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MÁQUINAS ELÉCTRICAS: ESTÁTICAS Y ROTATIVAS

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Pool Gonzales Quintana

on 2 June 2014

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MAQUINAS ELECTRICAS
Una máquina es un aparato que transforma una energía en otra del mismo o distinto tipo. Las máquinas eléctricas son aquellas en las que interviene la energía eléctrica.
A. Maquinas Eléctricas Estáticas
Son aquellas que transforman una energía eléctrica alterna en otra de distintas características, también reciben el nombre de transformadores.
B. MÁQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS
La constitución de toda máquina eléctrica rotativa (tanto de c.c. como de c.a.) es muy similar. Si sacrificamos un excesivo rigor científico por brevedad y sencillez, describiremos a continuación las partes más relevantes de toda máquina eléctrica rotativa, lo cual nos permitirá conocer tanto sus limitaciones como sus aplicaciones más adecuadas. Toda máquina eléctrica rotativa consta de los siguientes elementos básicos:

Inductor
Inducido
Escobillas
Culata o carcasa
Entrehierro
Cojinetes

APLICACIONES DE GENERADORES
Los generadores de corriente alterna son los más utilizados, se utilizan en los automóviles, es el alternador allí se genera una corriente alterna y en la salida se rectifica con 6 diodos para convertirla en corriente continua. También se puede producir con pequeñas plantas de emergencia del orden de 1Kw en las casas y con plantas de mediana potencia en clínica y hospitales para casos de emergencia. En plantas de mayor potencia para alumbrar pequeños pueblos campos y caseríos los cuales son movidos con motores diesel. Cuando de alta potencia se trata tenemos generadores en las plantas hidroeléctricas como Guri, Macagua Etc. Que son generadores movidos por agua, también tenemos las plantas termoeléctricas cuyas turbinas son movidas por vapor de agua.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS: ESTÁTICAS Y ROTATIVAS
INTEGRANTES
DOCENTE
CICLO
Cavero Ortega José
Gonzales Quintana Pool
Minaya Pereda Javier
Pretel Diaz Charlton
Siccha Machado Geovani

Fidel Rios Noriega
VII
El transformador

• El transformador está basado en los fenómenos de inducción electromagnética. Consta de un núcleo de chapas magnéticas, al que rodean dos devanados, denominados primario y secundario.
• Es una máquina estática de corriente alterna que se basa en la producción de f.e.m. por variación de flujo (es decir, sin movimiento relativo de inductor e inducido).
• Tiene por objetivo convertir una potencia eléctrica cambiando sus parámetros tensión – intensidad.
• La tensión de salida está 180° respecto a la de entrada.
Ecuaciones Fundamentales de un Transformador
Potencia primaria = Potencia secundaria
- U: tensión de primario o secundario
- I: intensidad de primario o secundario
- N: número de espiras de primario o secundario
- m: relación de transformación
Principio de Funcionamiento de un Transformador Ideal
En vacío:
Con el secundario abierto, al aplicar tensión al primario, aparece una intensidad senoidal de vacío I0, generando un flujo magnético en el núcleo que atraviesa a las dos bobinas. Al cruzar el flujo la bobina de primario provoca una fem de valor:
Este término se conoce con el nombre de relación de transformación, y es una de las características más importantes de un transformador. A E1 se le denomina fuerza contra electromotriz (fcem) por oponerse a V1.
En carga:
El flujo común a ambas bobinas tiende a ser igual en carga y en vacío, es decir, la fuerza magnetomotriz producida por las bobinas del transformador debe ser igual en carga que en vacío.
Al conectar la carga en el secundario, aparece una fuerza magnetomotriz N2•I2 que cambia el valor del flujo común (aumenta o disminuye según el sentido de I2), esa variación del flujo hace que la fem e1 varíe también.
El transformador real: Perdidas
Al conectar un transformador real y en vacío (sin carga) a la red, toma una corriente magnetizante que tiene dos componentes: una reactiva, debida a las pérdidas en el hierro, una activa, debida a las pérdidas en el cobre. El valor de esta potencia de pérdidas es pequeño respecto a la potencia del transformador, pero la corriente de conexión es muy elevada y puede hacer saltar las protecciones, sin que por ello haya un defecto.
- Pérdidas en el hierro: Se deben a la magnetización del núcleo y son debidas a las pérdidas por histéresis y por corrientes de Foucault.
- Perdidas en el cobre: Son debidas a las cdt en los bobinados. Son mínimas en vacío aumentando con la carga.
Partes que componen un transformador
a) Parte activa: Los devanados y el núcleo forman lo que se llama la parte “activa” del transformador y constituye el corazón del mismo.
Devanados.- También llamados arrollamientos, son los encargados de recibir la tensión (arrollamiento primario) y de entregarlo (arrollamiento secundario).
El devanado primario y el secundario forman el circuito eléctrico del transformador, se construyen independientemente con un alambre de cobre o aluminio en forma de espiras. Como es lógico, al terminar de arrollar quedan dos puntas que se llaman principio y fin del devanado.
Núcleo.- Es el soporte mecánico sobre el que se enrollan los devanados y al mismo tiempo lo que permite que al energizar el transformador (también se dice alimentar o entregar tensión) por el devanado primario “aparezca otra tensión en el secundario” mediante un fenómeno natural llamado “inducción magnética”.
b) Accesorios: Según sea el uso o aplicación del transformador, los accesorios para éste pueden ser: Tanque, aisladores, herrajes, conmutador, indicador de nivel de aceite, termómetros, rieles, aceite, válvula de alivio de presión, ruedas, tanque de expansión, etc.
c) Aditamentos mecánicos: Constituidos por los tornillos, ángulos, apoyos y demás piezas que permiten el armado y el ajuste de la parte activa.
d) El tanque: Que contiene todo lo anterior, lo protege del medio ambiente y debe estar en capacidad de evacuar el calor producido por las pérdidas de energía propias de su funcionamiento.
e) El Aceite: Toda máquina al trabajar se calienta; el aceite refrigera la parte activa evacuando el calor generado en ella, sirviendo al mismo tiempo como elemento aislante. Hay transformadores llamados “secos”, que reemplazan el aceite por aire.
Tipos Principales de Transformadores
2. Transformadores de medida y protección:
Como indica su nombre, se utilizan para adaptar los valores de una red (tensión o intensidad) a los que puede leer el aparato de medida o el dispositivo de protección. En BT, los más importantes son los toroidales de intensidad, muy usados en cuadros para amperímetros de grandes cuadros y en las pinzas amperimétrica.
3. El Autotransformador:

Es un transformador único bobinado.

• Es reversible, como todos los transformadores y suele usarse para adaptar tensiones de alimentación de máquinas e incluso edificios (por ejemplo, por cambio de la tensión de alimentación de la red de distribución).

• Tiene una gran ventaja: Es más económico porque tiene menos hierro y menos cobre.

• Pero no tiene separación galvánica entre primario y secundario, por lo que debe usarse con ciertas precauciones.

1. Los transformadores de alta tensión, trifásicos:
Usados en todo el sistema de distribución de energía. Estos transformadores están distribuidos a lo largo de toda la red eléctrica. Los de las centrales generadoras elevan la tensión hasta los valores de la distribución, 380 KV, por ejemplo. Después, en la proximidad de los puntos de utilización, otros transformadores bajan la tensión, en pasos sucesivos, hasta los valores usuales de 400/230 V.
4. Transformador de aislamiento o de seguridad:
Es un transformador normal, pero sus características aseguran el aislamiento primario/secundario. Es obligatorio en muchas instalaciones, especialmente por la seguridad de las personas.
Las máquinas eléctricas rotativas son principalmente:
Los generadores y alternadores, transforman algún tipo de energía (normalmente mecánica) en energía eléctrica. Los motores transforman energía eléctrica en mecánica.
a) Un circuito magnético:
Estator. Parte fija.
Rotor. Parte móvil que gira dentro del estator.
Entrehierro. Espacio de aire que separa el estator del rotor y que permite que pueda existir movimiento. Debe ser lo más reducido posible.
b) Dos circuitos eléctricos: uno en el rotor y otro en el estator.
Arrollamiento o devanado de excitación o inductor. Uno de los devanados, al ser recorrido por una corriente eléctrica produce una fuerza magnetomotriz que crea un flujo magnético.
Inducido. El otro devanado, en el que se induce una f.e.m. que da lugar a un par motor (si se trata de un motor) o en el que se induce una f.c.e.m. que da lugar a un par resistente (si se trata de un generador).
c) Aspectos constructivos:

En toda máquina se pueden distinguir tres tipos de materiales:
Materiales activos:
Materiales magnéticos de alta permeabilidad, hierro, acero, chapa al silicio,...
Materiales eléctricos conductores, cobre, aluminio,...
Aislantes, que se encargan de canalizar las corrientes y evitar fugas.
Materiales para la lubricación, ventilación, transmisiones mecánicas.
d) Clasificación:
e) Conceptos generales:

-Potencia: Es la energía que desarrolla por unidad de tiempo. en una máquina eléctrica se puede distinguir entre:
-Potencia eléctrica, que absorbe de la red eléctrica (motor) o que entrega a la red (generador).
-Potencia mecánica, que cede a la carga (motor) o que se le proporciona al eje a través de una turbina (generador).
-Potencia útil:
-Para un motor, será la potencia mecánica que se puede obtener del movimiento de su eje.
-Para un generador, será la potencia eléctrica que proporciona.
-Potencia nominal: Valor de la potencia útil que caracteriza el funcionamiento de la máquina.
f) Placa de características: Placa metálica que se coloca en un lugar visible y que contiene el conjunto de las condiciones de servicio que han sido previstos por el constructor como funcionamiento normal. Si la máquina funciona a la potencia nominal, se dice que funciona a plena carga. Se puede trabajar a media carga, a ¾ de la carga o incluso por encima de la potencia nominal, sobrecarga. La potencia está sobretodo limitada por el calentamiento de la máquina.
a) Rendimiento
Siempre hay una parte de la energía que se absorbe que no puede transformarse en energía útil como consecuencia de las diferentes pérdidas de energía que se producen:
-Pérdidas en los conductores eléctricos o pérdidas en el cobre.
-Pérdidas en los circuitos magnéticos, provocadas por la histéresis o por las corrientes parásitas, o pérdidas en el hierro.
-Perdidas mecánicas, rozamientos, ventilación,...

Motores eléctricos rotativos y generadores
Vamos a fijarnos en el grupo de las máquinas rotativas, que lo constituyen los motores y los generadores. Las máquinas eléctricas rotativas son reversibles, y que pueden trabajar de dos maneras diferentes:
Como motor eléctrico: Convierte la energía eléctrica en mecánica.
Como generador eléctrico: Convierte la energía mecánica en eléctrica.
Las máquinas eléctricas se pueden dividir en rotativas y estáticas. En este caso vamos a fijarnos en el grupo de las máquinas rotativas que lo constituyen los motores y los generadores.
Principio de funcionamiento de un generador eléctrico: Ley de Faraday
El principio de funcionamiento de los generadores se basa en el fenómeno de inducción electromagnética.
La Ley de Faraday. Esta ley nos dice que el voltaje inducido en un circuito es directamente proporcional al cambio del flujo magnético en un conductor o espira. Esto quiere decir que si tenemos un campo magnético generando un flujo magnético, necesitamos una espira por donde circule una corriente para conseguir que se genere la f.e.m. (fuerza electromotriz).
Generador de corriente alterna: el alternador
Los generadores de corriente alterna o alternadores son máquinas que transforman energía mecánica, que reciben por el rotor, en energía eléctrica en forma de corriente alterna. La mayoría de alternadores son máquinas de corriente alterna síncrona, que son las que giran a la velocidad de sincronismo, que está relacionada con el nombre de polos que tiene la máquina y la frecuencia de la fuerza electromotriz. Esta relación hace que el motor gire a la misma velocidad que le impone el estátor a través del campo magnético.
Generador de corriente continua: la dinamo
El generador de corriente continua, también llamado dinamo, es una máquina eléctrica rotativa a la cual le suministramos energía mecánica y la transforma en energía eléctrica en corriente continua. En la actualidad se utilizan muy poco, ya que la producción y transporte de energía eléctrica es en forma de corriente alterna.
Una de las características de las dinamos es que son máquinas reversibles: se pueden utilizar tanto como generador o como motor. El motor es la principal aplicación industrial de la dinamo, ya que tiene facilidad a la hora de regular su velocidad de giro en el rotor.
APLICACIONES DE TRANSFORMADORES
TRANSFORMADOR DE POTENCIA:
Descripción:
Se utilizan para substransmisión y transmisión de energía eléctrica en alta y media tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales de generación y en grandes usuarios.

Características Generales:
Se construyen en potencias normalizadas desde 1.25 hasta 20 MVA, en tensiones de 13.2, 33, 66 y 132 kV. y frecuencias de 50 y 60 Hz.
TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION:
Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales.
Descripción:
Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.
Características Generales:
Se fabrican en potencias normalizadas desde 25 hasta 1000 kVA y tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV. Se construyen en otras tensiones primarias según especificaciones particulares del cliente. Se proveen en frecuencias de 50-60 Hz. La variación de tensión, se realiza mediante un conmutador exterior de accionamiento sin carga.
TRANSFORMADORES SECOS ENCAPSULADOS EN RESINA EPOXI:
Descripción:
Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.
Características Generales:
Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kV A tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60Hz.
TRANSFORMADORES HERMÉTICOS DE LLENADO INTEGRAL:
Descripción:
Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.

Características Generales:
Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 1000 kV A tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.
GRACIAS
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