MANUAL DE MAQUINAS ELECTRICAS VOLUMEN 4

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'George J. Thaler .

Ingeniero y ' Doctor en Ingeniería; . Profesor de Ingeniería Eléctrica . . en la Escuela Naval para . Postgraduados de los Estados Unidos de Norteaméricci

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Sachiller en Ciencias en Ingeni~ría EI~ctricay Maestro en· Ciencias en Ingeniería Mecánica; . . Profesor adjunto de Ingeniería Eléctrica en la Escuela Naval para Postgraduados de los Estados Unidos de Norteamérica

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ediciones

Ciencia y Técnica, S.:A. .

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Sto, Domingo No. 23, Esq. Av.Centroamérica Fracc. Las Américas, 53040 Naucalpan, Edo.de Méx.·' Tels.373-50-33 . 373-65-24 360-22-98 ' . ,. ~...r,

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Versión autorizada en español de la edición publicada en inglés porJohn Wiley & Sons, N.Y., bajo ,el ,', ' , título de':

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© por John Wiley & Sons, Inc. Versión españo/a:

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ING. MARIO DEL VALLE • . Ingeniero Mecánico Electricista de la Universidad Nacional Autónoma' ' , de México .

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'Revisión:

ING. IGNACIO MONTERRUBIO BUSTILLOS ' Ingeniero Mecánico Electricista . de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México. Profesor Titular de Máquinas Eléctricas y Circuitos Eléctricos en la Facultad de Ingenieda de la Universidad Nacional , ' Alitónoma de México. •

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Ninguna parte de esta obra puede ser reproducida o' transrriitid~,: ,/' , " mediante ningún sistema o método, electrónico o mecánico , '. . ' , (INCLUYENDO EL FOTOCOPIADO, la grabación cualquier sistema , .' , de recuperación y almacenamiento de informacióri), ' sin' , ,'" ... " consentimiento por escrito del editor. " . '. ": " " . . ,

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Derechos reservados: (C)

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1991, EDITORIAL LlMUSA, S.A. de C.V. Balderas 95, C.P. 06040, México, D.F. Teléfono 521-50-98 " Fax 512-29-0~ , Télex 1762410 ELlME

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Miembro de la Cámara Nacional de la Industria ' Editorial Mexicana. Registro número 121 •

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Primera edición: 1991 . Impreso en MéxIco ' (8817) ,

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ISBN 968-18-0568-2 (edición .orlginal) " ISBN 968-18-3865-3 (edicióncompleta) ISBN 968-18-3869-6 (VOl. 4) ,

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CAPITULO

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ASPECTOS SOBRE LAS APLIC~ClONES DE MAQUINASELECTRICAS ,.;:, '

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11.1

IntroduCción

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, Los capítulos' arlteriores se dedicaron a la piese~táción. física yan'álítka : de cierta clase ' de dispositivos conocidos como rnáquinas ' ele'ctroma~éticas ",.., giratorias. En los capítulos del 3 al 6 se desarrollaro~' las caracterlsticas de , " su comport(lffiiento a partir 'del análisis de circuit()s idealiZados. El capítulo ,ID presentó la famia en que se pueden determinar laséar~cterística~ de funcalcúlar los parámetro.s cionamiento para los casos no lineales y el modo de la máquina. El capítulo 7 presentÓ las técriicas de análisis cuando las máquinas eléctrkas se aplican en sistemas de control de 'retroalimentación; .: ., ' " , ,'., Dichas técriicas tienen una significación muy amplia y aún cuando pueden no estar mencionadas explícitamente en ese capítulo;, se implica qti~4eben ' ' ',"" ' , usarse siempre que faciliten el análisis de unproblerna. De. manera siihilar ' se supone que las computadoras anal6gicaso digital~s se u~ilizarán: cojnó ayuda, en la computación, particularmente cuando el problema ' esdeI1atu~ ' raleza no lineal. , ,,' '' ", ' '" ,', ", , , " ,,' , . El objeto primordial de todo ingeniero ~ebeser,expresáridolo de una : ,manera rudimentaria, "'aplicar los con6cimientosfís.icos existentes por medio de dispositivos, para el bienestar general qeI }lOmbre;', lo que comp:rende ,' un rango muy amplio de problemas. ,Este "c.apítulo se , dedicará a ~onside- " . , raciones en la aplicación de las máquinas eléctricas. Deberá entenderse que cada una de las aplicaciones tiene sus propias peculiaridades en forma y 50'lución. U na máquina eléctrica puede 'usarse 'en ' un sistema , aisl~do,', relati• :anientepequeño o puede ser una p'.lrte muy significativ~ de un gran sistema , lUtegrado~ Existen ,referencias disponibles ,que ' tratan sobre las , técnicas ' a .. , líticas desistemas~ Por lo general la aplicación de ' los motore~ y g' enerad na ' '. o ' lOlean ,'1as SIgUIentes o· ,consledera ClOnes e , el"ectncosunp : , , : , " , " , ' " ' ores , ,"

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,564 I Aspectos sobre las ' aplicaciones de máquinas eléctricas

l. Economía. "', :, 2. Funcionamiento y características bajo carga. 3. Suministro de potencia disponible. , 4. Selección de motor y generador.

5.

P~oteccióIl' (seguridad).

' Frecuentemente una o dos de las consideraciones arriba mencionadas dominan la aplicación. ' Por ejemplo, se puede 'r equerir comportamiento máximo y para lograrlo también, tendrán que lograrse nuevos dispositivos. de potencia puesto que los existentes pueden no ser adecuados. Con cierta frecuencia los ingenieros hacen frente a decisiones -que se deben a requeri'mientos interrelaciones de las cinco , consideraciones básicas. En general, ", lo concerniente a economía no , se explicará en este capítulo. En las aplicaciones siempre deben considerarse las cOnsideraciones de protección o seguridad y en ellas queda involucrada la protección tanto del , equipo como "del personal asociado con la operación del mismo. Las funciones de control de una aplicación deben incluir la protec,ción de los dispositivos y del , sistema, ~onsistentes con ' otras ,consideraciones. Los dispositivos de protección constituyen una rama altamente espeCializada y no se'presentarán en detalle: Las situaciones' que requieran la selección de ~les dispositivos ,se mencionarán según sea necesario;" , , Los suministros de poten~ia no se explicarán 'en detalle pero cuando se mencionen se ,implica que tendrán ' la capacidad suficiente como para que , el suministro no experimente ningún cambió de frecuencia y jo de voltaje, debido a las variaciones de carga. " " ' •' " ,, ,' ' " , "En su aspecto general, 'este' capítulo : se ocupará p~imordialrilentede la selección, aplicación y, ~uando sea ne~esario, de ,los' cálculos del comportamiento de los 'motores~ , "

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11.2 ' , CarcasaS y p01:~ncias ' nomimlles 'de las máquinas eléctricas ' " "

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" Los diferentes :t iposde carcasasde'los imotoresy los generadores protegen ti lamáqtiinad~los ' efectos dañinos 'del medio ambiente en que 'se " coloé:an~ ,Alguhos de :estos "tipbs también protegen al área circundante de los resultados de lo que pasa dentro de la envoltura. "Debido a que los lugares varían desde 'a]rededores limpios y neutros h~sta co~diciones suIllamente sucias o ', al~menté explosivas, las especificaciones ,para las , carcasas se hacen cada vez más rigurosas, las más rígidas son las: de las máquinas que se usan en ' aplicaciones, mineras. " " , ', ' , '"' ', ' , '_ ' Los tipos principales, de carcasas son: (Las definiciones se basan en las de la National Elect:ica~ ManufacturersAssociation) (AsociaCión Nacional de, Manufacturas ~lectncas ).' " :- , , " ". _', " " "

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Fig. ll-la. Carcasa de hierro. fundido a prueba de goteo para motores de c-c. La

cubierta para inspección y para 'dar servicio a los conjuntos de escobillas y conmutador se muestra en el extremo lejano. (Cortesía de General' Electric Company.)

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Fig. U-lb. Bastidor fUndido y