INTRODUCCION A LOS PRINCIPIOS DE LAS MAQUINAS
Flujo total en cierta área esta dado por:
Campo Magnético
Son el mecanismo fundamental para convertir la energia de una forma a otra
El flujo total producido por la corriente i en el devanado es:
Producción de un Campo Magnético
CIRCUITOS MAGNÉTICOS
La ley de Ampere es la ley que gobierna la producción de un campo magnético por medio de una corriente
La fuerza magnetomotriz de un circuito magnético es igual al flujo efectivo de corriente aplicado al
núcleo, o
la fuerza magnetomotriz aplicada ocasiona un flujo θ y de manera semejante al circuito eléctrico, la relación entre la fuerza magnetomotriz y el flujo es:
La reluctancia
La reluctancia de un circuito magnético es el homólogo de la resistencia del circuito eléctrico
Ley de Faraday
Si un flujo atraviesa una bobina de alambre conductor con N vueltas, se inducirá en ésta un voltaje directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo con respecto al tiempo
La permanencia de un circuito magnético es el inverso de la reluctancia.
Suma en serie
Suma en paralelo
PERDIDAS EN EL NÚCLEO
CORRIENTES PARASITAS
HISTÉRESIS
se producen debido a que un flujo variable induce voltaje dentro de un núcleo ferromagnético causando flujos de corriente que circulan en el núcleo creando perdidas en forma de calor.
Al aplicar corriente alterna al devanado sobre el núcleo, cuando se incrementa la corriente por primera vez el flujo en el núcleo sigue trayectoria ab llegando hasta la saturación. Cuando la corriente decrece el flujo sigue una trayectoria diferente llegando hasta otro punto de saturación y luego cuando la corriente aumenta de nuevo el flujo sigue una trayectoria cerrando el ciclo formando una curva cerrada la cual se le llama curva de histéresis. El área dentro de la curva es proporcional a las perdidas
GRÁFICA
SOLUCIÓN
GRÁFICA
SOLUCIÓN
INTRODUCCION A LOS PRINCIPIOS DE LAS MAQUINAS
Producción de fuerza inducida en un alambre
Máquina Lineal de Corriente Directa
Cuando un alambre que porta corriente se encuentra en presencia de un campo magnético se induce una fuerza en el conductor.
Consta de una batería y una resistencia conectadas a través de un interruptor, en la parte derecha se encuentra una barra de metal atravesada por un campo magnético.
DIRECCIÓN
La magnitud de la fuerza esta dada por:
Ecuaciones que se aplican
Voltaje inducido en un conductor que se mueve en un campo magn.
Un Conductor que se mueve en presencia de un campo magnético se induce un voltaje en el conductor
DIRECCIÓN
Arranque de la maquina de lineal de CD
Maquina lineal de corriente directa como motor
Procesos
Maquina lineal de corriente directa como generador
Potencia Real, Activa y Aparente en CA
En una carga monofásica:
POTENCIA APARENTE
Potencia instantanea suministrada:
POTENCIA REACTIVA
POTENCIA PROMEDIO
TRANSFORMADORES
IMPORTANCIA DE TRANSFORMADORES
TEORÍA DE OPERACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS REALES
La base de la operación de un transformador se puede derivar de la Ley de Faraday
TIPOS Y CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES
Acorazado
Núcleo
RELACIÓN DE VOLTAJE EN EL TRANSFORMADOR
Segun su uso en los sistemas de potencia
La razón entre el voltaje primario causado por el flujo mutuo y el voltaje secundario causado por el flujo mutuo es igual a la relación de vueltas del transformador
SUBESTACION
DISTRIBUCIÓN
UNIDAD
Segun su uso en los sistemas de potencia
De CORRIENTE
De Potencial
TRANSFORMADOR IDEAL
Es un dispositivo sin pérdidas que tiene un devanado de entrada y un devanado de salida.
CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN EN UN TRANSFORMADOR REAL
DE EXCITACIÓN
DE PERDIDAS EN NÚCLEO
DE MAGNETIZACIÓN
Un transformador de potencia bien diseñado, la corriente de excitación es mucho mas pequeña que la corriente de carga total del transformador
POTENCIA EN EL TRANSFORMADOR IDEAL
La potencia de salida de un transformador ideal es igual a la potencia de entrada
PERDIDAS EN UN TRANSFORMADOR REAL
Para tener un modelo exacto se considear las siguientes pérdidas:
Pérdidas en el Cobre
Pérdidas por corrientes parasitas
TRANSFORMACIÓN DE IMPEDANCIA A TRAVÉS DE UN TRANSFORMADOR
Flujo Disperso
Con un transformador es posible hacer coincidir la magnitud de la impedancia de la carga con la impedancia de la fuente simplemente con seleccionar la relacion de vueltas apropiada
Pérdidas por Histéresis
¿A QUÉ ES EQUIVALENTE UN TRANSFORMADOR? (MUEVA LAS PIEZAS)
CIRCUITO EQUIVALENTE EXACTO
TRANSFORMADORES
CIRCUITO EQUIVALENTE APROXIMADO
AUTOTRANSFORMADOR
ELEVADOR
Debido a que la corriente de excitación es solo aproximadamente de 2 a 3% de la corriente de carga total se mueven las impedancias del primario.
REDUCTOR
RELACIÓN DE PARÁMETROS
DETERMINACIÓN DE VALORES DE LOS COMPONENTES
PRUEBA CIRCUITO ABIERTO
Parámetros
Parámetros
PRUEBA CORTO CIRCUITO
SISTEMA DE MEDIDAS POR UNIDAD
Se acostumbra seleccionar dos cantidades base para definir un sistema por unidad. Las que se utilizan normalmente son el voltaje y la potencia (o potencia aparente)
TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS
El transformador trifásico coo tal es más ligero, pequeño, barato y un poco más eficiente pero el uso de tres transformadores monofásicos por separado tiene la ventaja de que cualquier unidad del banco puede ser reemplazada individualmente si se presenta alguna falla.
REGULACIÓN DE VOLTAJE Y EFICIENCIA
DETALLES
CONEXIÓN Y-Y
La regulación de voltaje a plena carga es una cantidad que compara el voltaje de salida de un transformador sin carga (en vacío) con el voltaje de salida a plena carga.
CONEXIÓN Y-▲
DETALLES
CONEXIÓN ▲-Y
DETALLES
CONEXIÓN ▲-▲
DETALLES
TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS UTILIZANDO DOS TRANSFORMADORES
DIAGRAMA FASORIAL DEL TRANSFORMADOR
Estas técnicas se emplean algunas veces para crear potencia trifásica en ubicaciones en las que no están disponibles las tres líneas de potencia
DETALLES
CONEXIÓN Y-Y
FP ADELANTADO
FP ATRASADO
FP UNITARIO
CONEXIÓN Y ABIERTA-▲ ABIERTA
DETALLES
EFICIENCIA DEL TRANSFORMADOR
CONEXIÓN SCOTT-T
DETALLES
Se aplican tanto a motores como a generadores
CONEXIÓN T TRIFÁSICA
DETALLES
PLACA DE TRANSFORMADOR
TOMAS TAPS Y REGULACIÓN DE VOLTAJE
Los transformadores de distribución tienen una serie de tomas (taps) en los devanados para permitir pequeños cambios en la relación de vueltas del transformador después de haber salido de la fábrica. Las tomas de un transformador permiten ajustar el transformador para acomodarse a las variaciones de voltaje locales.
Un regulador de voltaje es un transformador TCUL con un circuito sensor de voltaje que cambia automáticamente las tomas para mantener constante el voltaje del sistema
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LAS MAQUINAS DE CA
Campo Magnético Giratorio
Existen 2 tipos de maquinas de CA.
Si un grupo de corrientes trifásicas, cada una de igual magnitud y desfasadas entre ellas 120°, fluye en un devanado trifásico, producirán un campo magnético giratorio de magnitud constante
ASíncronas
Síncronas
Densidad de Flujo
Intensidad de Campo Magnetico
Espira sencilla en un campo magnético
Se analiza como una máquina simple que consta de un imán estacionario que produce un campo magnético esencialmente constante y uniforme y una espira de alambre. Se determina:
Si se intercambia la corriente en dos de las tres bobinas, se invertirá la dirección de rotación del campo magnético
Voltaje inducido
Relación entre la frecuencia eléctrica y la velocidad de rotación del campo magnético.
Par inducido
Siendo P el numero de polos magnéticos en el estator de una máquina de ca, entonces:
Fuerza Magnetomotriz y Distribución de flujo en Máquinas de CA
En una maquina de rotor cilindrico para producir un voltaje senoidal, la magnitud del vector de densidad de flujo B debe variar de manera senoidal, por lo cual se utiliza
Voltaje inducido en una maquina de CA
Voltaje inducido en la bobina del estator bipolar
La magnitud del vector de densidad de flujo B en cualquier ángulo a alrededor del estator será:
Valor RMS en un estator trifásico
El voltaje RMS en los terminales depende si el estator tiene una conexión Y o en ▲
voltaje inducido total en una bobina con Nc vueltas en el estator
Voltaje inducido en un grupo de bobinas trifásico
Par inducido en una máquina de CA
Los voltajes resultantes en cada una de las bobinas son:
El par en la espira del rotor es:
variantes
Aislamiento del devanado de una máquina de CA
Para prevenir la falla del aislamiento del devanado por sobrecalentamiento es necesario limitar la temperatura en los devanados. Esto se puede lograr parcialmente mediante la circulación de aire frío sobre los devanados, pero a fin de cuentas la temperatura máxima del devanado limita la potencia máxima que la máquina puede suministrar de manera continua.
Regulación de voltaje y regulación de velocidad
Regulación de voltaje es una medida de la habilidad del generador para mantener un voltaje constante en sus terminales cuando la carga varía.
Flujo de Potencia y Pérdidas en Máquinas de CA
La eficiencia de una máquina de CA se define por :
Regulación de velocidad es la medida de la capacidad de un motor para mantener constante la velocidad del eje cuando varía la Carga
Las perdidas se presentan en:
Perdidas Núcleo
Perdidas electricas
Perdidas Mecánicas
Perdidas Adicionales
Maquinas Electricas 2018-104023
Santiago José Valdivia León
Created on July 22, 2021
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INTRODUCCION A LOS PRINCIPIOS DE LAS MAQUINAS
Flujo total en cierta área esta dado por:
Campo Magnético
Son el mecanismo fundamental para convertir la energia de una forma a otra
El flujo total producido por la corriente i en el devanado es:
Producción de un Campo Magnético
CIRCUITOS MAGNÉTICOS
La ley de Ampere es la ley que gobierna la producción de un campo magnético por medio de una corriente
La fuerza magnetomotriz de un circuito magnético es igual al flujo efectivo de corriente aplicado al núcleo, o la fuerza magnetomotriz aplicada ocasiona un flujo θ y de manera semejante al circuito eléctrico, la relación entre la fuerza magnetomotriz y el flujo es:
La reluctancia
La reluctancia de un circuito magnético es el homólogo de la resistencia del circuito eléctrico
Ley de Faraday
Si un flujo atraviesa una bobina de alambre conductor con N vueltas, se inducirá en ésta un voltaje directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo con respecto al tiempo
La permanencia de un circuito magnético es el inverso de la reluctancia.
Suma en serie
Suma en paralelo
PERDIDAS EN EL NÚCLEO
CORRIENTES PARASITAS
HISTÉRESIS
se producen debido a que un flujo variable induce voltaje dentro de un núcleo ferromagnético causando flujos de corriente que circulan en el núcleo creando perdidas en forma de calor.
Al aplicar corriente alterna al devanado sobre el núcleo, cuando se incrementa la corriente por primera vez el flujo en el núcleo sigue trayectoria ab llegando hasta la saturación. Cuando la corriente decrece el flujo sigue una trayectoria diferente llegando hasta otro punto de saturación y luego cuando la corriente aumenta de nuevo el flujo sigue una trayectoria cerrando el ciclo formando una curva cerrada la cual se le llama curva de histéresis. El área dentro de la curva es proporcional a las perdidas
GRÁFICA
SOLUCIÓN
GRÁFICA
SOLUCIÓN
INTRODUCCION A LOS PRINCIPIOS DE LAS MAQUINAS
Producción de fuerza inducida en un alambre
Máquina Lineal de Corriente Directa
Cuando un alambre que porta corriente se encuentra en presencia de un campo magnético se induce una fuerza en el conductor.
Consta de una batería y una resistencia conectadas a través de un interruptor, en la parte derecha se encuentra una barra de metal atravesada por un campo magnético.
DIRECCIÓN
La magnitud de la fuerza esta dada por:
Ecuaciones que se aplican
Voltaje inducido en un conductor que se mueve en un campo magn.
Un Conductor que se mueve en presencia de un campo magnético se induce un voltaje en el conductor
DIRECCIÓN
Arranque de la maquina de lineal de CD
Maquina lineal de corriente directa como motor
Procesos
Maquina lineal de corriente directa como generador
Potencia Real, Activa y Aparente en CA
En una carga monofásica:
POTENCIA APARENTE
Potencia instantanea suministrada:
POTENCIA REACTIVA
POTENCIA PROMEDIO
TRANSFORMADORES
IMPORTANCIA DE TRANSFORMADORES
TEORÍA DE OPERACIÓN DE LOS TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS REALES
La base de la operación de un transformador se puede derivar de la Ley de Faraday
TIPOS Y CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES
Acorazado
Núcleo
RELACIÓN DE VOLTAJE EN EL TRANSFORMADOR
Segun su uso en los sistemas de potencia
La razón entre el voltaje primario causado por el flujo mutuo y el voltaje secundario causado por el flujo mutuo es igual a la relación de vueltas del transformador
SUBESTACION
DISTRIBUCIÓN
UNIDAD
Segun su uso en los sistemas de potencia
De CORRIENTE
De Potencial
TRANSFORMADOR IDEAL
Es un dispositivo sin pérdidas que tiene un devanado de entrada y un devanado de salida.
CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN EN UN TRANSFORMADOR REAL
DE EXCITACIÓN
DE PERDIDAS EN NÚCLEO
DE MAGNETIZACIÓN
Un transformador de potencia bien diseñado, la corriente de excitación es mucho mas pequeña que la corriente de carga total del transformador
POTENCIA EN EL TRANSFORMADOR IDEAL
La potencia de salida de un transformador ideal es igual a la potencia de entrada
PERDIDAS EN UN TRANSFORMADOR REAL
Para tener un modelo exacto se considear las siguientes pérdidas:
Pérdidas en el Cobre
Pérdidas por corrientes parasitas
TRANSFORMACIÓN DE IMPEDANCIA A TRAVÉS DE UN TRANSFORMADOR
Flujo Disperso
Con un transformador es posible hacer coincidir la magnitud de la impedancia de la carga con la impedancia de la fuente simplemente con seleccionar la relacion de vueltas apropiada
Pérdidas por Histéresis
¿A QUÉ ES EQUIVALENTE UN TRANSFORMADOR? (MUEVA LAS PIEZAS)
CIRCUITO EQUIVALENTE EXACTO
TRANSFORMADORES
CIRCUITO EQUIVALENTE APROXIMADO
AUTOTRANSFORMADOR
ELEVADOR
Debido a que la corriente de excitación es solo aproximadamente de 2 a 3% de la corriente de carga total se mueven las impedancias del primario.
REDUCTOR
RELACIÓN DE PARÁMETROS
DETERMINACIÓN DE VALORES DE LOS COMPONENTES
PRUEBA CIRCUITO ABIERTO
Parámetros
Parámetros
PRUEBA CORTO CIRCUITO
SISTEMA DE MEDIDAS POR UNIDAD
Se acostumbra seleccionar dos cantidades base para definir un sistema por unidad. Las que se utilizan normalmente son el voltaje y la potencia (o potencia aparente)
TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS
El transformador trifásico coo tal es más ligero, pequeño, barato y un poco más eficiente pero el uso de tres transformadores monofásicos por separado tiene la ventaja de que cualquier unidad del banco puede ser reemplazada individualmente si se presenta alguna falla.
REGULACIÓN DE VOLTAJE Y EFICIENCIA
DETALLES
CONEXIÓN Y-Y
La regulación de voltaje a plena carga es una cantidad que compara el voltaje de salida de un transformador sin carga (en vacío) con el voltaje de salida a plena carga.
CONEXIÓN Y-▲
DETALLES
CONEXIÓN ▲-Y
DETALLES
CONEXIÓN ▲-▲
DETALLES
TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS UTILIZANDO DOS TRANSFORMADORES
DIAGRAMA FASORIAL DEL TRANSFORMADOR
Estas técnicas se emplean algunas veces para crear potencia trifásica en ubicaciones en las que no están disponibles las tres líneas de potencia
DETALLES
CONEXIÓN Y-Y
FP ADELANTADO
FP ATRASADO
FP UNITARIO
CONEXIÓN Y ABIERTA-▲ ABIERTA
DETALLES
EFICIENCIA DEL TRANSFORMADOR
CONEXIÓN SCOTT-T
DETALLES
Se aplican tanto a motores como a generadores
CONEXIÓN T TRIFÁSICA
DETALLES
PLACA DE TRANSFORMADOR
TOMAS TAPS Y REGULACIÓN DE VOLTAJE
Los transformadores de distribución tienen una serie de tomas (taps) en los devanados para permitir pequeños cambios en la relación de vueltas del transformador después de haber salido de la fábrica. Las tomas de un transformador permiten ajustar el transformador para acomodarse a las variaciones de voltaje locales. Un regulador de voltaje es un transformador TCUL con un circuito sensor de voltaje que cambia automáticamente las tomas para mantener constante el voltaje del sistema
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LAS MAQUINAS DE CA
Campo Magnético Giratorio
Existen 2 tipos de maquinas de CA.
Si un grupo de corrientes trifásicas, cada una de igual magnitud y desfasadas entre ellas 120°, fluye en un devanado trifásico, producirán un campo magnético giratorio de magnitud constante
ASíncronas
Síncronas
Densidad de Flujo
Intensidad de Campo Magnetico
Espira sencilla en un campo magnético
Se analiza como una máquina simple que consta de un imán estacionario que produce un campo magnético esencialmente constante y uniforme y una espira de alambre. Se determina:
Si se intercambia la corriente en dos de las tres bobinas, se invertirá la dirección de rotación del campo magnético
Voltaje inducido
Relación entre la frecuencia eléctrica y la velocidad de rotación del campo magnético.
Par inducido
Siendo P el numero de polos magnéticos en el estator de una máquina de ca, entonces:
Fuerza Magnetomotriz y Distribución de flujo en Máquinas de CA
En una maquina de rotor cilindrico para producir un voltaje senoidal, la magnitud del vector de densidad de flujo B debe variar de manera senoidal, por lo cual se utiliza
Voltaje inducido en una maquina de CA
Voltaje inducido en la bobina del estator bipolar
La magnitud del vector de densidad de flujo B en cualquier ángulo a alrededor del estator será:
Valor RMS en un estator trifásico
El voltaje RMS en los terminales depende si el estator tiene una conexión Y o en ▲
voltaje inducido total en una bobina con Nc vueltas en el estator
Voltaje inducido en un grupo de bobinas trifásico
Par inducido en una máquina de CA
Los voltajes resultantes en cada una de las bobinas son:
El par en la espira del rotor es:
variantes
Aislamiento del devanado de una máquina de CA
Para prevenir la falla del aislamiento del devanado por sobrecalentamiento es necesario limitar la temperatura en los devanados. Esto se puede lograr parcialmente mediante la circulación de aire frío sobre los devanados, pero a fin de cuentas la temperatura máxima del devanado limita la potencia máxima que la máquina puede suministrar de manera continua.
Regulación de voltaje y regulación de velocidad
Regulación de voltaje es una medida de la habilidad del generador para mantener un voltaje constante en sus terminales cuando la carga varía.
Flujo de Potencia y Pérdidas en Máquinas de CA
La eficiencia de una máquina de CA se define por :
Regulación de velocidad es la medida de la capacidad de un motor para mantener constante la velocidad del eje cuando varía la Carga
Las perdidas se presentan en:
Perdidas Núcleo
Perdidas electricas
Perdidas Mecánicas
Perdidas Adicionales