maquinas electricas

5/14/2018 maquinas electricas

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Contenido

PREFACIOCapitulo 1

1-11-21-31-41-51-61-71-8

x v

1-91-10

FUNDAMENTOS ELECTROMECANICOS 1Sistema tipico de potencia de CA. 1Fundamentos de electromagnetismo, 3Ley de Faraday de la induccion electromagnetica, 5Factores que afectan a la magnitud de la FEM inducida, 6Direccion de la FEM inducida, regIa de Fleming. 10Ley de Lenz, 10Generadores elementales, 12Demostraci6n de la regIa de Fleming de la mano derecha mediantela ley de Lenz, 13Polaridad de un generador elemental. 14FEM generada por el giro de una espira en un campo magneticouniforme a velocidad constante, 14Rectificacion mediante un conmutador de aniIIo bipartido, 16Devanado de aniIIo de Gramme. 18Valores nominales de voltaje, corriente y potencia de una dinarno, 22FEM promedio generada en un cuarto de revolucion, 24Ecuacion fundamental del generador de CD para la FEM promedioentre escobillas, 26Fuerza electromagnetica, 27Factores que afectan a la magnitud de la fuerza electromagnetica, 28Direccion de la fuerza electromagnetica y regIa de la manoizquierda, 29Fuerza contraelectromotriz , 30Comparaci6n entre la accion de motor y la accion de generador, 31Glosario de terminos ernpleados, 33Preguntas, 35Problemas. 36

1-111-121-131-141-151-161-171-181-191-201-211-221-23


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Capitulo 22-12-22-32-42-52-62-72-82-92-102 - 1 12-122-132-142-152-162-17

Capitulo 3

2-182-192-202-212-22

CONSTRUCCION Y DEVANADO DE LA DINAMO 39Posibilidades de la dinamo, 39Construcci6n de la dinamo de corriente directa (CD), 40Construcci6n de la dinarno sincrona (campo estacionario), 42Construcci6n de la dinarno sincrona (campo rotatorio), 42Construcci6n de la dinarno asincrona de inducci6n, 44Campos y circuitos magneticos de la dinamo de CD, 44Reactancia de armadura, 45Campos y circuitos magneticos de la dinamo de CA, 46Calculos de flujo magnetico, 47Devanados de armadura, 49Devanados imbricados y ondulados: semejanzas y diferencias, 51Resumen de devanados, 55Devanados de armadura de la dinamo sincrona de CA, 57Devanados de media bob ina y de bob ina completa, 58Devanados acortados 0 de paso fraccionario, 58Devanados distribuidos y factor de distribuci6n (de arrollamiento), 61Efecto del paso fraccionario y la distribucion de bobina sobre laforma resultante de la onda, 64FEM generada en una dinamo sincrona de CA, 67Frecuencia de una dinarno sincrona de CA, 69Glosario de terminos empleados, 69Preguntas, 72Problemas, 73

3-13 - 23-3

RELACIONES DE VOLTAJE DE LA DINAMO DE CD:GENERADORES DE CD 7&Generalidades, 75Tipos de generadores de CD, 76Diagrama esquematico y circuito equivalente de un generador enderivaci6n, 76Diagrama esquematico y circuito equivalente de un generador enserie, 78Diagrama esquematico y circuito equivalente de un generadorserie-paralelo 0 compuesto, 79Generador con excitaci6n separada, 80Caracteristicas de voltaje sin carga 0 en vacio de un generador deCD,81Lineas de resistencia de campo de un generador en derivaci6nautoexcitado, 84Crecimiento de voltaje en un generador en derivaci6n autoexcitado, 85Resistencia critica del campo, 86Causas por las cuales no desarrolla voltaje un generadorautoexcitado en derivaci6n, 87Efecto de la carga sobre la desacumulaci6n en un generadorautoexcitado en derivaci6n, 88Caracteristicas de carga contra voltaje de un generador enderivacion, 89Efecto de la velocidad sobre las caracteristicas de un generador enderivacion con y sin carga, 92

3-43-53-63-73-83-93-103 - 1 1

3-123-133-14


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3-15 Regulaci6n de voltaje de un generador, 933-16 Generador en serie, 953-17 Genreador compuesto, 963-18 Caracteristicas de un generador compuesto acumulado, 963-19 Ajuste del grado de composici6n de los generadores compuestos

acumulados, 993-20 Generador diferencial compuesto, 1003-21 Comparaci6n sumaria de caracteristicas de carga-voltaje en

generadores en derivaci6n y compuestos, 1013-22 Efecto de la velocidad sobre las caracteristicas de carga-voltaje delos generadores en derivacion y compuestos, 1023-23 Especificaciones de generadores, 1033-24 Regia rapida para la relaci6n entre el tarnafio de una dinarno y su

velocidad, 1033-25 Glosario de terminos empleados, 1043-26 Preguntas, 1053-27 Problemas, 107

Capitulo 4 RELACIONES DE PAR EN LA DINAMO DE CD:MOTORES DE CD 1094-1 Generalidades, 109

4-2 Relacion entre par y fuerza, 1104-3 Ecuaciones fundamentales de par en una dinamo de CD, 1154-4 Fuerza contraelectrornotriz 0 voltaje generado en un motor, 1174-5 Velocidad del motor como funci6n de la fuerza

contraelectromotriz, 1184-6 Fuerza contraelectromotriz y potencia mecanica desarrollada por

un motor, 1204-7 Relaci6n entre par y velocidad de un motor, 1214-8 Arrancadores para motores de CD, 1244-9 Caracteristicas del par electromagnetico en motores de CD, 1274-10 Caracteristicas de velocidad en los motores de CD, 1304-11 Regulaci6n de velocidad, 1364-12 Par externo, potencia y velocidad, 1374-13 Inversion de direcci6n de giro en un motor de CD, 1384-14 Efecto de la reacci6n de armadura sobre la regulaci6n de velocidad

en todos los motores de CD, 1424-15 Glosario de terrninos empleados, 1424-16 Preguntas, 1434-17 Problemas, 144

Capitulo 5 REACCION DE ARMADURA Y CONMUTACION ENDINAMOS 1485-1 Generalidades, 1485-2 Campo magnetico producido por la corriente de armadura, 1485-3 Efecto del flujo de arrnadura sobre el flujo de campo, 1495-4 Desplazamiento del plano neutro en el generador comparado con el

motor, 1525-5 Compensaci6n para reacci6n de armadura en las dinamos de CD, 1545-6 La conmutacion, 156


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Capitulo 6

Capitulo 77-17-27-37-4

5-7 Voltaje de reactancia, 1605-8 Reacci6n de armadura en la dinamo de-CA. 1625-9 Resumen de la reacci6n de armadura en todas las dinamos, 1655-10 Glosario de terrninos empleados, 1665-11 Preguntas, 1675-12 Problemas. 168

6-16-26-3

RELACIONES DE VOLTAJE EN DINAMOS DE CA:ALTERNADORES 170Generalidades. 170Construccion, 172Ventajas de la construcci6n con armadura estacionaria y campogiratorio, 172Primomotores (rnaquinas de impulsion), 175Circuito equivalente para la dinamo sincrona monofasica y/opolifasica, 176Comparaciones entre el generador de CD con excitaci6n separada yel alternador sincrorio de CA con excitaci6n separada , 178Relacion entre voltaje genera do y voltaje de terminales de unalternador para varios factores de potencia de carga. 178Regulaci6n de voltaje de un alternador sincrono de CA con variosfactores de potencia, 181Impedancia sincrona, 184Metodo de la impedancia sincrona (0 FEM) para predicci6n de laregulaci6n de voltaje, 185Hip6tesis inherentes al metodo de la impedancia sincrona, 190Corrientes de cortocircuito y empleo de reactores limit adores decorriente, 193Relaciones de potencia y par. 194Glosario de terminos empleados, 196Preguntas, 197Problemas. 198

6-46-56-66-76-86-96-106-116-126-136-146-156-16

7-57-6

FUNCIONAMIENTO EN PARALELO 201Ventajas del funcionamiento en paralelo, 201Relaciones de voltaje y corriente para fuentes de FEM en paralelo, 202Funcionamiento en paralelo de generadores derivacion, 206Condiciones necesarias para el funcionamiento en paralelo de losgeneradores derivacion, 208Funcionamiento en paralelo de generadores compuestos. 208Condiciones necesarias para el funcionamiento en paralelo degeneradores compuestos. 209Procedimiento para conectar en paralelo los generadores de CD. 210Condiciones necesarias para conectar los alternadores en paralelo, 212Sincronizaci6n de alternadores monofasicos, 213Efectos de la corriente de sincronizaci6n (circulaci6n) entrealternadores monofasicos, 216Efecto estabilizador de la corriente de sincrcnizacion, 223Fluctuaci6n u oscilaci6n de alternadores, 226Sincronizaci6n de alternadores polifasicos, 227Sincronoscopios. 229

7-77-87-97-107-117-127-137-14


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7-15 Indicador de secuencia de fases, 2317-16 Resumen del procedimiento correcto para conectar en paralelo

altern adores polifasicos, 2347-17 Control de frecuencia del voltaje de barras en una estaci6n

generadora, 2357-18 Glosario de terminos empleados, 2367-19 Preguntas, 2377-20 Problemas, 238

Capitulo 8 RELACIONES DE PAR EN LA DINAMO DE CA:MOTORES SINCRONOS 2418-1 Generalidades, 2418-2 Construcci6n del motor sincrono, 2428-3 Funcionamiento del motor sincrono, 2438-4 Arranque de motores sincronos, 2458-5 Arranque de un motor sincrono como motor de induccion

mediante sus devanados amortiguadores, 2468-6 Arranque de un motor sincrono con carga, 2488-7 Funcionamiento del motor sincrono despues del periodo de

arranque, 2498-8 Efecto del aumento de carga a excitaci6n normal en un motor

sincrono, 2538-9 Efecto de aumento de carga en condiciones de subexcitaci6n, 2558-10 Efecto de aumento de carga en condiciones de sobreexcitaci6n, 2568-11 Resumen del efecto del aumento de carga (sin tomar en cuenta los

efectos de la reacci6n de armadura) en condiciones de excitaci6nconstante, 257

8-12 Efectos de la reacci6n de armadura, 2578-13 Ajuste del factor de potencia de un motor sincrono con cargaconstante, 259

8-14 Curvas V para un motor sincrono, 2638-15 Calculo del angulo del par y del voltaje genera do por fase para un

motor sincrono polifasico, 2678-16 Propiedad unica del motor sincrono como dispositivo de correcci6n

del factor de potencia, 2728-17 Potencia y par electromagneticos desarrollados por fase en un

motor sincrono, 2748-18 Capacidades de motores sincronos contra especificaciones de factor

de potencia, 2798-19 Capacitores sincronos, 2808-20 Ventajas y limites econ6micos de la correcci6n del factor de

potencia, 2828-21 Resoluci6n de problemas de correcci6n de factor de potencia

empleando el triangulo de potencia compleja y la cuadriculade potencia, 285

8-22 Empleo de un capacitor sincrono como reactor sincrono, 2908-23 Empleo de un motor sincrono como cambiador de frecuencia, 2918-24 Motor supersincrono, 2938-25 Motores especiales sincronos que no emplean excitaci6n de campo

con CD, 2948-26 Motor sincrono de inducci6n, 295


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8-27 Motor de reluctancia, 2978-28 Motor de histeresis, 2988-29 Motores subsincronos, 2998-30 Fuentes de estado solido para la CD del campo, 3008-31 Motor sincrono sin escobillas, 3008:32 Glosario de terminos empleados, 3028-33 Preguntas, 3048-34 Problemas, 305

Capitulo 9 DINAMOS POLIFASICAS DE INDUCCION(ASINCRONAS) 3089-1 Generalidades, 3089-2 Construcci6n, 3099-3 Producci6n de un campo magnetico rotatorio por aplicaci6n de CA

polifasica a la armadura del estator, 3109-4 Principio del motor de induccion, 3139-5 Conductores del rotor, FEM inducida y par del rotor en reposo, 3159-6 Par maximo del motor de inducci6n, 3219-7 Caracteristicas de funcionamiento del motor de inducci6n, 3229-8 Caracteristicas de funcionamiento normal del motor de inducci6n

en marcha, 3249-9 Efecto de un cambio en la resistencia del rotor, 3269-10 Caracteristicas de arran que de un motor de rotor devanado cuando

se agrega resistencia al rotor, 3279-11 Caracteristicas de funcionarniento de un motor de inducci6n de

rotor devana do agregando resistencia al rotor, 3329-12 Par del motor de inducci6n y potencia desarrollada por el rotor, 3329-13 Medici6n del deslizamiento de acuerdo con varios metodos, 3459-14 Arranque del motor de inducci6n, 3479-15 Arranque a voltaje reducido con autotransformador, 3499-16 Arranque a voltaje reducido con resistor 0 reactor primarios, 3519-17 Arranque en estrella-delta, 3529-18 Arranque con parte del devanado, 3529-19 Arranque del motor de inducci6n de rotor devanado, 3539-20 Motor de inducci6n de doble jaula de ardilla para arranque en

linea, 3549-21 Clasificaci6n de los motores comerciales de inducci6n por sus

propiedades electricas y mecanicas, 3559-22 Generador de inducci6n, 3649-23 Convertidor de frecuencia de inducci6n, 3669-24 Glosario de terminos empleados, 3679-25 Preguntas, 3699-26 Problemas, 371

Capitulo 10 MOTORES MONOFASICOS 37410-1 Generalidades, 37410-2 Construcci6n del motor monofasico de induccion, 37510-3 Par balanceado de un motor monofasico de inducci6n en reposo, 37610-4 Par resultante de un motor monofasico de inducci6n como

producto del giro del rotor, 378


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10-5 Motor de inducci6n de fase partida y arranque por resistencia, 38110-6 Motor de induccion de fase partida y arran que por capacitor, 38510-7 Motor de capacitor de un valor y fase partida permanente, 38810-8 Motor con capacitor de dos valores, 39110-9 Motor de induccion de polo sombreado, 39310-10Motor de induccion de arranquepor reluctancia, 39710-11Motores monofasicos con conmurador, 39810-12Motor universal, 39810-13Motor serie de CA, 40010-14Comparaci6n de diversos tipos de motores monofasicos, 40210-15Glosario de terrninos empleados, 40610-16Preguntas, 4071O-17Problemas, 409

Capitulo 11 DINAMOS ESPECIALIZADAS 41211-1 Generalidades, 41211-2 Dinamo homopolar (aciclica), 41211-3 Servomotores de CD, 41411-4 Motor de CD sin escobilIas, 42011-5 Motores de pasos de CD, 42311-6 Servomotores de CA, 42911-7 Generadores tacometricos de CA, 43111-8 Motores lineales de inducci6n (LlMs), 43311-9 Otros motores lineales de propulsion, 43611-10Dispositivos de levitacion magnetica, 44011-11Vehiculos de levitacion magnetica (MAGLEV), 443l I-Lz Maquinas sincronas asincronizadas, 44711-13Glosario de terminos empleados, 44811-14Preguntas, 44911-15Problemas, 451

Capitulo 12 RElACIONES DE POTENCIA, ENERGIAY EFICIENCIA PARA DINAMOS DE CD Y CA 45312-1 Generalidades, 45312-2 Perdidas de potencia en la dinarno, 45512-3 Diagramas de flujo de potencia, 45912-4 Calculo de las perdidas, 46012-5 Eficiencia de la dinamo de CD, 46012-6 Eficiencia maxima, 46712-7 Separaci6n de las perdidas de potencia en dinamos de CD, 47012-8 Separaci6n de las perdidas de potencia en dinarnos sincronas de

CA,47512-9 Prueba convencional en vacio 0con carga ligera para una dinamo

sincrona de CA, 47812-lOVentilaci6n de los alternadores, 48012-11Eficiencia (y regulaci6n) de la dinamo sincrona de CA mediante el

metodo del motor de CD calibrado, 48112-12Eficiencia de la dinarno asincrona , 48512-13Eficiencia del motor de induccion mediante pruebas con carga

ligera (sin carga) y de rotor bloqueado, 487


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12-14Eficiencia del motor de inducci6n a partir del metodo del circuitoequivalente de carga-deslizamiento, 490

12-15Eficiencia del motor de inducci6n empleando las constantes demaquina , 494

12-16Corriente de arranque del motor de inducci6n, a partir de lasletras de c6digo para rotor bloqueado, 497

12-17Eficiencia de los motores monofasicos de CA, 49912-18Glosario de los terrninos empleados, 50412-19Preguntas, 50512-20Problemas, 507

Capitulo 13 CAPACIDADES, SELECCION Y MANTENIMIENTODE LAS MAQUINAS ELECTRICAS 51313-1 Factores que afectan a la capacidad de las maquinas, 51413-2 Informacion de placa, 51413-3 Elevaci6n de temperatura y norma de temperatura ambiente, 51513-4 Tamaiio de armaz6n en funcion de velocidad y potencia, 52013-5 Voltajes nominales, 52413-6 Efecto del cicIo de trabajo y la temperatura ambiente sobre el

tamaiio del armaz6n y la capacidad, 52513-7 Tipos de envolventes (carcasas), 52713-8 Velocidad nominal: cIasificaciones de velocidad y reversibilidad,

52813-9 Otros factores que afectan a la seleccion de la dinamo de CD0

CA,53113-10El sistema por unidad, 53313-11Mantenimiento preventivo y localizaci6n de fallas, 53813-12Glosario de terminos empleados, 53913-13Preguntas, 54113-14Problemas, 542

Capitulo 14 TRANSFORMADORES 54514-1 Definiciones fundamentales, 54514-2 El transformador ideal, 54814-3 Transferencia maxima de potencia mediante un transformador de

igualaci6n entre Fuente y carga, 55614-4 Aplicaciones como transform adores de aislamiento, 55914-5 Transformadores practices de nucleo de hierro, 56314-6 Regulaci6n de voltaje de un transformador practice: la prueba de

cortocircuito, 57214-7 Eficiencia del transformador, 57914-8 Respuesta a la frecuencia del transformador de nucleo de

hierro, 58414-9 Calculos de transformadores empleando el sistema por unidad, 58614-10Autotransformadores, 59814-11Eficiencia en el dia, 60414-12Faseo, identificaci6n y polaridad de los devanados de los

transformadores, 60614-13Conexi6nen serie y en paralelo de devanados del transformador, 609


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14-14Tranformacion trifasica, 61314-15Armonicas en los transform adores. 62014-16lmportancia del neutro del transformador en transformaciones

trifasicas, 62314-17Relaciones de transformacion V-V: sistema de delta abierta, 62714-18Relaciones para transforrnacion T-T. 62914-19Conexion de Scott: transformaciones de 3 a 2 fases, 0 de 2 a 3

fases, 63214-20Transformaciones trifasicas a seis fases, 63514-21Empleo de transformaciones polifasicas en conversion de potencia(CA a CD). 64314-22Glosario de terminos ernpleados, 65014-23Preguntas. 65214-24Problemas. 656

APENDICE 663A-IUnidades SI. definiciones y factores de conversion. 663A-2Deduccion de las relaciones entre par. potencia y velocidad, 669A-3Secciones aplicables del Codigo Nacional Electrico de EUA (NEC).

670A-4Deduccion y dernostracion de que los flujos de reaccion en laarmadura producen una magnitud resultante constante que tieneuna relacion geometrica constante con el flujo de campoindependientemente del tiempo 0del factor de potencia de unaarmadura trifasica, 677

A-5Deduccion de relaciones de potencia y par de un alternadorsincrono, 678

A-6Deduccion del voltaje generado por fase y el angulo del par de losmotores sincronos polifasicos y monofasicos, 680

A-7Deduccion de ecuaciones de potencia y par en un motorsincrono, 681

A-8Deduccion de la eficiencia maxima de la dinamo de CD. 686A-9Deduccion de los valores por unidad para transformadores. 687

RESPUESTAS A LOS PROBLEMAS DE ESTE LIBRa 693

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