17/12/2013 Profesor: Msc. César López Aguilar 1
TRANSFORMADOR
MOTOR
BIBLIOGRAFIA
FITZGERAL,Kinsgley,MáquinasEléctricas,México,Ed.McGraw-Hill,2004
ENRIQUEZHARPER,Gilberto,ElABCdelasMáquinasEléctricasI,México,E
d.Limusa,2004
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GUTIERREZ,Agustín,TeoríayAnálisisdeMáquinasEléctricas,UNI-
FIEE,Perú,2000
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KOSOW,Irving,MáquinasEléctricasyTransformadores,Ed.PrenticeHall,M
éxico,1993.
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http://www.ilustrados.com/
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CONCEPTOS GENERALES DE MAQUINAS
ELÉCTRICAS INTRODUCCIÓN
En los cursos previos como es el de CIRCUITOS
ELECTRICOS, hemos estudiado la Tensión y Corriente
en el dominio del tiempo y de la frecuencia, hemos
aprendido a través de los circuitos acoplados
magnéticamente los principios básicos del fenómeno de la
inducción electromagnética.
Estos principios son aplicados a las máquinas eléctricas
que son unos dispositivos empleados en la conversión
de la energía mecánica a energía eléctrica, energía
eléctrica a energía mecánica y en la transformación
de la energía eléctrica con un nivel de voltaje a una
energía eléctrica con otro nivel de voltaje, mediante
la acción de un campo magnético.
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Componentes a
través de los
cuales recibe la
energía del
exterior bajo
forma dada
MáquinaEléctrica
ENTRADA
Componentes a
través de las cuales
la energía se
entrega bajo una
forma distinta
salvo el caso de los
transformadores
SALIDA
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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
SEGÚN EL TIPO DE CORRIENTE ELÉCTRICA CON LA CUAL OPERAN
A.-Máquinas de Corriente Continua
Generadores de Corriente Continua
Motores de Corriente Continua
B.-Máquinas de Corriente Alterna
Generadores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos;Síncrono/Asíncrono)
Motores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ;Síncrono/Asíncrono)
Transformadores Eléctricos
CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA
A.- Micromáquinas.-Cuya potencia varía de décimas de watt
hasta 500w. Estas máquinas trabajan tanto en C.A. como en C.C.,
así como a altas frecuencias (400-200Hz).
B.- De pequeña potencia.-.0.5-10 kW. Funcionan tanto en c.a.como en c.c .y, en frecuencia normal(50-60Hz ó más).
C.- De potencia media.- 10kW hasta varios cientos de kW.
D.- De gran potencia.- Mayor de100kW. Por lo general las
máquinas de media y gran potencia funcionan a frecuencia
industrial.
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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
CLASIFICACIÓN POR FRECUENCIA DE GIRO
De baja velocidad : con velocidad menor de 300 r.p.m.;
De velocidad media : (300 -1500 r.p.m.);
De altas velocidades : (1500 -6000 r.p.m.);
De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).
Las micro máquinas se diseñan para velocidad es de algunos r.p.m. hasta 6000 r.p.m.
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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
• CLASIFICACIÓN MODERNA DE LAS MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
A.-Máquinas Eléctricas Estáticas
• Transformadores Eléctricos
• Convertidores e Invertidores
B.-Máquinas Eléctricas Rotativas
• Generadores Eléctricos
• Motores Eléctricos (De Corriente Continua / De
Corriente Alterna)
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NIVELES DE TENSIÓNNorma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos
(D.S. Nº 020-97-EM)
Existen 04 Niveles de Tensión:
Muy Alta Tensión : >100 KV
Alta Tensión : [30 Kv, 100 KV>
Media Tensión : <1 KV, 30 KV>
Baja Tensión : <1 KV
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R.M.N°091-2002-EM/ VME.- Aprueban Norma DGE-Terminología en Electricidad y Norma DGE-Símbolos Gráficos en Electricidad( 2002-03-30)
GENERADOR MOTOR
TRANSFORMADORCambia el Nivel de
Voltaje
Energía MecánicaRPM
Energía Eléctrica de VoltajeV2
Energía Eléctrica deVoltajeV1
Energía MecánicaRPM
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CARACTERÍSTICAS COMUNES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
• Es necesario definir las características fundamentalesde las máquinas eléctricas:
1.Potencia
2.Tensión
3.Corriente
4.Factor de Potencia
5.Frecuencia
6.Rendimiento
7. El campo magnético
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1.POTENCIA
En general es la potencia útil, que entrega o produce unamáquina eléctrica en sus terminales de salida. De allí que, laPOTENCIA ÚTIL en los Generadores y Transformadores es la“POTENCIA ELÉCTRICA” lo que comúnmente llamamos potenciaen los bornes, mientras que en los Motores es la “POTENCIAMECÁNICA”, llamado también potencia en el eje.
POTENCIA NOMINALEs la potencia útil disponible que entrega o produce en régimen
nominal (condiciones específicas de diseño: T°<75°C, duración defuncionamiento) una máquina eléctrica. A condiciones diferentesse llama POTENCIA ÚTIL o POTENCIA DE TRABAJO.
POTENCIA NOMINAL = POTENCIA A PLENA CARGA
POTENCIA NULA = TRABAJA EN VACIO
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LA POTENCIA QUE FIGURA EN LAS PLACAS CARACTERISTICAS SON LAS POTENCIAS NOMINALES
POTECIA NOMINAL DE UN
GENERADOR
POTECIA NOMINAL DE UN
MOTOR
POTECIA NOMINAL DE UN
TRANSFORMADOR
Potencia Aparente en los bornes del
Secundario
Potencia Aparente en los bornes del
Secundario
Potencia Mecánica disponible en el eje
de Salida
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POTENCIA ELECTRICA = POTENCIA APARENTE
POTENCIA APARENTE(S)
• Es la Potencia Eléctrica Total de una máquinaeléctrica que involucra tanto a la Potencia Activacomo la Potencia Reactiva.
• Sistema Monofásico S=VxI
• Sistema Trifásico S=√3xVxI
• La unidad es el VOLTIO–AMPERIO(VA)
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POTENCIA ACTIVA (P)
Es la parte de la Potencia Eléctrica que realmente se transforma en el accionamiento mecánico (Potencia Mecánica) viceversa.
Sistema Monofásico P = V x I x cosθ
Sistema Trifásico P = √3 x V x I x cosθ
La unidad es el WATT (W)
P = (F x V x 0,736 ) / 75
P= Potencia Activa en kW F= Fuerza Tangencial en Kg
V= Velocidad Periférica en m/s
P= (F x Πx 2 x r x n x 0,736 ) / (75 x 60)
P= Potencia Activa en KW F= Fuerza Tangencial en Kg
r= Radio del eje de rotación o de la polea en m
n= N° de revoluciones por minuto
P = (HPx0,746 ) / (η)
P= Potencia Activa en kW HP= Potencia Mecánica en HP
η= Eficiencia de la Máquina17/12/2013 Profesor: Msc. César López Aguilar 16
POTENCIA REACTIVA (Q)
Es la parte de la Potencia Eléctrica que crea los campos magnéticos.
Sistema Monofásico Q = V x I x senθ
Sistema Trifásico Q = √3 x V x I x senθ
La unidad es el VOLTIO AMPERIO REACTIVO (VAR)
Potencia Reactiva Capacitiva o Potencia ReactivaSuministrada
Potencia Reactiva Inductiva o Potencia Reactiva Absorbida
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2.-TENSIÓNEs la diferencia de potencial entre los bornes de salida eléctrica en
generadores y transformadores, y bornes de entrada en losmotores.
En servicio normal la tensiones función de la carga, en algunoscasos dependen de los órganos reguladores adicionales.
TENSIÓN NOMINAL(VN)Es aquella para la cual la máquina ha sido diseñada (o
dimensionada). Es la que figura en la placa y para la cual valen lasgarantías del fabricante.
TENSIÓN DE SERVICIO(V servicio)
Es el valor de la tensión en los bornes de la máquina cuando estáen servicio, es decir, es la tensión que va ha ceder si es generadoro recibir y ceder si es transformador o recibir si es motor, en ellugar donde se instalan.
V servicio máximo admisible = 1,15 VN
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• 3.-CORRIENTENOMINAL
• Sistema Monofásico I= WN/ (VN x cosθ)
• Sistema Trifásico I= WN/ (√3 x VN x cosθ)
• Si la máquina se sobrecarga la corrientesobrepasa de un 10% a 15% su valor nominal.
• La Corriente de Arranque llega a valores de 2 IN
a 5 IN.
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• 4.-FACTORDEPOTENCIA(cosθ)
• Es la relación entre la potencia activa y lapotencia aparente, siempre que las tensionesy las corrientes sean sinusoidales.
cosθ= P / S
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• 5.-FRECUENCIA(f)
• Es el numero de oscilaciones periódicas completasde la onda fundamental durante un segundo.
• En los generadores de corriente alterna la frecuenciaesta dada por:
f = P. n / 60
• P=Par de polos de la máquina
• n=revoluciones por minuto(RPM)
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• 6.-RENDIMIENTO(η)
• Es la relación entre la potencia suministrada y la potencia absorbida por la máquina.
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7.-EL CAMPO MAGNÉTICO
Denominado también INDUCCIÓN MAGNÉTICA oDENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO.
Un campo magnético es un campo de fuerza creado comoconsecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de laelectricidad).
La forma de actuar los campos magnéticos se deduce de lasLeyes de MAXWELL y los parámetros correspondientes a losdiferentes material es magnéticos recorridos por dichoscampos.
Se desprecian la interacción de las corrientes dedesplazamiento en las leyes de MAXWELL, debido a que lasfrecuencias de 50Hz y 60Hz usados en las máquinaseléctricas son realmente bajas y consecuencia se considerala conversión casi estática, para todos los efectos del cálculo.
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A partir de lo expuesto, la manera como el campo actúa en las
diferentes máquinas eléctricas, se pueden describir mediante los
cuatro principios básicos:
1. Al circular corriente por un conductor se produce un campo magnético
alrededor de él. Esta es la base de la PRODUCCION DE CAMPO
MAGNÉTICO.
2. Si a través de una espira se pasa un campo magnético variable con el
tiempo, se induce un voltaje en dicha espira. Esta es la base de la
ACCION TRANSFORMADORA.
3. Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro de un
campo magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor. Esta
es la base de la ACCION MOTOR.
4. Cuando un conductor en movimiento se encuentra inmerso dentro deun campo magnético, en dicho conductor se induce un voltaje. Esta esla base de la ACCION GENERADORA
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PRODUCCIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO
La Ley Básica que gobierna la producción de un campo magnético, por
una corriente eléctrica es la Ley de Ampere que establece lo siguiente:
“AL CIRCULAR UNA CORRIENTE ELECTRICA “I”POR UN CONDUCTOR
SE PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO DE INTENSIDAD “H”
ALREDEDOR DE EL”
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EN CONCLUSIÓN:
Según la Ley de Ampere, la integral tangencial de “H” a lo largo de latrayectoria cerrada “l”, es igual a la corriente encerrada por latrayectoria. Cuando la trayectoria cerrada es atravesada “N” vecespor la corriente “I”, entonces un total de NI amperios atraviesa latrayectoria cerrada, la cual produce una intensidad “H”, con ello laLey de Ampere para una bobina de “N” espiras establece:
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CONCLUSIÓN:
• El campo magnético producido por lacorriente “NI”, es definida por su Intensidad“H”, su Densidad “B” y la Magnitud de Flujo“φ” , la cual recorre una trayectoria cerradapromedio “lm” de sección transversal “A” deun núcleo de material magnético (hierro) cuyapermeabilidad es “μ”.
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MATERIALES MAGNÉTICOS
Desde el punto de vista de sus propiedades magnéticas, los cuerpos se clasifican netamente en tres grupos.
1. Materiales Fuertemente Magnéticos o Ferromagnéticos
2.-Materiales Paramagnéticos
3.-Materiales Diamagnéticos
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MATERIALES FERROMAGNÉTICOS
Los Materiales Ferromagnéticos tienen vales de “μr”,MUY MAYORES a la unidad por lo tanto contribuyennotablemente a la obtención de ALTAS densidades deflujo (B), con intensidades de campo (H)RELATIVAMENTE PEQUEÑAS.
Los Materiales Ferromagnéticos que se encuentranen la naturaleza son tres: EL HIERRO, EL NIQUEL Y ELCOBALTO.
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PRACTICA DE AUTOCOMPROBACION
1. Defina una máquina eléctrica.
2. Cuales son las principales máquinas eléctricas.
3. Cuál es la diferencia entre un transformador y un motor.
4. Cuál es la diferencia entre un generador y un motor eléctrico.
5. Una bomba, un compresor, son máquinas eléctricas. Porqué.
6. Realice una clasificación de máquina de corriente alterna.
7. El transformador inspeccionado en el laboratorio, a qué tipo de nivelde potencia y tensión corresponde. El transformador de la UNS a quétipo de nivel de potencia y tensión corresponde.
8. Los motores que se encuentran en el laboratorio, indicar a que nivelde potencia corresponde y a tipo de frecuencia de giro. De manerasimilar indique para el motor de la máquina La pulpeadora.
9. Cuál es la simbología empleada para un motor, transformador y motortrifásico, según la norma DGE 091-2022.
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PRACTICA DE AUTOCOMPROBACION
10. Cuáles son las características comunes de las máquinas eléctricas,indique un valor.
11. Qué indica la potencia nominal de un Generador, Un Transformador yun Motor. En qué parte de la máquina se consigna este valor.
12. Para una máquina eléctrica, defina la Potencia Aparente, PotenciaActiva y potencia Reactiva. Cuales son sus unidades.
13. En que lugar se mide la tensión de un Generador, Un Transformadory un Motor. En qué parte de la máquina se consigna este valor.
14. Cuál es la diferencia entre tensión nominal y tensión de servicio delas máquinas eléctricas
15. Cuales son los valores nominales de las tensiones de las máquinaseléctricas.
16. Cuales son las fuentes de tensión trifásicas nominales en el Perú,realice un esquema.
17. Cuál es el factor de tensión máxima de servicio de una máquinaeléctrica.
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PRACTICA DE AUTOCOMPROBACION
18. Explique la acción transformadora, motor y generador de unamáquina eléctrica.
19. Cuál es la ley Básica que gobierna la producción de un campomagnético producido por una corriente eléctrica.
20. Indicar el nombre y la unidad de medida de los siguientesparámetros.
I, H, B, L, μ, Ф
18. 4. Qué es un material ferromagnético, de algunos ejemplos.
19. 5. Qué es un material no ferromagnético, de algunos ejemplos.
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PRACTICA DE AUTOCOMPROBACION
1. Una máquina eléctrica trifásica, tiene una potencia nominal de 6 HP,un factor de potencia de 0.85 y se conecta a una fuente de tensióntrifásica 220 V. Calcular
a) La corriente nominal en A.
b) La tensión de servicio máxima admisible.
c) La corriente de sobrecarga en A.
d) La corriente de arranque en A.
e) La Potencia aparente y la potencia reactiva.
2. Repetir los cálculos si la máquina se conecta a una fuente de tensióntrifásica de 460 V.
3. Repetir los cálculos si la máquina se conecta a una fuente de tensióntrifásica de 380/220 V.
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