Aplicaciones en Maquinas Alectricas

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE MISANTLA INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES COMPUTACIONALES

Investigacion Maquinas electricas Joel Maurilio Morales García Oscar Eliezer Hernández Contreras

13/12/12

Fisica General

Contenido Introduccion ........................................................................................................................................ 3 Desarrollo ............................................................................................................................................ 4 Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en ................................ 4 Clasificacion de motores elctricos ....................................................................................................... 5 Motores de induccion ..................................................................................................................... 5 Motor de corriente directa ................................................................................................................. 7 Motor generador sincrono ................................................................................................................ 11 Principio de Operación del Motor Síncrono ...................................................................................... 12 Controladores de Motores Sincrónicos con Ondas Trapezoidales ............................................... 15 Motor con rotor jaula de ardilla ........................................................................................................ 16 Tipos de rotores ................................................................................................................................ 17

Rotor de jaula de ardilla simple .................................................................................................

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Rotor de jaula de ardilla doble ..................................................................................................

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Rotor con ranura profunda ........................................................................................................

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Rotor de anillos rozantes ...........................................................................................................

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Transformador electrico.................................................................................................................... 18 Concluciones ..................................................................................................................................... 23 Referencias ........................................................................................................................................ 23

Oscar Eliezer Hernández Hernández Contreras

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Introduccion

Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía cinética en otra energía, o bien, en energía potencial pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético. Se clasifican en tres grandes grupos:generadores, motores y transformadores. Este informe tiene como objetivo fundamental, presentar una breve información sobre las características fundamentales de las máquinas eléctricas. En este se hace desde una clasificación más general, hasta una más particular, y según esta clasificación, brindar información sobre el principio de funcionamiento de estas, parámetros característicos que deben ser conocidos para el mejor manejo y apropiada explotación a nivel industrial de las máquinas y algunas aplicaciones más elementales.

Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Desarrollo Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en otra energía, o bien, en energía eléctrica pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético. Se clasifican en tres grandes grupos: 1.Generadores. 2.Motores. 3.Transformadores. Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, y lo inverso sucede en los motores. El motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna. Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman sus características. Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce las ampervueltas necesarias para rear el flujo establecido en el conjunto de la máquina. Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en

1.Rotativas. 2.Estáticas. Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de partes móviles, como los transformadores. Para el estudio a realizar a continuación se clasificaran las máquinas como lo anteriormente visto:rotativas y estáticas.Potencia de las máquinas eléctricas. La potencia de una máquina eléctrica es la energía desarrollada en la unidad de tiempo. La potencia de un motor es la que se suministra por su eje. Una dinamo absorbe energía mecánica y suministra energía eléctrica, y un motor absorbe energía eléctrica y suministra energía mecánica. La potencia que da una máquina en un instante determinado depende de las condiciones externas a ella; en una dinamo del circuito exterior de utilización y en un motor de la resistencia mecánica de los mecanismos que mueve. Entre todos los valores de potencia posibles hay uno que da las características de la máquina, es la potencia nominal, que se define como la que puede suministrar sin que la temperatura llegue a los límites admitidos por los materiales aislantes empleados. Cuando Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General la máquina trabaja en esta potencia se dice que está a plena carga. Cuando una máquina trabaja durante breves instantes a una potencia superior a la nominal se dice que está trabajando en sobrecarga. Clasificacion de motores elctricos Motores de induccion

El motor de inducción es uno de los más económicos que existe entre los motores de corriente directa y motores de corriente alterna y también de los que menos mantenimiento requieren ya que no tienen partes eléctricas en movimiento. Una de las pocas desventajas que podría presentar sería la de trabajar a un factor de potencia inductivo. En la industria tienen un gran campo de aplicación y en muchas partes cuando se van a comprar grandes lotes de motores, exigen que se prueben algunos de ellos por muestreo. El motor de inducción recibe este nombre debido a que igual que el transformador opera bajo el principio de inducción electromagnética. Debido a que este tipo de motores no llega a trabajar nunca a su velocidad sincrónica, también se conocen como motores asíncronos. El motor de inducción representa una de las formas más útiles de máquinas electromecánicas giratorias de C.A., y puede ser construida sin conexiones físicas en los circuitos del rotor, cuyas corrientes se generan debido al acoplo magnético entre estator y rotor, alcanzando entonces dicha máquina una extraordinaria robustez, seguridad y relativamente hablando, fácil mantenimiento. Las grandes máquinas de inducción trabajan normalmente con un sistema de alimentación trifásico en el estator, aunque también se pueden encontrar máquinas de una y dos fases. Elementos que constituyen un motor de inducción.

Un motor de inducción está constituido fundamentalmente por los siguientes elementos: 1).-Estator. 2).-Rotor. 3).-Carcaza. Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General 4).-Auxiliares: tapa anterior, tapa posterior, cojinetes, tornillos de sujeción, caja de conexiones y base o soporte. Pruebas dieléctricas.

Entre las pruebas que se le practican a un motor de inducción, se tienen las pruebas dieléctricas. El propósito de dichas pruebas es verificar los aislamientos, es decir, demostrar que el motor ha sido diseñado para soportar las pruebas de aislamiento especificadas. Entre dichas pruebas se tienen las dos siguientes: 1).-Prueba de resistencia de aislamiento. 2).-Prueba de potencial aplicado o de resistencia dieléctrica. Resistencia de aislamiento del estator.

La medición de la resistencia de aislamiento nos dará una indicación del aislamiento de la máquina, que deberá conocerse antes de efectuar la prueba de retención dieléctrica. Rigidez dieléctrica.

La rigidez dieléctrica a la tensión alterna es la propiedad fundamental de un aislamiento; el conocimiento de la relación entre rigidez y tensión de trabajo debería ser uno de los más importantes elementos para juzgar la seguridad en lo que se refiere a los esfuerzos dieléctricos y también para evaluar el grado de deterioramiento. Desgraciadamente la medición de la rigidez dieléctrica es una prueba destructiva que no se puede usar sobre aislamientos nuevos, otro inconveniente grave es la gran diversidad de resultados, por lo que se debe reunir a un número muy grande de determinaciones y aplicar criterios de análisis estadísticos. Para la aceptación de un aislamiento nuevo y acabado, está prácticamente aceptado en todas las normas la prueba de retención dieléctrica o de potencial aplicado, que se efectúa, poniendo por un determinado tiempo el aislamiento a una tensión mayor a la de trabajo, dicha prueba nos dice si el aislamiento resiste o no a la tensión y nos puede dar indicaciones acerca del límite de retención. Un grave inconveniente de la prueba de retención a la tensión alterna son a las solicitaciones a las que se somete el aislante durante la prueba, que son generalmente dañinas para el aislamiento, ya que la duración del aislante a la descarga se reduce a una décima parte por cada aumento de 1.75 kv/mm para la mica con ligamiento asfáltico y de 2.5 kv/mm para la mica con resina poliéster. Se deberán por lo tanto tomar en cuenta la sugerencia de no repetir las pruebas de potencial aplicado y de ser posible reducir los valores. Caracteristicas del funcionamieno del motor de induccion Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General El funcionamiento de un motor, en general, se basa en las propiedades electromagneticas de la corriente alectrica y la posibilidad a crear, apartir de ellas, unas determinadas fuerzas de atraccion y repulsion encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotacion.

Motor de corriente directa En todos los ámbitos de la vida moderna podemos encontrar hoy en día muchos dispositivos y equipos que emplean motores eléctricos de diversos modelos, tamaños y potencias para realizar un determinado trabajo. Todos ellos, sin excepción, funcionan con corriente alterna (C.A.), o de lo contrario con corriente directa (C.D.), conocida también como corriente continua (C.C.). Sin embargo, la mayoría de los dispositivos y equipos que requieren poca potencia para poner en funcionamiento sus mecanismos emplean solamente motores de corriente directa de pequeño tamaño, que utilizan como fuente suministradora de corriente eléctrica o fuerza electromotriz (F.E.M.)pilas, batería, o un convertidor de corriente alterna en directa.


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Vista interna de un pequeño motor de corriente directa (C.D.) de 3 volt, alimentado por dos pilas tipo AA, de 1 ½ volt cada una, conectadas en serie

bases del funcionamiento de los motores de corriente directa

Un pequeño motor común de corriente directa (C.D.) basa su funcionamiento en el rechazo que se produce entre el campo magnético que rodea al electroimán del rotor y el campo magnético de un imán permanente colocado de forma fija en el cuerpo del motor. El motor de corriente directa (c.d.) y la "ley de la fuerza de lorentz" La “Ley de la Fuerza de Lorentz”, descubierta por el físico-matemático holandés Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928), postula que cuando una partícula cargada eléctricamente se mueve dentro de un campo magnético experimenta una fuerza perpendicular a la dirección de ese movimiento y perpendicular, a su vez, a la dirección del flujo del campo magnético. La “Ley de la Fuerza de Lorentz” se puede.demostrar empleando la “Regla de la mano.izquierda” propuesta por el físico e ingeniero.eléctrico británico John Ambrose Fleming.(1849-1945). En esta ilustración se puede observar.el dedo índice de la mano izquierda señalando.en.la dirección que tienen las líneas de flujo magnético. “ ” del imán permanente (del polo.norte al polo sur), el dedo medio señalando el.sentido de circulación de la corriente eléctrica “I”a. través del cable conductor creando un campo.electromagnético a su alrededor y, finalmente, el.dedo pulgar señalando en la. dirección “F” en la que se moverá el cable cuando su.campo.electromagnético interactúe con el campo.magnético del imán permanente. En la esquina inferior izquierda de la ilustración se representa gráficamente cómo actúa en la práctica. la “Regla de la mano izquierda”, representándola por medio de flechas o vectores.


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Fisica General Partes que integran un motor común de corriente directa

Partes de un pequeño motor común de corriente directa.(C.D.) desarmado.

Un motor común de corriente directa o continua se compone de las siguientes partes o piezas:

Carcasa metálica o cuerpo del motor. Aloja en su interior, de forma fija, dos imanes permanentes con forma de semicírculo, con sus correspondientes polos norte y sur.

• Rotor o parte giratoria del motor. Se compone de una estructura metálica formada por un conjunto de chapas o láminas de acero al silicio, troqueladas con forma circular y montadas en un mismo eje con sus correspondientes bobinas de alambre de cobre, que lo convierten en un electroimán giratorio. Por norma general el rotor de la mayoría de los pequeños motores de C.D. se compone de tres enrollados o bobinas que crean tres polos magnéticos. Los extremos de cada una de esas bobinas se encuentran conectados a diferentes segmentos del colector. • Colector o conmutador. Situado en uno de los extremos del eje del rotor, se compone de un anillo deslizante seccionado en dos o más segmentos. Generalmente el colector de los pequeños motores comunes de C.D. se divide en tres segmentos. • Escobillas. Representan dos contactos que pueden ser metálicos en unos casos, o compuesto por dos piezas de carbón en otros. Las escobillas constituyen contactos eléctricos que se deslizan por encima de los segmentos del colector mientras estos giran. Su misión es suministrar a la bobina o bobinas del rotor a través del colector, la corriente eléctrica directa Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General necesaria para energizar el electroimán. En los pequeños motores las escobillas normalmente se componen de dos piezas o flejes metálicos que se encuentran fijos en la tapa que cierra la carcasa o cuerpo del motor. Tapa de la carcasa (izquierda en la foto). Es la tapa que se emplea para cerrar uno de los extremos del cuerpo o carcasa del motor. En su cara interna se encuentran situadas las escobillas de forma fija. El motor de esta foto utiliza en función de escobillas dos flejes metálicos. Principio de funcionamiento del motor de corriente directa El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor. Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería. funcionamiento de un motor común de corriente directa La siguiente figura muestra, de forma animada, el funcionamiento de un motor común bipolar de corriente directa. Como se puede observar, éste consta de un imán permanente en forma de semicírculo, dividido en dos partes fijas al cuerpo del motor. La parte de color rojo del imán corresponde al polo norte “N” y la azul al polo sur “S”. También encontramos un electroimán que a modo de rotor gira entre los polos magnéticos del imán permanente. En el eje del rotor se muestra un colector dividido en dos segmentos y dos escobillas haciendo contacto con los mismos. La batería se encuentra conectada de tal forma que la corriente eléctrica fluye en el sentido convencional con el polo positivo (+) conectado a la escobilla derecha y el polo negativo ( – ) a la escobilla izquierda. Cada escobilla hace pleno contacto con las secciones del colector, incluso mientras el rotor se encuentra girando. Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General Como la bobina del rotor se encuentra conectada a ambos segmentos del colector, éste se energiza con la corriente eléctrica directa que suministra la fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) (en este caso la batería), que le llega a través de las escobillas. De esa forma la corriente la recibe el colector a través de la escobilla izquierda identificada con el signo (+), recorre las espiras correspondientes a esa mitad de la bobina del electroimán (de color rojo) y continúa recorriendo las espiras de la mitad derecha (de color azul) para retornar, finalmente, a la batería por su polo negativo ( – ), completando así el circuito eléctrico del motor. Cuando la corriente eléctrica comienza a fluir por la parte correspondiente a las espiras de color rojo, el electroimánadquiere polaridad norte “N” en ese extremo y polaridad sur“S” en el extremo opuesto representado por las espiras de color azul. Motor generador sincrono El generador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica. Su principio de funcionamiento consiste en la excitación de flujo en el rotor. El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator. El rotor gira recibiendo un empuje externo desde (normalmente) una turbina. Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente continua" de excitación independiente variable que genera un flujo constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo magnético giratorio (por el teorema de Ferraris) que genera un sistema trifásico de fuerzas electromotrices en los devanados estatóricos. Los motores sincrónicos son usados como servo-controladores en aplicaciones como equipos periféricos de computadoras, robóticos y como controladores de velocidad ajustables en una variedad de aplicaciones como: bombas de carga proporcional, grandes abanicos y compresores. En aplicaciones de baja potencia hasta unos cuantos kilowatts, son usados motores sincrónicos de imán permanente (ver Figura 1). Estos motores son a menudo referidos como motores "DC sin brocha" o motores conmutados electrónicamente.


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Fisica General

Estructura de un motor sincrónico; (a) imán permanente, (b) polos salientes.

Figura 1:

Principio de Operación del Motor Síncrono El devanado de campo en el rotor produce un flujo Øf en el entrehierro. Este flujo rota a una velocidad sincrónica ws rad/s, la cual es la misma que la velocidad del rotor. El flujo Øfa se une al devanado de fase del estator, por ejemplo la fase a, varia sinosoidalmente con el tiempo:

donde;

y p es el número de polos en el motor. Si asumimos Ns como un número equivalente de vueltas en cada devanado del estator, la fem inducida en la fase a es:

Este voltaje inducido en el devanado del estator es llamado voltaje de excitación cuyo valor rms es:


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Fisica General

En controladores de motores sincrónicos, el estator es alimentado con un juego de corrientes trifásicas balanceadas, cuya frecuencia es:

La componente de la frecuencia fundamental de la corriente del estator produce una amplitud de flujo constante ØS en el entrehierro, la cual rota a la velocidad sincrónica ws. La amplitud de ØS es proporcional a las amplitudes de las componentes de la frecuencia fundamental en las corrientes del estator. El voltaje resultante en el entrehierro es:

Todos estos fasores están definidos en la figura 2a. Basados en esta última ecuación y en diagrama fasorial, el circuito equivalente por fase de un motor sincrónico se muestra en la Figura 2b, donde Rs y LIsson la resistencia del devanado y la inductancia de fuga, respectivamente. Incluyendo la caída de voltaje a través de la Rs y LIs en la fase a es:

El diagrama fasorial de esta ecuación se muestra en la Figura 2c, donde Øp es el ángulo entre la corriente y el voltaje en fasor. De el circuito equivalente por fase y el diagrama fasorial de la Figura 2, el torque electromagnético Tem puede ser obtenido como sigue: La potencia eléctrica que puede ser convertida en potencia mecánica es:


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Fisica General donde el ángulo Øf es llamado ángulo de torque y kt es la constante de proporcionalidad. En el diagrama fasorial de la Figura 2c, Ia adelanta a Va. Este adelanto de factor de potencia se requiere si el motor sincrónico es alimentado por un controlador donde la corriente a través de los tiristores inversores es conmutada por los voltajes del motor sincrónico.

Figura 2: Representación por fase: (a) diagrama fasorial, (b) circuito equivalente,

(c) voltaje terminal. En un motor sincrónico la velocidad en estado estable está determinada por el número de polos y la frecuencia de la corriente de armadura, exactamente como lo indica la siguiente ecuación:

donde n= velocidad mecánica en rpm y wm = velocidad mecánica en rad/seg. Por lo tanto un motor sincrónico operado por una fuente de AC de frecuencia constante debe trabajar a velocidad constante en su estado estable. En un motor el par electromagnético está en la dirección de giro y compensa al par de reacción necesario para impulsar la carga mecánica. El flujo que producen las corrientes en Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General la armadura de un motor sincrónico gira adelante del que produce el campo, y así actúa sobre el campo y efectúa trabajo. Controladores de Motores Sincrónicos con Ondas Trapezoidales

Los motores descritos en la sección previa están diseñados para que las fem inducidas en el estator debido al flujo del campo sean sinusoidales y las corrientes del estator produzcan un campo sinusoidal. En ésta sección los motores están diseñados con bobinas concentradas, para que la densidad de flujo de el campo, debido a los imanes permanentes y a los voltajes de excitación inducidos, tenga ondas trapezoidales. La Figura 6 muestra la fem inducida efa(t) en la fase a, donde el rotor gira en la dirección de las manecillas del reloj a una velocidad de ws rad/s y ø es medido con respecto a el estator como se mostró en la Figura 5. La onda de la fem tiene una porción plana, la cual ocurre para al menos 120° (eléctricos) durante cada medio ciclo. La amplitud Ef es proporcional a la velocidad del rotor;

para producir tanto torque libre de risos como sea posible en un motor, la fase de la corriente suministrada debe tener ondas rectangulares como se muestra en la Figura 6b. Como la potencia total es independiente del tiempo, el torque electromagnético instantáneo es también independiente del tiempo y depende solamente de la amplitud de la corriente Is:

Un regulador de corriente VSI, se utiliza donde las referencias de corriente sinusoidales son reemplazadas por referencias de corriente rectangulares. Un ciclo completo es dividido en seis intervalos de 60° eléctricos cada uno. En cada intervalo, la corriente a través de dos fases es constante y proporcional al torque. Para obtener estas referencias de corriente, la posición del rotor es usualmente medido por sensores de efecto Hall que indican la sexta conmutación de corriente instantánea por ciclo eléctrico de onda.


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Fisica General Motor con rotor jaula de ardilla Consta de un rotor constituido por una serie de conductores metálicos (normalmente de aluminio) dispuestos paralelamente unos a otros, y cortocircuitados en sus extremos por unos anillos metálicos, esto es lo que forma la llamada jaula de ardillapor su similitud gráfica con una jaula de ardilla. Esta 'jaula' se rellena de material, normalmente chapa apilada. De esta manera, se consigue un sistema n-fásico de conductores (siendo n el número de conductores) situado en el interior del campo magnético giratorio creado por el estátor, con lo cual se tiene un sistema físico muy eficaz, simple, y muy robusto.

El motor de rotor bobinado Tiene un rotor constituido, en vez de por una jaula, por una serie de conductores bobinados sobre él en una serie de ranuras situadas sobre su superficie. De esta forma se tiene un bobinado en el interior del campo magnético del estator, del mismo número de polos (ha de ser construido con mucho cuidado), y en movimiento. Este rotor es mucho más complicado de fabricar y mantener que el de jaula de ardilla, pero permite el acceso al mismo desde el exterior a través de unos anillos que son los que cortocircuitan los bobinados. Esto tiene ventajas, como la posibilidad de utilizar un reóstato de arranque que permite modificar la velocidad y el par de arranque, así como el reducir la corriente de arranque. Funcionamiento Los devanados inductores en el estator de un motor de inducción instan al campo magnético a rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje. En efecto el rotor se lleva alrededor el campo magnético pero en un índice levemente más lento de la rotación. La diferencia en velocidad se llama deslizamiento y aumenta con la carga. A menudo, los conductores se inclinan levemente a lo largo de la longitud del rotor para reducir ruido y para reducir las fluctuaciones del esfuerzo de torsión que pudieron resultar, a algunas velocidades, y debido a las interacciones con las barras del estator. El número de Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General barras en la jaula de la ardilla se determina según las corrientes inducidas en las bobinas del estator y por lo tanto según la corriente a través de ellas. Las construcciones que ofrecen menos problemas de regeneración emplean números primos de barras. El núcleo de hierro sirve para llevar el campo magnético a través del motor. En estructura y material se diseña para reducir al mínimo las pérdidas. Las láminas finas, separadas por el aislamiento debarniz, reducen las corrientes parásitas que circulan resultantes de las corrientes de Foucault (en inglés, 'eddy current'). El material, un acero bajo en carbono pero alto en silicio, con varias veces la resistencia del hierro puro, en la reductora adicional. El contenido bajo de carbono le hace un material magnético suave con pérdida bajas por histéresis. El mismo diseño básico se utiliza para los motores monofásicos y trifásicos sobre una amplia gama de tamaños. Los rotores para trifásica tienen variaciones en la profundidad y la forma de barras para satisfacer los requerimientos del diseño. Este motor es de gran utilidad en variadores de velocidad. Tipos de rotores Existen varios tipos de estos elementos, pero los que son más usados en la industria; es decir, los rotores para motores asíncronos de corriente alterna son 4. Rotor de jaula de ardilla simple Los círculos negros que se muestran en la figura representan las ranuras del rotor donde va introducido el bobinado. Existen varios tipos de ranuras, de ahí que existan varios tipos de rotores. Este tipo de rotor es el usado para motores pequeños, en cuyo arranque la intensidad nominal supera 6 ó 8 veces a la intensidad nominal del motor. Soporta mal los picos de cargas. Esta siendo sustituido por los rotores de jaula de ardilla doble en motores de potencia media. Su par de arranque no supera el 140 % del normal. Rotor de jaula de ardilla doble La ranura es doble, por este motivo tiene el nombre de jaula de ardilla doble. Las dos ranuras están separadas físicamente, aunque en el dibujo no se observe. Este tipo de rotor tiene una intensidad de arranque de 3 ó 5 veces la intensidad nominal, y su par de arranque puede ser de 230 % la normal. Éstas características hacen que este tipo de rotor sea muy interesante frente al rotor de jaula de ardilla simple. Es el más Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General empleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sin necesidad de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejor estabilidad. Rotor con ranura profunda Es una variante del rotor de jaula de ardilla simple, pero se le denomina rotor de ranura profunda. Sus características vienen a ser iguales a la del rotor de jaula simple. Es usado para motores de bajapotencia que necesitan realizan continuos arranques y paradas. Rotor de anillos rozantes Se denominan rotores de anillos rozantes porque cada extremo del bobinado está conectado con un anillo situado en el eje del rotor. Las fases del bobinado salen al exterior por medio de unas escobillas que rozan en los anillos. Conectando unas resistencias externas a las escobillas se consigue aumentar la resistencia rotórica, de esta forma, se logra variar el par de arranque, que puede ser, dependiendo de dichas resistencias externas, del 150 % y el 250 % del par normal. La intensidad nominal no supera las 2 veces la intensidad nominal del motor. Transformador electrico Los transformadores eléctricos han sido uno de los inventos más relevantes de la tecnología eléctrica. Sin la existencia de los transformadores, sería imposible la distribución de la energía eléctrica tal y como la conocemos hoy en día. La explicación es muy simple, por una cuestión de seguridad no se puede suministrar a nuestros hogares la cantidad de Kw que salen de una central eléctrica, es imprescindible el concurso de unos transformadores para realizar el suministro doméstico. Sabiendo la importancia del transformador para la vida moderna, pasemos a definir qué es exáctamente el transformador. El transformador básico es un dispositivo eléctrico construido con dos bobinas acopladas magnéticamente entre sí, de tal forma que al paso de una corriente eléctrica por la primera bobina (llamada primaria) provoca una inducción magnética que implica necesariamente a la segunda bobina (llamada secundaria) y provocando con este principio físico lo que se viene a llamar una transferencia de potencia. También se puede definir de la siguiente manera, aunque esta nueva definición hace hincapié en su funcionalidad: El transformador es un dispositivo eléctrico que utilizando las propiedades físicas de la inducción electromagnética es capaz de elevar y disminuir la tensión eléctrica, transformar la frecuencia (Hz), equilibrar o desequilibrar circuitos eléctricos según la necesidad y el caso específico. Transportar la energía eléctrica desde las centrales generadoras de la electricidad hasta las residencias domésticas, los comercios y las industrias. Dicho Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General dispositivo eléctrico también es capaz de aislar circuitos de corriente alterna de circuitos de corriente continua. Inducción en una bobina. Para poder entender como funciona un transformador, un motor eléctrico u otro dispositivo o máquina eléctrica basada en bobinas, se hace necesario explicar como se produce el fenómeno de inducción eléctrica y, sobretodo, comprender como sucede la transferencia de potencia o energía.

En el dibujo podemos observar una bobina de N vueltas con un núcleo de aire, alimentada con una fuente de alimentación Eg de corriente alterna. La bobina tiene una reactancia y, como tal, absorbe una intensidad Im. Si la resistencia de la bobina es mínima, tenemos que la siguiente ecuación: Im=Eg/Xm , donde Xm representa la reactancia de la bobina. La intensidad Im se encuentra desfasada 90° respecto a la tensión Eg, mientras que el flujo Φ, se encuentra en sintonía con la intensidad. Esto es algo que ocurre en todos los circuitos inductivos. La intensidad Im al paso por la bobina, crea una fuerza magnetomotriz o líneas de fuerzas electromotices que, a su vez, generan un flujo Φ. Al ser la alimentación de tensión alterna, se genera flujos de pico, es decir, flujos máximos :Φmax y flujos mínimos Φmin. Pero aquí solamente nos interesan losΦmax. El flujo, a su vez genera una tensión eficaz E. Tanto la tensión eficaz E y la tensión aplicada Eg, tienen que ser iguales, porque como se puede observar en el dibujo, las dos tensiones se encuentran en las mismas líneas de alimentación. Así tenemos que la ecuación que define las dos tensiones sería: Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General E=Eg=4,44*f*N*Φmax Donde f representa la frecuencia; N el número de vueltas de la bobina; y el4,44 es una constante cuyo valor exacto (para los sibaritas) es= 2*Π/√2. La ecuación nos explica, que con una tensión Eg constante, el flujo Φ será constante.

Sin embargo, si introducimos un núcleo de hierro en el interior de la bobina, las condiciones cambian, algo que resulta muy relevante para la funcionalidad de los transformadores y sus diversos tipos. En esta nueva situación, si la tensión Eg se mantiene constante, el flujo Φmaxse matendrá constante y, por tanto, Eg=E. Hasta aquí no hay una diferencia entre núcleo de aire y el núcleo de hierro. Pero lo que si que cambia, significativamente, es la Im. Con un núcleo de hierro, la Im disminuye o es más baja. Y esto sucede, porque se necesita una fuerza magnetomotriz mucho menor para producir el mismo flujo Φmax. El funcionamiento del transformador básico. Hasta ahora hemos analizado como se comporta una sola bobina a la que se le induce una corriente eléctrica. Ahora vamos a realizar otro análisis para conocer qué sucede cuando se acoplan dos bobinas magnéticamente, es decir, cómo funciona un transformador.


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Fisica General

Como podemos observar en el dibujo, tenemos una fuente de alimentación de tensión o corriente alterna Eg, dos bobinas (una llamada primaria y la otra llamada secundaria, con N vueltas o espiras, una tensión inducida en la bobina secundaria que denominamos E2, un flujo total ΦT que es la suma de dos flujos: el flujo mutuo Φm1 que corresponde al flujo que acopla magnéticamente a las dos bobinas más el flujo Φf1 que incide únicamente en la bobina primaria. La tensión E1 continua siendo igual a la tensión Eg. Y, también, hemos de indicar que se trata de un transformador en vacio porque no tiene una carga, además de que las dos bobinas están con un núcleo de aire. Es lo que se viene a denominar un transformador básico o elemental. Las tensiones existentes en el circuito son dos. Entre los puntos 1 y 2 y, entre los puntos 3 y 4. Esto quiere decir, que entre cualquier otra combinación de puntos no existe tensión. Así que podemos decir, que las bobinas se encuentran aisladas en términos eléctricos. El flujo Φm1 enlaza con su campo magnético las dos bobinas generando de esta forma una tensión E2. El flujo Φf1 solamente incide sobre las espiras de la bobina primaria y la podemos denominar como flujo de dispersión. El flujo ΦT es el flujo total, es decir la suma Oscar Eliezer Hernández Contreras

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Fisica General de los otros dos flujos. En el caso que las bobinas esten muy separadas, el flujo Φm1 es muy reducido y estaremos hablando de un acoplamiento de bobinas débil. Sin embargo, si juntamos las dos bobinas, el flujo Φm1 aumenta respecto al flujo ΦT y abremos conseguido un acoplamiento entre bobinas óptimo. Esta es la razón, por el cual, en la mayoría de los transformadores industriales se realizan los devanados de las bobinas uno encima del otro, para conseguir mejorar el acoplamiento. Falta indicar, que con un acoplamiento débil, no solamente disminuye el flujo Φm1, también se reduce la tensión E2. Sin embargo, al acercar las dos bobinas, se aumenta el flujo Φm1 y, por tanto, se aumenta la tensión E2. Así, que la relación entre el flujo Φm1 y la tensión E2 es proporcional. El coeficiente de acoplamiento. El acoplamiento entre las bobinas primaria y secundaria es una medida física y, por lo tanto, se puede calcular. El calculo se realiza con la siguiente ecuación:

K=Φm1/ΦT ;en donde K es el coeficiente y no tiene unidades.


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Fisica General Concluciones

Las maquinas electricas son de suma importancia en la actualidad, debido a las diferentes aplicaciones industriales a los que son sometidas, por ello es de necesidad primordial, el conocimiento detallado de su principio de funcionamiento y se deben tomar en cuenta todas las fallasque se presentan para el correcto funcionamiento de los mismos. El objetivo de la presente investigacion fue conoser y presentar de manera breve y resumida, la clasificacion de 5 motores de las maquinas electricas, su comportamiento de cada una y la clasificacion de cada una y sus aplicaciones.

Referencias

http://html.rincondelvago.com/maquinas-electricas_2.html http://www.upz.edu.mx/assets/uploads/imagenes/paginas/normal/Manual_de_practicas_de_ Maq_Elec.pdf http://es.scribd.com/doc/21619790/Conceptos-Maquinas-Electricas#outer_page_16


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Aplicaciones en Maquinas Alectricas

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