PROFESOR: ALEXANDER CARRILLO MATARRITA

Mantenimiento de Maquinas Eléctricas

CONCEPTOS GENERALES DE MAQUINAS ELÉCTRICAS

El concepto de máquinas eléctricas es aplicado a

que son unos dispositivos empleados en la

conversión de la energía mecánica a energía

eléctrica, energía eléctrica a energía mecánica y

en la transformación de la energía eléctrica con

un nivel de voltaje a una energía eléctrica con

otro nivel de voltaje, mediante la acción de un

campo magnético.

Imágenes de Maquinas Eléctricas

ENTRADA

Máquina

Eléctrica

SALIDA

Elementos a través de los cuales recibe la energía del exterior bajo forma dada.

Elementos a través de las cuales la energía se entrega bajo una forma distinta salvo el caso de los transformadores

CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

SEGÚN EL TIPO DE CORRIENTE ELÉCTRICA CON LA CUAL OPERAN

A.-Máquinas de Corriente ContinuaGeneradores de Corriente Continua.Motores de Corriente Continua.

B.-Máquinas de Corriente Alterna-Generadores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ; Síncrono/Asíncrono)-Motores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ; Síncrono/Asíncrono)-Transformadores Eléctricos

CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA

A.-Micromáquinas.-Cuya potencia varía de décimas de watt

hasta 500w. Estas máquinas trabajan tanto en C.A. como

en C.C., así como a altas frecuencias (400-200Hz).

B.-De pequeña potencia.-.0.5-10 kW. Funcionan tanto en c.a.

como en c.c .y, en frecuencia normal(50-60Hz ó más).

C.-De potencia media.- 10kW, hasta varios cientos de kW.

D.-De gran potencia.-Mayor de 100kW. Por lo general las

máquinas de media y gran potencia funcionan a

frecuencia industrial.

CLASIFICACIÓN POR FRECUENCIA DE GIRO

De baja velocidad : con velocidad menor de 300 r.p.m.;

De velocidad media : (300 -1500 r.p.m.);

De altas velocidades : (1500 -6000 r.p.m.);

De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).

Las micro máquinas se diseñan para velocidad es de algunos r.p.m. hasta 6000 r.p.m.

CLASIFICACIÓN MODERNA DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

A.-Máquinas Eléctricas Estáticas

Transformadores

Convertidores e Inversores

B.-Máquinas Eléctricas Rotativas

Generadores Eléctricos

Motores Eléctricos (De Corriente Continua / De Corriente

Alterna)

CARACTERÍSTICAS COMUNES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Es necesario definir las características fundamentales de las máquinas eléctricas:

1.Potencia

2.Tensión

3.Corriente

4.Factor de Potencia

5.Frecuencia

6.Rendimiento

7.El Campo Magnético

1.POTENCIA

En general es la potencia útil, que entrega o produce una máquina eléctrica en sus

terminales de salida. De allí que, la POTENCIA ÚTIL en los Generadores y

Transformadores es la “POTENCIA ELÉCTRICA” lo que comúnmente llamamos

potencia en los bornes, mientras que en los Motores es la “POTENCIA MECÁNICA”,

llamado también potencia en el eje.

POTENCIA NOMINAL

Es la potencia útil disponible que entrega o produce en régimen nominal (condiciones

específicas de diseño: T°<75°C, duración de funcionamiento) una máquina eléctrica.

A condiciones diferentes se llama POTENCIA ÚTIL o POTENCIA DE TRABAJO.

POTENCIA NOMINAL = POTENCIA A PLENA CARGA

POTENCIA NULA = TRABAJA EN VACIO

LA POTENCIA QUE FIGURA EN LAS PLACAS CARACTERISTICAS SON LAS POTENCIAS NOMINALES

POTENCIA ELECTRICA = POTENCIA APARENTE

POTENCIA APARENTE

Es la Potencia Eléctrica Total de una máquina

eléctrica que involucra tanto a la Potencia

Activa como la Potencia Reactiva.

Sistema Monofásico S=Vx I

Sistema Trifásico S=√3xVxI

La unidad es el VOLTIO–AMPERIO(VA)

Es la parte de la Potencia Eléctrica que realmente se transforma en el

accionamiento mecánico (Potencia Mecánica) viceversa.

Sistema Monofásico P = V x I x cosθ

Sistema Trifásico P = √3 x V x I x cosθ

La unidad es el WATT (W)

P= Potencia Activa en KW P = (F x V x 0,736 ) / 75

n= N° de revoluciones por minuto

η= Eficiencia de la Máquina P = (HPx0,746 ) / (η)

HP= Potencia Mecánica en HP

P= Potencia Activa en KW

POTENCIA ACTIVA (P)

POTENCIA REACTIVA (Q)

Es la parte de la Potencia Eléctrica que crea los campos magnéticos.

Sistema Monofásico Q = V x I x senθ Sistema Trifásico Q = √3 x V x I x senθ

La unidad es el VOLTIO AMPERIO REACTIVO (VAR)

Potencia Reactiva Capacitiva o Potencia Reactiva

Suministrada.

Potencia Reactiva Inductiva o Potencia Reactiva Absorbida.

2.-TENSIÓN

Es la diferencia de potencial entre los bornes de salida eléctrica en generadores

y transformadores, y bornes de entrada en los motores.

En servicio normal la tensiones función de la carga, en algunos casos dependen

de los órganos reguladores adicionales.

TENSIÓN NOMINAL (VN)

Es aquella para la cual la máquina ha sido diseñada (o dimensionada).Es la que

figura en la placa y para la cual valen las garantías del fabricante.

TENSIÓN DE SERVICIO (V servicio)

Es el valor de la tensión en los bornes de la máquina cuando está en servicio, es

decir, es la tensión que va ha ceder si es generador o recibir y ceder si es

transformador o recibir si es motor, en el lugar donde se instalan.

V servicio máximo admisible = 1,15 VN

3.-CORRIENTE NOMINAL

Sistema Monofásico I= WN/ (VNx cosθ)Sistema Trifásico I= WN/ (√3 x VNx cosθ)

Si la máquina se sobrecarga la corriente sobrepasa de un 10% a 15% su valor nominal.

La Corriente de Arranque llega a valores de 2 INa 5 IN.

4.-FACTORDEPOTENCIA(cosθ)

Es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente, siempre que las tensiones y las corrientes sean sinusoidales.

cosθ= P / S

5.-FRECUENCIA (f)

Es el numero de oscilaciones periódicas completas de la onda fundamental durante un segundo.

En los generadores de corriente alterna la frecuencia esta dada por:

f = P. n / 60

P=Par de polos de la máquinan=revoluciones por minuto(RPM)

6.-RENDIMIENTO (η)

Es la relación entre la potencia suministrada y

la potencia absorbida por la máquina.

7.-EL CAMPO MAGNÉTICO

Denominado también INDUCCIÓN MAGNÉTICA o DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO.

Un campo magnético es un campo de fuerza creado como

consecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de la

electricidad).

La forma de actuar los campos magnéticos se deduce de las

Leyes de MAXWELL y los parámetros correspondientes a los

diferentes materiales magnéticos recorridos por dichos campos.

A partir de lo expuesto, la manera como el campo actúa en las diferentes máquinas eléctricas, se pueden describir mediante los cuatro principios básicos:

1. Al circular corriente por un conductor se produce un campo magnético alrededor de él. Esta es la base de la PRODUCCION DE CAMPO MAGNÉTICO.

2. Si a través de una espira se pasa un campo magnético variable con el tiempo, se induce un voltaje en dicha espira. Esta es la base de la ACCION TRANSFORMADORA.

3. Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro de un campo magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor. Esta es la base de la ACCION MOTOR.

4. Cuando un conductor en movimiento se encuentra inmerso dentro de un campo magnético, en dicho conductor se induce un voltaje. Esta es la base de la ACCION GENERADORA

Clasificación de Acuerdo a sus Usos

Generadores. Transforman la energía mecánica en eléctrica. Se

instalan en las centrales eléctricas y en los diferentes equipos de

transporte como autos, aviones, barcos, etc. En las C.E. los

generadores son accionados mecánicamente mediante turbinas

que pueden ser a vapor o hidráulicas; en los equipos de transporte

mediante motores de combustión interna o turbinas a vapor. En

una serie de casos los generadores se usan como fuente de

energía para equipos de comunicaciones, dispositivos automáticos,

de medición, etc.

Motores

Motores. Son equipos eléctricos que transforman la

energía eléctrica en energía mecánica; sirven para

accionar diferentes máquinas, mecanismos y

dispositivos que son usados en la industria, agricultura,

comunicaciones, y en los artefactos electrodomésticos.

Convertidores electromecánicos. Transforman la c.a. en

c.c. y viceversa, variando la magnitud de tensión (V), tanto

de c.a. como c.c., frecuencia (f), número de fases y otros.

Se usan ampliamente en la industria aunque en las últimas

décadas ha disminuido su demanda debido al uso de los

conversores semiconductores (dispositivos electrónicos de

potencia).

Compensadores electromecánicos.

Generan o absorben potencia reactiva (Q) en los sistemas eléctricos de

potencia para mejorar los índices energéticos (el factor de potencia ϕ,

niveles de tensión) en las interconexiones y los centros de carga.

Amplificadores Electromecánicos

Se usan para el control de equipos de gran potencia,

mediante señales eléctricas de pequeña potencia, que son

transmitidos a los devanados de excitación (control). Su uso

también ha disminuido.

Convertidores electromecánicos de señales

Generan, transforman y amplifican diferentes

señales. Se diseñan y proyectan en forma de

micromotores y lo usan ampliamente

diferentes equipos de control.

Transformadores

Se usan ampliamente para la variación de

tensión. En los sistemas de transmisión,

distribución y utilización, en los

rectificadores de corriente, en la automática

y la electrónica.

Máquina de inducción

Se usan como motores trifásicos, habiendo también

monofásicos. En los sistemas de regulaciónautomática. (SRA) se usan ampliamente

motores de control mono y bifásico, taco generadores así también como selsynes.

Máquinas síncronas

Se usan como generadores de c.a. de frecuencia

industrial (50 ó 60 Hz) en las C.E., así como

generadores de alta frecuencia (en los barcos,

aviones, etc.). En los sistemas de mando eléctrico

de gran potencia se usan motores síncronos. En

los dispositivos automáticos se usan máquinas

síncronos de histerésis, con imanes permanentes.

Máquinas colectoras

Se usan muy rara vez y sólo como motores. Tienen

un diseño complejo y exigen muy buen mantenimiento

Máquina de C.C

Se usan como generadores y motores en los

sistemas de mando eléctrico que requieran

flexibilidad en la regulación de velocidad: en

los ferrocarriles, en el transporte marítimo,

en laminadores, en grúas; también en casos

cuando la fuente de energía eléctrica son

baterías acumuladoras.

CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA

En función a la potencia que absorben o generan las máquinas, se dividen en micro máquinas, motores de pequeña, media y gran potencia.

- Micro máquinas.- Cuya potencia varía de décimas de watt hasta 500 w. Estas

máquinas trabajan tanto en C.A. como en C.C., así como a altas frecuencias (400 - 200 Hz).

- De pequeña potencia.-. 0.5 - 10 kW. funcionan tanto en c.a. como en c.c. y, en

frecuencia normal (50 - 60 Hz ó más).

- De potencia media.- 10 kW hasta varios cientos de kW.

CLASIFICACIÓN POR FRECUENCIA DE GIRO (VELOCIDAD)

De gran potencia.- Mayor de 100 kW. Por lo general las máquinas de media y

gran potencia funcionan a frecuencia industrial

Se dividen en :

De baja velocidad : con velocidad menor de 300 r.p.m.;

De velocidad media : (300 - 1500 r.p.m.);

De altas velocidades : (1500 - 6000 r.p.m.);

De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).

Las micro máquinas se diseñan para velocidades de algunos

r.p.m. hasta 6000

r.p.m.