I GENERADOR

1.- OBJETIVO DE LA MAQUINAUn generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial elctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energa mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de un campo magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura (denominada tambin estator). Si se produce mecanicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generar una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema est basado en la ley de Faraday.En ingeniera elctrica un sistema trifsico es un sistema de produccin, distribucin y consumo de energa elctrica formado por tres corrientes alternas monofsicas de igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente, valor eficaz) que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas, en torno a 120, y estn dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes monofsicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase.Un sistema trifsico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes son iguales y estn desfasados simtricamente.El generador transforma la energa mecnica en energa elctrica. Tiene un movimiento derotacin. El generador de corriente continua transforma la energa mecnica en energa de elctricade CC.El generador est accionado por un motor primario que puede ser un motor diesel o una turbinaEl principio del generador de induccin, fue descubierta en forma accidental. Muchos aos atrsen una fbrica, se tena un motor de induccin grande que accionaba una mquina cuando se cortla energa. Debido a la inercia la mquina sigui girando y un operador toc los cables y recibi unadescarga elctrica. Los tcnicos de la fbrica, se preguntaron cmo, si estaba desconectado, podaentregar corriente y se dieron cuenta de que estaba generando energa elctrica. El generador de induccin puede trabajar en forma aislada y/o conectada a una red elctrica.Los generadores de induccin se emplean principalmente en turbinas elicas.trmica.

2.- PARTES Y FORMAS CONSTRUCTIVASPrimeros modelos

Generador elemental de corriente continua

TIPOS DE GENERADORDe acuerdo a la forma de excitacin los generadores de CC, se clasi_can como:1. Imn Permanente2. Autoexcitada3. Excitacin independiente4. Derivacin5. Serie6. Compuesta7. Compuesta diferencial8. Compuesta acumulativa9. Compuesta derivacin larga10. Compuesta derivacin cortaEn la Fig. (1.8), se muestra el esquema de la clasi_cacin de los generadores de CC tomando encuenta la forma de creacin del campo magntico.

Generador SncronoEl generador sncrono, es una mquina elctrica rotativa convertidora de energa, es decir, convierteenerga mecnica en energa elctrica de corriente alterna (CA). El nombre histrico delgenerador sncrono es alternador.La mquina sncrona consiste en un cilindro giratorio, llamado rotor que va a transmitir la accinmecnica a travs del eje, apoyado en cojinetes. El rotor gira en el hueco de otro cuerpo _jo, llamadoestator. La separacin casi intersticial entro los dos cuerpos se denomina entrehierro, debido a que elrotor y estator estn hechos de hierro en razn a su alta permeabilidad magntica. La transformacinde energa mecnica en energa elctrica, se realiza en el entrehierro como energa electromagnticaen forma de campo electromagntico

ESTATOR.Parte fija exterior de la mquina. El esttor est formado por una carcasa metlica que sirve de soporte. En su interior encontramos el ncleo del inducido, con forma de corona y ranuras longitudinales, donde se alojan los conductores del enrollamiento inducido.

Rotor Parte mvil que gira dentro del esttor El rotor contiene el sistema inductor y los anillos de rozamiento, mediante los cuales se alimenta el sistema inductor. En funcin de la velocidad de la mquina hay dos formas constructivas. Rotor de polos salidos o rueda polar: Utilizado para turbinas hidrulicas o motores trmicos, para sistemas de baja velocidad.

Rotor de polos lisos: Utilizado para turbinas de vapor y gas, estos grupos son llamados turboalternadores. Pueden girar a 3000, 1500 o 1000 r.p.m. en funcin de los polos que tenga.

VENTILACINLa evacuacin adecuado del calor producido por las prdidas en las mquinas elctricas tieneuna importancia fundamental desde el punto de vista de la duracin de los aislantes, reduccin delas dilataciones excesivas. Los alternadores de polos salientes no tienen problemas de ventilacindebido al espacio existente entre polos y el movimiento del aire producido pot los polos salientesasegura la circulacin del mismo. Mientras que los alternadores de rotor liso accionados por turbinasde alta velocidad, la ventilacin es difcil, por lo cual, es necesario emplear mtodo de enfriamiento.Segn el mtodo de enfriamiento, existen:1. Mquinas con enfriamiento natural2. Mquinas con autoventilacin interior3. Mquinas con autoventilacin exterior4. Mquinas con refrigeracin ajena (Hidrgeno cerrado hermticamente)

Materiales AislantesPara la aislacin elctrica de las chapas magnticas y los conductores elctricos, se utilizanlas sustancias aislantes debidos a la diferencia de potenciales elctricos entre distintos puntos. Losmateriales aislantes se clasi_can, segn su procedencia:1. Los aislantes minerales, tales como la mica, micalex (mezcla de mica y borato de plomo,pulverizados y comprimidos), porcelana, vidrio, silicio y amianto.2. Los aislantes orgnicos que son resinos (resina, baquelita, isolemil) o _brosos (madera, algodn,telas, papeles y cartones diversos).3. Los aislantes orgnico-silcicos, tales como las siliconas (compuestos orgnicos mas silicatosinorgnicos.3.-PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOLa ley de induccin electromagntica de Faraday, establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magntico que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde

Donde es el campo elctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C, es la densidad de campo magntico y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de estn dadas por la regla de la mano derecha.Principio de FuncionamientoLa denominacin de mquina sncrona se debe al hecho de que la velocidad de rotacin del rotores igual a la velocidad del campo magntico giratorio existente en el entrehierro y est dado por laexpresin siguiente:

Fuerza Electromotriz Inducida, FEM

MODELO DEL GENERADOR

4.- APLICACIONESLos generadores de corriente alterna son los mas utilizados, se utilizan en los automoviles Tambien se puede producir con pequeas plantas de emergencia del orden de 1Kw en las casas y con plantas de mediana potencia en clinica y hospitales para casos de emergencia. En plantas de mayor potencia para alumbrar pequeos pueblos campos y caserios los cuales son movidos con motores diessel

II MOTOR ELECTRICO1.- OBJETIVO DE LA MAQUINAEl motor elctrico es un dispositivo que transforma la energa elctrica en energa mecnica por medio de la accin de los campos magnticos generados en sus bobinas. Son mquinas elctricas rotatorias compuestas por un esttor y un rotor.El motor de induccin trifsico es el caballo de trabajo de la industria moderna. La mquinade induccin, se denomina tambin como mquina asncrona, debido a que la velocidad de rotacindel rotor no es igual a la velocidad sncrona.El motor de induccin es bsicamente una mquina elctrica conectada a un sistema de tensionesen el estator o rotor. En ambos casos, se produce un campo magntico giratorio en el entrehierro dela mquina.

2.- PARTES Y FORMAS CONSTRUCTIVAS

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUADefnicinEl motor elctrico transforma la energa elctrica en energa mecnica. Tiene un movimiento derotacin. El motor de CC transforma la energa elctrica de CC en energa mecnica.Caractersticas ConstructivasEn general toda mquina elctrica es reversible. Las caractersticas constructivas del motor deCC es la misma del generador de CC, por tanto el generador de CC puede trabajar como motor deCC o viceversa.En el caso del motor de CC, es necesario alimentar con energa elctrica de CC y en su eje setiene energa mecnica.Principio de FuncionamientoUn motor de CC convierte la potencia elctrica de CC en potencia mecnica. Esta operacin estabasada sobre el principio que cuando circula una corriente por un conductor dentro de un campomagntico, el conductor experimenta una fuerza. La direccin de esta fuerza est dado por la reglade la mano derecha de Fleming y la magnitud est dado por:

Fuerza Contraelectromotriz Inducida, FCEMLas ecuaciones que determinan la FCEM, en un motor de CC, estn dados por:

Motor de Induccin TrifsicoLas mquinas de induccin, pueden clasificarse de muchas maneras. Mquina de induccin con:1. Movimiento rotatorio o lineal2. Alimentacin trifsica o monofsica3. Rotor devanado o jaula de ardilla

se muestra la estructura simple de un motor de induccin.Las partes principales de un motor de induccin, son:1. Ncleo magntico del estator ranurado2. Devanado del estator3. Ncleo magntico del rotor ranurado4. Devanado del rotor5. El eje del rotor6. Carcasa del estator7. Sistema de enfriamiento8. Caja de terminales

ROTOREl rotor consta de un devanado giratorio, la que puede ser del tipo: Jaula ardilla rotor devanado.El devanado se alimenta por un sistema de tensiones trifsico. Las ranuras del rotor son: Doble jaulay ranura profunda.

ESTATOR

El estator consta de un devanado esttico, la cual puede ser del tipo: imbricado o concentrado.La estructura del estator de un motor de induccin, es la misma que del inducido de una mquinasncrona.3.-PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOAl alimentarse el motor con un sistema trifsico de tensiones, se crea un campo giratorio enel entrehierro. Este campo magntico, induce un sistema trifsico de tensiones en los conductoresdel rotor, lo cual establece un sistema de corrientes trifsicas, las cuales crean otro campo giratorioDESLIZAMIENTOcon frecuencia f2 = sf1. La interaccin de los campos magnticos produce el arrastre del rotor delmotor de induccin, se muestra la interaccin de los campos magnticos del estator

Fuerza Magnetomotriz GiratorioCuando el motor de induccin se alimenta con un sistema de tensiones trifsicas, se creancorrientes trifsicas, las cuales crean un campo magntico giratorio en el entrehierro, la componentefundamental, est dado por:

PRINCIPIO DE FERRARI - THESLA

4.- APLICACIONESSon utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso est generalizado en ventiladores, vibradores para telfonos mviles, bombas, medios de transporte elctricos, electrodomsticos, esmeriles angulares y otras herramientas elctricas, unidades de disco, etc. Los motores elctricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (DC), y por fuentes de corriente alterna (AC).

III TRANSFORMADORES1.- OBJETIVO DE LA MAQUINAEl transformador es una mquina elctrica esttica, que tiene dos o ms devanados, se utilizapara transferir la potencia elctrica de corriente alterna por medio de la induccin electromagntica,desde un circuito a otros, con la misma frecuencia, pero con diferentes niveles de tensin y corriente.El transformador transforma la energa elctrica en energa elctrica.El transformador puede cambiar la magnitud de tensin o corriente alterna de un valor a otro.Esta propiedad til del transformador, es principalmente responsable para el uso extendido dela corriente alterna en lugar de la corriente continua, es decir, la potencia elctrica se genera, setransmite y se distribuye en corriente alterna.El transformador es probablemente es uno de los dispositivos elctricos ms tiles inventados enel campo de la ingeniera elctrica.

2.- PARTES Y FORMAS CONSTRUCTIVASTipos de TransformadorLa clasifcacin de los transformadores, se lo puede realizar segn: LA APLICACIN GENERALa) Transformadores de potencia. Son transformadores empleados en los sistemas de transmisin y distribucin de potencia, tienen una potencia mayor a 500 kVAs.b) Transformadores de distribucin. Son transformadores empleados en los sistemas elctricosde distribucin, tienen una potencia comprendida entre 3 kVA hasta 500 kVAsc) Transformadores de electrnico. Son transformadores de mucho tipos y aplicacionesdiferentes usados en circuitos electrnicos, con capacidades de hasta 3 kVA.d) Transformadores de mando. Son transformadores empleados para alimentar circuitosde mando.e) Transformadores de instrumentos. Son transformadores utilizados para enviar sealesde corriente y tensin para medicin y proteccin.1) Transformadores de medicin. Se tiene los transformadores de corriente y de potencial.Clase 12) Transformadores de proteccin. Se tiene los transformadores de corriente y dei) potencial. Clase 5f) Transformadores especialesa) Transformadores de tomas variables (taps). Son transformadores que se pueden ajustarsu relacin de transformacin.b) Transformadores de tensin constante. Son transformadores que tienen taps ajustablesen forma automtica para mantener constante la tensin de salida.ii) La gama de frecuenciaa) Potencia. Son transformadores de frecuencia constante que operan a las frecuencias de50, 60 y 400 Hz.b) Audio. Son transformadores usados en una frecuencia de hasta 25 kHz.c) Frecuencia ultra-alta (UHF). Son transformadores de electrnica diseados para lagama de frecuencia UHF.d) Banda ancha. Son transformadores de electrnica diseados para una gama de frecuenciaespecfica.e) Banda angosta. Son transformadores de electrnica diseados para una gama de frecuenciai) especifica.f ) Impulso. Son transformadores diseados para usarse con excitacin de impulsos.iii) El numero de devanados. Son transformadores de dos devanados (convencional) y devanadosmultiples.iv) El grupo de conexin. Son transformadores de potencia y se re_ere al mtodo de conectarlos devanados individuales en aplicaciones polifsicas. Las conexiones en los sistemas trifsicos,son: delta, estrella y zig-zag.i) v) La caracterstica constructivaa) Transformador acorazado . Son transformadores construidos con ncleos E e I eni) forma alternada. La seccin transversal del ncleo magntico es rectangular.b) Transformador de columnas. Son transformadores construidos con ncleos C e I enforma alternada, generalmente, la seccin transversal del ncleo magntico es circularescalonado.vi) La disposicin de los devanadosa) Devanado concntrico. Son transformadores donde el devanado primario y el devanadosecundario son concntricas.b) Devanado alternado. Son transformadores donde los devanados estn dispuestos eni) forma alternada.

El sistema elctrico trifsico tiene mejores caractersticas que un sistema monofsico, por ello, en la industria se utiliza transformadores trifsicos.En la Fig. (6.14), se muestra el corte de un transformador trifsico de ncleo comn.

Los primarios y secundarios de todo transformador trifsico pueden conectarse independientemente en estrella (Y) o en tringulo , lo que permite la siguiente posibilidad de conexin:

3.-PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

La relacin de transformacin (m) de la tensin entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los nmeros de vueltas que tenga cada uno. Si el nmero de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habr el triple de tensin.

Donde: (Vp) es la tensin en el devanado primario o tensin de entrada, (Vs) es la tensin en el devanado secundario o tensin de salida (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el desvanado secundario o corriente de salida.TRANSFORMADOR IDEALEl transformador ideal, es aquel que no presenta prdidas, tiene un devanado primario y otrodenominado secundario. La Fuerza magnetomotriz y las relaciones de transformacin en funcin delas tensiones y corrientes del primario y secundario y estn dados por:

TRANSFORMADOR REAL

4.- APLICACIONESSe utilizan para substransmisin y transmisin de energa elctrica en alta y media tensin. Son de aplicacin en subestaciones transformadoras, centrales de generacin y en grandes usuarios.

CAMAQUINA MECANICA(TURBINA)

GENARADOR

ENERGIA MECANICA

ENERGIA ELECTRICA

Z

Icc

E

Motor elctrico

ENERGIA MECANICA

ENERGIA ELECTRICA

C mecnica

A

I1

Icc

FMEC=B*IL

E

TRANSFORMADOR

ENERGIA ELECTRICA

ENERGIA ELECTRICA