Maquinas Eléctricas

ING. Carlos Patiño chaves.

Investigación.

Emmanuel Marín Vicente

I.M

Numero de Control #13430123

24, agosto de 2015

1) conceptos

VOLTAJE:

El Voltaje o la “diferencia potencial eléctrica” es una comparación de la energía que experimenta una carga entre dos ubicaciones.

Para comprender este concepto de forma más simple, pensemos en un material con una carga eléctrica de más electrones de lo que sus átomos pueden sostener (ionizado negativamente) y un material carente de electrones (ionizado positivamente).

El voltaje es el diferencial eléctrico entre ambos cuerpos, considerando que si ambos puntos establecen un contacto de flujo de electrones ocurriría una transferencia de energía de un punto al otro, debido a que los electrones (con carga negativa) son atraídos por protones (con carga positiva), y a su vez, que los electrones son repelidos entre sí por contar con la misma carga.

La corriente

Eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.

Potencia eléctrica:

La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado, si la energía

fuese un líquido, la potencia seria los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene.

Reactancia inductiva

En electrónica y electrotecnia, se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) y condensadores, se mide en Ohmios y su símbolo es Ω. Junto a la resistencia eléctrica determinan la impedancia total de un componente o circuito, de tal forma que la reactancia (X) es la parte imaginaria de la impedancia (Z) y la resistencia (R) es la parte real, según la igualdad:

Reactancia inductiva

La reactancia inductiva es representada por   y su valor viene dado por:

En la que:

 = Reactancia inductiva en ohm = Inductancia en henrios = Frecuencia en Hertz = Frecuencia angular

Reactancia capacitiva

La reactancia capacitiva se representa por   y su valor viene dado por la fórmula:

En la que:

= Reactancia capacitiva en ohm = Capacidad eléctrica en farad = Frecuencia en Hertz = Frecuencia angular

2) MEDICIONES ELECTRICAS

Factorimetro:

Se le denomina factor de potencia al cociente entre la potencia activa entre la potencia aparente.En condiciones normales las instalaciones de tipo residencial o comercial no tienen problema con el factor de potencia. No es común en instalaciones de este tipo hacer mediciones de este parámetro. No sucede lo mismo en instalaciones de tipo industrial.Al igual que en los casos anteriores los factorímetros pueden ser: analógicos y digitales.Aunque los factorímetros pueden ser conseguidos como unidades individuales y portátiles, también pueden ser fijos, o bien formar parte de otros aparatos de medición.Las cargas puramente resistivas no generan problemas con el factor de potencia.El factor de potencia (f.p.) no tiene unidades, se concibe solo como un número que muestra el aprovechamiento efectivo

Amperímetro (ampere meter).Los Amperímetros miden la cantidad de corriente existente en una instalación.Cuando se trata de amperímetros fijos o de los portátiles que tienen cables de conexión, el procedimiento implica ponerlos en serie dentro del circuito.

Además de la clasificación anterior, los amperímetros pueden ser fijos o portátiles, también los hay del tipo tenaza (amperímetros de gancho), en cualquier caso, las mediciones que pueden hacerse son en Amperes (A), mili Amperes (mA) y micro Amperes (μA).

Voltímetro (volt meter).

Como su nombre lo indica este aparato permite conocer el voltaje existente en un circuito.Para ello debe conectarse en paralelo con la carga o sistema del cual se quiere conocer su tensión.Tensión, voltaje, diferencia de potencial y fuerza electromotriz, significan esencialmente la misma cosa: fuerza capaz de mover a los electrones libres de un conductor.Los voltímetros pueden registrar volts y mili volts. Cuando se trata de unidades mayores entonces se utilizan transformadores de potencial que permiten reducir los niveles de tensión a valores manejables por los aparatos.

Multímetro.Un Multímetro es un aparato que permite efectuar mediciones eléctricas diversas, de corriente, voltaje, resistencia, frecuencia y en algunos casos capacitancia, temperatura y diodos.

Megohmetro (megger).Utilizado a nivel industrial, el Megohmetro o megger es un aparato que permite establecer la resistencia de aislamiento existente en un conductor o sistema de tierras.Funciona en base a la generación temporal de una sobre corriente eléctrica la cual se aplica al sistema hasta que se rompe su aislamiento, al establecerse un arco eléctrico.El megger es un instrumento del tipo de los ohmímetros, en el que el valor de la resistencia que se mide se registra directamente sobre una escala y esta indicación es independiente de la tensión. Consta de dos partes principales:Un generador de corriente continúa de tipo magnetoeléctrico, movido generalmente a mano o electrónicamente (Megger digital), que suministra la corriente para llevar a cabo la medición, y el mecanismo del instrumento por medio del cual se mide el valor de la resistencia que se busca.

Osciloscopio (osciloscopio).

El Osciloscopio es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos. Por ejemplo en el caso de los televisores, las formas de

las ondas encontradas de los distintos puntos de los circuitos están bien definidas, y mediante su análisis podemos diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento.Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y los utilizan desde técnicos de reparación de televisores hasta médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de variables, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica)

3) leyes de ohm, Kirchhoff, Lenz y Faraday.

Ley de ohm

La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simón Ohm, es una ley de la electricidad. Establece que la diferencia de potencial   que aparece entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente   que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica  ; que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre   e :

Leyes de Kirchhoff

1era ley

La corriente entrante a un nodo es igual a la suma de las corrientes salientes. Del mismo modo se puede generalizar la

primera ley de Kirchhoff diciendo que la suma de las corrientes entrantes a un nodo son iguales a la suma de las corrientes salientes.

S e g u n d a L e y d e K i r c h h o f f

En un circuito cerrado, la suma de las tensiones de batería que se encuentran al recorrerlo siempre será iguales a la suma de las caídas de tensión existente sobre los resistores.

Ley de Lenz

La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.

El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por:

Dónde:

 = Flujo magnético. La unidad en el SI es el weber (Wb). = Inducción magnética. La unidad en el SI es el tesla (T). = Superficie definida por el conductor. = Ángulo que forman el vector   perpendicular a la superficie

definida por el conductor y la dirección del campo.

Si el conductor está en movimiento el valor del flujo será:

A su vez, el valor del flujo puede variar debido a un cambio en el valor del campo magnético:

En este caso la Ley de Faraday afirma que la tensión inducida ℰ en cada instante tiene por valor:

Ley de Faraday

La ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley 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 magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde

4) Circuitos polifásicos y circuitos magnéticos

Los voltios polifásicos son generados en la misma forma que los monofásicos.

Un sistema polifásico está formado por varios monofásicos, desplazados en fase de tiempo uno con respecto al otro e interconectados.

Circuitos trifásicos equilibrados.

Partiendo de la explicación de la generación de desfases, si se conectan tres alambres para terminales a,b y c y uno para la conexión común a´b´c´, tendremos un sistema

llamado trifásico, el cual se muestra en la figura 5-3 ,mientras que ne la figura 5-4 observamos el diagrama vectorial-

En este sistema se usa ahora extensamente para redes de C-A.

En la figura 5-4 están mostrados los voltios llamados de fase o voltaje de línea a neutro. Estos son llamados el voltaje en ´´Y´´. Estos voltajes, en condiciones balanceadas, están definidamente relacionados con lo voltajes de fase, como se muestra a continuación.

E ba= Ebn +Ena

Esta combinación se muestra en la figura 5-5 donde se supone que E es la magnitud del voltaje desfase. De aquí que el voltaje de línea, en la conexión trifásica en estrella, es igual a raíz de 3 por el voltaje de fase y forma un Angulo de 30° o de 150° con los voltajes de

fase .

Cuando el sistema esta balanceado, las corrientes en las tres fases son todas de igual magnitud y defieren solamente por 120° en fase de tiempo.

La corriente de alambre neutral se obtiene mediante la aplicación de la ley de Kirchhoff referente a la corriente, así:

Si el sistema esta balanceado Ina, Inb e Ino son de igual magnitud y están desplazadas una con otra en fase de tiempo por 120°, como se muestra en la figura 5-6

En estas condiciones, es natural que la corriente del neutro sea cero, puesto que Ina + Inc =0

FASE MONOFASICA

Un sistema monofásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por una única corriente alterna o fase y por lo tanto todo el voltaje varía de la misma forma. La distribución monofásica de la electricidad se suele usar cuando las cargas son principalmente de iluminación y de calefacción, y para pequeños motores eléctricos. Un suministro monofásico conectado a un motor eléctrico de corriente alterna no producirá un campo magnético giratorio, por lo que los motores monofásicos necesitan circuitos adicionales para su arranque, y son poco usuales para potencias por encima de los 10 kW. El voltaje y la frecuencia de esta corriente dependen del país o región, siendo 230 y 115 Voltios los valores más extendidos para el voltaje y 50 o 60 Hercios para la frecuencia

4) Circuito magnético

Se denomina circuito magnético a un dispositivo en el que las líneas de fuerza del campo magnético están canalizadas a través de un material generalmente ferromagnético, lo que hace que el campo magnético se fluya, casi exclusivamente, por dicho material.

Las formas de estos dispositivos varían dependiendo de su función, aunque nosotros trataremos circuitos con simetrías simples, tales como la Figura 1, para facilitar el cálculo.

Figura 1

Excitación

La excitación o alimentación no es más que la fuente de corriente con la cual se genera el flujo del circuito.

Esta fuente de suministro puede ser de muchos tipos dependiendo de la utilidad del dispositivo. Por lo general se utiliza corriente alterna aunque en algunos casos también la continúa.

Bobinado

El bobinado rodea el núcleo, tiene forma de solenoide y somete al núcleo a un campo magnético constante en toda su sección, en una dirección que dependerá de la corriente. Es importante en el bobinado el número de espiras N.

Figura 2

Núcleo

El núcleo está diseñado para transportar el flujo creado por la corriente en el bobinado. Suele estar fabricado con materiales ferromagnéticos que tienen una permeabilidad mucho más alta que el aire o el espacio y por tanto, el campo magnético tiende a quedarse dentro del material.

Figura 3

A la hora de escoger o calcular el núcleo como se verá es importante tanto la sección S como la longitud l.

Entrehierro

El entrehierro no es más que una zona donde el núcleo o camino del flujo sufre un salto o discontinuidad que se traduce en una zona con baja permeabilidad. Se representa tal y como se muestra en la Figura 4.