Máquinas eléctricas

Introducción

Al realizar este trabajo y al investigarlo
me e dado de cuenta que un motor eléctrico es una
máquina que para producir el movimiento deseado resulta
capaz de transformar la energía
eléctrica propiamente dicha en energía
mecánica, todo logrado a través de diferentes
interacciones electromagnéticas mientras que un
transformador es un dispositivo que se encarga de
"transformar" el voltaje de corriente alterna que
tiene a su entrada en otro diferente amplitud, que entrega a
su salida ya que el generador eléctrico es aquel aparato
que produce energía eléctrica a partir de otro tipo
de energía; puede ser de tipo mecánico (alternador
y dinamo) o químico (pila): la dinamo que llevan
algunas bicicletas es un generador de electricidad.
 También generador de
corriente o generador de electricidad.

Desarrollo

Motores
Eléctricos

1.1.- Concepto:

Un motor eléctrico es
una máquina eléctrica que
transforma energía
eléctrica en energía
mecánica por medio de campos magnéticos
variables electromagnéticas. Algunos de los motores
eléctricos son reversibles, pueden transformar
energía mecánica en energía eléctrica
funcionando como generadores. Los motores eléctricos
de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas
tareas, si se los equipa con frenos
regenerativos.

Son ampliamente utilizados en instalaciones
industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar
conectados a una red de suministro eléctrico o
a baterías. Así,
en automóviles se están empezando a
utilizar en vehículos híbridos para
aprovechar las ventajas de ambos

1.2.- Principios de
funcionamiento

Los motores de corriente
alterna y los de corriente continua se basan en el
mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un
conductor por el que circula una corriente
eléctrica se encuentra dentro de la acción de
un campo magnético, éste tiende a desplazarse
perpendicularmente a las líneas de acción
del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como
un electroimán debido a la corriente
eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de
esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a
la interacción con los polos ubicados en
el estátor, el movimiento circular que se observa en
el rotor del motor. Aprovechando el estator y rotor ambos de
acero laminado al silicio se produce un campo magnético
uniforme en el motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa
corriente por un conductor produce un campo
magnético, además si lo ponemos dentro de la
acción de un campo magnético potente, el
producto de la interacción de ambos campos
magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse
produciendo así la energía mecánica.
Dicha energía es comunicada al exterior mediante
un dispositivo llamado flecha.

1.3.- Partes

*Carcasa: La carcasa es la parte que
protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para
su fabricación depende del tipo de motor, de su
diseño y su aplicación. Así pues, la carcasa
puede ser:

a.) Totalmente cerrada

b.) Abierta

c.) A prueba de goteo

d.) A prueba de explosiones

e.) De tipo sumergible

*Base: La base es el elemento en donde se
soporta toda la fuerza mecánica de operación del
motor, puede ser de dos tipos:

a) Base frontal

 b) Base lateral

*Rotor: El rotor es el elemento de
transferencia mecánica, ya que de él depende la
conversión de energía eléctrica a
mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas
de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser
básicamente de tres tipos

a) Rotor ranurado

 b) Rotor de polos
salientes

 c) Rotor jaula de ardilla

* Caja de conexiones: Por lo general, en la
mayoría de los casos los motores eléctricos cuentan
con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que
protege a los conductores que alimentan al motor,
resguardándolos de la operación mecánica del
mismo, y contra cualquier elemento que pudiera
dañarlos.

*Tapas: Son los elementos que van a
sostener en la gran mayoría de los casos a los cojinetes o
rodamientos que soportan la acción del rotor.

* Cojinetes: También conocidos como
rodamientos, contribuyen a la óptima operación de
las partes giratorias del motor. Se utilizan para sostener y
fijar ejes mecánicos, y para reducir la fricción,
lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los
cojinetes pueden dividirse en dos clases generales:

• a) Cojinetes de deslizamiento:
  Operan el base al principio de la película de aceite,
  esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la
  barra del eje y la superficie de apoyo

1.4.- Tipos

• Motores de corriente continua (CC/DC)-
  Motores que utilizan corriente continua proveniente de un
  fuente de alimentación como por ejemplo pilas
  o baterías. Siempre la misma polaridad y las
  cargas eléctricas circulan en la miasma
  dirección.

• Motores de corriente alterna
  monofásicos (CA/AC) – Motores que utilizan
  corriente alterna con una fase más un neutro. Son
  motores que podemos encontrar en los electrodomésticos
  y que funcionan con la corriente de red habitual en la que la
  magnitud y la dirección varían
  cíclicamente en forma de onda senoidal.

• Motores de corriente alterna
  trifásicos – Este es el tipo de motores
  más utilizado en ámbitos industriales. Utilizan
  tres fases de corriente alterna y es la que provee un uso
  más eficiente de los conductores. Las tres ondas
  están desfasadas entre si 120º y el retorno de
  los circuitos se acopla en un punto, neutro (en sistemas
  equilibrados el neutro se puede omitir).

• Motores trifásicos
  síncronos - En los motores síncronos
  la velocidad de giro es constante y viene determinada
  por la frecuencia de la tensión de la red
  eléctrica a la que esté conectado y por el
  número de pares de polos del motor, siendo conocida
  esa velocidad como "velocidad de sincronismo".

• Motores trifásicos
  asíncronos – Los motores asíncronos o de
  inducción, son aquellos en que el campo
  magnético inducido por el estator gira a una velocidad
  denominada de "sincronismo", como hemos visto anteriormente,
  mientras que la velocidad del rotor es algo inferior. El
  hecho de que el rotor gire más despacio que el campo
  magnético originado por el estator, se debe a que si
  el rotor girase a la velocidad de sincronismo, esto es, a la
  misma velocidad que el campo magnético giratorio, el
  campo magnético dejaría de ser variable con
  respecto al rotor, con lo que no aparecería ninguna
  corriente inducida en el rotor, y por consiguiente no
  aparecería un par de fuerzas que lo impulsaran a
  moverse.

Como he comentado con anterioridad, los
motores más utilizados en la industria son los
asíncronos. En ellos la velocidad es siempre inferior a la
de sincronismo. Por norma general podemos encontrar las
siguientes velocidades estándar para motores
asíncronos trifásicos (que dependen del
número de polos):

• 2 polos a 50Hz – Velocidad de
  sincronismo 3000 rpm – Velocidad del
  rotor 2900 rpm aprox.

• 4 polos a 50Hz – Velocidad de
  sincronismo 1500 rpm – Velocidad del rotor 1450 rpm
  aprox.

• 6 polos a 50Hz – Velocidad
  de sincronismo 1000 rpm – Velocidad del rotor 950 rpm
  aprox.

• 8 polos a 50Hz – Velocidad de
  sincronismo 750 rpm – Velocidad del rotor 700
  rpm aprox.

La velocidad de rotor no es la misma en
todos los motores, puede variar en mayor o menor medida. Como
regla general, cuanta más potencia tiene el motor,
más se acerca la velocidad del rotor a la velocidad de
sincronismo.

Por último, y para acabar esta
primer parte de motores industriales, vamos a diferenciar entre
los dos tipos más comunes de motores trifásicos
asíncronos. Los dos tipos son motores asíncronos
bobinados y motores de jaula de ardilla.

• Motores asíncronos
  bobinados: Su característica principal es que el
  rotor se aloja un conjunto de bobinas que además se
  pueden conectar al exterior a través de anillos
  rozantes.

• Motores asíncronos de jaula de
  ardilla: La principal diferencia con los motores
  asíncronos bobinados recae en que el
  rotor esta formado por un grupo de barras de aluminio o
  de cobre en formas similar al de una jaula de
  ardilla.

1.4.1.- Motores de corriente
continúa

El motor de corriente continua es
una máquina que convierte la energía
eléctrica continua en mecánica,
provocando un movimiento rotatorio. En la actualidad existen
nuevas aplicaciones con motores eléctricos que
no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas
modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos
motores se conocen como motores lineales.

Esta máquina de [corriente continua)
es una de las más versátiles en la industria. Su
fácil control de posición, paro y velocidad la han
convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de
control y automatización de procesos. Pero con la llegada
de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida,
pues los motores de corriente alterna, del
tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma
a precios más accesibles para el consumidor medio de la
industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se
siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y
tranvías) o de precisión (máquinas, micro
motor, etc.)

La principal característica del
motor de corriente continua es la posibilidad de regular la
velocidad desde vacío a plena carga.

Su principal inconveniente, el
mantenimiento, muy caro y laborioso.

Una máquina de corriente continua
(generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un
estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un
hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el
estator además se encuentran los polos, que pueden ser de
imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre
núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma
cilíndrica, también devanado y con núcleo,
al que llega la corriente mediante dos escobillas.

También se construyen motores de CC
con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones
especiales.

1.4.2.- Motores de corriente
alterna

Se denomina motor de corriente
alterna a aquellos motores eléctricos que
funcionan con corriente alterna. Un motor es una
máquina motriz, esto es, un aparato que convierte una
forma determinada de energía en energía
mecánica de rotación o par. Un motor
eléctrico convierte la energía eléctrica en
fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos
magnéticos.

Un generador eléctrico, por
otra parte, transforma energía mecánica de
rotación en energía eléctrica y se le puede
llamar una máquina generatriz de fem. Las dos formas
básicas son el generador de corriente continua y el
generador de corriente alterna, este último más
correctamente llamado alternador.

Todos los generadores necesitan una
máquina motriz (motor) de algún tipo para producir
la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor
puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y
producir una fem. La máquina más simple de los
motores y generadores es el alternador.

Transformador
Eléctrico

2.1.- Concepto:

Se
denomina transformador o trafo (abreviatura),
a un dispositivo eléctrico que permite aumentar
o disminuir la tensión en un circuito
eléctrico de corriente alterna, manteniendo
la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en
el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas),
es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas
reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas,
dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

El transformador es un
dispositivo que convierte la energía eléctrica
alterna de un cierto nivel de tensión, en energía
alterna de otro nivel de tensión, por medio de
interacción electromagnética. Está
constituido por dos o más bobinas de material conductor,
aisladas entre sí eléctricamente y por lo general
enrolladas alrededor de un mismo núcleo de
material ferro magnético. La única
conexión entre las bobinas la constituye el flujo
magnético común que se establece en el
núcleo.

Los transformadores son dispositivos
basados en el fenómeno de la inducción
electromagnética y están constituidos, en su forma
más simple, por dos bobinas devanadas sobre un
núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de
láminas apiladas de acero eléctrico,
aleación apropiada para optimizar el flujo
magnético. Las bobinas o devanados se
denominan primarios y secundarios según
correspondan a la entrada o salida del sistema en
cuestión, respectivamente. También existen
transformadores con más devanados; en este caso, puede
existir un devanado "terciario", de menor tensión que el
secundario.

2.2.- Principios de
funcionamiento

Si se aplica una fuerza
electromotriz alterna en el devanado primario,
circulará por éste una corriente alterna que
creará a su vez un campo
magnético variable. Este campo magnético
variable originará, por inducción
electromagnética, la aparición de una fuerza
electromotriz en los extremos del devanado secundario

2.3.- Partes

Los circuitos electrónicos suelen
utilizar tensión continua, con valores comprendidos entre
3 y 25 V, para lo cual basta conectar a los mismos
baterías o pilas que proporcionen dicho tipo de
tensión.

La mayoría de los aparatos
electrónicos disponen a menudo de la posibilidad de ser
enchufados a las tomas de corriente alterna cuyo valor eficaz es
de 230 V. Esto significa que se necesita un dispositivo que
reduzca este último valor a una magnitud de tensión
inferior, semejante a la que nos proporcionaría una pila o
batería.

El dispositivo encargado de esta
conversión en los valores de la tensión es el
transformador. Su funcionamiento se basa en las propiedades que
presentan las bobinas.

El transformador de tensión
eléctrica consta de un núcleo
ferromagnético, constituido por chapas de hierro que
forman un bloque compacto, en el que se enrollan dos bobinas o
devanados independientes.

• Una de las bobinas es el devanado
  primario del transformador, que se conecta a la
  tensión alterna de la red eléctrica. Al pasar
  la corriente por el devanado formado por multitud de espiras
  de cable, se genera un campo magnético alrededor del
  núcleo de hierro.

• El devanado secundario del
  transformador se enrolla también en el mismo
  núcleo de hierro y capta el campo magnético.
  Dicho campo magnético es variable, pues ha sido creado
  por una corriente alterna, y dará lugar a la
  generación de corrientes inducidas en las espiras que
  forman el devanado secundario.

Si se aplica una tensión
eléctrica V1 al primario, que dispone de un
número de vueltas o espiras N1 y se induce una
tensión V2en el secundario, cuyo número de
espiras es de N2, se cumple la siguiente
relación:

La expresión N2/N1 es
conocida como relación de
transformación.

• Si el primario dispone de un
  número de vueltas mayor que el secundario, la
  relación de transformación toma un valor menor
  que 1, lo que da lugar a un transformador reductor, es decir,
  se inducirá en el secundario una tensión menor
  que la que se capta en el primario.

• Por otra parte, un transformador
  elevador será aquel que disponga de un número
  de vueltas en el secundario mayor que en el primario, lo que
  da lugar a una relación de transformación de
  valor mayor que la unidad.

En general, los transformadores que usamos
en casa son reductores: el voltaje de salida es menor que el de
entrada (230 V). Además de transformadores, también
son rectificadores, pues la corriente que se suministra en los
enchufes de casa es alterna, mientras que la que se necesita para
la mayoría de los pequeños electrodomésticos
que requieren transformador es continua.

2.4.- Tipos de conexiones

 Transformadores monofásicos
configuración para corriente monofásicaExisten
configuraciones diferentes
para sistemas monofásicos y trifásicos.
Los transformadores monofásicos son empleados
frecuentemente para suministrar energía
eléctrica para alumbrado residencial,
toma-corrientes, acondicionamiento de aire,
y calefacción. Un transformador con un devanado
secundario de 120 volts CA puede asegurar
el alumbrado y la toma. Pero, un transformador con un
devanado secundario de 240 volts CA puede manejar todas
las necesidades residenciales mencionadas. Un
devanado secundario de 240 volts CA puede manejar los
requerimientos de energía
eléctrica más elevados de 240 volts
relacionados con el aire acondicionado y
la calefacción. El mismo secundario de 240 volts
CA puede manejar las necesidades de 120 volts CA mediante la
derivación del devanado secundario en el
centro.Los transformadores monofásicos pueden
ser todavía más versátiles si tienen tanto
el devanado primario como el
devanado secundario fabricados en dos partes iguales.
Las dos partes de cualquiera de los devanados pueden entonces ser
reconectadas en serie o en paralelo, Configuración en
Serie, Configuración en Paralelo.
Los transformadores monofásicos tienen
habitualmente sus devanados divididos en dos o más
secciones. Cuando los dos devanados secundarios están
conectados en serie, se agregan sus tensiones. Cuando los
devanados secundarios están conectados en paralelo, se
agregan sus intensidades.Configuración Delta y
Configuración Y Existen dos configuraciones de
conexión para la energía trifásica: Delta e
Y (estrella). Delta e Y son letras griegas que representan la
forma como los conductores en
los transformadores están configurados. En una
conexión delta, los tres conductores están
conectados extremos a extremo en un triángulo o en una
forma delta. 

Generador
Eléctrico

3.1.- Concepto:

Un generador eléctrico es
todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de
potencial eléctrico entre dos de sus puntos
(llamados polos, terminales o bornes)
transformando la energía
mecánica en eléctrica. Esta
transformación se consigue por la acción de
un campo magnético sobre los conductores
eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada
también estátor). Si se produce
mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores
y el campo, se generará una fuerza
electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en
la ley de Faraday.

Aunque la corriente generada es corriente
alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente
continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida
en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los
generadores de corriente alterna son de tres fases.

El proceso inverso sería el
realizado por un motor eléctrico, que transforma
energía eléctrica en mecánica.

3.2.- Principios de
funcionamiento

Las máquinas eléctricas son
reversibles y pueden trabajar de dos maneras
diferentes:

• Como  motor
  eléctrico: Convierte la energía
  eléctrica en mecánica.

• Como generador
  eléctrico: Convierte la energía
  mecánica en eléctrica.

Para poder funcionar, una máquina
eléctrica necesita siempre la aplicación de un
campo magnético y una espiral situada dentro de este
campo. Así, hay que destacar también que un motor o
generador eléctrico constará de dos partes
fundamentales:

• Una parte fija
  llamada estator donde se genera el campo
  magnético.

• Una parte móvil
  llamada rotor que gira en su interior y
  donde se crean los corrientes inducidos.

3.3.- Partes

• La góndola- carcasa que protege
  las partes fundamentales del aerogenerador

• Las palas del rotor que transmiten la
  potencia del viento hacía el buje.

• El buje que es la parte que une las
  palas del rotor con el eje de baja velocidad.

• Eje de baja velocidad que conecta el
  buje del rotor al multiplicador. Su velocidad de giro es muy
  lenta.

• El multiplicador,  permite que el
  eje de alta velocidad gire mucho más rápido que
  el eje de baja velocidad.

• Eje de alta velocidad, gira a gran
  velocidad y permite el funcionamiento del generador
  eléctrico.

• El generador eléctrico que es
  una de las partes mas importantes de un aerogenerador.
  Transforma la energía mecánica en
  energía eléctrica

• El controlador electrónico, es
  un ordenador que monitoriza las condiciones del viento y
  controla el mecanismo de orientación.

• La unidad de refrigeración,
  mecanismo que sirve para enfriar el generador
  eléctrico.

• La torre que es la parte del
  aerogenerador que soporta la góndola y el
  rotor.

• El mecanismo de orientación,
  está activado por el controlador electrónico,
  la orientación del aerogenerador cambia según
  las condiciones del viento.

Biografía
de los inventores

• Motores
  Eléctricos

 Los motores hidráulicos son
los más antiguos conocidos (Herón de
Alejandría, S. I a. J.C.), utilizaban como fuerza motriz
la energía de una masa de agua que cae desde cierta
altura, llamada salto. Esta energía se transforma en
trabajo útil disponible en el eje de la máquina,
que antaño era la rueda hidráulica, actualmente la
turbina.

El motor nace por la necesidad de trabajos
que, bien por duración, intensidad, manejabilidad o
mantenimiento, no puede ser realizado por animales.

Cronología del motor:

Alrededor del 600 d. De J.C. aparecen los
molinos de viento, que convierten la energía del viento en
movimiento de máquinas.

En 1712 el inventor inglés Thomas
Newcomen (1663-1729) construye una máquina de vapor con
pistones y cilindros que resulta muy eficiente,

– En 1770 el militar francés
Nicolás-Joseph Cugnot (1725-1804) consigue amoldar su
motor a vapor a su carreta.

-1782. El ingeniero escocés James
Watt (1736-1819) construye una máquina a vapor mucho
más eficiente que la máquina de
Newcomen.

– El ingeniero franco-belga Etienne Lenoir
(1822-1900) construye en 1859 un motor de combustión
interna.

– El alemán Nikolaus Otto
(1832-1892) construye un motor de 4 tiempos en 1877.

– Germán W. Daimler construye en
1883 un motor de combustión interna muy veloz.

– El ingeniero inglés Charles
Parsons (1854-1931) diseña el primer generador
electrónico de turbina a vapor.

– 1892. El alemán Rudolf Diesel
inventa un motor (llamado motor diesel posteriormente) que
funciona con un combustible que se prende a gran presión.
En la práctica el motor resulta ser mucho más
eficiente que los motores de combustión interna existentes
en aquel momento.

– 1903. Los hermanos Orville (1871-1948) y
Wilbur (1867-1912) realizan el primer vuelo con motor con su
Kitty Hawk que usa un motor de combustión
interna.

– El ingeniero británico Frank
Whittle (1907) construye en 1937 el primer motor a
reacción que funciona.

– Hans von Ohain, ingeniero alemán,
construye y pilota el Heinkel He 178, primer
avión con motor a reacción. En 1939.

– 1970.Se utiliza el motor a
reacción con turboventilador, el más frecuente hoy
en día en los aviones, sustituyendo a los antiguos motores
4 tiempos con hélices

• Transformador
  Electico

Su inventor fue Michael Faraday,
también creador del motor eléctrico y del dinamo,
quien en 1831 encontró que si una corriente en un
conductor de alambre enrollado en una barra de hierro, era
interrumpida, se generaría una corriente en un segundo
alambre también enrollado a la barra. Para él, lo
estimulante del descubrimiento residía en que la
energía eléctrica era transferida de un circuito a
otro. El transformador, cuyo principio básico fue
así descubierto, ha sido de incalculable valor como
transmisor de energía, aunque generalmente necesita de una
corriente alterna que invierta su dirección.

• Generador
  Eléctrico

José Faustino Sabater, inventor
del Generador Eléctrico J.F.S

Desde que se descubrió la
energía eléctrica vivimos insertos en ella, si
ahora estamos leyendo nuestra página web favorita,
probablemente tengamos el PC o portátil enchufado a la red
eléctrica o tal vez el móvil cargando la
batería. Si es por la noche nuestras bombillas nos
observarán como luciérnagas eternas desde el techo
y si hace frio tendremos la estufa puesta. Es imposible imaginar
vivir un día a día normal sin energía
eléctrica.

Anexos

Michael Faraday

Thomas Newcomen

Conclusión

Al culminar este trabajo me he dado cuenta
que los motores eléctricos es una maquina q se encarga de
transformar la energía eléctrica o almacenada por
medios de campos magnéticos ya que el transformador es una
maquina que se encarga de llevar y transformar la energía
a menos voltajes especificándose como el primario y
secundario según su correspondencia entrada y Salida y el
generador eléctrico es un dispositivo capaz de mantener
una diferencia de potencial y transformar la energía
mecánica a energía eléctrica.

Autor:

Greiliany ,
Martínez

Enviado por:

Jaime Cuello

Republica Bolivariana de
Venezuela

Ministerio del poder popular para la
Educación

E.T. "Cándida María de
Jesús"

Año: 9no Sección:
"C"

Cátedra: Electricidad

Prof: Wilder Delgado

Rosario de perija, Marzo 2012