Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) Tema 4 Principios Generales de las Máquinas Eléctricas Damián Laloux, 2001 Índice Q Q Q Q Q Q Q Definiciones Conversión de energía en las máquinas eléctricas Clasificación de las máquinas eléctricas Elementos constructivos básicos Descripción de las máquinas Balance energético y rendimiento Valores nominales y placa de características Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 1 Damián Laloux, 2001 1 Definiciones Q máquina: (del Diccionario de la R.A.E) – 2. [f.] Conjunto de aparatos combinados para recibir cierta forma de energía y transformarla en otra más adecuada, o para producir un efecto determinado. Q Son máquinas eléctricas aquellas en las que se produce conversión de energía electromagnética o electromecánica. T4 - 2 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) Damián Laloux, 2001 Conversión de energía en las máquinas eléctricas Ley de Ampère Ni = ∫ H ⋅ dl Ley de Faraday E=N dΦ dt ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA MOTOR GENERADOR TRANSFORMADOR ENERGÍA ELÉCTRICA Ley de Laplace F = i ⋅ (l × B) ENERGÍA MECÁNICA Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 3 Damián Laloux, 2001 2 Clasificación de las máquinas eléctricas MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS ROTATIVAS (Transformadores) (Motores y Generadores) de alterna motores de continua generadores (alternadores) motores generadores (dinamos) T4 - 4 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) Damián Laloux, 2001 Clasificación de las máquinas eléctricas (II) TRANSFORMADORES de Medida o Protección de Tensión de Potencia de Intensidad Monofásicos Transformadores Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) Autotransformadores Trifásicos Transformadores T4 - 5 Autotransformadores Damián Laloux, 2001 3 Clasificación de las máquinas eléctricas (III) MÁQUINAS ROTATIVAS DE ALTERNA Motores de Inducción (asíncronos) Trifásicos Generadores (Alternadores) Universales Monofásicos de rotor bobinado de condensador de jaula de fase partida Síncronos Monofásicos Monofásicos Trifásicos de histéresis Trifásicos de rotor liso de rotor liso de polos salientes de polos salientes de reluctancia de espira de sombra T4 - 6 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) Damián Laloux, 2001 Clasificación de las máquinas eléctricas (IV) MÁQUINAS ROTATIVAS DE CONTINUA Generadores (Dinamos) Motores de excitación shunt de excitación shunt de excitación serie de excitación serie de excitación compound de excitación compound de excitación independiente de excitación independiente Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 7 Damián Laloux, 2001 4 Elementos constructivos básicos Q Q “El Hierro”: uno o dos núcleo(s) de material ferromagnético laminado que constituye(n) el circuito magnético. “El Cobre”: al menos dos devanados de material conductor arrollados alrededor del núcleo: – Devanado inductor – Devanado inducido Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 8 Damián Laloux, 2001 Transformadores monofásicos Acorazado De columnas Fuente: Fraile, 92 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 9 Damián Laloux, 2001 5 Transformadores trifásicos Núcleo de un transformador trifásico de tres columnas Fuente: Fraile, 92 T4 - 10 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) Damián Laloux, 2001 Máquinas asíncronas (de inducción) Rotor Estator Fuente: Fraile, 92 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 11 Damián Laloux, 2001 6 Máquinas síncronas Rotor de polos salientes Rotor cilíndrico Fuente: Fraile, 92 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 12 Damián Laloux, 2001 Máquina de continua Arrollamiento inductor Arrollamiento del inducido Arrollamiento del polo auxiliar Colector de delgas Culata Núcleo polar Cabeza polar Inducido (rotor) Polo auxiliar Escobilla Pie Fuente: Fraile, 92 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 13 Damián Laloux, 2001 7 Motor de inducción con rotor de jaula de ardilla Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 14 Damián Laloux, 2001 Motor de inducción con rotor bobinado Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 15 Damián Laloux, 2001 8 Balance energético: Pérdidas Q Pérdidas en el cobre: PCu = ∑ R jI 2j Q Pérdidas en el hierro: PFe = k Fe U 2 – Por histéresis: j Phist = k h f B 2M – Por corrientes de Foucault: PF = k Ff 2 B 2M Pérdidas mecánicas: Q – Por rozamiento: Proz = k r ω – Por ventilación: Pvent = k v 2ω2 o bien Pvent = k v3ω3 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 16 Damián Laloux, 2001 Rendimiento Q Rendimiento de una máquina eléctrica: (igual que para cualquier otro sistema) η= Pútil P Potencia útil = = salida Potencia total Pútil + Ppérdidas Pentrada Se suele dar en porcentaje Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 17 Damián Laloux, 2001 9 Valores nominales Son los valores asignados a las distintas Q magnitudes en el diseño. Suelen estar relacionados con valores máximos. Si no, son indicativos de los valores que toman las magnitudes correspondientes. Definen el punto de funcionamiento “normal” de la máquina. Q Q Q Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 18 Damián Laloux, 2001 Placa de características Q En ella aparecen los valores nominales: – Tensión(es) nominal(es): UN, o UN1 / UN2 – Potencia nominal: SN o PN – Frecuencia nominal: fN – Intensidad nominal, si es necesario: IN – Velocidad nominal: nN – Factor de potencia nominal: cos ϕN – Rendimiento nominal: ηN Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 19 Damián Laloux, 2001 10 Placa de características (II) Q También se añade información adicional: – Fabricante, modelo, nº de serie; – Modo de refrigeración (IC XxxXxx); – Grado de protección (IPxx); – Clase de aislamiento (Y, A, B, C, H...); – Clase de servicio: • Ininterrumpido, • Intermitente, • Temporal, etc... Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 20 Damián Laloux, 2001 Tensión nominal Q Q Q Está relacionada con el nivel de aislamiento de la máquina y/o la intensidad o el flujo del campo magnético. ( ⇒ valor máximo) Es la tensión de la red de conexión. En trifásica se trata de la tensión compuesta. Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 21 Damián Laloux, 2001 11 Intensidad nominal Relacionada con el calentamiento de la máquina y la sección de los conductores. ( ⇒ valor máximo) Indica la carga máxima soportable. Superarla implica sobrecalentar la máquina, y dependiendo del tiempo... Superarla mucho puede suponer esfuerzos dinámicos destructivos. Q Q Q Q T4 - 22 Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) Damián Laloux, 2001 Potencia (aparente) nominal Q Es bastante común proporcionar la potencia nominal junto con la tensión nominal en lugar de la intensidad nominal. – En monofásica: SN = U N I N – En trifásica: SN = 3 U N I N Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 23 Damián Laloux, 2001 12 Potencia (activa) nominal Q Q Q En los motores, la potencia nominal es la potencia mecánica en el eje cuando el motor está a plena carga. ( ⇒ valor máximo) Superarla implica sobrecalentar el motor al consumir más corriente. Se suele dar en kW o en CV. – 1 CV ≈ 736 W Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) T4 - 24 Damián Laloux, 2001 13