Generadores De Cc Y Ca.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

“GENERADORES DE CC Y CA” ÁREA: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELECTRICAS II PRESENTADO POR EL ESTUDIANTE:

OCHOA YUCRA RONNY ALI CODIGO: 105701 SEMESTRE: DÉCIMO

PUNO – OCTUBRE – 2015

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA: 1. GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA (CC): La máquina de corriente continua puede ser utilizada tanto como generador o como motor, aunque en la actualidad su uso está dado como motor, ya que la generación de energía en corriente continua se logra mediante equipos rectificadores, de mejor eficiencia y menor costo. En cuanto a su uso como motor, tiene gran importancia en la industria automotriz ya que los vehículos, cuentan con un número importante de motores de pequeña potencia (limpia para brisas, motor de arranque, levanta vidrios, calefactor, etc).

1.1. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: 1.1.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: Devanado de Estator (campo):  Objetivo: producir el campo que posibilita la conversión de energía. Devanado del rotor (armadura):  Objetivo: realizar la conversión de energía eléctricamecánica.

Esquema básico de una máquina de corriente continua.

Diagrama de alimentación del rotor de una máquina de continua.

1.1.2. LA REACCIÓN DE ARMADURA:

Campos de la máquina de corriente continua.

1.1.3. CIRCUITO ELÉCTRICO EQUIVALENTE DE LA MÁQUINA DE CC :

1.1.4. MEDIDAS PARA COMPENSAR LOS EFECTOS DE LA REACCIÓN DE ARMADURA CC : 

Uso de devanados de compensación:

Disposición física de los devanados de compensación. 1.2.

Vista detallada de un devanado devanado de compensación.

ECUACIONES GENERALES DE LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA: 1.2.1. ECUACIONES DEL GENERADOR:

1.2.2. ECUACIONES DEL MOTOR:

1.2.3. CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS DE CC:

Conexiones de algunas máquinas de corriente continua: a) de excitación independiente; b) shunt; c) serie; d) compensada acumulativa; e) compensada diferencial.

2. GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA (CA): 2.1. MAQUINAS SÍNCRONAS: Como su nombre lo indica son máquinas capaces de operar sólo a la velocidad sincrónica, esto es, a la velocidad mecánica equivalente a la velocidad de rotación de CMG producido por las corrientes del estator. Estas máquinas operando cómo generador son usadas en las centrales para la generación de energía eléctrica (hidráulicas, térmicas o nucleares) en sistemas interconectados. En tales aplicaciones se les denominan generadores sincrónicos o alternadores y normalmente se operan con otras unidades en las distintas centrales, interconectarlas entre sí. La máquina síncrona está compuesta básicamente de una parte activa fija que se conoce como inducido, armadura o ESTATOR y de una parte giratoria coaxial que se conoce como inductor o ROTOR. El espacio comprendido entre el rotor y el estator, es conocido como ENTREHIERRO. Esta máquina tiene la particularidad de poder operar ya sea como generador o como motor. Su operación como alternador se realiza cuando se aplica un voltaje DC en el campo de excitación del rotor y a su vez éste es movido o desplazado por una fuente mecánica externa, que da lugar a tener un campo magnético giratorio que atraviesa o corta los conductores del estator, induciéndose con esto un voltaje entre terminales del generador.

Esquema básico de una máquina sincrónica

Su operación como motor síncrono se realiza cuando el estator es alimentado con un voltaje trifásico AC y consecutivamente el rotor es alimentado con un voltaje DC. Por lo tanto, el flujo en el entrehierro es la resultante de ambas excitaciones. En aplicaciones industriales los motores sincrónicos son usados donde es deseada velocidad constante. Una característica importante de estos motores que pueden operar ya sea tomando o entregando potencia reactiva a la red dependiendo el nivel de excitación.

2.2.

EL GENERADOR SINCRONO:

Los generadores síncronos o alternadores son máquinas sincrónicas que se usan para convertir potencia mecánica en potencia eléctrica de corriente alterna. Normalmente, son trifásicos y consiste en un electroimán girando (rotor), al lado bobinas, generalmente conectadas en estrella por efecto de la rotación del rotor va a inducir tensión trifásica en el estator. La corriente inducida se produce en este caso en los devanados con núcleo de hierro, que están en reposo y se encuentran distribuidos en la parte interior del estator, dispuestos de forma que queden desplazados entre si 120°. Durante una vuelta del rotor, los polos Norte y Sur pasan frente a los tres devanados del estator. Por ello, se habla de campo magnético giratorio CMG. Durante éste proceso, en cada uno de los devanados se genera una tensión alterna monofásica. Las tres tensiones alternas monofásicas tienen el mismo ciclo en el tiempo, pero desplazadas entre sí en la tercera parte de una vuelta (120°), por lo que se dice que tienen la misma "fase de oscilación", de manera que la tensión y la corriente inducida son sinusoidales.

Esquema básico de un alternador sincrónico.

2.2.1. ASPECTO CONSTRUCTIVO: Las máquinas síncronas, al igual que las demás tipos de máquinas eléctricas, están constituidas por dos devanados independientes: a) Un devanado de campo, construido en forma de arrollamiento concentrado o bien distribuido en ranuras, alimentado por corriente continua, y es el devanado que produce el campo magnético principal en la máquina. b) Un devanado de armadura, distribuido formando un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna, donde se induce el voltaje principal.

2.3.

MÁQUINAS ASÍNCRONAS:

Dado que la mayoría de las máquinas utilizadas en la industria están movidas por motores asíncronos alimentados por corriente alterna trifásica, en este apartado daremos unas ideas muy generales y básicas de este tipo de motores. Como toda máquina eléctrica, los motores asíncronos constan de dos partes fundamentales y distintas: 



El estator.- Es la parte fija del motor. Está constituido por una carcasa en la que está fijada una corona de chapas de acero al silicio provistas de unas ranuras. Los bobinados de sección apropiada están dispuestos endichas ranuras formando las bobinas que se dispondrán en tantos circuitos como fases tenga la red a la que se conectará la máquina. El rotor.- Es la parte móvil del motor. Está situado en el interior del estator y consiste en un núcleo de chapas de acero al silicio apiladas que forman un cilindro, en el interior del cual se dispone un bobinado eléctrico. Los tipos más utilizados son o Rotor de jaula de ardilla o Rotor bobinado.

A este tipo de motores se les denomina motores de inducción debido a que su funcionamiento se basa en la interacción de campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas. En el caso de los motores a los que hacen referencia estas notas, las corrientes que circulan por el rotor son producidas por el fenómeno de inducción electromagnética, conocido comúnmente como ley de Faraday, que establece que si una espira es atravesada por un campo magnético variable en el tiempo se establece entre sus extremos una diferencia de potencial dado por la expresión:

De donde: e = Diferencia de potencial inducida en la espira en voltios ∅ = Flujo que corta a la espira en Weber t = Tiempo en segundos

El signo menos de la ecuación es una expresión de la ley de Lenz. Esta establece que la polaridad del voltaje inducido en la bobina es tal que si sus extremos se pusieran en cortocircuito, produciría una corriente que causaría un flujo para oponerse al cambio de flujo original. Puesto que el voltaje inducido se opone al cambio que lo causa, se incluye el signo menos en la ecuación. Si se distribuye espacialmente alrededor del estator de un motor los bobinados de un sistema de tensiones trifásicos de calada 120º se genera un campo magnético giratorio (ya estudiado en el primer trimestre). La velocidad de giro de este campo magnético, denominada velocidad de sincronismo, viene dada por la expresión:

De donde: n = Velocidad de giro del campo magnético en r.p.m f = Frecuencia de la corriente eléctrica de alimentación de la máquina p = Número de pares de polos magnéticos establecidos en el bobinado del estator.

Campo magnético giratorio creado por una corriente alterna trifásica.

De este modo tendremos que las velocidades de sincronismo normalizadas en nuestro país para las máquinas eléctricas serían:

En los motores eléctricos, la velocidad de giro del rotor es ligeramente inferior a la velocidad de giro del campo magnético del estator, debido a la fricción del rotor en los cojinetes, rozamiento con el aire y a la carga acoplada al eje del rotor, por tal motivo se les conoce a estos motores con el nombre de motores asíncronos.

2.4.

GENERADOR ASÍNCRONAS:

Para explicar el funcionamiento de un motar asíncrono trifásico, nos vamos a servir del siguiente símil. Supongamos que tenemos un imán moviéndose a lo largo de una escalerilla conductora tal y como se indica en la figura adjunta. Este imán en su desplazamiento a velocidad v provoca una variación de flujo sobre los recintos cerrados que forman los peldaños de la escalera. Esta variación de flujo genera una f.e.m., definida por la Ley de Faraday:

Que a su vez hace que por dichos recintos circule una corriente. Esta corriente eléctrica provoca la aparición de una fuerza sobre la escalera definida por F = I L B que hace que la escalera se desplace en el mismo sentido que lo hace el imán.

La escalera nunca podrá desplazarse a la velocidad del imán, pues en el supuesto caso de que se desplazase a la misma velocidad que el imán, la variación de flujo sobre los recintos cerrados sería nula, y por tanto la f.e.m. inducida también y por tanto la fuerza resultante también sería nula. En un motor asíncrono la escalera es el desarrollo lineal del rotor y el campo magnético que se desplaza es originado por un sistema trifásico de corrientes que circulan por el estator (Teorema de Ferraris).

Dado que la mayoría de las máquinas utilizadas en la industria están movidas por motores asíncronos alimentados por corriente alterna trifásica, en este apartado daremos unas ideas muy generales y básicas de este tipo de motores.