III UNIDAD MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA IV UNIDAD MÁQUINAS SÍNCRONAS

III UNIDAD MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA IV UNIDAD MÁQUINAS SÍNCRONAS

Ing. Misael Guillermo Díaz

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

III UNIDAD MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA

3.1 FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA El trabajo realizado para mover la carga eléctrica recibe el nombre de fuerza electromotriz (FEM). La FEM es el trabajo que tiene que realizar el generador para que se muevan las cargas del circuito. Sea que la cantidad de carga que pasa por cualquier sección del circuito en un intervalo de tiempo determinado, y T el trabajo realizado por el generador. No hay que confundir el concepto FEM con el de diferencia de potencial. La FEM es la causa del movimiento de las cargas dentro del propio generador, mientras que la diferencia de potencial es la causa del movimiento de las cargas en el resto del circuito. Por tanto, un generador o fuente de FEM es un dispositivo que transforma energía eléctrica. Está se presenta manteniendo constante una diferencia de potencial entre los bornes del generador. Esta diferencia se denomina tensión, se simboliza por V.

LA CORRIENTE ELÉCTRICA En un conductor metálico aislado como, por ejemplo, un trozo de cobre, los electrones más externos de cada átomo se mueven libremente por el metal, es decir, no tienen una dirección privilegiada. Pero si los extremos de ese trozo de cobre los conectamos a una pila eléctrica, aparece un campo eléctrico en su interior y dichos electrones se mueven en la dirección del campo en el sentido de menor a mayor potencial.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS Los efectos de la corriente eléctrica son:  Efecto calorífico, por el paso de corriente.  Efecto magnético, por el paso de corriente.  Efecto luminoso, por el paso de gases y semiconductores.  Efecto químico, por el paso de disoluciones conductoras. Comportamiento Magnético de la Materia A principios de la década de 1830, Michael Faraday obtuvo corriente eléctrica a partir de campos magnéticos variables. Es decir, que a pesar del lento comienzo, en 12 años quedaba consolidado el Electromagnetismo como una ciencia. Electromagnetismo Ley de Ampere: Modelada por André-Marie Ampere en 1826, relaciona un campo magneticoestático con la causa que la produce, es decir, una corriente eléctrica estacionaria. James Clerk Maxwell la corrigió posteriormente y ahora es una de las ecuaciones de Maxwell, formando parte del electromagnetismo de la física clásica. La ley de Ampere-Maxwell es la misma ley corregida por James Clerk Maxwell que introdujo la corriente de desplazamiento, creando una versión generalizada de la ley e incorporándola a las ecuaciones de Maxwell.

Fig. 1 Una corriente eléctrica produce un campo magnético, siguiendo la Ley de Ampere.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS Ley de Faraday: Se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde: "La cantidad de sustancia que se oxida o se reduce en los electrodos de una cuba electrolítica es proporcional a la cantidad de electricidad depositada".

donde E es el campo eléctrico, dl es el elemento infinitesimal del contorno C, B es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y dA de están dadas por la regla de la mano derecha. La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de Integración no cambie con el tiempo. Inductancia: la inductancia (L), es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético (ɸ) y la intensidad de corriente eléctrica (I) que circula por la bobina y el numero de vueltas (N) de el devanado:

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia. PÁGINA 4

MÁQUINAS ELÉCTRICAS El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente I exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas. Esta definición es de poca utilidad porque es difícil medir el flujo abrazado por un conductor. En cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso sólo a través del voltaje V inducido en el conductor por la variación del flujo. Con ello llegamos a una definición de inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión:

El signo de la tensión y de la corriente son los siguientes: si la corriente que entra por la extremidad A del conductor, y que va hacia la otra extremidad, aumenta, la extremidad A es positiva con respecto a la opuesta. Esta frase también puede escribirse al revés: si la extremidad A es positiva, la corriente que entra por A aumenta con el tiempo. En el SI, la unidad de la inductancia es el henrio (H), llamada así en honor al científico estadounidense Joseph Henry. 1 H = 1 Wb/A, donde el flujo se expresa en weber y la intensidad en amperios. El término "inductancia" fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero de 1886, mientras que el Símbolo L se utiliza en honor al físico Heinrich Lenz. Fig. 2 Bobina o Inductor

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3.2 CIRCUITO EQUIVALENTE

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3.3 TIPOS DE GENERADORES (excitación separada, derivación, serie y compuesto) GENERADOR ELÉCTRICO Es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (FEM). Este sistema está basado en la ley de Faraday.

Fig. 3 Generador eléctrico de una fase que genera una corriente eléctrica alterna (cambia periódicamente de sentido), haciendo girar un imán permanente cerca de una bobina.

El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.

CONSTITUCIÓN GENERAL DE LA MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS La constitución de toda máquina eléctrica rotativa (tanto de c.c. como de c.a.) es muy similar. Si sacrificamos un excesivo rigor científico por brevedad y sencillez, describiremos a continuación las partes más relevantes de toda máquina eléctrica rotativa, lo cual nos permitirá conocer tanto sus limitaciones como sus aplicaciones más adecuadas.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS Toda máquina eléctrica rotativa consta de los siguientes

elementos básicos: o INDUCTOR o INDUCIDO o ESCOBILLAS o CARATULA O CARCASA o ENTREHIERRO o COJINETES

Otros sistemas de generación de corrientes eléctricas: No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:  Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.  Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamento. Generadores ideales Desde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales:  Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con Independencia de la resistencia de la carga Rc que pueda estar conectada entre ellos.  Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos. En la Fig. 4 se ve el circuito más simple posible, constituido por un generador de tensión constante E conectada a una carga Rc y en donde se cumpliría la ecuación: E = I×Rc

Fig. 4 Generador de tensión ideal; E = I×Rc

El generador descrito no tiene existencia real en práctica, ya que siempre posee lo que, convencionalmente, ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no realmente una resistencia, en la mayoría de los casos comporta como tal.

la se es se

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS En la Figura 5 se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con lo que la ecuación anterior se transforma en: E = I×(Rc+Ri)

Fig.5 E = I×(Rc+Ri)

Así, un generador real puede como un generador ideal de interna en serie, o bien intensidad en paralelo con una

considerarse en muchos casos tensión con una resistencia como un generador ideal de resistencia.

Fuerza electromotriz de un generador Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega epsilon (ε), y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador. La F.E.M. (ε) se mide en voltios y en el caso del circuito de la Fig. 5, sería igual a la tensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, es dependiente de la carga Rc. La F.E.M. (ε) y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS GENERADORES DE C.C. DÍNAMO

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA DNAMO (CON EXITACIÓN) INDEPENDIENTE

SERIE

SHUNT O DERIVACIÓN

COUMPOND

Los generadores de corriente continua son maquinas que producen tensión su funcionamiento se reduce siempre al principio de la bobina giratorio dentro de un campo magnético. Si una armadura gira entre dos polos magnéticos fijos, la corriente en la armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revolución, y en el otro sentido durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o corriente continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución. En las máquinas antiguas esta inversión se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se aislaban entre sí y servían como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbón se mantenían en contacto con el conmutador, que al girar conectaba eléctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador,

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS cambiando la posición en el momento en el que la corriente invertía su sentido dentro de la bobina de la armadura. Así se producía un flujo de corriente de un sentido en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 voltios. En algunas máquinas más modernas esta inversión se realiza usando aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo rectificadores de diodo. Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo magnético a através del cual se esté moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prácticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o más polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más pequeños para compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la armadura en el flujo eléctrico del campo.

El campo inductor de un generador se puede obtener mediante un imán permanente (magneto) o por medio de un electroimán (dinamo). En este último caso, el electroimán se excita por una corriente independiente o por autoexcitación, es decir,

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS la propia corriente producida en la dinamo sirve para crear el campo magnético en las bobinas del inductor. Existen tres tipos de dinamo según sea la forma en que estén acoplados el inductor y el inducido: en serie, en derivación y en combinación. Los generadores de corriente continua se clasifican según el método que usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del mismo. Un generador de excitado en serie tiene su campo en serie respecto a la armadura. Un generador de excitado en derivación, tiene su campo conectado en paralelo a la armadura. Un generador de excitado combinado tiene parte de sus campos conectados en serie y parte en paralelo. Los dos últimos tipos de generadores tienen la ventaja de suministrar un voltaje relativamente constante, bajo cargas eléctricas variables. El de excitado en serie se usa sobre todo para suministrar una corriente constante a voltaje variable. Un magneto es un generador pequeño de corriente continua con un campo magnético permanente.

Principio de funcionamiento PÁGINA 14


Durante un semiperiodo se obtiene la misma tensión alterna pero, en el semiperiodo siguiente, se invierte la conexión convirtiendo el semiciclo negativo en positivo.

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DINAMO EXCITACIÓN SERIE

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DINAMO DE EXCITACIÓN COMPUESTA (COMPOUND)

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS GENERADOR EN DERIVACIÓN (SHUNT) Siendo el dinamo Shunt una maquina autoexitada, empezara a desarrollar su voltaje partiendo del magnetismo residual tan pronto como el inducido empiece a girar. Después a medida que el inducido va desarrollando voltaje este envía corriente a través del inductor aumentando él número de líneas de fuerza y desarrollando voltaje hasta su valor normal. Voltaje de los dinamos Shunt: Puesto que circuito inductor y el circuito de la carga están ambos conectados a través de los terminales de la dinamo, cualquier corriente engendrada en el inducido tiene que dividiese entre esas dos trayectorias en proporción inversa a sus resistencias y, puesto que la parte de la corriente pasa por el circuito inductor es relativamente elevada, la mayor parte de la corriente pasa por el circuito de la carga, impidiendo así el aumento de la intensidad del campo magnético esencial para producir el voltaje normal entre los terminales.

3.4 MOTORES DC FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ Cuando un motor de corriente continua es alimentado, e lvoltaje de alimentación (Vm) se divide en: - La caída de tensión (voltaje) que hay por la resistencia de los arrollados del motor (debido a la resistencia interna Ra) y... - Una tensión denominada fuerza Contraelectromotriz (FCEM). Ver el siguiente diagrama anterior. Donde: Vm = tensión de entrada al motor (voltios) Ra = resistencia del devanado de excitación (ohmios) Ia = corriente de excitación (amperios / amperes) - Vb = FCEM debido al giro del motor (voltios) Aplicando la ley de tensiones de Kirchoff: Vm = Vb + (Ia x Ra) ó Vb = Vm - (Ia x Ra) Observar de la última ecuación, que cuando sube el valor de la corriente Ia, disminuye el Valor de Vb. La FCEM es proporcional a la velocidad del motor y a la intensidad del campo magnético. Si el motor tiene rotor con imán permanente esta constante es: K = Vb / Nd. Donde: K = constante de FCEM del motor y se expresa en Voltios / rpm. - Nd = Velocidad de giro del motor en rpm

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3.5 TIPOS DE MOTORES D.C. (derivación, excitación separada, serie y compuesto) INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES DC

Un motor de corriente continua es aquel que trabaja o se alimenta de corriente continua. Están formados generalmente por las siguientes partes: Inductor o estator (Arrollamiento de excitación): Es un electroimán formado por un número par de polos. Las bobinas que los arrollan son las encargadas de producir el campo inductor al circular por ellas la corriente de excitación. Inducido o rotor (Arrollamiento de inducido): Es una pieza giratoria formada por un núcleo magnético alrededor del cual va el devanado de inducido, sobre el que actúa el campo magnético.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS Colector de delgas: Es un anillo de láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas. Escobillas: Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector de delgas, permitiendo la unión eléctrica de las delgas con los bornes de conexión del inducido.

Hay cinco principales motores dc de uso general: 1. MOTOR DC DE EXCITACIÓN SEPARADA 2. MOTOR DC CON EXCITACIÓN EN DERIVACIÓN 3. MOTOR DC DE IMÁN PERMANENTE 4. MOTOR DC SERIE 5. MOTOR DC COMPUESTO PÁGINA 21

MÁQUINAS ELÉCTRICAS MOTORES DC CON EXCITACIÓN SEPARADA Y MOTORES EN DERIVACIÓN

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS EXCITACIÓN SEPARADA O INDEPENDIENTE: Son aquellos que obtienen la alimentación del rotor y del estator de dos fuentes de tensión independientes. Con ello, el campo del estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par de fuerza es entonces prácticamente constante. Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se deberán sólo a la disminución de la fuerza electromotriz por aumentar la caída de tensión en el rotor. Este sistema de excitación no se suele utilizar debido al inconveniente que presenta el tener que utilizar una fuente exterior de corriente. EN DERIVACIÓN (SHUNT): Los devanados inducido e inductor están conectados en paralelo y alimentados por una fuente común. También se denominan máquinas Shunt, y en ellas un aumento de la tensión en el inducido hace aumentar la velocidad de la máquina.

MOTORES DC EXCITACIÓN EN SERIE Los devanados de inducido y el inductor están colocados en serie y alimentados por una misma fuente de tensión. En este tipo de motores existe dependencia entre el par y la velocidad; son motores en los que, al aumentar la corriente de excitación, se hace disminuir la velocidad, con un aumento del par. MOTORES DC EXCITACIÓN COMPUESTA (COMPOUND) También llamados compound, en este caso el devanado de excitación tiene una parte de él en serie con el inducido y otra parte en paralelo. El arrollamiento en serie con el inducido está constituido por pocas espiras de gran sección, mientras que el otro está formado por un gran número de espiras de pequeña sección. Permite obtener por tanto un motor con las ventajas del motor serie, pero sin sus inconvenientes. Sus curvas características serán intermedias

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS entre las que se obtienen con excitación serie y con excitación en derivación. Existen dos tipos de excitación compuesta. En la llamada compuesta adicional el sentido de la corriente que recorre los arrollamientos serie y paralelo es el mismo, por lo que sus efectos se suman, a diferencia de la compuesta diferencial, donde el sentido de la corriente que recorre los arrollamientos tiene sentido contrario y por lo tanto los efectos de ambos devanados se restan.

3.6 CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES D.C CARACTERÍSTICA PAR-VELOCIDAD DE UN MOTOR Un motor en marcha se define de forma que su velocidad y su par-motor (es decir, su momento de fuerzas, M) está determinado por la llamada característica de carga o característica par-velocidad, un gráfica donde en ordenadas serepresenta el par-motor (M) y en abscisas la velocidad (n) A la curva en cuestión se le denomina característica nominal. En la gráfica de la derecha se representa la curva característica de tres motores distintos.

RECUERDA: el par-motor o momento de fuerzas se define como el producto de la fuerza que interviene en el giro y la distancia desde el eje hasta el punto de aplicación de la fuerza. Hay que diferenciar dos tipos de funcionamiento de un motor electrico:

par-motor

en

el

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS Par interno (Mi): Se debe a la carga que el motor absorbe. Las fuerzas magnéticas inducidas sobre los conductores que forman el inducido (valga la redundancia) hacen girar el rotor de la máquina. Pues bien, cada una de estas fuerzas determina su correspondiente momento y , dado que todas la fuerzas deben ejercer su acción en el mismo sentido, el momento de rotación de la máquina vendrá dado por la suma de todos esos momentos elementales. Par resistente (Mr): Se debe a la fuerza resistente que se opone al movimiento del motor, son fuerzas de oposición al arrastre del motor. En la imagen anterior se observan algunos clásicos micromotores DC (Direct Current) o también llamados CC (corriente continua) de los usados generalmente en robótica. Los hay de distintos tamaños, formas y potencias, pero todos se basan en el mismo principio de funcionamiento. Accionar un motor DC es muy simple y solo es necesario aplicarla tensión de alimentación entre sus bornes. Para invertir el sentido de giro basta con invertir la alimentación y el motor comenzará a girar en sentido opuesto. A diferencia de los motores paso a paso y los servomecanismos, los motores DC no pueden ser posicionados y/o enclavados en una posición específica. Estos simplemente giran a la máxima velocidad y en el sentido que la alimentación aplicada se los permite. Aunque el precio de un motor de corriente continua es considerablemente mayor que el de un motor de inducción de igual potencia, existe una tendencia creciente a emplear motores de corriente continua en aplicaciones especiales. La gran variedad de la velocidad, junto con su fácil control y la gran flexibilidad de las características par-velocidad del motor de corriente continua, han hecho que en los últimos años se emplee éste cada vez más con maquinas de velocidad PÁGINA 25

MÁQUINAS ELÉCTRICAS variable en las que se necesite amplio margen de velocidad y control fino de las mismas. Existe un creciente número de procesos industriales que requieren una exactitud en su control o una gama de velocidades que no se puede conseguir con motores de corriente alterna. El motor de corriente continua mantiene un rendimiento alto en un amplio margen de velocidades, lo que junto con su alta capacidad de sobrecarga lo hace más apropiado que el de corriente alterna para muchas aplicaciones. Los motores de corriente continua empleados en juguetes, suelen ser del tipo de imán permanente, proporcionan potencias desde algunos vatios a cientos de vatios. Los empleados en giradiscos, unidades lectoras de CD, y muchos discos de almacenamiento magnético son motores en los que el rotor es de imán fijo y sin escobillas. En estos casos el inductor, esta formado por un juego de bobinas fijas, y un circuito electrónico que cambia el sentido de la corriente a cada una de las bobinas para adecuarse al giro del rotor. Este tipo de motores proporciona un buen par de arranque y un eficiente control de la velocidad. Una última ventaja es la facilidad de inversión de marcha de los motores grandes con cargas de gran inercia, al mismo tiempo que devuelven energía a la línea actuando como generador, lo que ocasiona el frenado y la reducción de velocidad.

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3.7 PUESTA EN MARCHA DE MOTORES DE D.C. 3.8 FRENADO DINÁMICO. PAR Y EFICIENCIA ARRANQUE O PUESTA EN MARCHA Es el momento de conexión del motor a la red eléctrica de alimentación. Para que el motor pueda arrancar, es preciso que venza la resistencia que ofrecen los rozamientos. El momento de fuerzas de rotación desarrollado por el motor en ese instante recibe el nombre de par interno de arranque (Mia) que debe ser mayor que el par resistente (Mra) que se da en el mismo momento. De no ser así, el motor no se pondría en marcha.

ACELERACIÓN Es el periodo que sigue a la puesta en marcha. Durante ese tiempo, la velocidad aumenta por lo que se exige al motor el máximo par que es capaz de dar, ya que debe vencer el par resistente y contrarrestar el par interno.

MARCHA DE RÉGIMEN O RÉGIMEN NOMINAL Esta fase se alcanza cuando su velocidad bajo la carga nominal es constante (n=constante). En estas condiciones, el par motor (Mi) desarrollado es igual y de signo contrario al par resistente de la carga, y el motor se encuentra en el punto P. En ese momento Mi = Mr Definimos pues: valor nominal como el valor en el que normalmente funciona la máquina. En ese momento el motor a velocidad constante. En la gráfica de la izquierda, se observa como en el instante inicial (n=0) el parinterno de arranque es muy superior al par resistente de arranque.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS Esto provoca que la velocidad del motor aumente. A medida que aumenta, el par resistente de arranque va disminuyendo, mientras que par resistente de arranque aumenta. En el momento que sean iguales (punto P). Se alcanza una situación estable en la que la se alcanza el régimen nominal y la velocidad se mantiene.

ESTABILIDAD DE FUNCIONAMIENTO El funcionamiento de un motor puede ser estable o inestable. Un motor tiene un régimen estable cuando al variar su velocidad, el desequilibrio provocado por una perturbación desaparece porque el motor tiende a volver a su valor inicial. Si la velocidad tiende a aumentar, el par motor debe ser inferior al par resistente, pero si la velocidad disminuye, el par motor debe ser superior al par resistente. Una máquina eléctrica es inestable cuando frente a una variación de los valores característicos de su régimen nominal, responde automáticamente con una acción que refuerza esa alteración, alejándola aún más del régimen nominal. La alteración puede ser:  Disminuye la velocidad (Δn<0): En un motor estable debe aumentar el par motor interno para que sea superior al resistente. (ΔMi > Δmr).  Aumenta la velocidad (Δn>0): En un motor estable debe disminuir el par motor interno para que sea inferior al resistente. (ΔMi < Δmr).

PÉRDIDAS EN LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS Una fracción de la energía eléctrica suministrada se pierde en forma de calor: son las pérdidas. Las hay de tres tipos:

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS  Pérdidas mecánicas: Aquellas originadas por el rozamiento del aire, los cojinetes y diversos elementos mecánicos.  Pérdida en los conductores: Aquellas que ocurren solamente en los devanados que son recorridos por la corriente. Las pérdidas se dan en forma de calor por el efecto Joule.  Pérdidas en el hierro: Son de tipo magnético y se deben a la variación del flujo. Destacan: Corrientes de Foucault: corrientes inducidas en materiales metálicos que reaccionan contra el campo que las induce y tiende a oponerse a la variación de flujo. Histéresis: Se debe a la imanación que permanece provocada previamente por otro campo magnético. Ejemplo: una aguja de acero bajo un campo magnético se comporta como un imán aunque desaparezca el campo magnético que lo imanó. Son estos procesos de imanación y desimanación los que se dan en un motor eléctrico y provocan pérdidas.

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IV UNIDAD MÁQUINAS SÍNCRONAS La generación, transmisión y distribución de energía eléctrica se efectúa a través de sistemas trifásicos de corriente alterna. Las ventajas que se obtienen en los sistemas trifásicos con respecto a los monofásicos son:  Ahorro de materiales en equipos, líneas de transmisión y distribución.  Generación de campos magnéticos rotantes (Principio de funcionamiento de los motores).  Potencia instantánea constante (Lo cual hace que los motores tengan una marcha más suave y silenciosa)

4.1 PRINCIPIO Y ANÁLISIS DE UN GENERADOR SÍNCRONO Los dos principios fundamentales en los que se basa cualquier máquina que transforma la energía mecánica en energía eléctrica (generador electromagnético) son los siguientes:  Cuando un conductor que se encuentra situado en el interior de un campo magnético se mueve de tal forma que corta líneas de flujo magnético, se genera en él una fuerza electromotriz (fem).  Al circular una corriente eléctrica a través de un conductor situado dentro de un campo magnético, se produce una fuerza mecánica que tiende a mover al conductor en dirección perpendicular a la corriente y al campo magnético.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS 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 consta 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. El rotor también conocido como inductor, pues es la parte que induce el voltaje en el estator. El núcleo del rotor es construido de lámina troquelada de acero al silicio, material de excelentes características magnéticas, con la finalidad de evitar pérdidas por histéresis y corrientes parasitas. El yugo es una pieza continua con zapata polar, para así eliminar la dispersión del flujo por falsos contactos magnéticos. En la zapata polar se hacen barrenos para alojar el devanado amortiguador en jaula de ardilla, diseñado con el objeto de reducir armónicas en la forma de onda que entrega el generador. El rotor gira concéntricamente en el eje del generador a una velocidad sincrónica de 1500 revoluciones por minuto (RPM) para 50 Hz (1800 RPM para 60 Hz).

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