Transformadores Motores de Induccion

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Carrera de Electricidad y Electrnica Industrial

Transformadores y Motores de induccin

Universidad Tecnolgica de Puebla

Transformadores y motores de induccinManual de asignatura

Carrera Electricidad y Electrnica Industrial

Programa 2004

Universidad Tecnolgica de Puebla

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Carrera de Electricidad y Electrnica Industrial

Transformadores y Motores de induccin

CrditosElabor: Ing. Francisco Javier Rodrguez Senz Revis: Colaboradores: Autoriz:

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Transformadores y Motores de induccin

ContenidoObjetivo general Seleccionar Transformadores y Motores de C.A. Habilidades por desarrollar en general Tener conocimiento de la estructura y funcionamiento de los transformadores y motores de induccin, as como tambin tener la habilidad de poder realizar pruebas, para detectar fallas en dichos componentes Horas Teora Prctica Total I II III IV V VI VII Generalidades Circuitos magnticos excitados con CD y CA El transformador Conceptos generales de los motores elctricos de CA Motores monofsicos Motores trifsicos Seleccin de motores de CA y transformadores Gua de practicas 7 4 7 3 5 4 10 0 10 18 7 9 17 4 7 14 25 10 14 21 14 X

Pgina X X X X X

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Transformadores y Motores de induccin

I GeneralidadesObjetivo I Conocer los conceptos bsicos del magnetismo Habilidades por desarrollar en la unidad Definir los parmetros magnticos y utilizar las leyes del magnetismo para comprender la conversin de energa entre equipos electromagnticos como transformadores, motores y generadores.

Saber en la Teora ( 7 hrs.) I.1 Definir el concepto y los procesos de conversin de la energa en sistemas electromecnicos Conversin de energa electromagntica.El Campo Magntico es el mecanismo fundamental mediante el cual los motores, generadores y transformadores convierten la energa de una forma en otra. La manera como el campo magntico acta en los diferentes equipos, se pueden describir mediante cuatro principios bsicos, que son: . Al circular corriente por un conductor se produce un campo magntico alrededor de l. Si a travs de una espira se pasa un campo magntico variable con el tiempo, se induce un voltaje en dicha espira.(Esta es la base de la accin transformadora). Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro de un campo magntico, se produce una fuerza sobre dicho conductor. (Esta es la base de la accin motora). Cuando un conductor en movimiento se encuentra inmerso dentro de un campo magntico, en dicho conductor se induce un voltaje. (Esta es la base de la accin generadora.).

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Una Mquina Elctrica es un artefacto que puede convertir energa elctrica en energa mecnica (trabajando como motor) o bien energa mecnica en energa elctrica (trabajando como generador). Este tipo de mquinas puede convertir energa de una forma u otra por la accin de un campo magntico.

I. 2 PARMETROS Y VARIABLES MAGNTICAS Comprender los parmetros y variables magnticas que se encuentran material magnticoDensidad de Flujo En el sistema de unidades SI, el flujo magntico se mide en webers y tiene el smbolo ( Fi ). La cantidad de lneas de flujo por unidad de rea se denomina Densidad de Flujoy se representa mediante la letra B y se mide en Wb/m2 o Teslas. Su magnitud se determina a travs de la siguiente ecuacin.

en un

B=

B = teslas = webers A = metros cuadrados

Permeabilidad Si se usan ncleos de diferentes materiales con las mismas dimensiones fsicas en un electroimn, la fuerza del imn variar de acuerdo con el ncleo usado. Esta variacin en la fuerza se debe a la mayor o menor cantidad de lneas de flujo que pasan por el ncleo. Se consideran magnticos los materiales de los que surgen lneas de flujo con gran facilidad y que tienen una alta permeabilidad La permeabilidad es una medida de la facilidad con que se establecen lneas de flujo magntico en un material, y se representa por el smbolo , sus unidades son Wb/A-m.

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La

permeabilidad

del

espacio

libre

se

denomina

o

y

su

valor

es:

o = 4 x 10 7 Wb/A-m. En trminos prcticos, la permeabilidad de todos lo s materiales no magnticos, por ejemplo el cobre, el aluminio, la madera, el cristal y el aire, es igual que para el espacio libre. Se llama permeabilidad relativa de un material a la relacin entre su propia permeabilidad y la del espacio libre;

r = / oLa permeabilidad relativa sirve para comparar la facilidad con que se pueden magnetizar los diferentes materiales.

La reluctancia La reluctancia de un circuito magntico es el homlogo de la resistencia de un circuito elctrico y se mide en amperes vuelta por weber La reluctancia de un material al paso de las lneas de flujo magntico por l se determina por medio de la ecuacin siguiente:

R=

l

( rels, o At / Wb )

En donde R es la reluctancia, l es la longitud de la trayectoria magntica y A es su rea transversal, la t en las unidades At / Wb Encadenamientos de flujo El encadenamiento de flujo ocurre cuando el flujo magntico abraza a la corriente que lo genera, en un conductor elctrico y al mismo tiempo la corriente abraza al flujo magntico. Auto inductancia La capacidad que tiene una bobina para oponerse a cualquier cambio en la corriente es una medida de la autoinductancia L de la bobina. Por brevedad generalmente se elimina el prefijo auto. La inductancia se mide en Henrios Inductores Los inductores son bobinas de diferentes dimensiones diseadas para introducir cantidades especificas de inductancia dentro de un circuito. La inductancia vara con relacin directa a las propiedades magnticas de la bobina. Por tanto, con frecuencia se emplean materiales ferromagnticos para incrementar la inductancia aumentando el flujo que enlaza la bobina.Universidad Tecnolgica de Puebla

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La inductancia de la siguiente figura se puede determinar a travs de la siguiente ecuacin: L=

N 2 A l

Donde N representa la cantidad de vueltas de la bobina, la permeabilidad del ncleo, l la longitud media del ncleo en metros; y, la A, el rea de la seccin transversal expresada en metros cuadrados Voltaje Inducido La inductancia de una bobina tambin es una medida del cambio en el flujo que enlaza a una bobina debido aun cambio en su corriente; esto es, L=

N

d di

Cuando una corriente que atraviesa un inductor est cambiando, el flujo magntico que lo eslabona cambia y se induce una fuerza electromotriz en l, Si se considera constante la permeabilidad, la fuerza electromotriz inducida es proporcional al cambio de la corriente. por la ley de Faraday el voltaje entre terminales est dado por:

vL = N

d dt

v=N

d di d di = N = L dt dt di dt

La ley de Faraday establece que se induce un voltaje en una bobina que contiene un flujo variable en el tiempo. L es una constante de proporcionalidad denominada coeficiente de auto inductancia, sus unidades son weber/amper o Henrio.

Inductancia Mutua El parmetro asociado con el encadenamiento de flujo en un circuito producido por la corriente en otro circuito, se denomina inductancia mutua Si colocamos dos bobinas muy cercanamente, designadas como 1 y 2 respectivamente, y hacemos circular una corriente por la bobina 1, se producir un flujo magntico dado por: 1 = 11+ 21

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Donde: 11 es la parte del flujo que eslabona la bobina 1 12 es la parte del flujo debido a la bobina 1 que eslabona la bobina 2 El flujo 12 induce un voltaje en la bobina dos dado por:

v2 = N 2

d12 dt

Como 12 es debido a la corriente 1 y v2 es proporcional al cambio que ocurra en esta corriente la ecuacin se transforma a:

v2 = M

di dt

donde : M se conoce como constante de inductancia mutua

M = N2

d12 di1

Coeficiente de Acoplamiento K El eslabonamiento de flujo entre dos bobinas depende de la orientacin y el espaciamiento que exista entre dos bobinas y de la permeabilidad del medio acoplador. La fraccin del flujo total de una bobina que eslabona a la otra bobina se conoce como coeficiente de acoplamiento.

K=

12 21 = 1 2M L1 L2

El mximo valor de k es la unidad y se puede expresar en funcin del coeficiente de inductancia mutua y de las inductancias propias de la siguiente manera:

K=

Valor efectivo inducido en una bobina Cuando se aplica una corriente variable en el tiempo, a un circuito magntico se produce un flujo magntico tambin variable en el tiempo, estoes:

i = 2 Ipsent (t ) = mxseno t

max = A Bmax (t ) = A Bmx sentDonde:

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(t)= Variacin Senoidal de flujo en el ncleo

max = Amplitud del flujo max = Amplitud de la Densidad de Flujo

=

Frecuencia angular = 2f

f = Frecuencia en Hertz A = Seccin transversal del ncleo De acuerdo a la ley de Faraday el voltaje inducido en el devanado de N vueltas es:

e(t ) = N

d