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TECSUP Máquinas eléctricas

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Máquinas eléctricas

TECSUP

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Temario

Introducción.Motores asíncronos trifásicos.Motores monofásicos.Motores DC.Máquina síncrona.

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1. Introducción.

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Importancia

El motor es un elementoimprescindible en la mayoría de los sistemas de control, por tanto esimportante conocer suforma de trabajo y suspropiedades parapoder elegir el modelomás adecuado.

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Transformación de energía

Básicamente, el motor eléctrico se encarga de transformar la energía eléctrica que se le aplica en energía mecánica, por medio de un proceso electromagnético.

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Principio de funcionamiento

El funcionamiento de un motor se basa en las propiedades magnéticas de la corriente eléctrica y la posibilidad de crear, a partir de ellas, unas determinadas fuerzas de atracción y repulsión encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotación.

v

I

B

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Inducción electromagnética

Cuando en el interior de una bobina se tiene un campo magneticovariable, se induce una tensión eléctrica en los terminales de esta bobina, conocida como tensión inducida.

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Tensión inducidaEl principio de funcionamiento del motor se basa en la ley de Faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve dentro del campo magnético de un imán generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la magnitud del campo y a la velocidad de desplazamiento".

N SV

+

-

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Ley de Lenz

La polaridad de la tensión inducida es de tal forma que crea un campo magnético cuyo flujo se opone a la variación del flujo inductor.

N S S N

SN S N

N S S N

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Tensión inducida en una espiraSi en lugar de un conductor rectilíneo se introduce una espira con los extremos conectados a una determinada resistencia y se le hace girar en el interior del campo, de forma que varíe el flujo magnético abrazado por la misma, se detectará la aparición de una corriente eléctrica. El sentido de la corriente viene determinado por la ley de Lenz.

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Fuerza sobre un conductor

Se ejerce una fuerza sobre un conductor eléctrico que lleva corriente eléctrica en presencia de un campo magnético.

BLIF ⋅⋅=

N

FI

SB

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Principio del motor eléctrico

El motor estáconstituido de

multiplesespiras que

generan pares de fuerza (torque), haciendo

posible el giro del motor

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CaracterísticasNormalmente los motores se caracterizan por dos parámetros que expresan directamente sus propiedades:� Velocidad de rotación

� Par motor

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Velocidad de rotación

La velocidad de rotación indica el número de revoluciones por unidad de tiempo que produce el motor y depende por completo de la forma de construcción del mismo, de la tensión de alimentación, así como de la carga mecánica que se le acople a su eje, aunque esto último no es aplicable a un tipo de motores denominados síncronos.

Las unidades empleadas son las revoluciones por minuto (r.p.m.).

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Par, momento o torque

El momento o torque es una medida cuantitativa de la tendencia de una fuerza a originar rotación alrededor de un punto.

El momento o torque ττττ de una fuerza F respecto a punto O es igual producto de la magnitud de F por su brazo de palanca

τ = F . d

d

F

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0.10 m

20Newtons

UnidadLas unidades unidades de torque corresponden a unidades de Fuerza por distancia.Unidad:S.I. :Newton - metro (N-m).Sistema ingles:

Libra-pie

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Par o torque motor motor

El par motor expresa la fuerza de actuación de este y depende lógicamente de la potencia que sea capaz de desarrollar dicho motor, asícomo de la velocidad de rotación del mismo. El concepto de par es importante a la hora de elegir un modelo para una aplicación determinada y se define como la fuerza que es capaz de vencer el motor multiplicada por el radio de giro.

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Inercia

Los sistemas mecánicos están sujetos a la ley de la inercia. La ley de la inercia indica que un objeto tenderá a permanecer en su estado actual de reposo o movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre él.

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Fricción - pérdidasPorque la fricción quita energía a un sistema mecánico, una fuerza continua se debe aplicada para mantener un objeto en movimiento. La ley de la inercia sigue siendo válida, sin embargo, puesto que la fuerza aplicada se necesita sólo para compensar la energía perdida. En la ilustración siguiente, un motor mueve un transportador. Una fuerza grande se aplica para superar inercia y arrancar el sistema.

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Fricción - pérdidas

Una vez que el sistema está en movimiento solamente la energía requerida para compensar las diversas pérdidas necesita ser aplicado para mantener el transportador en movimiento. Estas pérdidas incluyen:� Fricción dentro de los cojinetes del motor y del transportador.

� Pérdidas de ventilación en el motor y en el transportador.

� Fricción entre la banda transportadora y los rodillos.

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Rodillos

CojinetesFaja

Paquete

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Trabajo (W)Siempre que una fuerza de cualquier clase cause el movimiento, se logra hacer trabajo. El trabajo se expresa en Joule (J) o en pies-libras (Lb-pie) y es definido por el producto de la fuerza neta (F) aplicada y la distancia (d) recorrida. Si la fuerza se duplica, el trabajo que se realiza es el doble. Si un objeto mueve el doble de la distancia, el trabajo que se realiza es el doble.

dFW ⋅=

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Energía (E)

Es la capacidad que tiene todo cuerpo o sistema de realizar trabajo.Emplea las mismas unidades que el trabajo, el Joule (J).Joule = N . mNewton (N).Metro (m).

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Potencia de un motorEs la rapidez con que el motor convierte la potencia eléctrica en potencia mecánica.La potencia eléctrica absorbida por el motor se expresa en vatios (W).La potencia entregada por el motor al eje se expresa en HP.

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Potencia eléctrica.El motor absorbe dos tipos de potencia eléctrica:Potencia activa (P) que expresa en vatios (W). Esta se convierte en potencia mecánica y en calor.

Potencia reactiva (Q) que expresa en (VAR). Esta se emplea en magnetizar la máquina (en crear el campo magnético).

PQ

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Eficiencia.La potencia activa absorbida, se convierte en su mayor parte en potencia mecánica, mientras que la potencia restante se pierde en forma de calor.Eficiencia de un motor es la relación entre potencia de salida y la potencia de entrada.

eléctrica Potenciamecánica Potencia=η

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Horsepower (Hp)La potencia mecánica se puede expresar en pies-libras por segundo, pero se expresa a menudo en caballos de fuerza (HP). Esta unidad fue definida en el siglo 18 por James Watt. Watt al vender motores a vapor y fue consultado ¿un motor de vapor a cuántos caballos substituiría?. Él entonces tenía, caballos caminando alrededor de una rueda para levantar un de peso.

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Horsepower (Hp)Watt encontró que cada caballo haría en promedio un trabajo de cerca de 550 pie-lb por segundo.Un caballo de fuerza es equivalente a 550 pies-libras por segundo o a 33.000 pies-libras por minuto.

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Potencia de salida al ejeLa fórmula siguiente se puede utilizar para calcular caballos de fuerza cuando el torque (en libra-pies) y la velocidad son conocidos.

En términos del S.I. de medidas, sería.

5250)()(

)(rpmnpieLbT

HpP⋅−=

.)..()(60

2)( mprnmNTWP ⋅−⋅⋅= π

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Clasificación de los motores

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Según la alimentación

Atendiendo a la naturaleza de la corriente eléctrica utilizada, los motores eléctricos rotativos pueden dividirse en:� Motores de Corriente Continua.

� Motores de Corriente Alterna.

� Motores Universales

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Según la excitaciónLos motores de

AC, a su vez, por la naturaleza

de la corriente de excitación

pueden clasificarse en:

Motores Síncronos(excitados por DC).Motores Asíncronos o de Inducción(excitados por AC).