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PROFESOR: ALEXANDER CARRILLO MATARRITA
Mantenimiento de Maquinas Eléctricas
CONCEPTOS GENERALES DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
El concepto de máquinas eléctricas es aplicado a
que son unos 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.
Imágenes de Maquinas Eléctricas
ENTRADA
Máquina
Eléctrica
SALIDA
Elementos a través de los cuales recibe la energía del exterior bajo forma dada.
Elementos a través de las cuales la energía se entrega bajo una forma distinta salvo el caso de los transformadores
CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
SEGÚN EL TIPO DE CORRIENTE ELÉCTRICA CON LA CUAL OPERAN
A.-Máquinas de Corriente ContinuaGeneradores de Corriente Continua.Motores de Corriente Continua.
B.-Máquinas de Corriente Alterna-Generadores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ; Síncrono/Asíncrono)-Motores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ; Síncrono/Asíncrono)-Transformadores Eléctricos
CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA
A.-Micromáquinas.-Cuya potencia varía de décimas de watt
hasta 500w. Estas máquinas trabajan tanto en C.A. como
en C.C., así como a altas frecuencias (400-200Hz).
B.-De pequeña potencia.-.0.5-10 kW. Funcionan tanto en c.a.
como en c.c .y, en frecuencia normal(50-60Hz ó más).
C.-De potencia media.- 10kW, hasta varios cientos de kW.
D.-De gran potencia.-Mayor de 100kW. Por lo general las
máquinas de media y gran potencia funcionan a
frecuencia industrial.
CLASIFICACIÓN POR FRECUENCIA DE GIRO
De baja velocidad : con velocidad menor de 300 r.p.m.;
De velocidad media : (300 -1500 r.p.m.);
De altas velocidades : (1500 -6000 r.p.m.);
De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).
Las micro máquinas se diseñan para velocidad es de algunos r.p.m. hasta 6000 r.p.m.
CLASIFICACIÓN MODERNA DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
A.-Máquinas Eléctricas Estáticas
Transformadores
Convertidores e Inversores
B.-Máquinas Eléctricas Rotativas
Generadores Eléctricos
Motores Eléctricos (De Corriente Continua / De Corriente
Alterna)
CARACTERÍSTICAS COMUNES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
Es necesario definir las características fundamentales de las máquinas eléctricas:
1.Potencia
2.Tensión
3.Corriente
4.Factor de Potencia
5.Frecuencia
6.Rendimiento
7.El Campo Magnético
1.POTENCIA
En general es la potencia útil, que entrega o produce una máquina eléctrica en sus
terminales de salida. De allí que, la POTENCIA ÚTIL en los Generadores y
Transformadores es la “POTENCIA ELÉCTRICA” lo que comúnmente llamamos
potencia en los bornes, mientras que en los Motores es la “POTENCIA MECÁNICA”,
llamado también potencia en el eje.
POTENCIA NOMINAL
Es la potencia útil disponible que entrega o produce en régimen nominal (condiciones
específicas de diseño: T°<75°C, duración de funcionamiento) una máquina eléctrica.
A condiciones diferentes se llama POTENCIA ÚTIL o POTENCIA DE TRABAJO.
POTENCIA NOMINAL = POTENCIA A PLENA CARGA
POTENCIA NULA = TRABAJA EN VACIO
LA POTENCIA QUE FIGURA EN LAS PLACAS CARACTERISTICAS SON LAS POTENCIAS NOMINALES
POTENCIA ELECTRICA = POTENCIA APARENTE
POTENCIA APARENTE
Es la Potencia Eléctrica Total de una máquina
eléctrica que involucra tanto a la Potencia
Activa como la Potencia Reactiva.
Sistema Monofásico S=Vx I
Sistema Trifásico S=√3xVxI
La unidad es el VOLTIO–AMPERIO(VA)
Es la parte de la Potencia Eléctrica que realmente se transforma en el
accionamiento mecánico (Potencia Mecánica) viceversa.
Sistema Monofásico P = V x I x cosθ
Sistema Trifásico P = √3 x V x I x cosθ
La unidad es el WATT (W)
P= Potencia Activa en KW P = (F x V x 0,736 ) / 75
n= N° de revoluciones por minuto
η= Eficiencia de la Máquina P = (HPx0,746 ) / (η)
HP= Potencia Mecánica en HP
P= Potencia Activa en KW
POTENCIA ACTIVA (P)
POTENCIA REACTIVA (Q)
Es la parte de la Potencia Eléctrica que crea los campos magnéticos.
Sistema Monofásico Q = V x I x senθ Sistema Trifásico Q = √3 x V x I x senθ
La unidad es el VOLTIO AMPERIO REACTIVO (VAR)
Potencia Reactiva Capacitiva o Potencia Reactiva
Suministrada.
Potencia Reactiva Inductiva o Potencia Reactiva Absorbida.
2.-TENSIÓN
Es la diferencia de potencial entre los bornes de salida eléctrica en generadores
y transformadores, y bornes de entrada en los motores.
En servicio normal la tensiones función de la carga, en algunos casos dependen
de los órganos reguladores adicionales.
TENSIÓN NOMINAL (VN)
Es aquella para la cual la máquina ha sido diseñada (o dimensionada).Es la que
figura en la placa y para la cual valen las garantías del fabricante.
TENSIÓN DE SERVICIO (V servicio)
Es el valor de la tensión en los bornes de la máquina cuando está en servicio, es
decir, es la tensión que va ha ceder si es generador o recibir y ceder si es
transformador o recibir si es motor, en el lugar donde se instalan.
V servicio máximo admisible = 1,15 VN
3.-CORRIENTE NOMINAL
Sistema Monofásico I= WN/ (VNx cosθ)Sistema Trifásico I= WN/ (√3 x VNx cosθ)
Si la máquina se sobrecarga la corriente sobrepasa de un 10% a 15% su valor nominal.
La Corriente de Arranque llega a valores de 2 INa 5 IN.
4.-FACTORDEPOTENCIA(cosθ)
Es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente, siempre que las tensiones y las corrientes sean sinusoidales.
cosθ= P / S
5.-FRECUENCIA (f)
Es el numero de oscilaciones periódicas completas de la onda fundamental durante un segundo.
En los generadores de corriente alterna la frecuencia esta dada por:
f = P. n / 60
P=Par de polos de la máquinan=revoluciones por minuto(RPM)
6.-RENDIMIENTO (η)
Es la relación entre la potencia suministrada y
la potencia absorbida por la máquina.
7.-EL CAMPO MAGNÉTICO
Denominado también INDUCCIÓN MAGNÉTICA o DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO.
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.
A partir de lo expuesto, la manera como el campo 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
Clasificación de Acuerdo a sus Usos
Generadores. Transforman la energía mecánica en eléctrica. Se
instalan en las centrales eléctricas y en los diferentes equipos de
transporte como autos, aviones, barcos, etc. En las C.E. los
generadores son accionados mecánicamente mediante turbinas
que pueden ser a vapor o hidráulicas; en los equipos de transporte
mediante motores de combustión interna o turbinas a vapor. En
una serie de casos los generadores se usan como fuente de
energía para equipos de comunicaciones, dispositivos automáticos,
de medición, etc.
Motores
Motores. Son equipos eléctricos que transforman la
energía eléctrica en energía mecánica; sirven para
accionar diferentes máquinas, mecanismos y
dispositivos que son usados en la industria, agricultura,
comunicaciones, y en los artefactos electrodomésticos.
Convertidores electromecánicos. Transforman la c.a. en
c.c. y viceversa, variando la magnitud de tensión (V), tanto
de c.a. como c.c., frecuencia (f), número de fases y otros.
Se usan ampliamente en la industria aunque en las últimas
décadas ha disminuido su demanda debido al uso de los
conversores semiconductores (dispositivos electrónicos de
potencia).
Compensadores electromecánicos.
Generan o absorben potencia reactiva (Q) en los sistemas eléctricos de
potencia para mejorar los índices energéticos (el factor de potencia ϕ,
niveles de tensión) en las interconexiones y los centros de carga.
Amplificadores Electromecánicos
Se usan para el control de equipos de gran potencia,
mediante señales eléctricas de pequeña potencia, que son
transmitidos a los devanados de excitación (control). Su uso
también ha disminuido.
Convertidores electromecánicos de señales
Generan, transforman y amplifican diferentes
señales. Se diseñan y proyectan en forma de
micromotores y lo usan ampliamente
diferentes equipos de control.
Transformadores
Se usan ampliamente para la variación de
tensión. En los sistemas de transmisión,
distribución y utilización, en los
rectificadores de corriente, en la automática
y la electrónica.
Máquina de inducción
Se usan como motores trifásicos, habiendo también
monofásicos. En los sistemas de regulaciónautomática. (SRA) se usan ampliamente
motores de control mono y bifásico, taco generadores así también como selsynes.
Máquinas síncronas
Se usan como generadores de c.a. de frecuencia
industrial (50 ó 60 Hz) en las C.E., así como
generadores de alta frecuencia (en los barcos,
aviones, etc.). En los sistemas de mando eléctrico
de gran potencia se usan motores síncronos. En
los dispositivos automáticos se usan máquinas
síncronos de histerésis, con imanes permanentes.
Máquinas colectoras
Se usan muy rara vez y sólo como motores. Tienen
un diseño complejo y exigen muy buen mantenimiento
Máquina de C.C
Se usan como generadores y motores en los
sistemas de mando eléctrico que requieran
flexibilidad en la regulación de velocidad: en
los ferrocarriles, en el transporte marítimo,
en laminadores, en grúas; también en casos
cuando la fuente de energía eléctrica son
baterías acumuladoras.
CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA
En función a la potencia que absorben o generan las máquinas, se dividen en micro máquinas, motores de pequeña, media y gran potencia.
- Micro máquinas.- Cuya potencia varía de décimas de watt hasta 500 w. Estas
máquinas trabajan tanto en C.A. como en C.C., así como a altas frecuencias (400 - 200 Hz).
- De pequeña potencia.-. 0.5 - 10 kW. funcionan tanto en c.a. como en c.c. y, en
frecuencia normal (50 - 60 Hz ó más).
- De potencia media.- 10 kW hasta varios cientos de kW.
CLASIFICACIÓN POR FRECUENCIA DE GIRO (VELOCIDAD)
De gran potencia.- Mayor de 100 kW. Por lo general las máquinas de media y
gran potencia funcionan a frecuencia industrial
Se dividen en :
De baja velocidad : con velocidad menor de 300 r.p.m.;
De velocidad media : (300 - 1500 r.p.m.);
De altas velocidades : (1500 - 6000 r.p.m.);
De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).
Las micro máquinas se diseñan para velocidades de algunos
r.p.m. hasta 6000
r.p.m.