Instituto Tecnolgico de Hermosillo

Generacin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialGeneradores de CAGeneracin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialCONTENIDOPrincipios de generacin de CACaractersticas del suministro de energaPrincipios de operacin del transformadorFuentes alternas de generacinGeneracin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad Industrial3Generadores de CAUn generador bsico consiste de un campo magntico, una armadura, anillos deslizantes, escobillas y una carga resistiva. El campo magnticos es generalmente un electromagneto. Una armadura es cualquier nmero de alambres conductivos devanados en vueltas los cuales giran a travs del campo magntico. Para simplicidad, se muestra una espira. Cuando un conductor se mueve a travs de un campo magntico, se induce un voltaje en el conductor. Cuando la armadura gira a travs del campo magntico, se genera un voltaje en la armadura que causa un flujo de corriente. Los anillos deslizantes son ligados a la armadura y giran con el. Las escobillas de carbn montadas contra los anillos deslizantes conducen la corriente desde la armadura a la carga resistiva. Generacin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialOperacin bsica del generadorUna armadura gira a travs del campo magntico. En una posicin inicial de cero grados, los conductores de la armadura se mueven paralelo al campo magntico y no cortan ninguna lnea de flujo magntico. No se induce voltaje.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialOperacin del generador desde 0 a 90 La armadura gira de cero a 90 grados. los conductores cortan a travs de ms y ms lneas de flujo, hasta llegar a un voltaje mximo inducido en la direccin positiva.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialOperacin del generador desde 90 a 180 gradosLa armadura contina girando de 90 a 180 grados, corta menos lneas de flujo. El voltaje inducido disminuye desde un valor mximo positivo a cero.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialOperacin del generador desde 180 a 270 gradosLa armadura contina girando desde 180 grados a 270 grados. Los conductores cortan cada vez ms lneas de flujo, pero en la direccin opuesta. El voltaje se induce en direccin negativa hasta llegar a un mximo a 270 grados.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialOperacin del generador desde 270 a 360 gradosLa armadura continua girando desde 270 a 360 grados, el voltaje inducido disminuye de un valor mximo negativo a cero. Esto completa un ciclo. La armadura continuar girando a una velocidad constante. El ciclo continuar repitindose siempre y cuando la armadura siga girando.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialFrecuenciaEl nmero de ciclos por segundo hechos por el voltaje inducido en la armadura es la frecuencia del generador. Si la armadura gira a una velocidad de 60 revoluciones por segundo, el voltaje generado ser de 60 ciclos por segundo. El trmino aceptado de ciclos por segundo es hertz. La frecuencia estndar en el Estados Unidos es de 60 hertz. La siguiente ilustracin muestra 15 ciclos en de segundos, que es equivalente a 60 ciclos en un segundos.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialGenerador de CA de cuatro polosLa frecuencia es la misma que el nmero de rotaciones por segundos si el campo magntico es producido por slo dos polos. Un aumento en el nmero de polos, causara un aumento en el nmero de ciclos completados en una revolucin . Un generador de dos polos completara un ciclo por revolucin y una generador de cuatro polos completara dos ciclos por revolucin. Un generador de CA produce un ciclo por revolucin para cada par de polos.Generacin de CA

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Generador de CA de cuatro polosGeneracin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialVoltaje y corrienteValor picoLa onda sinusoidal ilustra cmo el voltaje y la corriente en un circuito AC sube y baja con el tiempo. El valor de pico de una onda sinusoidal ocurre dos veces cada ciclo, una vez en el valor mximo positivo y una vez en el valor mximo negativo.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialValor de pico a picoEl valor del voltaje o de la corriente entre los valores de pico positivo y de pico negativo se llama el valor de pico a pico.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialValor instantneoEl valor instantneo es el valor en cualquier instante de tiempo. Puede ser en el rango de cero a cualquier lugar de la valor de pico.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialClculo del valor instantneoLa forma de onda de voltaje producido a medida que gira la armadura a travs de 360 grados de rotacin se denomina una onda sinusoidal porque el voltaje instantneo est relacionado con la funcin trigonomtrica llamado seno (sen q = seno del ngulo). La curva sinusoidal representa un grfico de la ecuacin siguiente:

El voltaje instantneo es igual al voltaje de pico del seno del ngulo de la armadura del generador. El valor del seno es obtenido a partir de las tablas trigonomtricas. La siguiente tabla refleja unos ngulos y su valor de seno.Generacin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialAnguloSeno de qAnguloSeno de q300.5210-0.560 0.866240-0.866901270-11200.866300-0.8661500.5330 -0.518003600Generacin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialEl siguiente ejemplo ilustra los valores instantneos a 90, 150 y 240 grados. El pico de voltaje es igual a 100 voltios. Mediante la sustitucin del seno en el valor del ngulo instantneo, el voltaje instantneo se puede calcular.

Cualquier valor instantneo puede ser calculado. Por ejemplo

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Valor efectivo de una onda senoidal de CAEl voltaje alterno y la corriente estn en constantemente cambiando de valor. Un mtodo de conversin de los valores variables en un valor constante equivalente es necesario. El valor efectivo del voltaje y la corriente es el mtodo comn de expresar la valor de AC . Esto tambin se conoce como el valor RMS (raz media cuadrtica). Si el voltaje en el hogar promedio se dice que es 120 voltios, este es el valor RMS. Las cifras de valor eficaz va ser 0.707 veces el valor de pico.Generacin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialEl valor efectivo de la CA se define en trminos de un equivalente de efecto de calentamiento cuando se compara con la CD. Un ampere RMS de corriente que fluye a travs de una resistencia producirn calor a la misma velocidad que un amperio de CD.Para propsito de diseo de circuitos, tambin puede ser necesario el valor de pico. Por ejemplo, el aislamiento debe ser diseado para soportar el valor de pico, no slo el valor eficaz. Puede ser que slo el valor efectivo se conoce. Para calcular el valor de pico, multiplique el valor efectivo por 1.41. Por ejemplo, si el valor efectivo es de 100 voltios, el valor de pico es de 141 voltios.Generacin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialSIMPLE CUESTIONARIOLa representacin grfica de los valores de voltaje o de corriente de CA durante un perodo de tiempo es un __________________________.Cada fase de alimentacin de CA trifsica se desfasa por ______ grados.Un generador de CA produce ____________ ciclo por revolucin para cada par de polos.Cul es el voltaje instantneo a 240 grados para un pico de voltaje de 150 voltios?Cul es el valor eficaz para un voltaje mximo de 150 voltios?Generacin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialINDUCTANCIALos circuitos estudiadas hasta este punto han sido resistivos. Sin embargo la resistencia y el voltaje no son las nicas propiedades del circuito que afectan el flujo de corriente. La inductancia es la propiedad de un circuito elctrico que se opone a cualquier cambio en la corriente elctrica. La resistencia se opone al flujo de corriente, la inductancia se opone cambio en el flujo de corriente. La inductancia se designa con la letra L . La unidad de medida de la inductancia es el henry ( h ).

Inductor bsico

Smbolo de inductor idealGeneracin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialEl flujo de corriente y la intensidad de campoEl flujo de corriente produce un campo magntico en un conductor. La cantidad de corriente determina la fuerza del campo magntico . Cuando aumenta la corriente de flujo, aumenta la fuerza de campo y cuando disminuye la corriente disminuye la intensidad de campo.Generacin de CA

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Cualquier cambio en la corriente provoca un cambio correspondiente en el campo magntico que rodea el conductor. La corriente es constante en CD, excepto cuando el circuito se enciende y se apaga, o cuando hay un cambio de carga. La corriente est cambiando constantemente en CA, por lo que la inductancia es un factor continuo.Generacin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad Industrial26Un cambio en el campo magntico que rodea el conductor induce un voltaje en el conductor. Este voltaje auto-inducido se opone al cambio en la corriente. Esto se conoce como fuerza contra electromotriz (fem). Esta oposicin provoca un retraso en el tiempo que tarda la corriente para alcanzar su nuevo valor estable. Si aumenta la corriente, la inductancia trata de mantenerla abajo. Si la corriente disminuye, la inductancia trata mantenerla arriba. La inductancia es algo as como la inercia mecnica, que debe ser superada para conseguir que un objeto se mantenga en movimiento, o detener un objeto mecnico que se mueve. Un vehculo, por ejemplo, le toma un momento de tiempo para acelerar a una velocidad deseada, o desacelerar hasta detenerse.Generacin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialINDUCTORESLa Inductancia normalmente se indica simblicamente en un dibujo elctrico de una de dos maneras. Una lnea de curvado o un rectngulo relleno se pueden utilizar.

Los inductores son bobinas de alambre. Ellos pueden ser envueltos alrededor de un ncleo. La inductancia de una bobina se determina por el nmero de vueltas en la bobina, la separacin entre las espiras, el dimetro de la bobina, el material del ncleo, el nmero de capas de devanados, el tipo de bobinado, y la forma de la bobina. Ejemplos de inductores son transformadores, bobinas y motores.Generacin de CA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad Industrial28Simple circuito inductivoEn un circuito de resistencia, el cambio de corriente se considera instantnea. Si se utiliza un inductor, la corriente no cambia tan rpidamente. En el siguiente circuito, inicialmente el interruptor est abierto y no hay flujo de corriente. Cuando el interruptor est cerrado, la corriente aumentar rpidamente al principio, luego ms lentamente a medida que se acerca al valor mximo. Para propsitos de explicacin, se utiliza un circuito de corriente continua.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialConstante de tiempo inductivoEl tiempo requerido para que la corriente alcance su valor mximo se determina por la relacin de la inductancia, en henrys, a la resistencia, en ohmios. Esta relacin se denomina la constante de tiempo del circuito inductivo. Una constante de tiempo es el tiempo, en segundos, requerido para que la corriente del circuito alcance el 63,2% de su valor mximo. Cuando el interruptor est cerrado en el circuito anterior, la corriente comenzar a fluir. Durante la primera constante de tiempo la corriente constante se eleva a 63,2% de su valor mximo. Durante la segunda constante de tiempo, la corriente aumenta a 63,2% del 36,8% restante, o un total de 86,4%. Se tarda unos cinco constantes de tiempo para que la corriente llegue a su valor mximo.Generacin de CA

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad IndustrialDel mismo modo, cuando se abre el interruptor, se tardar cinco constantes de tiempo para que la corriente llegue a cero. Se puede observar que la inductancia es un factor importante en circuitos de corriente alterna. Si la frecuencia es de 60 Hz, la corriente sube y baja de su valor mximo a cero 120 veces por segundo.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE HERMOSILLOIng. MecatrnicaNElectricidad Industrial32Clculo de la constante de tiempo de un circuito inductivoLa constante de tiempo se designa por el smbolo . Para determinar la constante de tiempo de un circuito inductivo utilice una de las siguientes frmulas:Generacin de CA

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