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Roberto Ramírez A. Mayo 2013

INTRODUCCION
UBICACIÓN CARRERA

DEL

CURSO

EN

LA


CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE ACUERDO A LA FORMA DE ACCEDER A LOS DEVANADOS DEL ROTOR

i.

MAQUINAS DE CONMUTADOR.

iii.

MAQUINAS DE ANILLOS ROZANTES.

EL CONMUTADOR

LOS ANILLOS ROZANTES


CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE ACUERDO AL TIPO DE TENSION QUE SUMINISTRAN O REQUIEREN PARA OPERAR

i.

MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA.

iii.

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA.

MAQUINA ASINCRONA O DE INDUCCION

MAQUINA SINCRONA

MAQUINA DE C.C.

MAQUINA SINCRONA

ESTATOR

ROTOR DE POLOS SALIENTES

1. La mayoria de turbinas giran a velocidades entre 50 y 300 rpm 2. Se requiere un gran numero de polos. d-axis

Non-uniform air-gap

N

D ≈ 10 m q-axis

S

S

Turbine Agua

Hidrogenerador

N

ROTOR CILINDRICO O LISO

D≈1m

Turbina

L ≈ 10 m Vapor

d-axis Stator winding

• Alta Velocidad

•

3600 r/min :2 polos

•

1800 r/min :4 polos

N

Uniform air-gap Stator

q-axis

Rotor winding

Refrigeración con agua o hidrogeno.

Rotor

Se construyen hasta 2000 MVA S

Turbogenerador

MAQUINA ASINCRONA

ESTATOR

ROTOR DEVANADO

ROTOR DE JAULA DE ARDILLA

CAMPO DE APLICACIÓN GENERACION EOLICA.

CONVENCIONAL,

GENERACIÓN

MOTORES DE INDUCCION Y MOTORES SINCRONOS (MOLINOS SAG) EN PLANTAS MINERAS

GENERADOR DE INDUCCION DOBLEMENTE ALIMENTADO

GENERADOR DE INDUCCION/SINCRONO CON FULL CONVERTER

MOLINOS SAG

CONCEPTOS FUNDAMENTALES, DEFINICIONES Y SUPUESTOS

La MAQUINA ELECTRICA (ME) es un aparato electromagnético, constituido por un circuito magnético y circuitos eléctricos. Una parte del circuito magnético tiene movimiento y constituye lo primordial de su sistema mecánico. En la ME ocurre una complicada superposición de fenómenos físicos: térmicos, mecánicos, magnéticos (dispersión y la saturación). Por ello los parámetros que permiten describir matemáticamente a la ME, dependen del régimen actual de operación, es decir de las corrientes en los circuitos eléctricos. Para modelar la ME es necesario utilizar (incorporar) aproximaciones, separando los factores principales y dejando de lado los que tengan menor participación o influencia en lo que se busca del modelo.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

SUPUESTOS PARA EL MODELAMIENTO I. NO HAY SATURACIÓN, NI HISTÉRESIS, NI PÉRDIDAS MAGNÉTICAS II. DISTRIBUCIÓN ESPACIAL SINUSOIDAL: DE LA F.M.M. Y EL CAMPO MAGNÉTICO III.EFECTO SKIN DESPRECIABLE Y LAS REACTANCIAS DE DISPERSIÓN NO DEPENDEN DE LA POSICIÓN DEL ROTOR

I. NO HAY SATURACIÓN, NI HISTÉRESIS, NI PÉRDIDAS MAGNÉTICAS

DEPENDENCIA LINEAL entre el "flujo magnético" y la fuerza magnetomotriz "f.m.m" (circuito magnético lineal): aplicar el Principio de la Superposición.

PÉRDIDAS MAGNÉTICAS DESPRECIABLES: el flujo magnético y la f.m.m. están en fase con la corriente magnetizante. a. Si fuera necesario considerar este efecto en el estudio de la M.E. ideal se corrigen algunos parámetros o se introducen correcciones en los resultados finales. La saturación es necesaria en el estudio de transitorios de autoexcitación y la saturación del camino del flujo de dispersión en el arranque de motores, etc. b. Para el análisis de transitorios de pequeña envergadura alrededor de cierta condición de operación, no es necesario corregir los parámetros.

II. DISTRIBUCIÓN ESPACIAL SINUSOIDAL: DE LA F.M.M. Y EL CAMPO MAGNÉTICO Aplicación (1): La distribución espacial de la f.m.m. al excitar con una corriente “i” a una bobina de paso completo con Nb vueltas.

Bobina de paso completo (y =180º) con Nb vueltas.

∫ H .dl = ∫ J .dA

∫ J .dA = N .i

C

S

b

S

b

d

∫ H .dl = ∫ H .dl + ∫ H .dl = N i b.

C

a

c

H (ψ s ) = − H (ψ s + π ) = H Entonces en este punto del entrehierro: Por analogía:

F (ψ s ) = − F (ψ s + π )

Entonces:

F (ψ s ) + [− F (ψ s + π ) ] = Nb.i

N bi F (ψ s ) = 2

N bi H= 2g B=

µ0 N bi g

.

2

Entonces la f.m.m. en cada posición en el entrehierro resulta: N bi 2 N bi o o 90 < ψ S < 270 → F = − 2 N bi o o 270 < ψ S < 360 → F = 2 − 90 o < ψ S < 90 o → F =

El armónico fundamental: Fb (ψ s ) =

4

π

Fbsmax Kp cosψ s

“Es una distribución de f.m.m. (onda cuadrada), simétrica respecto del Eje del Estator”.

K p = sin( y / 2)

Graficando la f.m.m. resulta DISTRIBUCION ESPACIAL DE F.M.M. Bobina con 1 vuelta con una corriente 1A 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

-0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8

F mm

ARMONICO FUNDAMENTAL

240

260

280

300

320

340

360

380

Aplicación (2): La distribución espacial de la f.m.m. al excitar un devanado con dos grupos de 5 bobinas de paso completo y con Nb vueltas.

Entonces la f.m.m. en cada posición en el entrehierro resulta: 10 N b i S 2 6 N bi 30 o < ψ S < 6 0 o → F = 2 2 N bi 60 o < ψ S < 9 0 o → F = 2 2 N bi 90 o < ψ S < 1 20 o → F = − 2 6 N bi 120 o < ψ S < 1 50 o → F = − 2 10 N b i 150 o < ψ S < 2 10 o → F = − 2 0o