maquinas electricas
14
1 Máquinas Eléctricas
-
Upload
nicolas-barrera -
Category
Documents
-
view
13 -
download
0
description
maquinas electricas
Transcript of maquinas electricas
1
Máquinas Eléctricas
Fuerza en un campo magnético
2
B
Al circular corriente por un cable que se encuentra sometido a un campo magnético se genera una fuerza sobre el cable definida como:
Donde:: Fuerza generada (incluye dirección): Magnitud de la corriente: Largo del cable (con la dirección de la
corriente): Densidad del campo magnético (incluye
dirección) Supongamos una espira, por la que circula una corriente, inmersa en un campo magnético constante:
F
FF
F
Fuerza en un campo magnético
3
La fuerza neta es 0, la inercia tiende a mantener el giro
La fuerza neta promueve el giro hacia la izquierda
La fuerza neta promueve el giro hacia la derecha, pero menos que antes
La fuerza neta promueve fuertemente el giro hacia la derecha
F
F
F
F
F
F
F
F
B B
BB
Note que el campo de la espira siempre trata de alinearse con el campo fijo
Fuerza en un campo magnético
4
F
F
B
F
F
B
Este es el principio de funcionamiento de los motores (y generadores) eléctricos.
Los distinto tipos de motores se diferencian en:
1. La forma de generar el campo magnético.
2. La forma de generar la corriente (o campo) en la “espira”.
3. La manera de evitar que la fuerza se invierta en la espira.
La máquina de corriente continua (DC)
5
La máquina DC genera un campo continuo B, generalmente a partir de un bobinado por el que circula una corriente continua if, que es alimentado externamente por un voltaje continuo.
Entre el bobinado se ubica un cilindro, generalmente metálico, llamado rotor, suspendido por rodamientos. En el rotor se ubica un segundo bobinado (armadura), que se conecta a una fuente dc a través escobillas metálicas y carbones.
Anillosrozantes
Carbones
Bobinado de campo La reacción entre la corriente de armadura y el campo genera la rotación del rotor.
Pasado el punto de torque 0, las escobillas invierten el sentido de ia en las espiras, lo que invierte el sentido de las fuerzas, manteniendo el sentido de giro.
Rotor
La máquina de corriente continua
6
Para tener un torque más suave, se utilizan muchas espiras, las que se alimentan por diferentes escobillas:
El modelo circuital de la máquina dc es el siguiente:
es el voltaje inducido en las espiras del rotor debido al campo. Mientras más rápido gira el rotor, el campo visto por la espira cambia más rápido, por lo que el voltaje es mayor.
La máquina de corriente continua
7
Si va es mayor que vrot, entonces ia>0, por lo que la potencia la entrega la fuente va y la recibe la “fuente” vrot. Esta potencia se transmite al eje mecánico moviendo el rotor.
Si una fuente mecánica externa mueve el rotor a una velocidad tal que vrot> va, entonces ia<0, por lo que la fuente va absorbe potencia, es decir se está generando energía eléctrica aprovechando la energía mecánica que está moviendo el eje. Este es el principio de funcionamiento de un generador de corriente continua.
Ventajas:
1. Fácil control de la velocidad a partir del voltaje de armadura va.
Desventajas:
1. Mantenimiento caro, por desgastes de carbones y escobillas.
2. Construcción cara del rotor debido al sistema de bobinas y escobillas.
La máquina de corriente alterna sincrónica
8
La máquina de corriente alterna sincrónica utiliza (al menos) tres grupos de bobinas, que se distribuyen espacialmente en el estator separadas en 120º físicos entre si.
Cada uno de estas bobinas es alimentada por un voltaje alterno diferente. Estos tres voltajes son de igual amplitud, pero desfazados en 120º eléctricos.
Puede demostrarse que en estas condiciones, en el interior del estator se genera un campo de magnitud constante y que gira a la misma frecuencia que la del voltaje de alimentación.
Be
Estator
La máquina de corriente alterna sincrónica
9
Be
Estator
El rotor de la máquina es alimentado por un sistema similar al de la máquina dc, pero en este caso no es necesario invertir el sentido de la corriente por el bobinado del rotor.
Esto genera un segundo campo en el rotor
Br
, el que trata de alinearse con el campo del estator, generando una fuerza que mueve al rotor.
Dado que el campo del estator gira por su propia cuenta, “escapa” del campo del rotor, obligándo a este último a mantenerse girando.
En estado estacionario el rotor se mantiene girando a la misma velocidad que lo haga el campo del estator, es decir, se sincroniza con él.
La máquina de corriente alterna sincrónica
10
Ventajas:1. Fácil control de la potencia.2. Manejo muy exacto de la velocidad mecánica de
giro.Desventajas:1. Mantenimiento caro, por desgastes de carbones y
escobillas.Importante:Este tipo de máquinas son las preferidas en aplicaciones de muy alta potencia,
como en molinos para la gran minería.La mayoría de los generadores eléctricos corresponde a este tipo de máquina.
Como generador, nuevamente una fuerza externa hace girar el rotor, y por ende al flujo del rotor, esto provoca que las bobinas “vean” un flujo variable y por tanto se induzca un voltaje en ellas.
Br
La máquina de corriente alterna asincrónica
11
Al igual que en la máquina sincrónica, se utiliza un estator con alimentación trifásica para generar un campo giratorio en el interior del estator:
El rotor se construye a partir de una serie de barras metálicas, interconectadas por un anillo metálico. El rotor no es alimentado externamente por ninguna fuente.
Debido a la forma del rotor, esta máquina es conocida como máquina jaula de ardilla.
La máquina de corriente alterna asincrónica
12
Las barras del rotor actúan como espiras.Si el rotor está detenido, el campo giratorio,
generado por el rotor, induce un voltaje en estas “espiras”, al igual que en un trasformador.
Como las barras están interconectadas, actúan como un cortocircuito, apareciendo una corriente que circula por las barras.
La corriente en las barras genera un campo en el rotor, que trata de alinearse con el campo del estator, haciendo que el rotor gire.
La máquina de corriente alterna asincrónica
13
El rotor gira a una velocidad diferente a la velocidad del campo del estator, es decir no se sincroniza con él.
Flujo visto por las espiras del rotor
Para un control preciso de la velocidad del rotor y el torque es necesario ajustar la magnitud y frecuencia del voltaje del estator.
No hay inducción, por lo que no hay flujo de rotor ni torque.
La máquina de corriente alterna asincrónica
14
Ventajas:1. Muy barata de construir.2. Mínimo mantenimiento, por no tener contactos rozantes.3. Máquina muy robusta y confiable.
Desventajas:1. Control complejo para torque y velocidad precisos, requiere de
microcontroladores y convertidores de potencia adecuados (variadores de frecuencia).
Importante:Este tipo de máquinas son las preferidas en aplicaciones de media y baja
potencia, sobre todo en aplicaciones de baja exigencia.
