Motores y máquinas eléctricas

TEMA 1. PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA CONVERSIÓN
DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA . 11
1.1 Introducción  11
1.2 Definición y clasificación de las máquinas eléctricas  11
1.3 Conceptos básicos . 13
1.3.1 Inductancia propia, mutua y dispersión de flujo . 13
1.3.2 Energía y coenergía magnética . 15
1.4 Conversión de energía magnética en eléctrica. Transformadores . 16
1.5 Conversión de la energía magnética en movimiento de traslación.
Relés y contactores . 17
1.6 Conversión de la energía magnética en movimiento de rotación.
Máquinas eléctricas rotativas . 22
1.6.1 Sistemas de rotación con una única fuente de fuerza magnetomotriz  22
1.6.2 Sistemas de rotación con dos fuentes de fuerza magnetomotriz . 24

TEMA 2. TRANSFORMADOR MONOFÁSICO DE POTENCIA . 29
2.1 Principio de funcionamiento del transformador . 29
2.2 Finalidad y utilización de los transformadores . 35
2.3 Tipos y constitución  36
2.4 Potencia nominal de un transformador . 41
2.5 Corriente de vacío en el transformador  42
2.6 Análisis del transformador real en vacío  45
2.6.1 Consideración de la resistencia en el primario . 45
2.6.2 Consideración del flujo de dispersión . 46
2.6.3 Ensayo de vacío  47
2.7 Transformador real en carga . 50
2.7.1 Estudio del transformador en carga ideal . 50
2.7.2 Transformador real . 51
2.8 Esquema equivalente del transformador. Resistencia y  reactancia de cortocircuito  53
2.8.1 Reducción de los valores de un transformador del secundario al primario  53
2.8.2 Diagrama vectorial del transformador en carga. Secundario reducido o referido al primario  54
2.8.3 Esquema equivalente  55
2.8.4 Esquema equivalente simplificado del transformador. Resistencia y reactancia de cortocircuito . 57
2.9 Ensayo de cortocircuito. Tensión de cortocircuito . 58
2.9.1 Corriente de cortocircuito en un transformador  62
2.9.2 Caída de tensión en un transformador. Regulación  65
2.10 Pérdidas y rendimiento de un transformador  72
2.11 Funcionamiento en paralelo de transformadores monofásicos . 75
2.12 Transformadores especiales  81
2.12.1 Autotransformador  81
2.12.1.1 Ventajas del autotransformador  82
2.12.1.2 Inconvenientes del autotransformador  83
2.12.1.3 Símbolos del autotransformador . 84
2.12.2 Autotransformadores de regulación  85
2.12.3 Transformadores de medida . 86
2.12.3.1 Transformadores de tensión  86
2.12.3.2 Transformadores de intensidad . 86

TEMA 3. TRANSFORMADOR TRIFÁSICO DE POTENCIA . 109
3.1 Introducción  109
3.2 Banco trifásico a base de transformadores monofásicos  109
3.3 Transformador de tres columnas  110
3.4 Funcionamiento en régimen equilibrado. Ensayos y esquema equivalente. . 117
3.4.1 Ensayo de vacío  119
3.4.2 Ensayo de cortocircuito  121
3.4.3 Esquema equivalente  127
3.5 Conexiones en los transformadores  127
3.5.1 Desfases  128
3.5.2 Designación de polos y bornes . 129
3.5.3 Índice de desfase . 129
3.5.4 Símbolos de conexiones . 130
3.5.5 Aplicaciones y diferentes tipos de conexiones . 135
3.6 Conexión en paralelo de transformadores  136
3.7 Transformador en el catálogo . 138

TEMA 4. MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS.
PRINCIPIOS GENERALES. . 153
4.1 Introducción  153
4.2 La máquina rotativa elemental  154
4.3. Máquinas rotativas clásicas. Principales características funcionales y constitución.  158
4.3.1 Máquinas síncronas  158
4.3.2 Máquinas de corriente continua  160
4.3.3 Máquinas asíncronas . 162
4.4 Campos magnéticos en el entrehierro de las máquinas rotativas . 165
4.4.1 Campo magnético producido por un devanado monofásico  de constitución simétrica  165
4.4.1.1 Tensión magnética de entrehierro creada por una bobina diametral . 166
4.4.1.2 Tensión magnética de entrehierro creada por una pareja de bobinas de paso acortado. . 168
4.4.1.3 Tensión magnética de entrehierro creada por grupo de bobinas diametrales uniformemente distribuidas 169
4.4.1.4 El caso general. Parejas de bobinas de paso acortado uniformemente distribuidas. Concepto de bobina diametral equivalente  171
4.4.2 Campos magnéticos giratorios  175
4.5 Fuerzas electromotrices inducidas en régimen permanente por campos magnéticos giratorios.  178

TEMA 5. MÁQUINAS ASÍNCRONAS  183
5.1 Introducción  183
5.1 Aspectos constructivos . 184
5.2 Principio de funcionamiento . 187
5.3 Modelo monofásico equivalente . 190
5.4 Balance de potencias. Modos de funcionamiento . 194
5.5 Ensayos y determinación de parámetros para el modelo de la máquina asíncrona  203
5.5.1 Medida de la resistencia del estator  203
5.5.2 Ensayo de vacío o de rotor libre . 203
5.5.3 Ensayo de cortocircuito o de rotor bloqueado  204
5.6 La máquina asíncrona como motor . 206
5.7 Arranque de las máquinas asíncronas . 209
5.7.1 Arranque directo . 211
5.7.2 Arranque mediante inserción de impedancias en el estátor  211
5.7.3 Arranque mediante autotransformador . 212
5.7.4 Arranque estrella-triángulo . 214
5.7.5 Arranque mediante inserción de resistencias rotóricas . 216
5.7.6 Arranque electrónico (estático o «soft starter»)  218
5.7.7 Utilización ranuras profundas y doble jaula en el rótor  218
5.8 Control de velocidad de la máquina asíncrona . 219
5.9 Frenado de la máquina asíncrona . 222
5.10 Clases de servicio . 224
5.10.1 Tipo de servicio continuo . 224
5.10.2 Tipo de servicio de duración limitada . 224
5.10.3 Tipo de servicio periódico  225
5.10.4 Tipo de servicio no periódico . 229
5.10.5 Tipo de servicio para cargas distintas constantes . 229
5.10.6 Tipo de servicio para carga equivalente . 230
5.11 Motores asíncronos monofásicos  230

TEMA 6. MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA . 237
6.1 Introducción  237
6.2 Aspectos constructivos . 237
6.2.1 La excitación de la máquina de corriente continua . 239
6.2.2 El inducido de de la máquina de corriente continua . 241
6.3 Principio de funcionamiento . 243
6.4 Reacción de inducido  245
6.5 El proceso de la conmutación entre delgas . 248
6.6 Generadores de Corriente Continua  251
6.6.1 Generador de excitación independiente  251
6.6.2 Generador de excitación en derivación o paralelo  252
6.6.3 Generador de excitación en serie  256
6.6.4 Generador de excitación compuesta . 259
6.7 Motores de Corriente Continua  260
6.7.1 Motor de excitación independiente y de excitación paralelo  261
6.7.2 Motor de excitación serie  265
6.7.3 Motor de excitación compuesta  268

TEMA 7. MÁQUINAS SÍNCRONAS . 273
7.1 Introducción  273
7.2 Aspectos constructivos . 274
7.3 Sistemas de excitación. . 276
7.4 Principio de funcionamiento . 278
7.5 La máquina síncrona como generador  281
7.5.1 Reacción de inducido  283
7.5.2 Comportamiento general y representación fasorial  284
7.5.2 Determinación de la impedancia síncrona del generador . 285
7.5.4 Potencia y par en la máquina síncrona como generador . 287
7.5.5 Regulación de tensión . 289
7.5.6 Curvas características . 293
7.5.6.1 Característica exterior . 293
7.5.6.2 Característica de regulación . 293
7.6 La máquina síncrona como motor  294
7.6.1 Curvas características . 297
7.6.1.1 Característica par-velocidad . 297
7.6.1.2 Influencia de la variación de la carga . 297
7.6.1.3 Influencia de la variación de la corriente de excitación . 298
7.6.2 Arranque del motor síncrono  299

BIBLIOGRAFÍA  301