UNAMAD: CIRCUITOS Y MAQUINAS ELECTRICAS: 8. i@402 clase 09jul13

CONcEptoS generales de
maquinas ELECTRICAS
Ing° Saúl Montalván Apolaya
C.I.P. 72943
saulmontalvanapolaya@yahoo.es

1. INTRODUCCION
En temas anteriores estudiamos la tensión y corriente en el
dominio del tiempo [V(t) e I(t)] y circuitos eléctricos, que
estudia el voltaje y la corriente en el dominio de la
frecuencia, también hemos aprendido a través de los
circuitos acoplados magnéticamente los principios básicos
del fenómeno de la inducción magnética.
Estos principios son aplicados a las maquinas eléctricas que
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.
09/07/2013 Circuitos y Máquinas Eléctricas 2

1. INTRODUCCION
Cuando un dispositivo se usa para convertir energía
mecánica en energía eléctrica se le llama GENERADOR
ELÉCTRICO.
Cuando convierte energía eléctrica en energía mecánica se
le llama MOTOR ELÉCTRICO.
Cuando convierte energía eléctrica de corriente alterna
con un nivel de voltaje, se le denomina TRANSFORMADOR
ELÉCTRICO, en la cual la variación de las corrientes es en
forma inversa a los voltajes, pero, manteniendo la potencia
prácticamente constante.

En la siguiente figura se muestra el aspecto de un alternador
trifásico elemental. Aquí se han situado tres bobinas repartidas
equitativamente en el ESTATOR de la maquina. Dado que el
estator es circular y que abarca un ángulo total de 360°, cada
bobina se sitúa cada 360°/3 = tres bobinas repartidas, tal como
se muestra en la figura. En el ROTOR se sitúa una rueda polar
que produce el campo magnético inductor.
Al girar la rueda polar a una cierta velocidad, al igual que
ocurría con los alternadores monofásicos, el campo magnético
corta los conductores de las bobinas y en ellos se induce una
fuerza electromotriz que se presenta en bornes del alternador
como una tensión dispuesta para ser aprovechada por
cualquier receptor.

Dado que existen tres bobinas independientes, en cada una de ellas se
induce una f.e.m. del mismo valor eficaz y frecuencia que sigue las
variaciones de la función senoidal. Como cada una de las bobinas está
situada en el ESTATOR cada 120°, las tensiones que aparecen en bornes de
cada una de las bobinas también quedan desfasadas 120° una de la otra.

En la siguiente figura se muestra la evolución de las tres
tensiones en función del ángulo de giro de la rueda polar. Aquí
vemos situado en el origen a la tensión VR; 120° después
situamos a la tensión VS y otros 120° después la tensión VT.

ESTRUCTURA

LA MAQUINA DE C.C.

EL INDUCTOR

EL INDUCIDO

Esquema del motor de C.C.

1. INTRODUCCION
Las características particulares de las máquinas eléctricas
es la presencia de una entrada y una salida.
La entrada esta constituida por los órganos a través de las
cuales la maquina recibe la energía del exterior bajo una
forma dada, y
La salida está constituida por los órganos a través de las
cuales la energía se entrega bajo una forma distinta, salvo
el caso de los transformadores que cumplen la función de
transformar las características de utilización de la energía
eléctrica (V e I), sin cambiar su esencia.

1. INTRODUCCION
En resumen, las maquinas eléctricas son aquellas en las cuales al
menos una de las formas de energía recibida o entregada es de
naturaleza eléctrica:
G E N E R A D O R
Entrada:
Energía mecánica
Salida:
Energía eléctrica (V e i)
M O T O R
Entrada:
Energía eléctrica
Salida:
Energía mecánica
TRANFORMADOR
Entrada:
Energía eléctrica primaria
Salida:
Energía eléctrica secundaria
(V e i)
(Vp e ip)
(Vs e is)
ip ≠ is
Vp ≠ Vs
RPM
RPM

2. CLASIFICACIÓN DE LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS
2.1 Según el tipo de corriente eléctrica con la cual operan.
A) Maquinas de corriente continua:
– Generadores de corriente continua.
– Motores de corriente continua.
B) Maquinas de corriente alterna:
– Generadores de corriente alterna.- Pueden ser constructivamente
monofásicas o trifásicas por razones técnicas y económicas de acuerdo
con la estructura de los sistemas eléctricos. También pueden ser
síncronas o asíncronas, siendo de uso mayoritario y preferencial
generadores síncronos.
– Motores electricos de corriente alterna.- Pueden ser
constructivamente monofásicas o trifásicas. También pueden ser
síncronas o asíncronas (de inducción) y a diferencia de los generadores
los motores asíncronos son los mas usados.
– Transformadores eléctricos.

2.2 Clasificación moderna de las maquinas eléctricas.
Las maquinas eléctricas se pueden clasificar generalmente como:
A) Maquinas eléctricas estáticas:
Son dispositivos que para realizar conversión de energía no requieren del movimiento
de una de sus partes y fundamentalmente son los transformadores, los convertidores
e inversores.
– Transformadores eléctricos.- Son maquinas estáticas de corriente alterna cuya función
es transformar entre las terminales de entrada y las de salida los voltajes y corrientes,
conservando la misma potencia, o sea, elevando o bajando los dos parámetros
fundamentales que caracterizan a una potencia eléctrica, es decir, voltaje y la
corriente, permaneciendo constante la potencia:
– Convertidores eléctricos.- Transforman la corriente alterna en continua.
– Inversores eléctricos.- Transforman la corriente continua en alterna.
TRANFORMADOR
S = V1I1 S = V2I2
S = V1I1 = V2I2, puesto que: si V1 > V2  I1 < I2
si V1 < V2  I1 > I2

B) Maquinas eléctricas rotativas:
o maquinas eléctricas propiamente dichas, son maquinas electro–magnético–mecánicas,
que convierten energía mediante un movimiento giratorio (rotativo) de una de sus
partes constitutivas y son los GENERADORES y MOTORES.
– Generadores eléctricos:
Son máquinas que transforman la energía mecánica en energía eléctrica de corriente
alterna o continua.
Cuando se produce corriente alterna los generadores se llaman ALTERNADORES.
Cuando se produce corriente continua toman el nombre de DINAMO.
En general los generadores eléctricos generan energía eléctrica a partir de otras formas
de energía.
La entrada del generador esta constituida por un eje de rotación (eje del rotor) en donde
se aplica la energía mecánica producida por turbinas hidráulicas, de vapor o de motores
de combustión interna; y la salida del generador está constituida por unos terminales
fijos por los cuales sale la energía eléctrica generada y que se conecta con la red externa
que se llevará dicha energía hasta lugares de utilización.

– Generadores eléctricos:
Las características eléctricas principales de un generador son: el voltaje generado entre terminales y la
corriente que se puede entregar.
Los generadores de corriente alterna pueden ser constructivamente monofásicas (1) o trifásicas (3) aun
cuando en la práctica la mayoría son trifásicas (3) por razones técnicas y económicas de acuerdo con la
estructura de los sistemas eléctricos. También pueden ser síncronas o asíncronas, siendo la mayoría los
GENERADORES SÍNCRONOS.
– Motores electricos de corriente alterna:
Los motores eléctricos son maquinas giratorias que transforman la energía eléctrica en energía mecánica,
es decir, que la energía eléctrica, esta en posición de dar movimiento a una parte giratoria que se conoce
como ROTOR y que transmite su movimiento a otros órganos mecánicos que accionan a las maquinas
sobre las cuales actúan.
La entrada de los motores eléctricos está constituida físicamente por los terminales de conexión a través
de las cuales recibe la energía eléctrica de la red y la salida es el eje de rotación (eje del rotor) a través de
la cual entrega energía mecánica en forma de movimiento de rotación al sistema mecánico requerido por
el hombre, o sea, que tiene funcionamiento opuesto en cierto modo a la de los generadores.
Los motores también pueden ser:
Motores de corriente continua o simplemente máquinas de corriente continua.
Motores de corriente alterna, se tienen los llamados motores síncronos y los motores asíncronos (o de
inducción) y que constructivamente pueden ser monofásicos (1) o trifásicos (3). A diferencia de los
generadores los motores asíncronos (o de inducción) son los mas usuales.

3. generación, transmisión, distribución y
utilización de la energía eléctrica.
Estos tres tipos de maquinas eléctricas (generadores, motores y transformadores)
son los que han transformado la industria contemporánea y son los componentes
mas usuales de la vida moderna. Pero la energía eléctrica a diferencia de otras
formas de energía pueden ser trasladadas a grandes distancias, es decir, desde los
lugares de generación hasta los lugares de utilización.
El conjunto de los elementos que generan, transforman, transmiten, distribuyen y
utilizan la energia eléctrica se conoce como “sistemas eléctricos de potencia”.
Generadores en el sistema.- Los generadores reciben energía mecánica (en forma
de rotación) en el eje de su parte retorica y la transforman en energía eléctrica a
una determinada tensión de generación (VG) y corriente de generación (IG) y la
entrega a través de sus terminales (salida eléctrica) a la red exterior, pero debido a
que altas corrientes no se puede transmitir por los cables de transmisión,
entonces se hará necesariamente una transformación de la tensión de generación
hasta altas tensiones de transmisión (Vt) y las altas corrientes de generación hasta
bajas corrientes transportables (It) por los cables de alta tensión.

Transformadores en el sistema.- Su función es adecuar el voltaje (bajar o
subir según sea el caso) necesario para la transmisión y el uso de la energía
eléctrica.
Para la transmisión, el transformador recibe de los terminales del
generador una tensión generada (VG) y una alta corriente generada (IG) y
las transforma en una alta tensión de transmisión (Vt) y una baja corriente
transportable (It) por los cables a largas distancias hasta llegar a lugares de
utilización.
En la zona de utilización actuara otro transformador con la finalidad de
bajar la tensión, es decir, la alta tensión de transmisión (Vt) que recibe en
sus terminales de entrada, lo transforma en tensiones aptas para la
utilización (Vu) y en consecuencia las bajas corrientes en las líneas de
transmisión se transforman en grandes magnitudes de corriente de
utilización (Iu), las que serán distribuidas adecuadamente al usuario. Tal
como se aprecia en el siguiente esquema:

Estructura de un sistema eléctrico de potencia.

Motores en el sistema.- En los lugares de utilización, los motores reciben la energía
eléctrica en sus terminales de entrada y la convierten en energía mecánica (en
forma de movimiento) que entrega a través del eje de su parte rotorica al usuario.
En nuestro hogar, por ejemplo, los motores eléctricos que accionan congeladoras,
ventiladores, aspiradoras, etc.; en la industria, preparan la fuerza motriz para casi
todas las herramientas.
En el esquema siguiente representamos un proceso completo sobre sistemas
eléctricos de potencia.
Energía
mecánica
RPM
Generador
Energía eléctrica
de voltaje
V1
Transformador:
Cambia nivel de
voltaje.
Energía eléctrica
de voltaje
V2
Motor
Energía
mecánica
RPM
Prácticamente en todas las máquinas eléctricas estáticas (transformadores) y
maquinas eléctricas rotativas (motores y generadores) se emplean materiales
magnéticos para guiar los campos magnéticos que actúan de intermediarios en la
transmisión y conversión de energía. Estos materiales son los que llamamos
núcleos o el hierro de la maquina.

CAJAS DE BORNES

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