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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÉCTRICA CURSO: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I GUIA DE LABORATORIO

ESTRUCTURA DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS 1.-OBJETIVO: Distinguir con habilidad y destreza la estructura y materiales con los que se construyen las máquinas eléctricas estáticas y rotativas. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO: Toda máquina eléctrica estática consta de dos partes esenciales: El núcleo magnético y los devanados, el núcleo determina característica relevantes, de manera que se establece una diferencia fundamental en la construcción de transformadores, dependiendo de la forma del núcleo, pudiendo ser el llamado NUCLEO TIPO COLUMNAS y el NUCLEO TIPO ACORAZADO, existen otros aspectos que establecen diferencias entre tipos de transformadores, como es por ejemplo el sistema de enfriamiento, que establece la forma de disipación del calor producido en los mismos. El núcleo. El núcleo magnético está formado por material ferromagnético que tienen pequeño porcentajes de silicio (entre 2.5% al 5%), esto para disminuir la resistencia del material al paso del flujo magnético, y se encuentra laminado, se conocen también como “laminaciones magnéticas”, estas laminaciones tienen la objeto de limitar las pérdidas de corrientes circulantes o corrientes parásitas. Están formados por un conjunto de laminaciones acomodadas en la forma y dimensiones requeridas. En el caso de transformadores de gran potencia, se usan las llamadas “laminaciones de cristal orientado” cuyo espesor es de algunos milímetros y contienen entre 3% y 4% de silicio, se obtienen de material laminado en caliente, después se hace el laminado en frío, dando un tratamiento térmico final a la superficie de las mismas. Este tipo de laminación presenta propiedades magnéticas mejores que la laminación “normal” de acero al silicio usada para otro tipo de transformadores. NÚCLEO TIPO COLUMNA En los núcleos magnéticos de los transformadores tipo columna se distinguen dos partes principales: “las columnas” o piernas y los “yugos”. En las columnas se alojan los devanados y los yugos unen entre si la las columnas para cerrar el circuito magnético. Los núcleos se arman con “juegos” de laminaciones para columnas y yugos que se arman por capas de arreglos “pares” e “impares”.

Cuando se emplean laminaciones de cristal orientado, es necesario que las uniones entre yugos y columnas se realicen con cortes inclinados para evitar trayectorias transversales de las líneas de flujo respecto a tales direcciones. Núcleo tipo columna monofásico. Se tienen dos columnas unidas en las partes inferior y superior por medio de un yugo, en cada una de estas columnas se encuentran incrustados la mitad del devanado primario y la mitad del devanados secundario. Núcleo trifásico. Se tienen tres columnas dispuestas sobre el mismo plano unidas en sus partes inferior y superior por medio de yugos. Sobre cada columna se incrustan los devanados primarios y secundarios de una fase. TIPO ACORAZADO Este tipo de núcleo acorazado, tiene la ventaja con respecto al llamado tipo columna, de reducir la dispersión magnética, su uso es más común en los transformadores monofásicos. En el núcleo acorazado, los devanados se localizan sobre la columna central. LOS DEVANADOS DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS. Conductores eléctricos. Los materiales usados como conductores en los transformadores, al igual que los usados en otras máquinas eléctricas, deben ser de alta conductividad, ya que con ellos se fabrican las bobinas. Los requisitos fundamentales que deben cumplir los materiales conductores, son los siguientes: La más alta conductividad posible. El menor coeficiente posible de temperatura por resistencia eléctrica. Una adecuada resistencia mecánica. Deben ser dúctiles y maleables. Deben ser fácilmente soldables. Tener una adecuada resistencia a la corrosión. Los devanados de los transformadores se pueden clasificar en baja y alta tensión, por lo general, se usan conductores de cobre esmaltado, devanados en espiral y con capas sobrepuestas. Por lo general, el devanado de menor tensión se instala más cerca del núcleo interponiendo un cilindro de papel aislante y mediante separadores, se instala en forma concéntrica el devanado de tensión mayor. Los extremos de los devanados (denominados también principio y final del devanador) se protegen con aislante de forma de tubo conocido como “spaghetti”. La temperatura y los materiales aislantes. Uno de los factores que más afectan la vida de los aislamientos, es la temperatura de operación de las máquinas eléctricas, esta temperatura está producida principalmente por las pérdidas y en el caso específico de los transformadores, durante su operación, estas pérdidas están localizadas en los siguientes elementos principales:

El núcleo o circuito magnético, aquí las pérdidas son producidas por el efecto de histéresis y las corrientes circulantes en las laminaciones, son dependientes de la inducción, es decir, que influye el voltaje de operación. Los devanados, aquí las pérdidas se deben principalmente al efecto joule, estas pérdidas en los devanados son dependientes de la carga en el transformador. Se presentan también pérdidas en las uniones o conexiones que se conocen también como “puntos calientes” así como en los cambiadores de derivaciones. Todas estas pérdidas producen calentamiento en los transformadores, y se debe eliminar o disminuir este calentamiento a valores que no resultan peligrosos para los aislamientos, por medio de la aplicación de distintos medios de enfriamiento. Las perdidas en una máquina eléctrica son importantes no tanto porque constituyan una fuente de ineficiencia, sino porque pueden representar una fuente importante de elevación de temperatura para los devanado, esta elevación de temperatura puede producir efectos en los aislamientos de los propios devanados, o bien en los aislamientos entre devanados y el núcleo, por esta razón, es siempre importante que todos los aislamientos entre devanados y el núcleo se mantengan dentro de los límites de temperatura que garanticen su correcta operación, sin perder su efectividad. CLASE DE AISLAMIENTO (POR TEMPERATURA)

CALENTAMIENTO oC

A E B

90 120 130

Para los fluidos refrigerantes, la temperatura del fluido refrigerante se toma: CLASE DE AISLAMIENTO (POR TEMPERATURA)

CALENTAMIENTO oC

A E B

65 80 90

Se debe aplicar factores de corrección por la altitud del lugar de operación del equipo de acuerdo a las normas.

3. ELEMENTOS A UTILIZAR: Completar características de los elementos que se utilizaron en el desarrollo.  Vatímetro

    

Amperímetro Multimetro Megometro Voltímetro Puente de resistencias (Puente Wheastone

- 01 núcleo ferromagnético - Bobinas de máquinas eléctricas - 01 Transformador monofásico de 1 KVA, 220/110 V 4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN:  Reconocer las herramientas a utilizarse en el laboratorio de electricidad  Identificar instrumentos de medición analógicos:  Identificar instrumentos de medición digital. -Reconocer los elementos estructurales del transformador de potencia, identificar: - Los materiales del núcleo - Las bobinas y los materiales aislantes aplicados en la construcción del trafo. - Medir las resistencias eléctricas de las bobinas del transformador ensayado. - Medir la resistencia de aislamiento de los devanados del transformador.

5. CUESTIONARIO:

1.-Determinar los tipos de núcleo que se están utilizando y las ventajas y desventajas que se presentan entre ambos. 2.- ¿Qué ventajas y desventajas tiene la aplicación de resinas de aislamiento en las máquinas eléctricas? 3.- ¿Por qué se aplica la técnica de las galletas en la construcción de los devanados de alta tensión en los transformadores de potencia? 4.- ¿Qué tipos de enfriamiento existen en transformadores? Explique y tabule con detalle todos los sistemas de enfriamiento de transformadores que se utilizan 5.- Elaborar una tabla indicando la clase de aislante y su temperatura de operación según los fabricantes, mencione los elementos representativos de la clase de aislantes. 6.- ¿Cuál es el principio de operación de los megohmetros?

6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: Describa las observaciones y conclusiones en forma clara y precisa sobre el tema desarrollado en la sesión de laboratorio Indicar por lo menos 6

7. BIBLIOGRAFÍA:. Indicar la bibliografía consultada en la elaboración del informe, y de haberse utilizado información de la red indicar la dirección WWW.

NOTA: Los informes se presentarán en la sesión inmediata posterior a la ejecución de la práctica, son de carácter personal. CUADRO DE EVALUACIÓN ÍTEM

PUNTAJE

P.A.

2 ptos.

2

4 ptos.

4

3 ptos

5

8 ptos

6

3 pto.

P.A. = Presentación y Acabado.

Jefe de Practicas: Ing. Luis A. Chirinos.