto del campo) Se usa co > omial. Al dismiuir la excitació dismiuye el flujo y el par pero aumeta la velocidad E K ϕ T K' ϕ i i Ec.. Geeral maq.. CC DSPOSTVOS PARA LA VARACÓN DE TENSÓN CONTNA Rectificadores cotrolados Troceadores ( Choppers Choppers )
6.. Variació de velocidad e los motores de CC V R + Diodos T T3 T5 Vcc V S V T + + T4 T6 T CHOPPER DE 4 CADRANTES VS 800 u d d (V) 600 400 00 0-00 -400-600 -800 0 4 6 8 0 4 6 t(ms) 8 0 RECTFCADOR CONTROLADO V R V S + + V T + T T3 T5 T4 T6 T Tiristores Trasistores VS