ING.CIP CESAR LOPEZ AGUILAR
CONCEPTOS GENERALES DE
MAQUINAS ELÉCTRICAS
INTRODUCCIÓN
En los cursos previos como es el de CIRCUITOS
ELECTRICOS, hemos estudiado la Tensión y Corriente
en el dominio del tiempo y de la frecuencia.
Adicionalmente debemos conocer los circuitos acoplados
magnéticamente y los principios básicos del fenómeno de
la inducción electromagnética.
Estos principios son aplicados a las máquinas eléctricas
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
ENTRADA
Máquina
Eléctrica
Elementos a través
de los cuales
recibe la energía
del exterior bajo
forma dada
SALIDA
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 Continua
Generadores 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 DE LAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS


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 (400200Hz).
 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 DE LAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS

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 DE LAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS

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
POTECIA
NOMINAL DE
UN
GENERADOR
Potencia Aparente
en los bornes del
Secundario
POTECIA
NOMINAL DE
UN MOTOR
Potencia Mecánica
disponible en el eje
de Salida
POTECIA
NOMINAL DE
UN
TRANSFORMA
DOR
Potencia Aparente
en los bornes del
Secundario
LA POTENCIA QUE FIGURA EN LAS PLACAS
CARACTERISTICAS SON LAS POTENCIAS NOMINALES

POTENCIA ELECTRICA = POTENCIA
APARENTE
POTENCIA APARENTE(S)
 Es
la Potencia Eléctrica Total de una máquina
eléctrica que involucra tanto a la Potencia
Activa como la Potencia Reactiva.
Sistema Monofásico
 Sistema Trifásico


S=VxI
S=√3xVxI
La unidad es el VOLTIO–AMPERIO(VA)















POTENCIA ACTIVA (P)
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 = (F x V x 0,736 ) / 75
P= Potencia Activa en KW
F= Fuerza Tangencial en Kg
V= Velocidad Periférica en m/s
P= (F x Πx 2 x r x n x 0,736 ) / (75 x 60)
P= Potencia Activa en KW
F= Fuerza Tangencial en Kg
r= Radio del eje de rotación o de la polea en m
n= N° de revoluciones por minuto
P = (HPx0,746 ) / (η)
P= Potencia Activa en KW
HP= Potencia Mecánica en HP
η= Eficiencia de la Máquina
POTENCIA REACTIVA (Q)
 Es la parte de la Potencia Eléctrica que crea los
campos magnéticos.

Sistema Monofásico
 Sistema Trifásico


Q = V x I x senθ
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 máquina
 n=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 material es magnéticos recorridos por dichos
campos.
Se desprecian la interacción de las corrientes de
desplazamiento en las leyes de MAXWELL, debido a que las
frecuencias de 50Hz y 60Hz usados en las máquinas
eléctricas son realmente bajas y consecuencia se considera
la conversión casi estática, para todos los efectos del cálculo.





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
PRODUCCIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO


La Ley Básica que gobierna la producción de un campo magnético, por
una corriente eléctrica es la Ley de Ampere que establece lo siguiente:
“AL CIRCULAR UNA CORRIENTE ELECTRICA “I” POR UN
CONDUCTOR SE PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO DE
INTENSIDAD “H” ALREDEDOR DE EL”
 EN

CONCLUSIÓN:
Según la Ley de Ampere, la integral tangencial de “H” a lo largo
de la trayectoria cerrada “l”, es igual a la corriente encerrada por
la trayectoria. Cuando la trayectoria cerrada es atravesada “N”
veces por la corriente “I”, entonces un total de NI amperios
atraviesa la trayectoria cerrada, la cual produce una intensidad
“H”, con ello la Ley de Ampere para una bobina de “N” espiras
establece:
CONCLUSIÓN:

El campo magnético producido por la corriente
“NI”, es definida por su Intensidad “H”, su
Densidad “B” y la Magnitud de Flujo “φ” , la cual
recorre una trayectoria cerrada promedio “lm” de
sección transversal “A” de un núcleo de material
magnético (hierro) cuya permeabilidad es “μ”.
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