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IES PEDRO SIMÓN ABRIL (ALCARAZ) Máquinas Eléctricas. Principios generales Tecnología Industrial II Bachillerato de Ciencias y Tecnología
7.1. Introducción Máquina eléctrica es: todo conjunto de mecanismos capaces de generar, aprovechar o transformar la energía eléctrica.  ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Unidad 7. Máquinas eléctricas  Las máquinas eléctricas juegan actualmente un papel fundamental en nuestras vidas. En los últimos tiempos han sufrido espectaculares avances en lo que respecta a tipos, potencias y exigencias constructivas y funcionales Generador Sistema mecánico Medio de acoplamiento Sistema eléctrico Motor
7.2. Principios fundamentales del magnetismo Unidad 7. Máquinas eléctricas  A) Campo magnético:  el generado por un imán o corriente eléctrica al perturbar el espacio que los rodea. Este campo se puede hacer visible por la existencia de fuerzas actuantes sobre agentes de prueba tales como limaduras de hierro, agujas imantadas,… El campo magnético se representa mediante líneas de  líneas de fuerza o de inducción , cuya dirección coincide con la del vector inducción magnética.  Una  carga eléctrica en reposo  produce un campo eléctrico caracterizado por  líneas de fuerza  y por la magnitud vectorial  E  ( intensidad de campo  en cada punto). Una  carga eléctrica en movimiento  genera, además del  campo eléctrico , uno  magnético , caracterizado por las  líneas de inducción  y la magnitud vectorial  B , análoga a la intensidad de campo eléctrico, que se denomina  inducción magnética , cuya unidad en el S.I es la  tesla  (T). Los  campos magnéticos  con idéntica inducción en todos los puntos, se denominan  uniformes  (por ejemplo, entre los polos opuestos de dos imanes situados muy próximos entre sí). Nota: las líneas de inducción se dice que son cerradas ya que salen del polo norte del imán y entran en el sur (mientras que en el interior del imán se dirigen del polo sur al norte) Figura 2. Campo Magnético Figura 1. Campo Eléctrico
7.2. Principios fundamentales del magnetismo Unidad 7. Máquinas eléctricas  ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],F= q•V ۠•   B•sen  φ La fuerza de Lorentz es perpendicular al plano determinado por los vectores B y v y su sentido viene dado por la regla de Maxwell. Tesla : inducción de un campo magnético tal que una carga de 1 Culombio, desplazándose perpendicularmente al campo con una velocidad de 1 m/s, experimente una fuerza de 1 Newton.
7.2. Principios fundamentales del magnetismo Unidad 7. Máquinas eléctricas  A.2. Flujo magnético:  es una magnitud escalar relacionada con el número de líneas de inducción que atraviesan una superficie imaginaria situada en el interior de un campo magnético. Matemáticamente es: Donde:  B= valor de la inducción del campo magnético existente dS=  diferencial de superficie Si el campo es uniforme (B = cte) y la superficie es plana siendo  α  el ángulo que forma la dirección del campo con la normal a la superficie El flujo magnético (  ) se expresa en el S.I. en webers (Wb) (1 Wb= 1 T•m 2 ) A.3. Fuerza del campo magnético sobre una corriente rectilínea:  Consideramos un conductor metálico, por el que circula una corriente I, en el seno de un campo magnético B. La longitud del conductor es L y la velocidad media con la que circulan los electrones es v, por tanto el tiempo que emplean en atravesar el campo magnético será t = L/v La fuerza de Lorentz sería:   y  como  nos quedaría que  = ∫B• dS F= q•V ۠•   B•sen  φ q= I • t = I • L/v F= I•L ۠•   B• sen  φ    = B• S•cos  α
7.2. Principios fundamentales del magnetismo Unidad 7. Máquinas eléctricas  A.4. Acción del campo magnético sobre una espira:  como consecuencia de la acción del campo sobre los conductores se va a generar un par cuyo momento de giro se puede determinar como: Expresión que también es válida para espiras circulares o con  cualquier otra forma. Siendo  I= intensidad de corriente (A) B= inducción magnética (T) S= superficie limitada por la espira (m 2 ) Si se tratara de una bobina o solenoide (conjunto de N espiras superpuestas e idénticas) el momento sería: A.5. Fuerza electromotriz: Siempre que varía el flujo magnético a través de un circuito cerrado se origina en él una  fuerza electromotriz inducida  que es:  la producida en un circuito inerte (sin generador) mediante la variación del número de líneas de inducción que atraviesan la superficie limitada por él.  El circuito donde se origina la corriente se denomina  inducido  y el cuerpo que crea el campo magnético,  inductor  (imán, electroimán, bobina recorrida por corriente alterna (transformador)…) Mediante la  Ley de Faraday  establecemos: Siendo  ε : fuerza electromotriz en Voltios (V)  = flujo magnético en webers (Wb) t= tiempo en segundos (s) M= I•B• S• sen  φ M= N•I•B• S• sen  φ ε= - N •  d  dt
7.2. Principios fundamentales del magnetismo Unidad 7. Máquinas eléctricas  ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Son corrientes eléctricas, cerradas sobre sí mismas, originadas por la inducción en los conductores macizos cuando varía el flujo magnético que los atraviesa. El sentido de las corrientes inducidas es tal que con sus acciones electromagnéticas, se oponen a las causas que las producen.
7.3. Constitución general de una máquina eléctrica Unidad 7. Máquinas eléctricas  ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
7.3. Constitución general de una máquina eléctrica Unidad 7. Máquinas eléctricas  En todo circuito magnético de una máquina eléctrica se distinguirán los  polos norte , de donde salen las líneas de inducción o líneas de fuerza, y  sur , por donde entran dichas líneas.  Los polos de la máquina son núcleos de hierro rodeados por bobinas.  Dado que el flujo que sale de un polo norte tiene que entrar por un polo sur, es necesario que sean alternativamente de polaridad opuesta, para que las líneas de fuerza se distribuyan adecuadamente. El número total de polos se designa por 2p, siendo p el número de pares de polos de la máquina. Así en las máquinas bipolares 2p=2, tetrapolares 2p=4, hexapolares 2p=6….. El número total de polos de una máquina ha de ser un número par, siendo la mitad de ellos de polaridad norte, y la otra mitad de polaridad sur. 7.4. Clasificación de las máquinas eléctricas rotativas ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
7.5. Potencia de una máquina eléctrica Unidad 7. Máquinas eléctricas  La potencia de la máquina en un momento dado dependerá de condicionantes exteriores (como la potencia eléctrica que suministre el generador de corriente que alimente el circuito o la resistencia de los elementos mecánicos de un motor) por tanto los valores de potencia útil serán variables. Entre todos estos valores habrá uno que caracteriza el funcionamiento de la máquina y que recibe el nombre de  Potencia Nominal. Cuando la máquina trabaja a  potencia nominal  se dice que está a  plena carga. Es la energía desarrollada por la máquina en la unidad de tiempo. 7.6. Balance energético. Pérdidas. ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],En una máquina eléctrica el principal factor que limita la potencia es el calentamiento al que se pueden ver sometidos sus componentes. P = R•I 2 Siendo : P= potencia (W) R= resistencia ( Ω ) I= intensidad corriente (A)
Unidad 7. Máquinas eléctricas  Esta expresión es válida para corriente continua y alterna monofásica . En alterna polifásica la expresión a utilizar sería: 7.6. Balance energético. Pérdidas. Siendo:  m= número  de fases del bobinado R f = resistencia de cada fase I f = valor eficaz de la corriente de fase P = m•R f •I f 2 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Unidad 7. Máquinas eléctricas  7.7. Rendimiento de una máquina eléctrica Es la relación que existe entre la potencia útil ( Pu ), suministrada por la máquina y la potencia que absorbe ( Pa ) para su funcionamiento. η =  Pu Pa 7.8. Estabilidad de las máquinas eléctricas Una  máquina eléctrica es estable , cuando, frente a una variación de los valores característicos de su régimen nominal, responde automáticamente con una acción correctora encaminada a restablecer esa marcha nominal. Durante su funcionamiento, las máquinas eléctricas pueden sufrir alteraciones que varían los parámetros de su régimen nominal (velocidad, tensión, potencia útil….). Así y en función de cómo se comporten ante estas situaciones, las máquinas eléctricas pueden ser  estables o inestables. 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.

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  • 1. IES PEDRO SIMÓN ABRIL (ALCARAZ) Máquinas Eléctricas. Principios generales Tecnología Industrial II Bachillerato de Ciencias y Tecnología
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  • 3. 7.2. Principios fundamentales del magnetismo Unidad 7. Máquinas eléctricas A) Campo magnético: el generado por un imán o corriente eléctrica al perturbar el espacio que los rodea. Este campo se puede hacer visible por la existencia de fuerzas actuantes sobre agentes de prueba tales como limaduras de hierro, agujas imantadas,… El campo magnético se representa mediante líneas de líneas de fuerza o de inducción , cuya dirección coincide con la del vector inducción magnética. Una carga eléctrica en reposo produce un campo eléctrico caracterizado por líneas de fuerza y por la magnitud vectorial E ( intensidad de campo en cada punto). Una carga eléctrica en movimiento genera, además del campo eléctrico , uno magnético , caracterizado por las líneas de inducción y la magnitud vectorial B , análoga a la intensidad de campo eléctrico, que se denomina inducción magnética , cuya unidad en el S.I es la tesla (T). Los campos magnéticos con idéntica inducción en todos los puntos, se denominan uniformes (por ejemplo, entre los polos opuestos de dos imanes situados muy próximos entre sí). Nota: las líneas de inducción se dice que son cerradas ya que salen del polo norte del imán y entran en el sur (mientras que en el interior del imán se dirigen del polo sur al norte) Figura 2. Campo Magnético Figura 1. Campo Eléctrico
  • 4.
  • 5. 7.2. Principios fundamentales del magnetismo Unidad 7. Máquinas eléctricas A.2. Flujo magnético: es una magnitud escalar relacionada con el número de líneas de inducción que atraviesan una superficie imaginaria situada en el interior de un campo magnético. Matemáticamente es: Donde: B= valor de la inducción del campo magnético existente dS= diferencial de superficie Si el campo es uniforme (B = cte) y la superficie es plana siendo α el ángulo que forma la dirección del campo con la normal a la superficie El flujo magnético (  ) se expresa en el S.I. en webers (Wb) (1 Wb= 1 T•m 2 ) A.3. Fuerza del campo magnético sobre una corriente rectilínea: Consideramos un conductor metálico, por el que circula una corriente I, en el seno de un campo magnético B. La longitud del conductor es L y la velocidad media con la que circulan los electrones es v, por tanto el tiempo que emplean en atravesar el campo magnético será t = L/v La fuerza de Lorentz sería: y como nos quedaría que  = ∫B• dS F= q•V ۠• B•sen φ q= I • t = I • L/v F= I•L ۠• B• sen φ  = B• S•cos α
  • 6. 7.2. Principios fundamentales del magnetismo Unidad 7. Máquinas eléctricas A.4. Acción del campo magnético sobre una espira: como consecuencia de la acción del campo sobre los conductores se va a generar un par cuyo momento de giro se puede determinar como: Expresión que también es válida para espiras circulares o con cualquier otra forma. Siendo I= intensidad de corriente (A) B= inducción magnética (T) S= superficie limitada por la espira (m 2 ) Si se tratara de una bobina o solenoide (conjunto de N espiras superpuestas e idénticas) el momento sería: A.5. Fuerza electromotriz: Siempre que varía el flujo magnético a través de un circuito cerrado se origina en él una fuerza electromotriz inducida que es: la producida en un circuito inerte (sin generador) mediante la variación del número de líneas de inducción que atraviesan la superficie limitada por él. El circuito donde se origina la corriente se denomina inducido y el cuerpo que crea el campo magnético, inductor (imán, electroimán, bobina recorrida por corriente alterna (transformador)…) Mediante la Ley de Faraday establecemos: Siendo ε : fuerza electromotriz en Voltios (V)  = flujo magnético en webers (Wb) t= tiempo en segundos (s) M= I•B• S• sen φ M= N•I•B• S• sen φ ε= - N • d  dt
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  • 12. Unidad 7. Máquinas eléctricas 7.7. Rendimiento de una máquina eléctrica Es la relación que existe entre la potencia útil ( Pu ), suministrada por la máquina y la potencia que absorbe ( Pa ) para su funcionamiento. η = Pu Pa 7.8. Estabilidad de las máquinas eléctricas Una máquina eléctrica es estable , cuando, frente a una variación de los valores característicos de su régimen nominal, responde automáticamente con una acción correctora encaminada a restablecer esa marcha nominal. Durante su funcionamiento, las máquinas eléctricas pueden sufrir alteraciones que varían los parámetros de su régimen nominal (velocidad, tensión, potencia útil….). Así y en función de cómo se comporten ante estas situaciones, las máquinas eléctricas pueden ser estables o inestables. 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.