Motores y máquinas eléctricas
- Sinopsis
- Índice
La presente obra es la tercera de tres libros que tratan sobre los Fundamentos de Electrotecnia para Ingenieros. Los tres títulos son:
- Principios Básicos de Electrotecnia (nº 6 de la colección Marcombo Universitaria).
- Corriente Alterna Monofásica y Trifásica (nº 7 de la colección Marcombo Univer- sitaria).
- Motores y Máquinas Eléctricas (nº 8 de la colección Marcombo Universitaria).
Se han estructurado en tres bloques temáticos, cuya secuencia de temas permite alcanzar un nivel adecuado partiendo de una base sencilla y fácil de comprender por estudiantes sin conocimientos previos. Dado que la electrotecnia es una ciencia aplicada, se han incluido en todos los temas, numerosos ejemplos de aplicación que proporcionan un sentido práctico a los fundamentos teóricos expuestos.
En este tercer libro se estudian, mediante un enfoque claro y sencillo, las máquinas eléctricas. Tomando como referencia el capítulo cuarto del primer tomo (nº 6), donde se describen las bases del electromagnetismo, se realiza una visión teórico-práctica de las principales aplicaciones industriales del mismo: transformadores, máquinas de inducción, máquinas de continua y máquinas síncronas.
Los autores del libro, Francisco Javier Cánovas Rodríguez, Francisco Asís Ruz Vila y José Miguel Molina Martínez, son profesores de la Universidad Politécnica de Cartagena. Su dilatada experiencia les ha permitido elaborar el presente libro, donde se recogen los aspectos teórico-prácticos sobre las máquinas eléctricas que cualquier ingeniero, independientemente de la especialidad que curse, debe conocer.
Esta obra se convierte, por tanto, en un texto de referencia para cualquier estudiante de ingeniería y profesional del sector.
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
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