electro - unidad 3

UTN FRBA SCEU DEPARTAMENTO DE ENERGA DIPLOMATURA A DISTANCIA EN TECNOLOGA Y GESTIN DE LA ENERGA

MDULO ELECTROTECNIA

Docente Titular y Autor del Texto: Ing. Celestino Garca 1 de 47 Docente Auxiliar: Ing. Guillermo Pita

UNIVERSIDAD TECNOLGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES

SECRETARA DE CULTURA Y EXTENSIN UNIVERSITARIA

DEPARTAMENTO DE ENERGA Diplomatura en Tecnologa y Gestin de la Energa


MDULO ELECTROTECNIA


UNIDAD 3. SISTEMAS TRIFASICOS Y MAQUINAS DE ALTERNA PRIMERA PARTE SISTEMAS TRIFASICOS EQUILIBRADOS 1. INTRODUCCION A LOS SISTEMAS TRIFASICOS 1.1 DEFINICIN DE UNA FUENTE TRIFSICA 1.2 BENEFICIOS DE UTILIZAR C.A. TRIFASICA 1.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR TRIFASICO ELEMENTAL 1.4 TENSION DE FASE DEL GENERADOR 1.5 TIPOS DE SECUENCIA 1.6 TIPOS DE CONEXIONES 2. CONEXIN ESTRELLA DE LA CARGA 2.1 TENSION DE FASE 2.2 TENSION DE LINEA 2.3 RELACION CORRIENTE DE LINEA CORRIENTE DE FASE EN 2.4 FASORIAL CONEXIN ESTRELLA 2.5 RESUMEN CONEXIN ESTRELLA EQUILIBRADA

3. CONEXIN TRIANGULO DE LA CARGA 3.1 CORRIENTE DE FASE 3.2 CORRIENTE DE LINEA 3.3 RELACION ENTRE TENSIONES DE LINEA Y TENSIONES DE FASE. 3.4 RELACION ENTRE LAS CORRIENTES DE LINEA y DE FASE EN . 3.5 RESUMEN CONEXIN TRIANGULO EQUILIBRADA 4. SISTEMAS TRIFASICOS BALANCEADOS Y NO BALANCEADOS 4.1 SISTEMA EQUILIBRADO 4.2 POTENCIA CONEXIN ESTRELLA 4.3 POTENCIA CONEXIN TRIANGULO 4.4 FACTOR DE POTENCIA 4.5 COMO MEJORAR EL FACTOR DE POTENCIA 4.6 SISTEMAS DESEQUILIBRADOS


MDULO ELECTROTECNIA


SEGUNDA PARTE MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE ALTERNA 5. MOTOR ASINCRONICO 5.1 MOTOR ASINCRONICO DESCRIPCION 5.2 CUADRO CONCEPTUAL DE LAS CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS 5.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 5.4 CUADRO CONCEPTUAL DEL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 5.5 DESCRIPCION DE LA CREACION DE UN CAMPO MAGNETICO GIRATORIO 5.6 CIRCUITO EQUIVALENTE 5.7 CONEXIONES DE LA BORNERA 5.8 INVERSION DEL SENTIDO DE GIRO 5.9 METODOS DE ARRANQUE 5.10 VARIACION DE VELOCIDAD 5.11 GENERADOR ASINCRONICO 5.12 SIMILITUDES Y DIFERENCIAS ENTRE EL ASINCRONICO Y EL SINCRONICO

6. MAQUINA SINRONICA 6.1 DESCRIPCION DE LA MAQUINA SINCRONICA 6.2 ESTADOS DE FUNCIONAMIENTO 6.3 MOTOR SINCRONICO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 6.4 CUADRO RESUMEN PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO MOTOR 6.5 GENERADOR SINCRONICO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 6.6 CUADRO RESUMEN PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 6.7 INFLUENCIA DE LA VARIACION DE LA CARGA 6.8 BALANCE DE POTENCIAS Y RENDIMIENTO 6.9 EL ALTERNADOR ACOPLADO A UNA RED DE POTENCIA INFINITA


MDULO ELECTROTECNIA


1. INTRODUCCION A LOS SISTEMAS TRIFASICOS 1.1 DEFINICIN DE UNA FUENTE TRIFSICA

Tres fuentes de tensin. Magnitudes iguales 120 de diferencia entre fases

1.2 BENEFICIOS DE UTILIZAR C.A. TRIFASICA

La C.A. permite una sencilla transformacin de tensiones. Las Mquinas trifsicas tiene un par (torque) menos ondulado que las

monofsicas. Mayor potencia de salida para una cantidad de cobre dada.

SISTEMA TRIFASICO


MDULO ELECTROTECNIA


La estructura bsica de un sistema trifsico consiste en una fuente trifsica de voltaje conectada a una carga trifsica a travs de lneas de transmisin. Los sistemas trifsicos son ampliamente utilizados (por razones tcnicas y econmicas) en la generacin, transporte y distribucin de la energa elctrica.

1.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR TRIFASICO ELEMENTAL El generador de fase nica (monofsico) desarrolla una tensin sinusoidal nica por cada rotacin del eje. Si se incrementa en dos la cantidad de bobinas o arrollamientos obtenemos un generador trifsico. Debido a que las tres bobinas tienen igual cantidad de vueltas y cada bobina gira con la misma velocidad angular, la tensin inducida a travs de cada bobina presenta el mismo valor pico, la misma forma de onda y la misma frecuencia. Adems, los devanados de fase (bobinas) se disean de manera que las tensiones sinusoidales inducidos en ellos estn desfasados en 120.


MDULO ELECTROTECNIA


Las tres fuentes de tensin se conocen como FASES Solo se necesita 1 conductor de retorno, el NEUTRO. En un sistema Equilibrado, todos los voltajes son de igual magnitud y todos los fasores estn separados +/- 120 1.4 TENSION DE FASE DEL GENERADOR Cada bobina del generador puede ser representada como una fuente de tensin senoidal. Para identificar a cada tensin se les da nombre de tensin de la fase a, de la fase b y de la fase c


MDULO ELECTROTECNIA


1.5 TIPOS DE SECUENCIA Si la tensin en la bobina a alcanza el mximo en primer termino, luego lo alcanza b y despus c, nos encontramos ante una secuencia de fases abc (positiva). Esta secuencia es evidente a partir del diagrama fasorial con su rotacin en sentido contrario a las agujas del reloj, ya que los fasores pasaran por un punto fijo en el orden a-b-c.

La rotacin de las bobinas en sentido opuesto da lugar a la secuencia cba o acb (negativa). A continuacin se observa el nuevo diagrama fasorial y la secuencia que provoca con su rotacin en sentido antihorario.

1.6 TIPOS DE CONEXIONES Tanto para el generador como para la carga, existen dos tipos de conexiones: triangulo y estrella, por lo tanto el sistema trifsico puede adoptar cuatro configuraciones distintas: Fuente conectada en triangulo y carga conectada en triangulo. Fuente conectada en triangulo y carga conectada en estrella. Fuente conectada en estrella y carga conectada en triangulo.


MDULO ELECTROTECNIA


Fuente conectada en estrella y carga conectada en estrella.

2. CONEXIN ESTRELLA DE LA CARGA A la tensin lnea-neutro se lo denomina voltaje o tensin de fase, mientras que al voltaje lnea-lnea se lo denomina, por brevedad, voltaje o tensin de lnea. El mtodo de conexin de una carga trifsica a una lnea es la conexin triangulo. Una carga balanceada conectada en triangulo (con impedancias de fase iguales) En la conexin estrella, las corrientes de fase y de lnea son iguales. La magnitud de la tensin de lnea es 3 veces la magnitud de la tensin de fase. Adems, la tensin de lnea esta desfasada 30 con respecto a la tensin de fase (el signo + para la secuencia positiva y el negativo para la secuencia negativa). Diagramas de fasores de tensin a) de fase o fase neutro. b) de lnea o lnea lnea. c) corrientes de fase y lnea. 2.1 TENSION DE FASE

2.2 TENSION DE LINEA


MDULO ELECTROTECNIA


2.3 RELACION CORRIENTE DE LINEA CORRIENTE DE FASE EN ESTRELLA La corriente de lnea y la corriente de fase en conexin estrella son iguales.

2.4 FASORIAL CONEXIN ESTRELLA

La corriente del neutro es nula para un sistema equilibrado con la carga conectada en estrella, no se necesitara conexin con el neutro y normalmente es dificil verificar si la carga es equilibrada.


MDULO ELECTROTECNIA


2.5 RESUMEN CONEXIN ESTRELLA EQUILIBRADA

3. CONEXIN TRIANGULO DE LA CARGA En esta conexin, las tensiones de lnea y las tensiones de fase son iguales. La magnitud de la corriente de lnea es 3 veces la magnitud de la corriente de fase. Pero adems, el conjunto el conjunto de corrientes de lnea esta desfasado 30 con respecto al conjunto de las corrientes de fase (-30 para la secuencia positiva y +30 para la secuencia negativa). A continuacin se muestran los diagramas de tensiones.


MDULO ELECTROTECNIA


La carga conectada en triangulo ofrece una ventaja sobre la carga conectada en estrella consistente en que en el primer caso las cargas pueden conectarse o retirarse con mayor facilidad en una sola fase del triangulo, puesto que las cargas se conectan directamente entre las lneas. 3.1 CORRIENTE DE FASE Se denomina corriente de fase aquella que recorre una fase. Por esta razn vamos a recordar el concepto de Fase vectorial. Tambin en un sistema polifsico la tensin y la corriente estn en fase cuando la carga es resistiva pura.

3.2 CORRIENTE DE LINEA Se define como aquella que, saliendo de los bornes principales de un alternador (generador sincrnico) entra en los bornes de la carga. Sin embargo, en un circuito trifsico balanceado en donde sabemos la secuencia de fase, basta con calcular una de las corrientes de lnea para obtener las otras dos, ya que estas tienen la misma amplitud pero estn desfasadas 120.


MDULO ELECTROTECNIA


3.3 RELACION ENTRE TENSIONES DE LINEA Y TENSIONES DE FASE. En una conexin triangulo de un sistema equilibrado y simtrico las tensiones de lnea y las tensiones de fase son iguales.

3.4 RELACION ENTRE LAS CORRIENTES DE LINEA Y LAS CORRIENTES DE FASE EN UN CIRCUITO CONECTADO EN TRIANGULO.

En las siguientes figuras se muestra cuales son las corrientes de lnea y las corrientes de fase para una carga en triangulo.


MDULO ELECTROTECNIA



MDULO ELECTROTECNIA


3.5 RESUMEN CONEXIN TRIANGULO EQUILIBRADA


MDULO ELECTROTECNIA


4. SISTEMAS TRIFASICOS BALANCEADOS Y NO

BALANCEADOS 4.1 SISTEMA EQUILIBRADO

En este caso, dado que las tensiones y las intensidades son iguales en modulo en las tres fases, se obtiene que la potencia total es tres veces la potencia en una de las fases:

PT = P1 + P2 + P3 = 3.PF

Lo mismo ocurre con la potencia reactiva:


MDULO ELECTROTECNIA


QT = Q1 + Q2 + Q3 = 3.QF

4.2 POTENCIA CONEXIN ESTRELLA Si el sistema presenta los receptores (carga) en estrella, como se vio la potencia activa es (aplicando las ecuaciones)

Lo que interesa, en general, es medir la potencia desde fuera de la carga, es decir, desde la lnea, dado que la intensidad de lnea coincide con la de fase. 4.3 POTENCIA CONEXIN TRIANGULO Si el sistema presenta los receptores (carga) en triangulo, como se vio la potencia activa es (aplicando las ecuaciones).


MDULO ELECTROTECNIA


4.4 FACTOR DE POTENCIA Las cargas industriales, en su naturaleza elctrica son de carcter reactivo a causa de la presencia principalmente de equipos de refrigeracin, motores, etc. Este carcter reactivo obliga a que junto al consumo de potencia activa (KW) se sume el de una potencia reactiva (KVAr) las cuales en su conjunto determinan el comportamiento operacional de equipos y motores. Algunas empresas de servicio elctrico exigen valores de factor de potencia de 0,8 y a veces superior a los efectos de mejorar la instalacion y no cobrar punitorios. 4.5 COMO MEJORAR EL FACTOR DE POTENCIA Mejorar el factor de potencia resulta practico y econmico, como ya dijimos en monofasica, por medio de la instalacin de condensadores elctricos estticos o utilizando maquinas sincrnicas disponibles en la industria (algo menos econmico si no se dispone de ellas). El consumo en KW y KVAr en una industria se mantienen inalterables antes y despus de la compensacin reactiva (instalacin de los condensadores). La diferenta estriba en que al principio los KVAr que esa planta estaba requiriendo, deban ser producidos, transportados y entregados por la empresa de distribucin de energa elctrica, lo cual le produce consecuencias negativas, como ya explicramos en C.A. monofasica.

En trifsica el cada capacitor deber compensar 1/3 de la potencia reactiva Q.


MDULO ELECTROTECNIA


En estrella resulta En triangulo resulta

Uf = UL

En conclusin, si los capacitares se conectan en estrella tendrn un valor tres veces superior al de la conexin triangulo.

4.6 SISTEMAS DESEQUILIBRADOS Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (tensiones diferentes o distintos desfasajes entre ellas), el sistema de tensiones es un sistema desequilibrado o un sistema desbalanceado.

5. MOTOR ASINCRONICO 5.1 MOTOR ASINCRONICO DESCRIPCION Las mquinas asncronas tienen un circuito magntico sin polos salientes, estando ranurados tanto el estator como el rotor, los cules van a estar sometidos a la accin de campos magnticos giratorios que darn lugar a prdidas magnticas. En consecuencia, ambos rganos de la mquina se fabrican a base de apilar chapas delgadas de acero al silicio para reducir estas prdidas. El devanado del estator normalmente es trifsico, aunque en mquinas de pequea potencia tambin puede ser monofsico o bifsico. El devanado del rotor siempre es polifsico. Ambos devanados tienen el mismo nmero de polos.


MDULO ELECTROTECNIA


El devanado del rotor forma un circuito cerrado por el que circulan corrientes inducidas por el campo magntico. El rotor puede ser de dos tipos: de jaula de ardilla o en cortocircuito y de rotor bobinado con anillos. Una jaula de ardilla es un devanado formado por unas barras alojadas en las ranuras del rotor que quedan unidas entre s por sus dos extremos mediante sendos aros o anillos de cortocircuito.

El nmero de fases de este devanado depende de su nmero de barras. Muchas veces estos anillos poseen unas aletas que facilitan la evacuacin del calor que se genera en la jaula durante el funcionamiento de la mquina.


MDULO ELECTROTECNIA


El rotor bobinado tiene un devanado trifsico normal cuyas fases se conectan al exterior a travs de un colector de tres anillos y sus correspondientes escobillas. En funcionamiento normal estos tres anillos estn cortocircuitados (unidos entre s). En ambos tipos de rotor se suelen emplear ranuras ligeramente inclinadas con respecto al eje de la mquina.


MDULO ELECTROTECNIA


El bloque de chapas que forma el circuito magntico del rotor tiene un agujero central donde se coloca el eje o rbol de la mquina. En muchas ocasiones se coloca un ventilador en este eje para facilitar la refrigeracin de la mquina. La carcasa es la envoltura de la mquina y tiene dos tapas laterales donde se colocan los cojinetes en los que se apoya el rbol. Esta carcasa suele disponer de aletas para mejorar la refrigeracin de la mquina. Sujeta a la carcasa est la placa de caractersticas donde figuran las magnitudes ms importantes de la mquina. En la carcasa se encuentra tambin la caja de bornes adonde van a parar los extremos de los bobinados. En una mquina asncrona trifsica de jaula de ardilla la caja de bornes tiene seis terminales, correspondientes a los extremos de las tres fases del estator (dos extremos, principio y final, por cada fase), formando dos hileras de tres. De esta forma resulta fcil el conectar el devanado del estator en estrella o en tringulo. Esta facilidad para conectar en estrella o en tringulo el devanado del estator permite que una mquina asncrona pueda funcionar con dos tensiones asignadas de lnea distintas, que guardan entre s una relacin 3. As, por ejemplo, un motor de 380/220 V tiene una tensin asignada de fase de 220 V. Por esta razn, cuando se quiera utilizar en una red cuya tensin de lnea sea 220 V se emplear la conexin tringulo, porque en ella las tensiones de fase y de lnea son iguales. Si se quiere utilizar esta mquina en una red cuya tensin de lnea sea 380 V deber emplearse la conexin estrella, porque en ella la tensin de fase es igual a la tensin fase-neutro, la cual es 3 veces menor que la tensin de lnea.


MDULO ELECTROTECNIA


En resumen, la posibilidad de cambiar de conexin en el estator permite funcionar a la mquina asncrona con dos tensiones asignadas de lnea diferentes. La menor corresponde a la conexin tringulo y es tambin igual a la tensin asignada de fase. La mayor corresponde a la conexin en estrella. 5.2 CUADRO CONCEPTUAL DE LAS CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS

5.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO En este tipo de mquina el bobinado del estator est recorrido por un sistema equilibrado de corrientes, desfasado 120 grados entre si, a su vez distribuidas de tal forma tal que entre una y otra hay 120 grados fsicos entre si, bajo esta condicin, como demostraremos mas adelante, se produce un campo magntico giratorio cuya velocidad es la conocida como velocidad de sincronismo. Cuando esta velocidad se mide en r.p.m. se la denomina n1 y se calcula a partir de la frecuencia f1 de las corrientes del estator mediante este cociente


MDULO ELECTROTECNIA


Como el rotor gira a una velocidad distinta a la del campo magntico del estator, sus bobinas estn sometidas a la accin de un flujo magntico variable y se inducen f.e.ms de rotacin en ellas. El devanado del rotor est en cortocircuito, luego estas f.e.ms producen la circulacin de corrientes en el rotor que producen un campo magntico, al interactuar con el campo magntico del estator, originan un par en el eje de la mquina. Por la Ley de Lenz, este par mecnico intentar reducir las variaciones de flujo magntico en el devanado del rotor y, por lo tanto, tratar de hacerlo girar a la misma velocidad que el campo magntico giratorio (ya que las variaciones de flujo en las bobinas del rotor son debidas al movimiento relativo del campo giratorio con respecto al rotor), pero sin conseguirlo nunca, ya que entonces no habra corrientes en el rotor ni, por consiguiente, par en el eje de la mquina. El rotor gira arrastrado por el campo magntico giratorio del estator, se dice que gira resbalando respecto de la velocidad del campo magntico del estator. La velocidad de estas mquinas es, pues, ligeramente distinta de la de sincronismo, de ah su nombre de asncronas. Por otra parte, las corrientes que circulan por el rotor aparecen por induccin electromagntica, de ah su otro nombre de mquinas de induccin. Cuando la mquina acta como motor, su funcionamiento ms habitual, la velocidad del rotor es inferior a la de sincronismo y se genera un par motor. Para que esta mquina acte como generador es preciso moverla con una mquina motriz externa de forma que su velocidad supere a la de sincronismo. En este caso aparece un par de frenado en su eje. Se denomina deslizamiento s o resbalamiento a la siguiente relacin:

donde n1 es la velocidad de sincronismo medida en r.p.m. 1 es la velocidad de sincronismo medida en rad/s n es la velocidad de giro del rotor medida en r.p.m. es la velocidad de giro del rotor medida en rad/s Los conductores del devanado rotrico ven girar el campo originado por el bobinado del estator con una velocidad relativa n2


MDULO ELECTROTECNIA


En consecuencia, como este campo magntico tiene p pares de polos, sucede que un conductor del rotor en un minuto ha visto pasar frente a l n2 . p ciclos magnticos (cada par de polos constituye un ciclo de la onda del campo magntico en el entrehierro, la cual se va repitiendo en el siguiente par de polos y as sucesivamente en todos los pares de polos de la mquina). Cada ciclo magntico induce un periodo de la onda temporal de f.e.m. al girar por delante de un conductor del rotor. Esto hace que en las fases del rotor se induzcan unas f.e.m.s cuya frecuencia es de n2 . p ciclos por minuto; es decir, una frecuencia f2 que medida en Hz (ciclos por segundo) vale

Luego, teniendo en cuenta la relacin

se deduce que

El deslizamiento s de una mquina asncrona en condiciones normales de funcionamiento es pequeo; esto significa que la frecuencia en el rotor f2 es pequea, muy inferior a la del estator f1. Las f.e.ms inducidas sobre las fases del rotor provocan la circulacin de corrientes cuya frecuencia tambin es f2. Estas corrientes al circular por las fases del rotor originan, en virtud del Teorema de Ferraris, otro campo giratorio cuya velocidad relativa con respecto al rotor se calcula mediante una expresin similar a (1):

Su velocidad absoluta se obtiene teniendo en cuenta que el rotor est girando con una velocidad n:


MDULO ELECTROTECNIA


Luego, el campo magntico del rotor gira a la misma velocidad de sincronismo que el del estator, al final, se obtiene que el campo magntico total en el entrehierro, debido al efecto conjunto de las corrientes del estator y del rotor, gira a la velocidad de sincronismo n1. El hecho de que los campos magnticos del estator y rotor giren a la misma velocidad es importante, porque as la posicin relativa de ambos campos no vara con el tiempo y la mquina produce, entonces, un par constante en el eje (sin pulsaciones en cada vuelta). Esta igualdad de velocidades es debida a que ambos devanados, el del estator y el del rotor, tienen el mismo nmero de polos. El que los dos devanados puedan tener diferente nmero de fases no influye para que generen campos giratorios de igual velocidad, como se puede apreciar observando las relaciones anteriores. 5.4 CUADRO CONCEPTUAL DEL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

5.5 DESCRIPCION DE LA CREACION DE UN CAMPO MAGNETICO GIRATORIO Supongamos un estator con 24 ranuras, 2 polos y trifsico, resultan 4 ranuras por polo y por fase, los principios de bobina son: la fase U roja, la fase V verde y la fase W amarilla y los finales x; y; z respectivamente.


MDULO ELECTROTECNIA


Los extre

mos

de la

bobina roj

a son las ranuras 1

y 16, los de la bobina verde son las ranuras 9 y 24 y los de la bobina amarilla las ranuras 17 y 8. Si analizamos los sentidos de circulacin de la corriente en cada una de las ranuras y para cada instante de la terna trifsica que alimenta el arrollaiento trifsico

Se puede apreciar como el par de polos que se crean van girando instante a instante hasta dar una vuelta completa en un ciclo completo de la trifsica, repitiendose cclicamente en el tiempo.


MDULO ELECTROTECNIA


Debemos recordar que las lneas de campo magntico que se cierran por el aire lo hacen de norte a sur. 5.6 CIRCUITO EQUIVALENTE Partiendo del concepto de que un motor asincrnico no es ni mas ni menos que un transformador con su secundario girando respecto del primario, esto hace que la frecuencia del estator sea de unos pocos ciclos debido a que la diferencia de velocidades es pequea. Teniendo en cuenta lo dicho precedentemente, el circuito equivalente del motor es muy similar al del transformador aparece una resistencia de carga variable de valor dependiente del resbalamiento, esto se ve fcilmente porque al estar el secundario en cortocircuito aparece como un secundario en carga permanente, la corriente que circula por el rotor de la maquina es dependiente del resbalamiento, entonces habr una resistencia de carga variable con el estado de carga del motor,


MDULO ELECTROTECNIA


La resistencia de carga Rc se denomina Resistencia de carga y representa el efecto equivalente a la potencia mecnica desarrollada. Comparando la expresin de la corriente del rotor con la del motor parado (resbalamiento) S = 1.

Y el muy superior.


MDULO ELECTROTECNIA


Se puede apreciar fcilmente que la corriente de arranque es superior a la corriente nominal, pudiendo superarla, dependiendo del motor en 5 o 6 veces. En motores de potencias superiores a los 4 o 5 HP es necesario implementar un mtodo de arranque para reducir esta corriente en ese instante. El mas difundido es el estrella triangulo que se basa en conectar los arrollamientos en estrella en el momento del arranque (reciben una tensin 3 veces menor a la nominal) y luego, en marcha normal) se conmutan los arrollamientos a la conexin triangulo donde reciben tensin nominal. Se deduce que no cualquier motor se puede arrancar, de esta forma, con cualquier lnea. Las caractersticas de tensin de la lnea y del motor deben ser las adecuadas, de lo contrario se debe utilizar otro mtodo como por ejemplo bobinas o auto transformador en serie con el motor. 5.7 CONEXIONES DE LA BORNERA

5.8 INVERSION DEL SENTIDO DE GIRO Intercambiando dos fases cambia el sentido de giro del campo magntico del estator y por lo tanto el sentido de giro del rotor.


MDULO ELECTROTECNIA


5.9 METODOS DE ARRANQUE ARRANQUE DIRECTO Este tipo se aplica en motores de pequea potencia y los de potencia fraccionaria, consiste en conectar directamente el motor a la red ya que la corriente que toman de la misma es de bajo valor y su aumento no produce ninguna consecuencia desfavorable. CIRCUITO DE MANDO Cuando se pulsa el botn de marcha (M), el contactor queda energizado (KM1), si no tuviese una autoretencion al soltar el boton el contactor se desconectara y el motor se parara. Ahora bien, al ser el km1 un contacto normalmente abierto del KM1, este se cerrara al pulsar M y puentea el pulsador de marcha de tal forma que al soltarlo el motor seguir en funcionamiento. Este se conoce como circuito de auto retencin. Para parar el motor deberemos pulsar el botn de parada (P) que corta la alimentacin al contactor y todos los contactos vuelven a su posicin de descanso.


MDULO ELECTROTECNIA


ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO


MDULO ELECTROTECNIA


En el primer instante el motor esta detenido, sin tensin aplicada.


MDULO ELECTROTECNIA


En primer trmino se cierra el contactor de lnea, indicado en rosado, luego se cierra el contactor de estrella, indicado en verde, el motor arranca con tensin reducida en sus bobinas

Por ultimo, se abre el contactor de estrella y se cierra el de triangulo (color azul), el motor queda funcionando normalmente.

Todo este proceso se puede implementar manualmente, de distintas formas, con una llave rotativa preparada a tal fin o como se muestra en el ejemplo, con un sistema automtico utilizando contactores. En aquellos motores que cuentan con ROTOR BOBINADO, se puede implementar un arranque con resistencia retrica, o bien se puede hacer manualmente con una resistencia trifsica que rena las caractersticas de corriente segn la potencia de la maquina o con un proceso automtico armado con contactores como se muestra a continuacin. En el esquema de la izquierda se puede apreciar que el contactor KM2 invierte el sentido de giro, como ya dijimos, esto se produce al hacer la inversin de dos de las fases.

ARRANQUE AUTOMATICO CON CONTACTORES

ARRANQUE MANUAL CON RESISTENCIAS


MDULO ELECTROTECNIA



MDULO ELECTROTECNIA


En las curvas se observa como varia la cupla y la corriente del motor para distintos valores de resistencia retrica, ntese tambin que con este mtodo se aumenta considerablemente la cupla de arranque, podra suceder que con una determinada carga mecnica en el eje el motor no pueda arrancar en forma directa y si lo haga con una resistencia retrica intercalada, lgicamente tendremos que tener en cuenta que en funcionamiento nominal no funcionar con el motor sobrecargado. Otra, de esta caracterstica cupla velocidad, se observa que se puede variar velocidad variando la resistencia retrica, en un rango acotado, siempre y cuando el motor tenga una carga mecnica en el eje, esta es una cualidad propia de los motores con rotor bobinado.

5.10 VARIACION DE VELOCIDAD Esta es una maquina en la que no se puede variar la velocidad en forma practica y fcil, mucho menos si pensamos en una variacin continua en todo el rango. De la expresin de la velocidad surge que solo se puede variando la cantidad de pares de polos y variando la frecuencia. En el primer caso, para el sistema elctrico argentino 50 Hz, la velocidad mxima de un motor de alterna conectado a la red industrial, es de 3000 rpm para un par de polos, 1500 rpm para dos pares de polos, 1000 rpm para tres pares de polos y se podra seguir aun ms. Existe una construccin especial denominada motor DAHLANDER que saca todos los principios y finales de bobinas a una bornera y segn su conexionado se puede variar la velocidad del motor, lgicamente, como dijimos, en forma discreta, por pasos.


MDULO ELECTROTECNIA


En el otro caso, la frecuencia esta impuesta por la red elctrica, aqu se recurre a los vaciadores electrnicos de velocidad, estos suministran una tensin trifsica a frecuencia variable. Con el avance de la electrnica y la tecnologa hoy se logran y existen en el mercado equipos de excelentes prestaciones que no solo permiten la variacin de velocidad en forma continua entre 0 y la nominal sino que adems permiten llegar a superar esta ultima, dependiendo de las caractersticas de diseo y constructivas de la maquina se puede llegar a duplicar la velocidad nominal.

En la actualidad se ha adoptado la utilizacin de los motores asincrnicos trifsicos en los ascensores, precisamente utilizando variadores de velocidad electrnicos, este sistema vino a reemplazar a los antiguos grupos Ward-Leonard o multivoltaje que eran grupos motor generador motor. El primer motor de alterna, y un grupo generador -motor de C.C. Aqu para variar la velocidad del motor de C.C., que impulsaba el ascensor, se variaba la excitacin del generador y se tenia una variacin de velocidad en forma continua, todava existen muchos instalados y funcionando. 5.11 GENERADOR ASINCRONICO Teniendo en cuenta las leyes del electromagnetismo, toda maquina elctrica es reversible, por lo tanto el asincrnico tiene su versin generador, para que esta entregue energa a la red debemos elevar la velocidad, con un motor de impulso, por encima de la velocidad nominal. Si intercalamos un contador de energa entre la red y la maquina asincrnica y la impulsamos por encima de la velocidad de sicronismo se ve claramente como el contador invierte su sentido de giro, comienza a entregar energa a la red. El generador asincrnico no tiene un uso masivo, esta limitado porque necesita de la red para generar, pero tiene una aplicacin muy importante que es en la generacin de energa elica.


MDULO ELECTROTECNIA


En esa aplicacin funciona de la siguiente forma, se implementa una tensin trifsica por mtodos electrnicos, el viento hace girar al generador por encima de su velocidad de sincronismo generando tensin de amplitud y frecuencia variables, esta ultima es rectificada, se la pasa a corriente continua, y se carga un banco de bateras, la tensin de las bateras es nuevamente ondulada, por un mtodo electrnico, a la tensin y frecuencia requerida. 5.12 SIMILITUDS Y DIFERENCIAS ENTRE EL MOTOR ASINCRONICO Y EL

SINCRONICO Si hacemos girar un imn en forma de U a la velocidad n1 alrededor de una aguja imantada, esta girara a una velocidad n1 = ns = motor sincrnico Si hacemos girar un imn en forma de U a la velocidad n1 alrededor de una masa circular metlica, esta girara a una velocidad n2 < ns = motor asincrnico.

6. MAQUINA SINRONICA 6.1 DESCRIPCION DE LA MAQUINA SINCRONICA Las maquinas sincrnicas convencionales tienen su estator, parte fija, de idnticas caractersticas a la de la asincrnica, es decir un arrollamiento trifsico distribuido y desplazado 120 grados geomtricos en el espacio.


MDULO ELECTROTECNIA


La diferencia radica en el rotor, este puede ser de polos lisos o de polos salientes, segn la aplicacin, tiene mucho que ver con la velocidad de la maquina. Esencialmente el rotor es un bobinado que se alimenta con corriente continua y deber tener la misma cantidad de pares de polos que se forman en el estator. La forma de alimentar, de esta C.C., es a travs de anillos rozantes, salvo en los grandes alternadores de la centrales elctricas que tienen en un extremo del eje acoplada una excitatriz que enva, por el interior del eje, la corriente continua de excitacin, se evita as el desgaste y manejo de altas corrientes en elementos rozantes


MDULO ELECTROTECNIA


6.2 ESTADOS DE FUNCIONAMIENTO La maquina sincrnica, tiene tres estados de funcionamiento, como motor sincrnico, como generador, mas conocida como alternador y como compensador de fase cuando esta en paralelo con la red elctrica. 6.3 MOTOR SINCRONICO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Para explicar su principio de funcionamiento comenzaremos por un estado de funcionamiento en vaco, este motor no puede arrancar por si mismo, necesita de un impulso externo que lo lleve a su velocidad de sincronismo.


MDULO ELECTROTECNIA


Aqu ingresa Energa Elctrica de C.C. y de C.A. y se obtiene Energa Mecnica. Supongamos un motor con un solo par de polos, el campo magntico giratorio lo hace a 3000 rpm, el rotor, alimentado con C.C. tendr una nica polaridad magntica, Norte Sur, mientras exista la fuerza magntica suficiente, el rotor girara enganchado magnticamente con el campo magntico giratorio producido por el estator. De esta caracterstica surge el nombre de sincrnico, el rotor gira enganchado magnticamente a la misma velocidad que el campo magntico giratorio, o sea, en nuestro ejemplo, a 3000 rpm. 6.4 CUADRO RESUMEN PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO MOTOR


MDULO ELECTROTECNIA


En el caso de motor es poco practico tener que llevar la maquina a la velocidad de sincronismo para poder dejarla funcionando en forma autnoma, en los casos en que se necesita una velocidad perfectamente constante, la maquina puede tener un rotor con doble funcin, es decir el arrollamiento de C.C. y adems una jaula de ardilla. Esto ltimo permite arrancar el motor como asincrnico, llegar a una velocidad muy cercana a la del sincronismo y luego conectarle la C.C. lo que hace que se sincronice automticamente, este motor a diferencia del asincrnico necesita de C.C., en su rotor, para funcionar como sincrnico. En sincronismo, como la jaula de ardilla no corta lneas de campo magntico no se inducen corrientes en ella y no produce ningn efecto sobre el funcionamiento, esto tambin puede funcionar como una proteccin contra un eventual desenganche en el funcionamiento sincrnico y evitar la detencin total del motor, aunque dependiendo de la aplicacin los efectos de un desenganche pueden resultar catastrficos. 6.5 GENERADOR SINCRONICO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO En toda central elctrica encontraremos la siguiente disposicin, el alternador, la excitatriz que provee de corriente continua al rotor del alternador y la maquina motriz que puede ser, dependiendo del tipo de central, una turbina hidrulica, un reactor nuclear, una turbina a gas, etc.


MDULO ELECTROTECNIA


Este es un claro ejemplo de la transformacin electromecnica de la energa, al alternador ingresa Energa Elctrica de CC., Energa Mecnica y obtenemos Energa Elctrica de C.A. 6.6 CUADRO RESUMEN PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ALTERNADOR


MDULO ELECTROTECNIA


6.7 INFLUENCIA DE LA VARIACION DE LA CARGA Al aumentar la corriente de carga de un generador sincrnico se produce una disminucin de la velocidad y una disminucin de la tensin en bornes, a esto se debe responder, en primer lugar con un aumento de la potencia en la maquina motriz, aumentando, por ejemplo el ingreso de combustible, para aumentar la velocidad y volver


MDULO ELECTROTECNIA


a la frecuencia correcta. Por otro lado, se debe aumentar la excitacin de C.C. del alternador para volver a la tensin nominal.

6.8 BALANCE DE POTENCIAS Y RENDIMIENTO


MDULO ELECTROTECNIA


6.9 EL ALTERNADOR ACOPLADO A UNA RED DE POTENCIA INFINITA PUESTA EN PARALELO Para poner en paralelo dos fuentes de corriente continua se requiere cumplir esencialmente con dos condiciones muy importantes, la primera igualdad de tensiones y la segunda igualdad de polaridades. En Corriente Alterna al ser los valores de los parmetros dependientes del tiempo trabajamos con fasores para resolver fcilmente los circuitos, se desprende que las condiciones para poner en paralelo dos fuentes de Corriente Alterna se necesita cumplir con las siguientes cuatro condiciones:

Igualdad de Tensiones Igualdad de Secuencia Igualdad de frecuencia Igualdad de Fase


MDULO ELECTROTECNIA


Todas, en este caso de puesta en paralelo con la red, se deben igualar del lado del alternador a entrar en paralelo, dado que las de la red son fijas y no se pueden variar, por esto se la llama de potencia infinita.

En el circuito anterior se muestran todos los instrumentos necesarios para entrar un alternador en paralelo con la red. Para igualar la tensin de la maquina a la de la red debemos actuar sobre la excitacin hasta que las dos agujas del voltmetro del brazo de sincronismo se igualen. Para verificar que la secuencia sea la correcta utilizamos el mtodo de las lmparas apagadas, es decir si todas las lmparas se apagan al mismo tiempo entonces estaremos en la secuencia correcta. Existe otro mtodo de lmparas denominado rosa de sincronismo, en este debe haber una apagada y las otras dos igualmente encendidas para estar en la secuencia correcta. En este punto se debe tener especial cuidado porque la condicin de secuencia de un mtodo es la de no secuencia del otro, si se cierra el interruptor de puesta en paralelo con la secuencia incorrecta se producir un cortocircuito que, dependiendo de la potencia de la maquina, podra arrastrar fuera de servicio al sistema interconectado. Para igualar las frecuencias se deber actuar sobre la maquina de impulso imprimiendo mayor o menor velocidad segn sea el caso. La igualdad de fase nos la da el secuencimetro que es un aparato que va conectado a ambas ternas, una aguja gira 360 grados y tiene una indicacin que indica la igualdad, cuando las frecuencias son muy prximas la aguja gira lentamente.


MDULO ELECTROTECNIA


Una vez realizadas las maniobras y reunidas las condiciones de puesta en paralelo, se puede cerrar el interruptor y el alternador quedara funcionando en un estado que no es ni motor ni generador. Las variaciones que se realicen en el alternador no afectaran a las caractersticas del sistema que por lo general es de potencia mucho mayor a la del alternador.

Como la tensin de la red U permanece constante, al actuar sobre la excitacin del alternador, lo que se obtiene es un cambio en la potencia reactiva que el alternador le entrega a la red, suministrando potencia reactiva (alternador sobreexcitado), o consumiendo potencia reactiva (alternador subexcitado).

Este es el tercer estado de funcionamiento de una maquina sincrnica y se lo denomina compensador de fase, si nosotros sobreexcitamos la maquina, aumentando la corriente de excitacin en el rotor, sobreexcitamos la maquina, esta se comportara como un enorme capacitor que vendr a compensar el factor de potencia de la red a la cual esta conectado. Este estado de funcionamiento es de gran utilidad, se aplica en las curvas de demanda de consumo, en ellas existen picos y valles segn la hora del da y la estacin del ao en que nos encontramos. Cuando existe un valle, en vez de detener la maquina, se la pone a funcionar corrigiendo el factor de potencia de la lnea y as se evita realizar la parada de la maquina y volver a ponerla en marcha cuando la demanda lo requiera con la consecuente economa en la administracin de la carga.

electro - unidad 3

Documents