Resumen Final - Máquinas Eléctricas

 

UNIDAD 1: MÁQUINAS ELÉCTRICAS Definición Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma energía eléctrica en otra energía, o bien en energía eléctrica pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa de almacenamiento en campo magnético. Una ME tiene un circuito magnético y dos eléctricos. Uno de los circuitos eléctricos (el de entrada) se llama excitación porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo en la máquina. Gracias al campo magnético podemos convertir un tipo de energía en otra, el cual se encuentra dentro de un circuito magnético. Circuito magnético  campo magnético  2 circuitos eléctricos (uno de Entrada y otro de salida) en los cuales entra y sale energía.

¿Cómo hago para generar un campo magnético?  A través de imanes permanentes o conjunto de bobinas alimentadas por una corriente alterna o continúa. Según Segú n el nú núme mero ross de vu vuel elta tass po porr un unid idad ad de corr corrie ient nte e se inci incide de una una Fu Fuer erza za magnetomotriz (fmm), la cual producirá un Campo Magnético. La Fza magnetomotriz en magnetismo es equivalente a la fem en campo eléctrico.

Clasificación 

 

Transformado Transfor madores: res: entr entra a ene energía rgía elé eléctric ctrica a   salgo con energía eléctrica de distintas características (corriente y tensión). (ESTÁTICA). Motores: entra energía eléctrica  sale energía mecánica. (ROTATIVA). Generadores: Generadore s: entra energía mecánica   sale ene energía rgía elé eléctrica. ctrica. (ROTATIVA (ROTATIVA). ).

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Potencias de las máquinas eléctricas La potencia de una máquina eléctrica es la energía desarrollada en la unidad de tiempo, es decir, varía minuto a minuto dependie dependiendo ndo las cargas que le exigimos. La potencia de un motor es la que suministra por su eje (Psalida). Potencia la diseñado potencia máxima unade máquina. quiere decir que nominal: el aparato aparatoEs está para soportar sopque ortardemanda esa cantidad po potencia tenciaEsto sin que se llegue a la temperatura límite de los materiales aislantes (se recaliente). Cuando la máquina trabaja en esta potencia se dice que está a plena carga. Ejemplo transformador eléctrico en verano: Este tiene una potencia nominal, la cual si todas las casas con aires acondicionados prendidos ejercen una sobre carga en los transformadores estos terminarán quemándose debido a que superar el límite de temperatura de los materiales aislantes. (Se le ejerce más carga de lo que puede soportar). Clase de servicio a la que está sometida una máquina: 







Servicio continuo:  Corr Correspo esponde nde a una ccarga arga cons constante tante dura durante nte u un n tiemp tiempo o suficientemente largo como para que la temperatura se estabilice. Servicio continuo variable:  Se da en máqui máquinas nas que trabaja trabajan n ctte pero en las que el régimen de carga varía (cinta transportadora en la cual la potencia no siempre es la misma). Servicio intermitente: intermitente: Los tie tiempos mpos de trabajo trabajo están sepa separados rados por tiempo de reposo. Servicio unihorario unihorario::  La máquina está en marcha a u un n régimen ctte sup superior erior al continuo.

¿Qué tengo que tener en cuenta a la hora de comprar un motor? 1. La pote potencia ncia n nomin ominal al que ne necesi cesito to segú según n la carg carga a que voy a us usar. ar. 2. El tipo de servic servicio io empl empleado eado para que no se exced exceda a el llímite ímite de temperatura del material aislante. 2

 

3.

Cu Cuand ando o uno comp compra ra una ma maqui quina na tie tiene ne que ve verr adem además ás en que ran rango go de po poten tencia ciass va a tra trabaj bajar ar par para a no com compra prarr uno uno más gran grande de al pedo. pedo. Ma Malo lo rendimiento si lo uso por arriba o por debajo de su nominal.

¿Por qué q ué es exp exponenc onencial? ial? Porque no todas las piezas de la máquina se calientan a la misma temperatura. Flujo de potencia y pérdida Rendimiento Rendimi ento de una máqui máquina: na: Es la relació relación n entr entre e la potenci potencia a útil y la potenci potencia a que absorbe en (%) Rend= Putil (salida) / Pabs (entrada) * 100 =( Psalida/(P salida + perdidas))*100 Mejor cosfi, mejor será mi rendimiento. Si yo me compro un motor que me dice un rendimiento de 80%. Tendré un 20% de pérdidas. Un buen rendimiento de una máquina eléctrica es entre 75-98%.

Si me voy voy mu muyy por por arri arriba ba de la po pote tenc ncia ia nominal mi rendimiento va a empezar a bajar. NO SIR SIRVE COM OMP PRAR UNA MAQU AQUINA INA GRAND GRA NDE E PA PARA RA QUE SOB SOBRE RE,, PE PERDE RDERÉ RÉ DINERO Y LA PAGARÉ MAS A LA EPE.  A la hora de comprar una máquina, debo com omp pra rarr la que mejor se ad ade ecue cue a las potencias que voy a usar. Todos los motores tienen perdidas ctes (núcleo y mecánica) y pe perdi rdida dass que que var varían ían (I2.R). .R). Po Porr lo tant tanto o si compro una maquina más grande de la que necesito, voy a tener pérdidas ctes más caras innecesariamente. A su vez, las pérdidas que varían dependerán de cuánta corriente yo consumo en la carga, Por ende, si la maquina es chica voy a consumir  3

 

menos corriente. Más grandes son las pérdidas, más bajo es el rendimiento. Tampoco es bueno tener el motor trabajando en vacío porque también generaré pérdidas.

No toda la potencia que entra, sale. Parte se da por pérdidas: 



 

Perdidas en el cobre de de los devanados (rotor y estator): son las perdid perdidas as por calentamie calentamiento nto debido a la resistencia de los conductores del rotor y estator. P=R. I2 Perdidas en el núcleo:  se deben a la lass histéresis y a la lass corrientes par parasitas. asitas. Se las conoce como perdidas de vacío (toda la potencia que entra se convierte en perdida) o perdidas rotacionales. Perdidas mecánicas: mecánicas: se deben a la fricción de los rodamientos y el aire. Perdidas adicionales adicion ales: son todas aquellas que no sse e pueden clasif clasificar icar en las categorías descritas anteriormen anteriormente. te.

Tipos de torques 









Torque nominal : : es el que se tenemos cuando el rotor está girando a velocidad nominal. (condiciones de diseño) Torque de arranque:  es el par que va d desarrollar esarrollar el motor para rom romper per sus condiciones iniciales de inercia y pueda comenzar a operar  Torque máximo:  es el torque limite en el que trabaja el motor sin consumir más corriente y voltaje. Torque de aceleración: es el torque que desarrolla el motor hasta que alcanza su velocidad nominal. Torque de desaceleración:  es el par en sentido inverso que debe hacerse para que el motor se detenga.

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UNIDAD 2: TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES

Definición Es una ME estática que convierte la energía eléctrica en magnética, la cual es transformada de nuevo en eléctrica pero con distintas características. Son dispositivos basados basa dos en el fenó fenómeno meno de la inducc inducción ión magnética magnética (Far (Farada aday-Len y-Lenz). z). La energ energía ía eléctrica ingresa por la bobina del primario, la cual se convierte en energía de campo magnético (aire o material ferromagnético) en el cual circula un flujo magnético hasta llegar a una bobina llamada bobina secundaria. En esta última bobina se induce una fem, es decir una diferencia de potencial que provocará un aumento o reducción de tensión. (Es una máquina reversibl reversible). e). Repaso Física 3 Una Un a bo bobi bina na tene tene asoc asocia iado do un una a inducancia L. Si le aplicamos una corriene i() se esablece una fem en se sent ntdo do con conra rari rio o E() E() y un una a ensión V() en el sentdo de i(). Esa corriene corriene por el número número de espi espira rass

pr prod oduc ucen en

un una a

Fu Fuer erza za

magneomo magne omoriz. riz. (Fmag=NI). (Fmag=NI). Esa fu fuer erza za cr crea ea un u ujo jo magn magnét étco co qu que e var aría ía en el tempo empo ( (u ujo principal). Fmag/Relucancia= Flujomg V() =N

dϕ

 = L

di

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Relación entre fems de entrada y salida:  Vp  Np  dϕ  dϕ vezz Vs = Ns .   entonces  =  =a Vp= Np .   y a su ve Vs  Ns dt  dt 

En un transformador ideal se puede suponer que la Pentrada= Psalida, pero nosotros sabemo sab emoss que por eje ejempl mplo o Vp > Vs   Ip< Is por relació relación n de tran transform sformació ación. n.   la sección de las bobinas del secundario van a ser mayor. Siempre el arrollamiento de menor tensión será el arrollamiento de mayor corriente y sección de bobina. Podré distinguir a simple vista. Vp  Is  = =a ( relación ∈ versa ) Vs  Ip

El transformador NO MODIFICA la potencia que se transfiere, altera la relación entre v e I. Cua uand ndo o se in indu duce ce el flfluj ujo o pa part rte e ci circ rcul ula a po porr el nu nucl cleo eo ferromagnético (flujo principal) y parte circula por el aire y vuelve a la bobina (flujo de dispersión).

¿Dónde los encontramos? Los podemos encontrar en centrales eléctricas, en diferentes lugares de la ciudad donde se quiera reducir o aumentar la tensión ( esquina o campo) o en dispositivos que requieran de otro tipo de voltaje (dispositivos (dispositivos de nuestras casas).

¿Por qué la energía eléctrica se transporta en alta tensión? 6

 

La ene energí rgía a el eléct éctric rica a se tra transp nspor orta ta en alt alta a ten tensió sión n par para a dismi disminui nuirr las las pérdi pérdida dass asociadas al efecto Joule (calentamiento de los conductores), que es proporcional a la intensidad que circula por los cables. Para la misma potencia, mayor tensión significa menor intensidad (P=I·V), por lo que al elevar la tensión se disminuye la intensidad y por tanto las pérdidas y la sección de los cables. ¿Para qué se usan? Para convertir energía eléctrica de un determinado nivel de tensión en otro. ¿Qué debo tener en cuenta a la hora de comprar un transformado transformador? r? La tensión, la corriente, la frecuencia y la potencia aparente (S). (Todos valores nominales). ¿Qué debo tener en cuenta a la hora de construir un transformado transformador? r? El núcleo debe ser hueco para reducir las pérdidas de histéresis. Se debe hacer en placas apiladas. Más potencia tiene un transformador transformador,, más aislantes necesito.

Códigos de refrigeración en transformadore transformadoress En la cuba hay aceite. Según como circula el fluido refrigerante se utiliza refrigeración natural (N) o forzada (F) impulsado por una bomba. Las normas clasifican los sistemas de refrigeración según el refrigerante primario (en contacto con partes activas (punto caliente)) y secundario (utilizado para refrigerar el primario). Puede ser aire, aceite natural, aceite sintético o agua.

Principio de funcionamiento: Ensayo de vacío (Is=0) 7

 

Se aplica una tensión en el primario  circula una corriente  Fmm= I.N  Esta Fmm crea un Flujo  Por Ley de Faraday-Lenz se INDUCE una fem en el secundario. ESA FEM EN VACÍO ES IGUAL A LA TENSIÓN EN EL SECUNDARIO. La tensión aplicada eficaz determina el flujo máximo de la máquina.

Tensión nominal = tensión máxima = tensión eficaz x raiz2 Tensión eficaz Vef= 4,44.f.N.Flujo 4,44.f.N.Flujomag mag Si el transformador está en vacío (los terminales del secundario están abiertos I=0) la tensión va a ser igual a la fem (en sentido contrario) porque no habrá caída de tensión diferente que si habría carga. No existe flujo de dispersión en la bobina del secundario dado que no hay corriente que circule por ella. Cuando mi transformador deja de estar en vacío comenzare a tener caída de tensión en el secundario.

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En el secundario no habrá fem. Flujomag: Fmm1/R

Transformadorr en carga: Ensayo de corto Transformado

Las caídas de tensión en carga en las resistencias y reactancias son muy pequeñas (del 0,2 al 6% de Vp).  Al introducir una carga en el secundario secundario,, tendré corriente que generará una Fmm(2) por lo tanto se formará un flujo en sentido contrario al del primario, el cual será Flujomag= (Fmm1-Fmm2)/R

DE TODOS MODOS EL FLUJO COMÚN (EN EL NÚCLEO) SEGUIRÁ SIENDO DEL MISMO VALOR CTE, ES DECIR EL MISMO FLUJO MAGNÉTICO QUE TENIAMOS EN VACÍO. PORQUE PORQUE AUME AUMENTA NTA LA CORR CORRIENT IENTE E EN EL PRIMAR PRIMARIO IO   LLE LLEVA VA A QUE AUMENTE LA FMM1 Y TERMINA DANDO EL MISMO RESULTADO.   Por esta razón, es que se dice que el transformad transformador or es una maquina au autor torreg regul ulabl able. e. So Sola la se re regul gula a de mod modo o de ma mante ntener ner el flujo flujo ctte en el ci circu rcuito ito magnético. Si yo le pido más carga aumenta la corriente en el primario para auto SIEMPRE E CON O SIN CARGA!!!! compensarse. FLUJO Y FMM TOTAL CTE SIEMPR

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Ojo! ESTO NO QUIERE DECIR QUE EL FLUJO DE DISPERSIÓN SEA EL MISMO: El valor del flujo de DISPERSIÓN del 1° en carga es superior al del vacío debido al mayor valor de la corriente en el 1°. ( I1carga > I1vacío). La nueva corriente del primario será: I1= I0 + I2”  I2”: (N2/N1).I2 = I2/a RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN REFERIDO AL PRIMARIO. Por la Ley de Kirchoff: I1carga> I2carga. (Poner fórmulas de relación de magnitudes relaciones al primario) SE REDUCEN TODAS LAS MAGNITUDES MENOS LA POTENCIA QUE SIEMPRE P1= P2 DISTINTO A LOS MOTORES.(Transfo MOTORES.(Transformador rmador ideal).

Transformadorr Real Transformado Ojo! La P1 será distinta a P2 en estos casos! Si hay pérdidas    

Por histéresis Por I2R Por el núcleo Etc

Cuando la corriente en el secundario no existe, la I del primario es solo la del vacío. Cuando la Is existe, la Ip aumenta Is/a. Entonces, la nueva Ip: I0 + Is/a. esto se da porque porq ue apare aparece ce una nueva FMM2 que se debe comp compensa ensarr con el fluj flujo o cte. Y como dijimos antes aumenta la Ip. 





El circuito equivalente permite calcular todas las variables incluídas pérdidas y rendimiento. Los elementos del circuito equivalente se obtienen mediante ensayos normalizados. Una vez resuelto el circuito equivalente los valores reales se calculan deshaciendo deshacie ndo la reducción del primario.

TRANSFORMADORES TRANSFORMADORE S TRIFÁSICOS Definición Estos transformadores tienen 3 fases de primario y 3 de secundario. OPCION 1: Banco trifásico de 3 transformado transformadores res monofásicos. Si yo quiero fabricar un transformador trifásico puedo conseguirme 3 transformadores monofásicos y conectarlos en el sistema trifásico (R, S, T Y N) en el 1° y 2°.

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Los 3 con la misma relación de transformación y tensión nominal. Solo que uno se coloca entre R y el neutro, el otro entre S y el neutro, y el otro entre T y el neutro. Voy a tener en el secundario 3 tens tensio ione ness de fase fase que formarían también tamb ién un siste sistema ma trifásico y simétrico a 120° entre sí. La diferencia sería que podrían estar aumentando o reduciendo la tensión según mi relación de transformación. Estrella  fase y neutro, tanto en el primario como en el secundario. No hay vinculación eléctr eléctrica, ica, la energía llega a través de un campo magnético. Tanto Tant o la lass tens tensio ione ness co como mo lo loss fluj flujos os de cada cada si sist stem ema a mo mono nofá fási sico coss está están n desfasados 120° entre sí. Por lo tanto, la sumatoria debe dar cero. E1 + E2 + E3 = 0 ϕ1 + ϕ2 + ϕ3 = 0 Estos transformadores conectados en ESTRELLA son los que comúnmente se conocen como BANCO TRIFASICO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS. Se usan en la industria y en las redes eléctricas. OPCION 2: Transformador trifásico de 3 columnas o 5 columnas (núcleo acorazado) Si a los tres transformadores monofásicos que teníamos en la OPCION 1, les quito la columna central nos ahorraríamos material y todo mi tranformador ahora estaría en la misma cuba compartiendo el mismo aceite. Si suprimimos la columna central llegaremos a la estructura de un transformador trifásico.

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El problema de esto es que existe una pequeña asimetría del circuito magnético ya que el flujo de la columna central tiene un recorrido más corto y por tanto de menor  reluctancia. Entonces, corriente de magnetización esacostados fase será ligeramente menor. Por eso, es quelase le agregan dos columnas de a los y hace que el transformador sea ahora simétrico. Ahora al ponerle una rama exactamente igual en paralelo, el flujo 1 ahora elije tomar mitad de camino para cada lado. Entonces ahora las 3 bobinas cuando establezcan sus 3 flujos magnéticos verán el mismo recorrido por tanto misma reluctancia equivalente. Entonces los 3 flujos serán iguales, las 3 corrientes de vacío también. Hay más simetría.

(Siempre en una red trifásica hay menos pérdidas que en una red monofásica) (Más económica).

Cuál de las Cuál las do doss op opci cion ones es usar usaría íamo moss pa para ra nues nuestra tra em empr pres esa a y por por qué? qué? (ej (e j transformadorr de la facultad) transformado 

Yo en la facultad tengo cargas conectadas trifásicas y monofásicas (luces, pc, etc.), estas últimas, se van alternand alternando o en fases, algunas en R, S o T para que sea más simétrico posible). Ahora, que pasa si se rompe el transformador y es uno trifásico entero? Debo sacarlo entero y mandarlo a reparar, lo cual sería engorroso. Ahora si tengo un banco trifásico de 3 monofásicos, solo tendré que reparar el arrollamiento del transformador que se me quemo. El cual puedo tener uno de repuesto y será más económico que tener uno trifásico entero de repuesto. Tendré menos capital inmovilizado. Los que vemos en las esquinas de nuestras casas son de un solo bloque tr trififás ásic ico o po porq rque ue se re requ quie iere re me meno noss pote potenc ncia ia,, vi vien ene e una una gr grúa úa y camb cambia ia directamente la maquina entera.

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Conexiones de transformador trifásico Para cada una de las cuatro combinaciones siguientes: a) Es Estr trel ella la - e est stre relllla a b) Es Estr trel ella la - triá triáng ngul ulo o c) Tr Triá iáng ngul ulo o – estr estrel ella la d) Tr Triá iáng ngul ulo o – tri trián ángu gulo lo Calcular la relación de transformación en términos de las tensiones de línea de entrada y salida. SOLUCIÓN: a) Co Cone nexió xión n est estrel rella la – estr estrel ella la::  (La letra Y mayus representa estrella primari primario, o, y minus estrella secundari secundario) o) Llamamos:

VLp = tensión de línea en el primario. VFp = tensión de fase en el primario. VLs = tensión de línea del secundario. VFs = tensión de fase en el secundario. a = relación de transformación monofásica.

Y denominamos: VLp/VLs = relación de transformación, en términos de las tensiones de línea. En esta configuración, resulta: VLp = √ 3. VFp VLs = √ 3. VFs Porr lo Po lo tan tanto to:: VL VLp/ p/ V VLs Ls = VF VFp/ p/ VF VFss = a Esta configuración tiene problemas de: 1- 3er 3er ar armó móni nico co 2- Des Desbala balance nce de tensi tensiones ones si se prese presentan ntan des desbala balances nces de corri corriente entes. s. d) Conexión triángulo – triángulo: (Dd) En este este caso caso:: VLp = VF VFp p VLs = VFs Entonces resulta: VLp / VLs = VFp / VFs = a

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 Conexión estrella – triángulo: En esta configuració configuración, n, resulta: VLp = √ 3. VFp VLs = VFs Por lo tan anto to:: VL VLp p/V VL Ls = √ 3. (VFp / VFs) = √ 3. a Es decir que la relación de transformación entre tensiones tensiones de línea es mayor  que la relación de transformación individual de cada fase.

Cuál es mejor? Estrella-estrella o triangulo-triangulo? La conexión en triangulo no te permite tener una conexión con el neutro, es decir  conexiones monofásicas. Por lo tanto no me sirve. Será mejor la conexión en estrella, ya que puedo conectar fases con neutro. Qué conviene tener en el primario? Estrella o triangulo y por qué? En el primario me convendría entrar en triangulo porque solo tiene 3 conductores y esa energía vos no la quieres convertir en nada, solo necesitas que transite. Así tendrás t endrás un ahorro de conductores. Y en el se secu cund ndar ario io co como mo de demo most stra ramo moss an ante tess me conv convie iene ne en estr estrel ella la ya que que necesitare conectar también cargas monofásicas monofásicas.. Cuando la conexión es estrella-estrella, el desfase entre las tensiones va a ser cero. La aparición de desfases en las tensiones se da entre estrella- triangulo del primario y secundario.

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Por qué necesito necesit o conectar en paralelo dos ttransformado ransformadores? res? Por la cantidad de cargas, dependiendo de la demanda que yo requiera en mi planta. Se rep repart arte e la po poten tencia cia ent entre re la lass car carga gas. s. Co Convi nviene ene poner poner los los tra transf nsform ormado adores res en paralelo Qué ventaja tendría poner uno en paralelo cuando quiero ampliar la fábrica?  En poner uno, y sacar uno y de modoelde reducir los costos, granconsumiendo. ventaja seria que vez si sederompe al menos tendré otro en paralelo paraotra seguir Mientras que de la otra forma debo parar toda la planta hasta sacar un transformador y repararlo y volver a colocarlo. Para qué sirve conocer los índices a la hora de conectar transformadores en paralelo? Que cosas tienen que cumplir esos transformadores? Ej compro otro transformador  para poner en paralelo con el que ya tengo. Debo verificar que se cumple la condición de la MISMA RELACION DE TRANSFORMACION ambos de x ejemplo 220:380. Otra condición importante sería que los transformadores sean del mismo índice, sino haría un corto. No puedo conectar transformadores cuyas tensiones en los secundarios estén desfasadas. Ambos consumirán distintas corrientes. Ej si yo necesito cubrir una potencia de 2000VA lo que me debo fijar es que ambos me entregue entr eguen n aprox. la misma pote potencia ncia de 1000 1000VA, VA, o sea, se carg carguen uen igu iguale ales. s. Si yo tengo uno de 1800VA y otro de 200VA solo conseguiré que el primero se recaliente. LA POTENCIA Y CORRIENTE QUE APORTAN AMBOS DEBE SER APROX LA MISMA. Cómo logramos esto? Que le debo pedir a mi transformador para que las corrientes y potencias se repartan iguales? Para lograr esto debo lograr que los diámetros de mis arrollamientos sean de la misma sección. Es decir, que las impedancias equivalentes de cada transformador sean iguales. La corriente que entra se va a repartir igual porque la impedancia equivalente será la misma. Los dos además van a trabajar con rendimientos similares y no se me va a quemar ninguno. Siempre verificar en el catálogo de compra que los dos sean lo más parecidos posibles. Si los dos tienen la misma tensión de CORTO y misma impedancia garantizo que las corrientes se van a repartir iguales por lo tanto la potencia que circulara será la misma. Condición para la conexión de transformadores monofasicos en paralelo: 1- IGUAL RT  funcionamiento en vacío 2- IG IGUA UAL LT TEN ENSI SION ON D DE EC CC C  distribución de cargas En transformadores trifásicos es necesario que ambos estén con el mismo índice horario para poder realizar la puesta en paralelo.

Autotransformadores 15

 

Es un tr tras asfo form rmad ador or de re rela laci ción ón de tran transf sfo orm rmac ació ión n vari variab able le.. Te Teng ngo o un solo solo arrollamiento en el cual voy variando la cantidad de espiras. Pueden ser monofásicos o trifásicos. La diferencia es que no tengo arrollamiento secundario. Tengo una pieza que se va moviendo moviendo y va cambiando cambiando la cantid cantidad ad de espir espiras as y cambia la RT, lo cual im impl plic icar ara a qu que e camb cambie ie la tens tensió ión n V2 V2.. No teng tengo o secu secund ndar ario io.. Te Teng ngo o un únic único o arrollamiento y me ahorro material. En cada posición que vaya parando tendré una diferencia de potencial dependiendo del número de espiras. Mientras más suba y abarque más espiras mayoruntensión voy a tener. El voltaje secundario irá variando según lo cambie. Me ahorre arrollamiento y encima tengo tensión variable. Ventajas  Ahorro de conductores, conductores, se em emplean plean N2 esp espiras iras menos.  Circuito magnético de menores dimensiones.  Disminución de pérdidas eléctricas y magnéticas.  Mejor refrigeración (cuba más pequeña).  Mejor flujo de dispersión y corriente de vacío (menor Ecc). 

Desventajas   

Perdida del aislamiento galvánico (ninguna conexión magnética). Mayor corriente de corto (menor Ecc). Necesita más protecciones.

Transformadores Transformado res de medida y protección El objetivo de los transformadores que vimos antes era transmitir energía eléctrica a otra energía eléctrica a diferencia de estos que se utilizan para medida y protección. Cuando uno habla de transformadores de medición básicamente tienen la misma función pero se caracterizan para medir y adaptar diferentes valores de tensión y de po pote tenc ncia iall o un una a co corr rrie ient nte. e. Es Esto toss va valo lore ress so son n mu much chos os má máss elev elevad ados os que que otro otross instrumentos de medición. Hay diferentes tipos de transformadores dependiendo de qué tipo de corriente y tensión se tenga. En todos los casos la relación de transformación es menor que 1 para mantener los valores bajos en las magnitudes secundarias porque yo necesito valores más bajos en el secundario para conectar mi instrumento de medición. Ej: supongamos que queremos medir una corriente de 45A entonces yo puedo intercalar en el primario uno de los bornes bornes de mayo mayorr corriente ej 50A con el de la salida que será donde pongo el tester. Por lo ta tant nto o gr grac acia iass a la re rela laci ción ón de tran transf sfor orma maci ción ón reduciré la corriente en el secundario ampliamente y poder conectar el amperímetro, el cual en este ejemplo estaría midiendo midiendo 4,5A .

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Los transformadores de corriente tienen las corrientes secundarias normarizadas a 5A Y 1A y las tensiones secundarias a 100V y 110V.

Transformadores Transformado res de corriente

Se pone en serie el arrollamiento primario con esta carga Z que se va a medir y de esta manera estoy logrando que el primario de mi transformador de medición sea la corriente que quiero medir de la carga. En el arrollamiento secundario obtendré una corriente Is que voy a hacer pasar por el amperímetro para medir. La corriente por el primario se puede modelar en un circuito equivalente como si tuviera una fuente de corriente en el primario ya que existe una carga Z en el 1° fija que hace que se interprete una fuente de corriente. En el secundario la carga que voy a tener será la resistencia del amperímetro. ¿Qué sucedería si dejo el circuito abierto?  Al no existir corriente en el secundari secundario o toda la corriente Ip que está forzada por la carga Z pasa a ser corriente Io (corriente del núcleo que es la de magnetización). Esto provoca saturación en la curva de magnetización y los niveles de tensión que pueden aparecer en bornes de secundario abierto pueden ser muy altos y nos puede dar una descarga eléctrica. NO HAY QUE DEJAR EL CIRCUITO ABIERTO EN EL SECUNDARIO NUNCA!!!! ¿Cómo hago entonces para cambiar la carga en el 2° sin abrir el transformador? Lo puedo puentear con un cable, sacas el amperímetro y luego lo vuelvo a poner y saco el puente. Así permito que la corriente del secundario siga circulando.

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UNIDAD 3: MOTORES DE INDUCCIÓN Son co Son conv nver ertitido dore ress el elec ectr trom omec ecán ánic icos os form formad ados os por por 3 bobi bobina nass indu induct ctor oras as que que constituyen el devanado estatorico y 3 bobinas acopladas magnéticamente con las primeras que integran el devanado estatorico. El devanado estatorico esta dispuesto en la parte o móvil del nucleo, de chapa magnética llamada estator. El devanado rotorico esta situado en la parte del circuito magnético que tiene la capacidad de girar alrededor de un eje denominado rotor. Entre el estator y el rotor hay una zona de aire de muy pequeño espesor llamado entrehierro encargado encargado de evitar el rozamiento del rotor y estator en el ffunci0ona unci0onamiento miento de la maquina.

Características introductorias  

Son de los más comunes en las industrias. Tienen la ventaja que al ser una carga trifásica (como el de la imagen) tienen la capacidad de absorber una potencia instantánea ctte que se va a convertir en una cupla la cual va a transformarse en una potencia mecánica.

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Rotor:  parte que rota añadida a un Rotor:  eje. eje. Ti Tien ene e dis distitint ntas as fo form rmas as pe pero ro siempre siem pre teng tengo o iman imanes es perm permane anentes ntes y/o bobinados. Estator:   Parte fij Estator: fija añadida a la carc carcas asa. a. Es Está tá comp compue uest sto o po porr un arrol arr olami amient ento o o var varios ios sob sobre re cha chapas pas ferr ferrom omag agné nétitica cas, s, lami lamina nada dass pa para ra reducir las pérdidas por histéresis.

Tipos de rotores Jaula de ardilla: Tengo ranuras en las cuales se ponen barras de Cu cortocircuitadas por dos anillos de Cu formando como una jaula. Todo esto está encastrado dentro del material mater ial ferro ferromagn magnético ético.. No tengo acce acceso so de desd sde e afue afuera ra.. Ma Mate teri rial al cond conduc ucto torr en las las barrad de cobre 19

 

Rotor bobinado: bobinado: No tengo barras de Cu sino que en las ranuras se ponen bobinas con un una a cap capa a ais aislan lante. te. Se acc acced ede e al bob bobin inado ado por anill anillos os roz rozan antes tes.. En los mot motor ores es trifásico trifá sicoss hay 3 anillo anilloss rozantes que repre representa senta las 3 fases. Debo acced acceder er desde afuera y luego a traves t raves de los anillos rozantes.

Principio de funcionamiento motor trifásico o de inducción En la imagen veo un estator que tiene ranuras donde van las bobinas. Material de chap chapas as apil apilad adas as qu que e form forman an un ci cililind ndro ro y ranura ran urass que per permit miten en que que uno pueda pueda pon poner  er  bo bobi bina nas. s. Ca Cada da colo colorr rep represe resent nta a un pa parr de bobinas. 3 colores x trifásico dispuestas a 120° en entr tre e sí. sí. Ca Cada da bo born rne e es do dond nde e arra arranc nca a la co corr rrie ient nte. e. Ej ylasale A entr en ael una un a lado. corr corrie ient nte por por el arrollamiento portra otro Lae imagen que vemos esta conectada en estrella porque los 3 ppios y los 3 finales están conectados a un único borne denominado NEUTRO que se ve en la imagen. imagen. Si esto lo al alimen imento to con un siste sistema ma trifásico se vera de esta manera: Hay 120° de desfasaje entre las tensi ten sione ones. s. Ose Osea a a

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mi motor lo estoy armando de manera tal que a cada bobina también las dispongo a 120° entre sí.

Que pasa cuando a este sistema trifásico de bobinas se le induce una corriente? Ej; en ese instante de tiempo (raya (raya negra) se induce una corrie corriente nte de 2 A que entra en mi circuito por el bobinado azul un y por el sentido quelatiene se crea me un campo magnético B q va a Atener sentido que por reglaesta de lacorriente mano derecha da hacia arriba (flecha azul) El campo B es igual a la corriente por el nro de espiras. La corriente IB en la bobina B haciendo la mano derecha me indica que esta saliendo pero como estamos en región negativa (el campo es inverso a la corriente) va hacia el otro lado. (flecha roja y es mas grande porque en esa región el sector rojo esta en su máximo) . Lo mismo sucede con la bobina verde positiva y que vale igual que la azul. INSTANTE DE TIEMPO ORIGINADO POR LAS CORRIENTES EN MI MOTOR

Campo resultante: si yo sumo los 3 campos (las 3 flechas) la azul con la verde se anularan porque son de igual magnitud y distinta dirección y solo quedara la roja. Por  lo tanto el campo resultante tendrá la dirección de la flecha roja. Pero será más grande pq se proyectan las 3 hacia arriba. Como resultado tendremos un campo magnético de inducción B que tiene un sentido en dirección roja norte. Es como si tuviera un imán permanente permanen te con el norte apuntando. Conclusión, a relación que existe entre las ranuras del estator y las gráficas de corrientes es que en el instante que tengamos la corriente máxima de una de las 3 fases obtendremos un campo resultante en la misma dirección y de magnitud un poco más grande. Como resultante de actuación de las corrientes y las bobinas tengo en definitvamente definitvamen te un IMAN que va rotando ahí adentro que crea un campo campo magnético de 21

 

intensidad constante B que gira ahí adentro.   TEORIA DE CAMPO GIRATORIO O TEOREMA DE FERRARIS. “para un conjunto de bobinas separadas de forma equidistante y por las que circula unas corrientes senoidales desfasadas en el tiempo se crea un campo magnético senoidal que se desplaza en el espacio con una frecuencia igual a la que circula la corriente por las bobinas” ES DEC DECIR, IR, ten tengo go un sis sistem tema a de corri corrient entes es tri trifás fásico ico   que alimenta un bobinado dispuesto a 120° entre sí  se establece un campo magnético giratorio de modulo ctte que gira a una velocidad con un sentido de dirección que tiene en cuenta la frecuencia. Ws: (6 Ws: (60. 0.f) f)/p /par ar de po polo lo velocidad de estator 

 

vel veloci ocidad dad sin sincró cróni nica ca o vel veloci ocidad dad cam campo po ma magné gnétic tico o o

Cuando se realiza un periodo el rotor da una vuelta. Gira una velocidad w (rpm) o n en sentido horario (ABC MAYUS , azul rojo verde) dado por la secuencia de corrientes. Si esl devanado es de 4 polos, serán necesario 2 ciclos de variación de la corriente para obtener una revolución en la fmm.

Principio de funcionamiento del motor asincrónico Campo magnético giratorio giratorio en el estator ws  el campo magnético induce una fem en el ro roto torr   circul circulan an corrien corrientes tes por el rot rotor or   fuerz fuerzas as elctr elctromag omagnéti néticas cas entr entre e las corrientes del rotor y el campo magnético del estator  torque en el rotor: el rotor gira  el rotor gira a una velocidad wr inferior a la velocidad de sincronismo Ws. Pues en caso contrario no se induciría una fem en el rotor y por lo tanto no habría cupla. Cómo se origina una fem en presencia de un campo magnético?   Para que apar aparezca ezca una fuer fuerza za electr electromag omagnéti nética ca induci inducida da debe varia variarr el fluj flujo o del campo magnético a través de la superficie. REGLA DE LA MANO DERECHA. Una fuerza y una corriente originan un campo cuya dirección lo delimitara la regla de la mano derecha. Esta corriente inducida en un campo magnético  hace que se induzca una fuerza de la place  proporcional a la corriente, el campo y la regla de la mano derecha que brinda el sentido. Qué sucede en las espiras del rotor?  Al haber un campo variable por ley de Faraday se induce una fem. Esa fem como el bobi bobina nado do de cobr cobre e orig origin ina a una una corriente, esa corriente ve que hay un campo por lo tanto origina una fuerza y la origina en los extremos del bobinado ej. jaula de ardilla. Se orig origin inan an 2 fuer fuerza zass de igua iguall modulo y distinto sentido  torque 22

 

o cupla que hace que empiece a rotar mi rotor y va a tratar de girar siguiendo el sentido de giro de mi campo giratorio. Gracias a la ley de Faraday y ley de La Place. Gracias a la cupla empieza a girar mi rotor a una velocidad distinta a la de mi campo giratorio (estator). Ahora voy a tener un imán que será generado por la corriente de mi ro rotor tor.. EN DEF DEFINI INITVA TVA SON DOS IMA IMANE NES S QUE TRAT TRATAN AN DE SEG SEGUIR UIRSE SE UN UNO O AL OTRO. EL DEL CAMPO Y EL DEL ROTOR. Tanto en el rotor como en el estator hay campos magnéticos imanes distintos.

 como

si tuviera dos

Que hubiera pasado si le cambio la secuencia al sistema trifásico de corrientes que alimenta mi motor en el estator? El campo magnético giratorio giraría en sentido opuesto de las agujas del reloj porque se da una cupla hacia el otro lado. Como cambio el sentido de giro de mi rotor? Como no puedo cambiar la secuencia, invierto un cable en los bornes y engaño el motor. Consecuencia inversa. El rotor gira a la misma velocidad que el campo? El rot rotor or tiene tiene un una a vel veloci ocida dad d men menor or qu que e la del esta estator tor o cam campo po girat giratori orio. o. A esa diferencia de velocidad relativa se lo llama deslizamiento S. (Deslizamiento (S) = (Ws-Wr)/Ws) Por qué el rotor gira más despacio que el estator? Porque existe una variación en el flujo magnético. Si no hubiera variación, no hubiera fem. Siempre la velocidad del rotor va a ser menor que la del estator. Porque en el instante inst ante que la alcance se anularía anularía la cupl cupla a   tien tiende de a fren frenarse arse.. Siem Siempre pre el roto rotor  r  seguirá al estator pero a una velocidad menor. Más carga le aplico a mi motor más lento girara el rotor. Si yo tengo un arrollamiento que está en el estator que le aplico una tensión trifásica que ingreso una corriente, obviamente apareció una fem de autoinducción y un flujo que produjo en otro bobinado que gira, que se indujera otra fem, otra corriente que se cierra en el propio arrollamiento como x ej jaula de ardilla, que esa corriente produce un una a fu fue erza rza que que pr prod oduc uce e un una a cupl cupla a y ha hace ce qu que e eso eso gire gire a un una a velo veloci cida dad. d. El arrollamiento del estator esta fijo el del rotor rota y el campo magnético entre los dos es el campo giratorio que tiene una velocidad Ws (VELOCIDAD SINCRONICA). La fem se indujo en el rotor por la ley de Faraday. Que ecuaciones valían para la ecuacion del valor eficaz de la fem en un arrollamiento? (Como en transformadore transformadores) s) Eestator = 4,44.N.fo.Bmax.S  VALOR EFICAZ DE LA FEM EN EL ESTATOR ESO INDUJO UNA FEM EN EL ROTOR: 23

 





Erotor parado (t=0): 4,44.N.f.(Bmax.S)= 4,44.N.f.(fi) La frecuencia cuando el rotor esta parado = a la frecuencia de la velocidad sincrónica estator = f0 = 50Hz o 60Hz.  será la misma fem inducida Si el rotor está parado S=1  Wdesplamiento=Westator y fo=50Hz Cuando el rotor está en movimiento la fem inducida tendrá otra frecuencia, en entr tra a en ju jueg ego o ah ahor ora a la ve velo loci cida dad d re rela latitiva va (ws(ws-wr wr))   me va a dar otra frecuencia porque Wrelativa= Ws-Wr, es decir va a ser mucho menor. Sería el deslizamiento x la vel sincronica (S.Ws). Wrotor= (1-S).Ws F relativa = S. f0  va a cambiar la frecuencia frecuencia de la fem ind inducida. ucida. Entonces va a cambiar la fem del rotor xq cambia la f en la ecuacion. Erotor movim (t=oo): 4,44.N.f.(Bmax.S) 4,44.N.f.(Bmax.S)= = 4,44.N.frelativa.(fi)

Conclusión:

La frecuencia de la fem inducida en mi rotor no es cte si no que cambia con la velocidad del rotor, es decir con S. El ci circ rcu uito eq equ uival valen ente te es similar al del transformador.  Al igual que en el trans tra nsfor formad mador or hay un campo campo magnétic tico que vincula el estato tatorr con el rotor. Este campo origina una fem en el rotor rot or que que luego luego pro produ ducir cirá á un torque. Es un campo giratorio, el cual si yo me paro en el rotor, la bobina del rotor  producirá un campo. Al ver las bobinas del rotor un campo que varía, se induce en ellas una fem. El rotor esta 24

 

cortocircuitado, por lo tanto la fem originaba una corriente y esa corriente hacía que  junto con la bobina y el campo se produzca una cupla y por eso comienza a girar el rotor.

En mi secundario (rotor) no hay una caída de tensión sino que hay un cortocircuito, es decir, existe una corriente Irotor=I2.  A su vez, cambiará cambiará la reactancia reactancia en el rotor deb debido ido a que la fe fem m en el rotor es vvariable: ariable: Xdr= 2.pi.fr.L = S. Xdrparado. Por lo tanto cuando el rotor comienza a girar cambiará: la fem y la reactancia también va a variar la potencia

,

¿Qué pasa con la corriente, va a ser la misma?? Sí, porque la fem y reactancia disminuyen en la misma proporción.

Balance de potencias en los motores de inducción Cuando se conecte un motor a una corriente, entrará una Potencia activa de entrada, esta potencia que entra una parte se va a perder por efecto Joule en la resistencia del estator, una parte que se pierde en el hierro (chapa del estator) y lo que queda se transmite tran smite a travé travéss del campo magné magnético tico para llegar al roto rotor, r, que se lla llama ma Pote Potencia ncia electr tro omagnétic tica o Poten tencia de entre trehierro. Dentro de estas pérdidas electromagnéticas electromagn éticas podemos considerar también las pérdidas del Cu en el rotor. Lo que resta de estas pérdidas será la potencia mecánic mecánica a interna de la máquina, que luego, si le saco las perdidas por rozamiento, tendré la potencia mecánica útil que suministra mi motor.

    



P activa de entrada= raiz3. U.I.cosfi Perdidas Cuestator=R. I2 x efecto joule PentreFe o electromag= Irotor 2. (Rrotor/S) Perdidas Cu rotor= R.I2= S.Pentrefe  Pmec int: perdidas en el entrehierro – Perdidas del cu en el rotor : Pentrefe.(1s) Pmec útil= pmec int – perdidas x rozam en el rotor 

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Siempre conviene una maquina grande con S pequeño para disminuir las perdidas en el rotor. Y se convierta la mayor cantidad de potencia electromagnética en mecánica útil. Como relaciono la potencia mecánica con la velocidad del rotor? Torque de carga= Pmec útil/ Wr  trabajo que tengo disponible luego de descontar  todas las perdidas en el eje Como relaciono la potencia del entrehierro con la velocidad del estator? Torque inducido= Pentrefe/Ws  es el trabajo que esta haciendo el campo sobre la superficie del rotor para hacerlo girar 

Rendimiento Rendimi ento de mi motor: (Putilmec/Pab (Putilmec/Pabs).100 s).100 = (Psalida/Pe (Psalida/Pentrada).100 ntrada).100

Cuáles son las variables en la imagen de arriba que puedo modificar para jugar con la cupla de mi motor?

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En este circuito final de mi motor, Io es muy chiquita comparada comparada a Iestator e Irotor, al igual a un transformador. Cómo modifico modific o la cupla y la poten potencia cia mecánic mecánica? a? Modificando el R” del rotor, eso se da por la ley de ohm, que se da por la variación de la tensión de entrada. Solo se puede hacerlo en motores con rotor bobinado.

Conexiones de arranque 



Conexión en estrella estr ella: Se da cuando los bobinados del es estator tator est están án conectados en estrella. La bornera del motor  tiene una señalización con 6 bornes con 6 letras que se conectan con los terminales de las bobinas que están conectados con los terminales de mi motor. Las chapitas se encuentran horizontales.

Conexión en triangulo: Están dispuestas las chapitas en la bornera de manera vertical. Uniendo U1 con W2. Significa que adentro me quedo el conexiona conexionado do de las bobinas en triangulo.

Cómo cambio el sentido de giro de mi motor en estas chapitas? El sentido de giro del campo magnético me da el sentido de giro de mi motor, si yo lo conecto como corresponde, con la secuencia RST, visto de frente el eje va a girar en sentido horario. Engaño el motor invirtiendo los cables, para hacerlos girar en sentido opuesto. No puedo cambiar la disposición de las chapitas pero si los cables para que

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gire en sentido contrario.

Qué es lo que cambia cuando conecto mi motor en estrella o en triángulo? Le estoy cambiando la tensión. Si lo conecto en estrella a cada bobina le estoy dando 220v entre fase y neutro. Si lo conecto en triangulo tengo 380v en cada bobina entre fase y fase. Si yo le cambio la tensión, le cambio la corriente, si le cambio la corriente, le cambio la cupla y va a cambiar la velocidad de mi rotor. En triangulo voy a tener más cupla de mi motor porque voy a tener más tensión y por  lo tanto más corriente y voy a tener más perdidas por efecto joule también. LA BOBI BO BINA NA DE DEBE BE ES ESTA TAR R PR PREP EPAR ARAD ADA A PA PAR RA QU QUE E ES ESTE TE CO CONE NEC CTA TADA DA EN TRIÁNGULO SINO SE VA A TERMINAR QUEMANDO PORQUE NO TENDRÁ LA SECCIÓN GRANDE PARA SOPORTAR ESA CORRIENTE Y VOLTAJE. Si el motor está preparado para conectarse en triangulo y yo me equivoco y lo conecto en estrella mi motor estaría haciendo menos cupla porque circularía menos tensión y menos corriente, va a hacer menos cupla. Mi motor se va a romper también porque va a hacer mucho más esfuerzo, ya que antes yo le pedía una determinada tensión 380V que ahora tengo 220V. Mi eje esta acoplado a una carga que estaba acostumbrada y ahora está más débil. Va a terminar haciendo más fuerza, absorbiendo más corriente y también se va a terminar quemando. quemando.

Curvas del motor  En el eje y voy a tener la cupla nominal de mi rotor en color naranja. En violeta tengo representada la corriente, que cuando mi motor está parado, la velocidad = 0 va a ser  la máxima. Un motor de inducción cuando arranca absorbe una corriente mucho mayor que la nominal (por eso es que a veces baja la tensión). Esa corriente por los cables de mi casa hacen una caída de tensión. A medida que mi motor empieza a aumentar la velocidad de mi rotor, la corriente absorbida va bajando. El motor cuando arranca tendrá un factor de potencia muy bajo, va mejorando y acercándose a uno a medida que alcance su régimen de trabajo normal. El rendimiento cuando el motor está parado será cero porque solo le exijo que absorba corriente y no entrega Potencia Mecánica. A medida que va aumentando la velocidad, el motor va brindando potencia mecánica en el eje lo que hace que empiece a crecer  mi rendimiento. 28

 

Conclusión: a medida que va aumentando la velocidad del motor va variando la co corr rrie ient nte, e, el to torq rque ue,, el co cos( s(fifi)) y el re rend ndim imie ient nto. o. NO HA HAY Y PO POTE TENC NCIA IA CT CTE, E, NI CORRIENTE CTE, NI COS FI CTE. Los datos que me brinda la placa del motor son en términos nominales. nominales. Si varía la carga y la velocidad esos parámetros van cambiand cambiando. o. Si el motor gira en vacío, la corriente cuando tiene velocidad sería casi cero. La corriente luego del arranque irá bajando hasta alcanzar la nominal. Se trabaja con un cos(fi) muy bajo porque casi todo es pérdida y no genera P salida. Por eso no conviene tener un motor tan grande para algo tan chico.

Si yo quiero trabajar a 220V los métodos de arranque van a buscar que la cupla y la corriente sean menores para que no traigan problemas en la instalación eléctrica de mi planta. La cupla puede llegar a ser muy brusca y romper algo. Conviene prender mi motor y dejarlo girar en vacío sin aplicarle ninguna carga? NO, porque si yo trabajo en vacío y si tenemos un motor grande por ejemplo con una corriente de 100A si lo dejábamos en el arranque sería de 600A y quemaría todo la instalación porque no va variar la velocidad al estar en vacío. Por qué un motor en el arranque consume más corriente? Porque I= V/Zeq y el deslizamiento en el arranque es igual a S=1 (Wr=0). La resi resiste stenc ncia ia de carg carga a será será igua iguall a 0 ( 1/S – 1). Por lo tanto lo único que limita en midelZeq a la corriente es de la resistencia estator, del alambre 29

 

Cu del rotor y las reactancias de dispersión. A medida que mi rotor vaya aumentando la velocidad, el deslizamiento será mayor, aumentará la resistencia de carga por lo tanto por ley de ohm I va a disminuir como se ve en la gráfica de corriente de arriba. Esto sucederá también si se frena y vuelve a arrancar.

Dependi Depen diend endo o en el des deslilizam zamien iento to que fun funcio cione ne el mot motor or se usa usará rá como como mot motor, or, generador o freno. La misma maquina se utilizará para diferentes cosas. Ej si la quiero usar como generador tendré que aplicar una fuerza que haga mover el eje y este me entregará potencia eléctrica. S