MAQUINAS ELECTRICAS

MAQUINAS ELECTRICAS
MODULO DE AUTOAPRENDIZAJE
V1-25-08-2015
SESION 1: INTRODUCCION DE A LOS PRINCIPIOS DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS
1. DEFINICION DE MAQUINAS ELECTRICAS
Las Máquinas Eléctrica son 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.
Básicamente son tres las principales máquinas eléctricas: EL GENERADOR, EL MOTOR Y EL
TRANSFORMADOR. A continuación se muestran dos figuras de representación y la interacción de éstas
máquinas vs la energía.
Fig. 1 Simbología y tipos de energía de las máquinas eléctricas.
Fig. 2. Flujos de energía de las máquinas eléctricas
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Ingeniero en Energía-Mecánico Electricista
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2. EL CAMPO MAGNÉTICO
Denominado también INDUCCIÓN MAGNÉTICA = FLUJO MAGNETICO
Un campo magnético es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas
eléctricas (flujo de la electricidad).
La forma de actuar los campos magnéticos se deduce de las Leyes de MAXWELL y los parámetros
correspondientes a los diferentes materiales magnéticos recorridos por dichos campos.
Se desprecian la interacción de las corrientes de desplazamiento en las leyes de MAXWELL, debido a
que las frecuencias de 50Hz y 60Hz usados en las máquinas eléctricas son realmente bajas y en
consecuencia se considera la conversión casi estática, para todos los efectos del cálculo.
El flujo magnético (representado por la letra griega fi Φ), es una medida de la cantidad de magnetismo,
y se calcula a partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y el ángulo de incidencia
formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes elementos de dicha superficie. La unidad
de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se designa por Wb (motivo por
el cual se conocen como weberímetros los aparatos empleados para medir el flujo magnético). En el
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sistema cegesimal se utiliza el maxwell (1 weber =10 maxwells).
Se denomina flujo magnético a la cantidad de líneas de fuerza que pasan por un circuito magnético.
Si el campo magnético B es vector paralelo al vector superficie de área S, el flujo Φ que pasa a través
de dicha área es simplemente el producto del valor absoluto de ambos vectores:
………ec. 1
En muchos casos el campo magnético no será normal a la superficie, sino que forma un ángulo θ con la
normal, por lo que podemos generalizar un poco más tomando vectores:
………ec. 2
Vectores normales a una superficie dada.
Generalizando aún más, podemos tener en cuenta una superficie irregular atravesada por un campo
magnético heterogéneo. De esta manera, tenemos que considerar cada diferencial de área:
………ec. 3
A continuación se muestra las siguientes figuras que muestran el flujo magnético por una espira y el
vector normal del campo magnético a una superficie dada.
Fig. 3 Flujo magnético por una espira.
Fig. 4 Vectores normales a una superficie dada
La unidad de medida en el Sistema Internacional de la superficie o área por donde atraviesa el flujo
magnético es en m², entonces según la ec. 1, la unidad de medida el campo magnético B es Wb/m²,
conocido como TESLA
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En el Sistema Inglés la unidad de medida del flujo magnético Φ es el Maxwell = Linea, la superficie se da
en inch², la unidad de medida el campo magnético B es Maxwell/inch²
Al campo magnético B también se le conoce con la densidad del flujo magnético resultante producido
dentro de un material.
3. 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”.
Según la Ley de Ampere, la integral tangencial de “H” a lo largo de la trayectoria cerrada “L”, es igual a la
corriente encerrada por la trayectoria. Cuando la trayectoria cerrada es atravesada “N” veces por la
corriente “I”, entonces un total de NI ampere atraviesa la trayectoria cerrada, la cual produce una
intensidad “H”, con ello la Ley de Ampere para una bobina de “N” espiras establece:
∫ H dL= N I
….. ec. 4
Donde:
I = Ampere (A)
L = Longitud media cerrada o de la trayectoria
(m)
N = Número de vueltas o espiras
H = Intensidad de campo magnético en
Ampere-vuelta/m = Ampere-espira/m
Fig.5 Campo magnético producido por una corriente que recorre N vueltas
La Intensidad del campo magnético H es la medida del esfuerzo que hace una corriente total NI para
crear un campo magnético. El flujo del campo Φ producido, depende del material del cual está hecho el
medio por el cual atraviesa el campo magnético, este medio se le conoce como núcleo, definido como
material del núcleo
La relación entre la intensidad del campo magnético H y la densidad de flujo magnético B resultante
dentro del material está dada por la siguiente ecuación:
B=μH
………ec. 5
μ es la permeabilidad magnética del material, representa la facilidad relativa que presenta un material
para que en él se establezca un campo magnético, cuya unidad es Wb/A-V.m
CONCLUSION:
El campo magnético producido por la corriente “NI”, es definida por su Intensidad “H”, su
Densidad “B” y la Magnitud de Flujo “Φ” , la cual recorre una trayectoria cerrada promedio “L”
de sección transversal “A” de un núcleo de material magnético (hierro) cuya permeabilidad es
“μ”.
A continuación se muestra la relación de estas variables en un núcleo magnético sencillo:
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Fig. 6 Núcleo magnético sencillo
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Fig. 7 Densidad de flujo en el núcleo magnético
4. PRINCIPIOS DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS
La manera como el campo magnético 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 de un campo magnético, en
dicho conductor se induce un voltaje. Esta es la base de la ACCION GENERADORA
5. PRACTICA DE COMPROBACION
I.
Completar los siguientes cuadros:
Variable
Simbolo
Unidad S.I
Unidad Inglesa
Corriente Eléctrica
Flujo Magnético
Area o Superficie
Campo Magnético
Permeabilidad magnética
Intensidad de Campo Magnético
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MAQUINA ELECTRICA
ENERGIA ENTRADA
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ENERGÍA SALIDA
MOTOR
GENERADOR
TRANSFORMACION
II.
Desarrollar
1. Cómo se produce un campo magnético, que nombre tiene la ley que lo produce
2. Cuál es la relación entre el campo magnético y la corriente
3. Cuál es la relación entre la Intensidad de Campo magnético, densidad del flujo magnético y flujo
magnético.
III. Marque la(s) alternativas correctas
1. La unidad de medida del campo magnético es:
a) Wb/m²
b) A-V/m
c) Kl/inch²
d) Wb
e)Tesla
2. El tipo de energía que recibe un generador es del tipo :
b) Mecánica Lineal
b) Mecánica Rotativa
c) Calor
d) Eléctrica
3. Para funcionar una máquina eléctrica, se utiliza básicamente el:
c) Campo Eléctrico
b) Campo Magnético
c) La Resistencia
d) N.A
4. Para funcionar una máquina eléctrica, se utiliza básicamente el:
d) Campo Eléctrico
b) Campo Magnético
c) La Resistencia
d) N.A
5. Se origina un campo magnético o se induce un campo, por:
e) La corriente
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b) las espiras
c) el núcleo
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d) la tensión
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