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Tema 2 Electrotecnia ÍNDICE 1. Utilización de las maquinas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2.Constitución general de una máquina eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3. Circuito magnético de las máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4. Número de polos de las máquinas rotativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5. Pérdidas de potencia en las máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6. Pérdidas en el circuito magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7. Escobillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 8. Rendimiento de la máquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 9. Instalación de las máquinas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 10. Estabilidad de funcionamiento de las máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 11. Tipos de protección de las máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 12. Normas IEC 144/63 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 13. Arranque de máquinas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 14. Principio general de funcionamiento y disposición constructiva de las máquinas eléctricas . . . . 18 15. Formas constructivas de los motores eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 1 de 23 Tema 2 Electrotecnia 1. UTILIZACIÓN DE LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS Definición y clasificación Se conoce con el nombre de máquina eléctrica al sistema de mecanismos capaz de producir, transformar o aprovechar la energía eléctrica. Las máquinas eléctricas son clasificadas en tres grandes grupos: < Generadores. < Motores y < Transformadores. Generadores: Son máquinas que transforman energía mecánica en energía eléctrica. Este grupo lo constituyen las dinamos (generadores de corriente continua) y los alternadores (generadores de corriente alterna). Motores: Son máquinas que transforman energía eléctrica en energía mecánica. Así, pues, los motores realizan la función inversa de los generadores. Existen motores de muy diversas clases, por ejemplo, de corriente continua, asíncronos, síncronos, etc. Transformadores y convertidores: Son máquinas que, en el desarrollo de su función, conservan la forma de energía eléctrica, pero transforman sus características con el fin práctico de ponerla en las condiciones más convenientes para efectuar su transporte o para facilitar su más cómoda utilización. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 2 de 23 2. CONSTITUCIÓN GENERAL DE UNA MÁQUINA ELÉCTRICA La constitución general de una máquina eléctrica puede ser examinada desde dos puntos de vista: el electromagnético y el mecánico. < Desde el punto de vista electromagnético toda máquina eléctrica está provista de un conjunto magnético y dos circuitos eléctricos. En general, uno de los circuitos eléctricos es llamado de excitación, ya que al ser recorrido por una corriente eléctrica produce los amperiovueltas necesarios para crear el flujo que se establece en el conjunto magnético de la máquina, el otro circuito es el de utilización o de fuerza. < Desde el punto de vista mecánico, las máquinas eléctricas pueden ser clasificadas en rotativas y estáticas. Máquinas rotativas son aquellas que están provistas de partes giratorias. A este grupo pertenecen las dínamos, alternadores, motores, etc. En ellas se distingue una parte fija llamada estator y otra móvil que es el rotor. En general, el rotor gira en el interior del estator y con el fin de permitir el movimiento existe entre ambas partes un espacio de aire llamado entrehierro. Máquinas estáticas son las que no disponen de partes móviles. Las más importantes son los transformadores. 3. CIRCUITO MAGNÉTICO DE LAS MÁQUINAS El circuito magnético de las máquinas eléctricas es heterogéneo, es decir, que está constituido de varias partes perfectamente distinguibles, sea por estar formadas por materiales férricos diferentes, sea por estar sometidas a inducciones de distinto valor. Por otra parte, dentro del circuito magnético son incluidos los entrehierros. Figura 1 MÁQUINA ESTÁTICA Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 3 de 23 Los circuitos magnéticos son de formas totalmente diferentes según se trate de maquinas estáticas o rotativas. Las máquinas estáticas presentan un circuito magnético similar al representado en la figura. 1, constituido por dos columnas (1) y dos culatas (2). Rodeando a las columnas van dispuestos los dos circuitos eléctricos AT y BT que se conectan a las redes de corriente alterna de alta y baja tensión. Por tal motivo, en el circuito magnético, se establece un flujo de sentido alternativo y valor variable. En las máquinas rotativas la construcción de los circuitos magnéticos está basaba en electroimanes, a los que se les da el nombre de polos. Se distinguen las máquinas de polos salientes y de polos lisos. Los polos salientes (figura 2) son núcleos de hierro (1) rodeados por bobinas que al ser recorridas por una corriente eléctrica, originan un flujo que magnetiza la masa de hierro, creando en sus extremos los polos correspondientes. Como quiera que todas las masas polares de una máquina van sólidamente unidas a otra pieza también de hierro llamada culata (2), queda libre solamente uno de los extremos del núcleo de hierro, que es precisamente el que da nombre al polo. En estas máquinas se completa el circuito magnético con otra parte metálica llamada armadura (3) la cual va provista de ranuras en las que va alojado el segundo circuito eléctrico. Figura 2 MÁQUINA CON ESTATOR DE POLOS SALIENTES Dentro de las máquinas de polos salientes, es preciso distinguir dos tipos distintos: 1º Aquellas en las cuales los polos salientes pertenecen a la parte fija o estatórica. Es la ejecución típica de las dínamos y de los motores de corriente continua (figura 2). 2º. Aquellas en las cuales los polos salientes pertenecen a la parte móvil, es decir, que giran juntamente con la culata y el eje, formando un conjunto que se denomina rueda polar Es la construcción típica de los alternadores y motores síncronos de grande y media potencia (figura 3). Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 4 de 23 Figura 3 MÁQUINA DE ROTOR CON POLOS SALIENTES En las máquinas de polos lisos, éstos no aparecen de forma manifiesta, ya que en el conjunto magnético no existen partes salientes (figura 4). No obstante, en esas máquinas se forman zonas por las cuales sale el flujo desde la culata (polos Norte) o entra en ella después de recorrer la armadura (polos Sur). Es la construcción típica de turboalternadores y motores de corriente alterna. Figura 4 MÁQUINA DE POLOS LISOS Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 5 de 23 4. NUMERO DE POLOS DE LAS MÁQUINAS ROTATIVAS En todo circuito magnético se distinguen polos Norte, zonas por donde salen las líneas de fuerza del flujo, y polos Sur, zonas por donde entran estas líneas de fuerza. Siguiendo el conjunto magnético de una máquina rotativa, se puede distinguir dos o más polos. Por otra parte, teniendo en cuenta que el flujo que sale de un poloNorte tiene que entrar por un polo Sur, resulta que es totalmente necesario, para la correcta distribución de las líneas de fuerza, que los polos sean alternativamente de polaridad contraria; lo que exige que sea par el número total de polos de una máquina, siendo la mitad de ellos de polaridad Norte y la otra mitad Sur. El número total de polos de una máquina se designa por 2p por lo que la letra p designa el número de pares de polos. De acuerdo con el número de polos, las máquinas se clasifican, en: < bipolares (2 polos) 2p = 2, < tetrapolares (cuatro polos) 2p = 4, < exapolares 2p = 6 < octopolares 2p = 8, < decapolares con 2p = 10. < Las máquinas cuyo número de polos es mayor que diez se denominan por ese número. Así existen alternadores de catorce polos 2p = 14, motores de 20 polos con 2p = 20, etc. Figura 5 ESTATOR EXAPOLAR DE UN ALTERNADOR PARA MOTO Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 6 de 23 Eje de polo y línea neutra El eje de polo es un plano radial que pasa por el eje de simetría geométrica del polo. Para conseguir una construcción correcta de las máquinas rotativas, es preciso que los polos estén colocados de tal manera que sus ejes queden equidistantes, es decir, que los ángulos geométricos fórmados por los ejes de los polos consecutivos sean iguales. Línea neutra es el plano radial equidistante de los ejes de dos polos consecutivos. En la figura 2 las líneas neutras quedan señaladas con las letras LN. Dado que la línea neutra queda equidistante de los dos polos vecinos, que son de nombre contrario, resultan compensados en ella los efectos magnéticos, por cuya razón se le ha dado el nombre de línea neutra. 5. PERDIDAS DE POTENCIA EN LAS MAQUINAS Generalidades En toda máquina, parte de la energía absorbida se convierte en calorífica, perdiéndose para el efecto útil que se desea conseguir. Como consecuencia, la potencia útil es siempre menor que la potencia absorbida. La parte de la energía absorbida, pero no aprovechada en el efecto útil, recibe el nombre de potencia perdida. Teniendo en cuenta la constitución de las máquinas, se distinguen las siguientes clases de pérdidas de potencia: < Potencia perdida en el hierro del circuito magnético. < Potencia perdida en los conductores que forman los circuitos eléctricos. < Además, en las máquinas rotativas aparece otra pérdida de potencia a causa de los rozamientos y ventilación, cuyo total recibe el nombre de pérdidas mecánicas. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 7 de 23 6. PERDIDAS EN EL CIRCUITO MAGNÉTICO Materiales magnéticos Materiales magnéticos de una máquina son los que constituyen las partes de la misma en las que se establece el flujo necesario para su funcionamiento. Así, pues, no se consideran como materiales magnéticos de la máquina, los soportes, el eje y otras partes que, aun siendo construidas de hierro y acero, no son recorridas por las líneas de fuerza. El material magnético casi únicamente empleado en la fabricación de máquinas eléctricas son la fundición, el acero laminado o fundido las distintas clases de chapas magnéticas. El material adecuado para una determinada parte del circuito magnético depende de la naturaleza del flujo que en ella se va a establecer, es decir, si ese flujo va a ser constante o variable. Si el valor del flujo en una determinada parte se mantiene constante en magnitud y sentido, no se originan perdidas en el hierro en dicha parte, por lo que podrán ser utilizados núcleos masivos formados de una sola pieza y construidos de acero moldeado, fundición o similares. En cambio, si el flujo en una parte del circuito magnético ha de ser variable, dará lugar a pérdidas en el hierro de esa parte, por lo que en tal caso es preciso recurrir al empleo de chapas magnéticas. Pérdidas en el hierro Como ya se ha dicho, en toda parte del circuito magnético en la que exista un flujo variable se producen pérdidas de potencia. Obsérvese la diferencia que en este aspecto existe con el circuito eléctrico, en el cual se presentan pérdidas de potencia siempre que son recorridos por una corriente eléctrica, tanto si es continua como si es alterna, mientras que en el caso del circuito magnético no se producen pérdidas de potencia en aquellas partes en las que el flujo establecido es de valor constante La variación del flujo en una desterminada parte del circuito magnético puede resultar por cualquiera de los motivos siguientes: 1º. Porque el valor del propio flujo es alterno. 2º. Porque aun conservando el flujo un valor constante, presenta un movimiento relativo respecto a la parte considerada del circuito magnético. Ese movimiento relativo puede resultar de un desplazamiento del flujo, permaneciendo fija la parte que, se considera del circuito magnético o por un desplazamiento de dicha parte, conservándose fija la dirección del flujo. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 8 de 23 Las pérdidas en el hierro son debidas a dos fenómenos distintos: Histéresis y corrientes parásitas o de Foucault. Para reducir la potencia perdida por histéresis es conveniente emplear chapa magnética, de calidad garantizada, que contenga una determinada proporción de silicio y haya sido sometida a un adecuado proceso de recocido. Por otra parte, para reducir la pérdida de potencia por corrientes parásitas o de Foucault es conveniente que las partes del circuito magnético, recorridas por un flujo variable, estén constituida por un cierto número de chapas de hierro de poco espesor (0,5 mm en las máquinas rotativas y 0,35 mm en los transformadores). Además, las chapas estarán convenientemente aisladas entre sí, aislamiento que en unos casos está constituido por el óxido que recubre las propias chapas, pero que en una construcción más perfecta es preciso efectuar el recubrimiento de las chapas con papel o barniz aislante especialmente preparado para este objeto. Además, al efectuar el montaje del núcleo magnético, es imprescindible disponer las chapas de manera que queden en planos paralelos a la dirección del flujo, o, lo que es igual, en planos perpendiculares al eje del rotor cuando se trata de máquinas rotativas (figura 6). Figura 6. APILADO DE LAS CHAPAS EN EL ROTOR 7. ESCOBILLAS Se da este nombre a las piezas conductoras que al frotar sobre el colector, de delgas o de anillos, permiten el paso de la corriente eléctrica. Las escobillas que se usan corrientemente son electrografíticas y metalografíticas. En motores de anillos de arranque se emplean escobillas metálicas de cobre o latón, preparadas en láminas o tele metálica bien comprimida. Las escobillas electrografíticas están compuestas de carbón y un aglomerante, que una ves recocido en el horno adquieren cohesión. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 9 de 23 Las escobillas metalografíticas son una mezcla de carbón, grafito, cobre y otros metales, todos ellos finamente pulverizados y aglomerados en un proceso al horno eléctrico. Se distinguen de las anteriores por un color más rojizo y brillo metálico. Figura 7 COLECTOR DE DELGAS CON CUATRO ESCOBILLAS 8. RENDIMIENTO DE LA MÁQUINA Se entiende por rendimiento de una máquina (η) la relación que existe entre la potencia útil (Pu) y la potencia absorbida (Pa). η = P P u a .100 Fórmula que nos indica en tantos por ciento el rendimiento de una máquina. En muchas ocasiones no se conoce la potencia que consume el motor de la red (Pa), sin embargo sí se sabe la potencia la potencia que puede entregar en su eje (Pu), conociendo el rendimiento del motor se puede averiguar el consumo real. Ejemplo Cuanto consume un motor de 5 C.V. si su rendimiento es del 85 %. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 10 de 23 9. INSTALACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS Indicación del sentido de rotación En las máquinas rotativas es conveniente señalar el sentido de rotación. Cuando la máquina posee unasola salida de eje, se indicará como sentido de giro el que ve un observador que está mirando al motor desde el lado de esta salida de eje. Si la máquina posee dos salidas de eje (o no posee ninguna), el sentido de giro será el visto por un observador colocado en el lugar que se indica a continuación. < En el lado de la salida de eje de más diámetro, si las salidas son diferentes. < El lado opuesto al colector de delgas o de anillos si la máquina dispone sólo de un colector. < En el lado del colector de anillos si la máquina dispone en un lado de colector de delgas y en el otro de colector de anillos. 10. ESTABILIDAD DE FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS Generalidades Una máquina eléctrica, durante su funcionamiento, puede estar sometida a variaciones más o menos fuertes de las características correspondientes a su régimen nominal. Así, por ejemplo, puede variar la tensión en bornes, la potencia útil, la velocidad, etc. Según la manera de comportarse en tales circunstancias se clasifican las máquinas en estables e inestables. Se dice de una máquina que es estable cuando, a cualquier variación de los valores característicos que fijan su régimen nominal responde automáticamente con una acción correctora que tiende a restablecer dicho régimen nominal. Cuanto más intensa sea esta acción correctora, mayor es el grado de estabilidad de la máquina. Inversamente, una máquina es inestable, cuando a una alteración de un valor o varios de los que caracterizan su régimen nominal, responde automáticamente con una acción que tiende a reforzar dicha alteración, es decir, a alejarla aún más del régimen nominal. En realidad, las máquinas eléctricas usadas, en la práctica son estables dentro de ciertos límites, pasados los cuales resultan inestables. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 11 de 23 Estabilidad de los generadores A un generador eléctrico se le exige como condición primordial, que mantenga la tensión en bornes dentro de unos límites muy próximos al valor nominal. A los generadores de corriente alterna se les exige además que la frecuencia no varíe sensiblemente. La estabilidad de un generador eléctrico debe ser examinada desde dos puntos de vista diferentes: a) Estabilidad eléctrica. Un generador será estable, cuando a una elevación de la intensidad de la corriente de carga solicitada por el circuito exterior de utilización, responde automáticamente con una disminución del valor de la tensión en bornes. En efecto, si no sucediera así, al aumentar la corriente de carga crecería también la tensión en bornes, que sería causa de un nuevo crecimiento de la intensidad de la corriente de carga, estableciéndose un encadenamiento sucesivo entre los aumentos de la tensión en bornes y la corriente de carga que haría que ambas alcanzaran valores elevados y peligrosos. b) Estabilidad mecánica. Respecto a la acción del generador sobre el motor o turbina que lo arrastra. Un generador será estable, desde este punto de vista, cuando a un aumento de velocidad del grupo, responde automáticamente con un crecimiento de la potencia útil suministrada al circuito exterior de utilización, de donde resulta un aumento del par resistente ofrecido por el generador al motor o turbina y el consiguiente frenado del grupo. Estabilidad de los motores A un motor eléctrico se le exige, como condición primordial, que mantenga su velocidad dentro de unos límites próximos al valor nominal. En la práctica la alteración de la velocidad puede ser en dos sentidos distintos, aumento o disminución. a) Aumento de velocidad. Cuando se presenta este caso, un motor será estable si responde con una reducción del momento de rotación para que se restablezca el equilibrio. En cambio, el motor será inestable, si al aumentar la velocidad, respondiera con una elevación del momento de rotación que daría como resultado un nuevo crecimiento de la velocidad hasta llegar a embalarse. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 12 de 23 b) Disminución de velocidad. Cuando se presenta este caso, un motor será estable si responde con un aumento del momento de rotación que restablezca el equilibrio. En cambio, el motor será inestable, si al disminuir la velocidad, respondiera con una reducción del momento de rotación, ya que esto haría perder velocidad al motor hasta llegar a quedar parado. En la inmensa mayoría de los motores, ocurre que son estables hasta cierto límite de reducción de velocidad a partir del cual se hacen inestables. En efecto, cuando la reducción de velocidad es pequeña, el motor responde con un aumento del momento de rotación. Este momento sigue creciendo, mientras disminuye la velocidad, hasta llegar a tomar el valor máximo. A partir de ahora, cualquier nueva reducción de la velocidad determina una disminución del momento de rotación, con el resultado de que el motor se para. 11. TIPOS DE PROTECCIÓN DE LAS MAQUINAS Clases de protección Las máquinas eléctricas rotativas deben tener sus órganos interiores convenientemente protegidos, de acuerdo con el lugar en que van a ser instaladas y el medio ambiente que las va a rodear. Según la importancia de la protección que llevan las máquinas se clasifican estas en diversas categorías. Las construcciones más usadas son las siguientes: Abiertas: Son las máquinas más sencillas, desde el punto de vista de la protección de los bobinados y órganos interiores. En realidad no disponen de protección especial alguna, salvo un buen diseño de las partes mecánicas (carcasa y soportes). Protección IP 00 Figura 8 CONTACTOR PROTECCIÓN IP 00 Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 13 de 23 Protegidas contra goteo. Máquinas cuya carcasa y soportes son construidos de tal manera que protegen los bobinados y órganos interiores, impidiendo la entrada de agua y otro líquido que caiga verticalmente. Disponen de ventanas para facilitar la adecuada refrigeración de las partes interiores de la máquina. Protección IP .1 La protección contra el goteo se representa con una gota de agua Protección IP .7 Dos gotas de agua indica estaco, agua sin presión Protección IP .8 Dos gotas de agua y tres puntos indican protección contra el agua a presión Figura 9 EXTRACTOR DE AIRE PROTEGIDO CONTRA LA ENTRADA DE POLVO Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 14 de 23 Protegidas contra goteo y salpicadura. Máquinas construidas de forma tal que impiden la penetración de cuerpos sólidos y la entrada de agua u otro líquido, proyectada incluso horizontalmente, pero no impiden la entrada del líquido cuando va proyectado de abajo a arriba. Estas máquinas disponen de ventanas que facilitan la adecuada refrigeración de las partes interiores. Protección IP .3 La gota de agua se representa cerrada dentro de un cuadrado, indica protección contra el agua que caiga oblicuamente hasta una inclinación de 30º. Protección IP .4 Gota de agua dentro de triángulo, indica protección contra agua caliente en todas direcciones Protección IP .5 dos gotas de agua dentro de dos triángulos, protección contra chorros de agua fría en todas direcciones. Figura 10. EXTRACTOR DE AIRE PROTEGIDO DE FORMA HERMÉTICA Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 15 de 23 Cerradas. Máquinas construidas de forma tal que impiden el cambio de aire entre el interior y exterior. Esta construcción protege los bobinados y órganos interiores de la entrada de agua u otro líquido proyectado en cualquier dirección. Sin embargo, no pueden ser consideradas como totalmente herméticas. Protección IP .5 Rejilla, protección contra el polvo Rejilla encuadrada. Estanco al polvo Dos cuadrados concéntricos. Protección contra contactos fortuitos de las piezas bajo tensión Las máquinas cerradas pueden o no disponer de un ventilador propio, colocado exteriormente que impulse la refrigeración de la máquina. Cuando dispone de ventilador exterior se dice quees cerrada ventilada, mientras que en caso contrario se conoce como cerrada sin ventilar. Figura 11. MOTOR HERMÉTICO CON VENTILADOR EXTERIOR Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 16 de 23 Figura 12 TRANSFORMADOR PROTEGIDO CONTRA CONTACTOS FORTUITOS Y CONTRA LA CAÍDA INCLINADA DE AGUA HASTA 30º Antiexplosivas o antideflagrantes. Son máquinas construidas basado en disposicio- nes especiales que les permiten funcionar en ambientes cargados de gases o polvos inflamables. Son máquinas totalmente cerradas, pero además la robustez de sus partes constitutivas y los dispositivos laberínticos dispuestos en la salida del eje, evitan se propague al exterior posibles explosiones producidas en el interior de la máquina. 12. Normas IEC 144/63 El grado de protección de las máquinas eléctricas se designan con las letras IP seguidas de tres cifras La primera cifra (del 0 al 6) se utiliza para indicar la protección contra la penetración de cuerpos sólidos. La segunda cifra (del 0 al 8) indica la protección contra la entrada de líquidos La última cifra indica la protección contra daños mecánicos. Alguna cifra como la tercera suele omitirse, cuando se omite una cifra se sustituye por un guión. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 17 de 23 Grados de protección de las envolventes del material eléctrico 1ª Cifra característica 2ª Cifra característica 3ª Cifra característica Protección contra los contactos y la penetración de cuerpos sólidos Protección contra la penetración de líquidos Protección contra daños mecánicos Peso* Altura dela caída Energía del choque Kg. m J 0 No protegido 0 No protegido 0 No protegido 1 Protegido contra cuerpos sólidossuperiores a 50 mm 1 Protegido contra las caídas verticales de gotas de agua 1 0,15 0,15 0,225 2 Protegido contra cuerpos sólidossuperiores a 12 mm 2 Protegido contra las caídas verticales de gotas verticales (ángulo máximo 15º) 2 0,15 0,25 0,375 3 Protegido contra cuerpos sólidossuperiores a 2,5 mm 3 Protegido contra el agua de “lluvia” 3 0,25 0,20 0,50 4 Protegido contra cuerpos sólidossuperiores a 1 mm 4 Protegido contra las proyecciones de agua 5 Protegido contra el polvo 5 Protegido contra el lanzamiento deagua 5 0,50 0,40 2 6 Totalmente protegido contra elpolvo 6 Protegido contra los “golpes de mar” 7 Protegido contra los efectos deinmersión 7 1,50 0,40 6 8 Protegido contra la inmersiónprolongada 9 5 0,40 20 13. ARRANQUE DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS Momento de rotación Sobre los conductores del bobinado inducido de las máquinas rotativas se desarrollan fuerzas electrodinámicas que hacen rotar a la parte giratoria de la máquina. Cada una de las fuerzas electrodinámicas determina su correspondiente momento y dado que todas las fuerzas deben ejercer su acción en mismo sentido. La suma de todos los momentos elementales constituye el momento de rotación de la máquina. Su acción respecto al movimiento es distinto según se trate de un generador o de un motor. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 18 de 23 A) En los generadores el momento de rotación se opone al movimiento de arrastre del motor o turbina que lo acciona, de acuerdo con la ley de la causa y el efecto; por eso es llamado momento resistente del generador, conocido también con el nombre de par resistente. B) En los motores, el momento de rotación es el que determina el giro del motor, por lo que recibe el nombre de par motor. En los motores se pueden distinguir tres formas de momento de rotación distintas según el estado de funcionamiento. Arranque. El instante en el cual se cierra el interruptor de la linea de alimentación del motor. Entonces, para que el motor pueda arrancar, es preciso vencer la resistencia que le ofrecen los rozamientos y la inercia de las partes móviles. El momento de rotación desarrollado por el motor en tal instante, recibe el nombre de par de arranque o momento de rotación en el arranque. Aceleración. El período de aceleración dura desde el instante de arranque hasta aquel en que el órgano giratorio del motor alcanza la velocidad nominal. El momento de rotación durante este período es muy variable, dependiendo del tipo de motor y de su construcción. Régimen nominal. Cuando el motor funciona a su régimen nominal el momento de rotación correspondiente recibe el nombre de par motor nominal o momento de rotación nominal. 14. PRINCIPIO GENERAL DE FUNCIONAMIENTO Y DISPOSICIÓN CONSTRUCTIVA DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS Cuando un conductor está inmerso en el seno de un campo magnético y por él se hace pasar una corriente eléctrica, aparece una fuerza de carácter electromagnético que tiende a desplazarlo. El valor de la fuerza aumenta con la intensidad de la corriente, con el valor de la indicción del campo magnético y con la longitud del conductor. El campo magnético se crea mediante bobinas alojadas en el estator de la máquina. En el rotor se sitúan los conductores en los que se va a desarrollar la fuerza cuando sean recorrido por una corriente eléctrica. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 19 de 23 A modo de ejemplo constructivo de los motores eléctricos, en la figura 13 se muestra el aspecto de un motor de rotor bobinado. Figura 13 DESPIECE DE MOTOR DE ROTOR BOBINADO Las partes principales que forman un motor son: Rotor: Es la parte que gira. Los conductores se alojan en ranuras practicadas en un núcleo formado por chapas magnéticas (para evitar pérdidas en el hierro) y de forma cilíndrica. El rotor posee un tamaño muy similar al hueco dejado por el estator con el fin de que el entrehierro sea lo más pequeño posible. De esta forma, se facilita la conducción de las líneas de campo magnético desde el estator hacia el rotor y se evitan al máximo los flujos dispersos. Por esta razón al montar las diferentes partes de un motor eléctrico, es muy importante realizar una correcta alineación del rotor, apoyándolo correctamente en sus cojinetes. Además, conviene comprobar si el rotor está perfectamente equilibrado, ya que un reparto no uniforme de las masas del devanado o del núcleo puede producir oscilaciones. Estator: Es la parte que permanece sin movimiento. Las bobinas, encargadas de producir el campo magnético inductor, se alojan en ranuras practicadas en un núcleo formado, por lo general, por paquetes de chapa magnética. De esta forma, se consigue que los conductores ocupen menos espacio. Carcasa: Es la cubierta metálica que protege al motor de las acciones exteriores. Ventilación: Al igual que ocurre con los transformadores los motores producen una serie de pérdidas en los devanados (pérdidas en el cobre) y en los núcleos magnéticos (pérdidas en el hierro) a los que se les suma las pérdidas producidas por los rozamientos mecánicos en los puntos de apoyo del rotor. Estas pérdidas se convierten en calor, que si no es evacuado, de una forma adecuada, puede elevar la temperatura de la máquina y perjudicar a los aislamientos de los devanados. Para evitarlo, se suele acoplar un ventilador al rotor, que impulsa el aire por el interior de la máquina y elimina con eficacia el exceso de calor. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 20 de 23 Caja de bornes: Sirve para alojar los diferentes terminales de los devanados para poder ser conectados, según convenga, al circuito de alimentación. Conjunto de colectores y escobillas: En las máquinas de corriente continua, se hace necesario disponer de este dispositivo acoplado al eje del rotor. Consta de un conjunto cilíndrico de láminas conductoras (delgas), aisladas una de otras y sobre las cuales frotan las escobillas. Las escobillas son de grafito y su función es la de realizar la conexión, por contacto deslizante, de los circuitos eléctricos en movimiento del rotor con los circuitos del estator o de la propia alimentación de corriente del motor. Por otro lado, los motores asíncronos de rotor bobinadoson máquinas de corriente alterna, que utilizan anillos colectores y escobillas. Clases de servicio de los motores eléctricos: Para elegir el motor más adecuado para una determinada aplicación, es importante tener en cuenta si el motor va a estar funcionando continuamente O lo va a hacer de una forma intermitente, ya que de esto dependerá el calentamiento del mismo. De esta forma, se podrá seleccionar un motor más pequeño para funcionar intermitentemente que continuamente. Las clases de servicio se clasifican según las normas VDE 0530 con las siglas de S1 a S8. Así, por ejemplo: S1: le corresponde a motores con funcionamiento continuo y con carga constante (servicio permanente: el motor de una depuradora) S2: el motor funciona sólo durante un pequeño instante a su potencia nominal y después se para un tiempo suficiente como para que alcance la temperatura del medio ambiente (el motor de la puerta de un garaje). S3, S4, S5 y S6: el motor funciona de una forma intermitente. El tiempo de parada no es suficiente para que el motor se enfríe hasta la temperatura ambiente. S7: el motor funciona intermitentemente a plena carga y en vacío. Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 21 de 23 15. FORMAS CONSTRUCTIVAS DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS Con relación a la forma de anclaje del motor en la máquina y según la nomenclatura CEI 34-7 y DIN 42950 y UNE 20-112-74 las construcción del los motores pueden ser: B 3: con patas y anclado al suelo B 6 y B 7: con patas y anclado a la pared eje a derecha, o eje a izquierda B 8: con patas y anclado al techo B 5: con bridas de agujeros pasantes sujeto lateralmente V 1: con brida de agujeros pasantes anclado al suelo V 3: con bridas de agujeros pasantes, anclado al techo Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 22 de 23 B 10: con bridas de agujeros pasantes, parte del motor empotrado, anclado lateral V 10: con bridas de agujeros pasantes, parte del motor empotrado, anclado al suelo V 14: con bridas de agujeros pasantes, parte del motor empotrado, anclado al techo B 9: sin soporte, colocación lateral V 8: sin soporte, colocación al suelo V 9: sin soporte, colocación al techo Curso Virtual: Electricidad Industrial Módulo 3. Tema 2 Electrotecnia Página 23 de 23 B 14: con brida de agujeros roscados, colocación lateral V 18: con bridas de agujeros roscados, sujeción al suelo V 19: con bridas de agujeros roscados sujeción al techo B 3/B 5: con bridas y patas, sujeción a pared o suelo V 1/V 5: con brida y patas, sujeción a suelo o pared V 3/V 6 con bridas y patas, sujeción a techo o pared
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