1. Máquinas
Eléctricas
INSTRUCTOR:
HIPOLITO COAGUILA B

2. Tema I: Leyes fundamentales
del electromagnetismo

3. 1.1 Teorema de Ampere
I
La ley fundamental que determina el
funcionamiento de un circuito magnético viene dada
por la ecuación de Maxwell:
∂D
rot ( H ) = J +
∂T
Intensidad de campo
H magnético
J Densidad de corriente
∂D Efecto producido por las corrientes de
desplazamiento (sólo alta frecuencia)
∂T

4. 1.1 Teorema de Ampere
II
Si se integra Curva cerrada (c)
la ecuación
anterior sobre
una superficie
determinada S
H
por una curva Superficie dl
cerrada:
I0 Im
I1 I2
Teorema
∫∫ rot ( H ) ⋅ ds = ∫∫ J ⋅ ds de
Stokes
∫ H ⋅ dl = ∫∫ J ⋅ ds
s s c s

5. 1.1 Teorema de Ampere
III
∫∫ J ⋅ ds Representa a la corriente total que atraviesa
a la superficie:
s
En las máquinas eléctricas la
corriente circulará por los
conductores que for -man los ∫∫ ∑
J ⋅ ds = I j
bobinados, por tanto, la inte -gral de s j
superficie se podrá sustituir por un
sumatorio: “ La circulación de la
intensidad de campo
∫ H ⋅ dl = ∑ Ij magnético a lo largo de
una línea cerrada es igual
c j a la corriente concatenada
por dicha línea”

6. 1.1 Teorema de Ampere IV
En el caso de
que la misma BOBINA
corriente
concatene “n”
veces a la
curva, como
ocurre en una I I
N espiras
bobina:
TEOREMA
DE
AMPERE ∫ H ⋅ dl = N ⋅ I
c

7. 1.2 Inducción magnética
I
La inducción magnética, también conocida como
densi-dad de flujo de un campo magnético de
intensidad H se define como el siguiente vector:
B = µ0 ⋅ µ r ⋅ H = µ a ⋅ H
µ 0 es la permeabilidad magnética del vacío
µ r es la permeabilidad relativa del material
µ a es la permeabilidad absoluta
La permeabilidad relativa se suele tomar con
refe-rencia al aire. En una máquina eléctrica
moderna µ r puede alcanzar valores próximos a
100.000.

8. B
1.2 Inducción magnética
Zo n
line a
al II
M at
“ Co Fer er i al
d o” r om
ag n
El material magnético, una vez que alcanza
El material magnético, una vez que alcanza ét i c
o
Zo n
la saturación, tiene un comportamiento
la saturación, tiene un comportamiento
a de CA
idéntico al del saire, no permitiendo que la
at u
idéntico al del aire, no permitiendo que la
r a ci A RAC
densidad de flujo siga aumentando a E ón
densidad de flujo siga aumentando a pesar T pesar
MA
de que la intensidad del campo Nsi lo haga G si lo haga RÍ
de que la intensidad del campo É ST
TI CI
CA
Ai r e

9. 1.3 Flujo, reluctancia y
fuerza magnetomotriz I
El flujo magnético se puede
∫∫
definir como el número de
líneas de campo magnético ϕ= B ⋅ ds
que atraviesan una deter- s
minada superficie
Si los vectores campo y
superfice son paralelos ϕ = B⋅S
Para calcular el flujo en un
circuito magnético es
necesario aplicar el teorema
∫ H ⋅ dl = N ⋅ I
de Ampere c

10. 1.3 Flujo, reluctancia y
fuerza magnetomotriz II
Núcleo de m at er ial
Se supone la
f er r om agn ét ico permea-bilidad del
I material magnético
infinita
Eg Sección S
Como la sección es
N espir as pequeña en
compara-ción con la
longitud se supone
que la in-tensidad de
campo es constante
Longit ud línea m edia ( l) en toda ella
Circuito magnético elemental H ⋅ = cte
F= Fuerza
F= Fuerza H ⋅l = N ⋅ I = F
magnetomotriz

11. 1.3 Flujo, reluctancia y
fuerza magnetomotriz III
La fmm representa a la
N ⋅I
suma de corrientes que H=
crean el campo magnético l
Como el vector densidad de
ϕ = B⋅S flujo y superficie son
paralelos
Como se cumple: B = µ ⋅H
a
Sustituyendo:
N ⋅I
ϕ=
l l
R=Reluctancia
R=Reluctancia =R
µa ⋅ S µa ⋅ S

12. 1.3 Flujo, reluctancia y
fuerza magnetomotriz
IV
LEY DE LEY DE
HOPKINSO OHM
N
F= ϕ ⋅R V = I⋅ R
Fuerza magnetomotriz Diferencia de potencial
Flujo magnético Corriente Eléctrica
Reluctancia Resistencia
Paralelismo entre circuitos eléctricos y
circuitos magnéticos

13. 1.4 Ley de Faraday I
Cuando el flujo magnético
concatenado por una espira La variación del
varía, se genera en ella una flujo abarcado por
fuerza electromotriz la espira puede
conocida como fuerza deberse a tres
electromotriz inducida causas diferentes
la variación de la posición
relativa de la espira
combinación
combinación
dentro de un campo
de ambas
de ambas
constante
Una
Una
La variación temporal
del campo magnético en
el que está inmersa la
espira

14. 1.4 Ley de Faraday II
““El valor absoluto de
El valor absoluto de
la fuerza electromotriz
la fuerza electromotriz
Ley de inducción
Ley de inducción
inducida está determi- dϕ
electromagnética:
electromagnética: inducida está determi- e
nado por la velocidad
nado por la velocidad
=
Faraday 1831
Faraday
de variación del flujo
de variación del flujo
dt
que la genera”
que la genera”
““la fuerza electromotriz
la fuerza electromotriz
inducida debe ser tal que
inducida debe ser tal que e = −
dϕ
tienda a establecer una co-
tienda a establecer una co-
Ley de
Ley de
rriente por el circuito mag-
dt
Lenz
Lenz rriente por el circuito mag-
nético que se oponga a la
nético que se oponga a la dϕ
variación del flujo que
variación del flujo que e = −N ⋅
la produce”
la produce”
dt

15. Unidades de las
magnitudes
electromagnéticas
INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO
H : Amperios*Vuelta /Metros
INDUCCIÓN MAGNÉTICA B : Tesla (T)
FLUJO MAGNÉTICO φ : Weber (W) 1W=Tesla/m 2
FUERZA MAGNETOMOTRIZ F : Amperios*Vuelta
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA e : Voltio (V)

16. CICLO DE HISTÉRESIS
H
1.5 Ciclo de histéresis
Hm
Hm
- Bm
B
Bm
BR
Hc
Magnetismo remanente:
Magnetismo remanente:
estado del material en
estado del material en
ausencia del campo
ausencia del campo
magnético
magnético
Campo coercitivo: el
Campo coercitivo: el
necesario para anular B R
necesario para anular B R
- Hm

17. Tema II: Fundamentos sobre
generación transporte y
distribución de energía
eléctrica

18. 2.1 La energía eléctrica
GENERACIÓ
N
Centrales Centros de
hidraúlicas distribución:
Centrales
TRANSPORT subestaciones
termoeléctricas E Líneas de baja
Elevación
Centrales de (trafos) tensión tensión (trafos)
Energías 380 kV, 220 Kv DISTRIBUCIÓ
alternativas N
Líneas de alta
Generación de tensión
tensión (12 kV)
Subestaciones
aprox. CONSUMO
Las máquinas eléctricas están presentes
Las máquinas eléctricas están presentes Pequeños
en todas las etapas del proceso (rotativas
en todas las etapas del proceso (rotativas consumidores:
en la generación y consumo.
en la generación y consumo. baja tensión
Transformadores en transporte y
Transformadores en transporte y Industria: alta
distribución)
distribución) tensión

19. 2.2 La red eléctrica I Consumo
Centro de doméstico
transformación
Estación
transformadora
Parque de
primaria
transformación
Fuente de La central
primaria Turbina Grandes
Subestación
consumidores
Muy grandes
Generador consumidores
GENERACIÓN TRANSPORTE DISTRIBUCIÓN 1º DISTRIBUCIÓN CONSUMO
(CENTRALES) (Subtransporte)
100 – 1000 MVA 100 –1000 MVA 30 – 100 MVA 3 – 15 MVA 0,4 – 2 MVA
100 – 500 Km 20 – 100 Km 5 – 15 Km 100 – 500m
10 – 30 KV 730, 380, 220 KV 132, 66, 45 KV 11, 20, 30 KV 380, 220 V

20. 2.2 La red eléctrica II
© Tecnología eléctrica – J. Roger et. Al
Esquema
simplificado
de una parte
de la red
nacional de
400 kV
Se puede observar la
Se puede observar la
existencia de caminos
existencia de caminos
alternativos para el suministro
alternativos para el suministro

21. 2.2 La red eléctrica III
Avería
Centros de
transformación
SUBESTACIÓN
SUBESTACIÓN SUBESTACIÓN
Red radial de Red de
distribución distribución
en anillo

22. 2.3 Las centrales eléctricas
I
{
Transformación de la energía potencial
acumulada por una masa de agua.
HIDRAÚLICAS
Utilización turbina hidráulica.
{
Gran rapidez de respuesta.
Utilización de carbón, fuel, o combus-
tible nuclear para producir vapor.
TERMOELÉCTRIC
Utilización de turbinas de vapor.
AS
Elevada inercia, especialmente en las
{
nucleares. Producción constante.
NO Eólicas Con turbinas de gas
CONVENCIONALE
Solares De ciclo combinado
S
Mareomotrices
DE BOMBEO { Utilizan agua previamente bombeada
Son idénticas a las hidraúlicas

23. 2.3 Las centrales eléctricas
II
Curva de demanda de energía eléctrica
Otras
Hidraúlicas
Carbón y
fósiles
© Tecnología eléctrica – J. Roger et. Al
Nucleares
0 8 16 24 Hora
Porcentaje de uso de las centrales eléctricas según su tipo
Hidraúlicas Nucleares Carbón y fósiles Otros
28% 36% 30% 6%

24. 2.3 Las centrales
eléctricas III © Tecnología eléctrica – J. Roger et. Al
TIPO DE CENTRAL Producción 1997 (GWh) Producción 1998 (GWh)
Hidroeléctrica 33.138 33.989
Nuclear 55.305 58.996
Hulla y antracita 37.337 30.050
Lignito pardo 11.187 13.721
Lignito negro 10.742 6.406
Carbón importado 2.832 10.007
Gas natural 6.634 2.367
Fuel oil 209 3.282
Producción Bruta 157.384 158.818
Consumos producción 6.361 6.274
Adquirida autoproductores 15.885 19.325
Producción total neta 166.908 171.869
Consumos en bombeo 1.752 2.587
Saldo intercambios Internacionales -3.085 3.398
Demanda total en barras 162.071 172.608

25. Generador
MEDIO DE
MEDIO DE
SISTEMA
SISTEMA SISTEMA
SISTEMA
ACOPLAMIENT
ACOPLAMIENT
ELÉCTRICO
ELÉCTRICO MECÁNICO
MECÁNICO
O
O
Motor
Transformador
MEDIO DE
MEDIO DE
SISTEMA
SISTEMA SISTEMA
SISTEMA
ACOPLAMIENT
ACOPLAMIENT
ELÉCTRICO
ELÉCTRICO ELÉCTRICO
ELÉCTRICO
O
O
Transformador
Generadores
Rotativas S
Motores
s ELÉCTRICA
{
Transformadore Estáticas MÁQUINAS
{
eléctricas
2.4 Las máquinas

26. Tema III: Aspectos y
propiedades industriales de
las máquinas eléctricas

27. 3.1 Clase de
aislamiento
Clase de Temperatura
aislamiento máxima ºC Temperatura máxima que el
Y 90 material del que está construido
A 105 el aislamiento puede soportar
E 120 sin perder sus propiedades.
B 130
F 155 Se obtiene “ensayando el material
H 180 y comparando los resultados con
200 200 los de materiales patrón de efica-
220 220 cia conocida” (Norma UNE-CEI)
250 250

28. 3.2 Grados de
protección
En la norma UNE 20-324 se establece un sistema de
En la norma UNE 20-324 se establece un sistema de
especificación general en función del grado de
protección que se consigue en cualquier material
eléctrico. El grado de protección se designa con las
letras IP seguidas de tres cifras, de las cuales en las
máquinas eléctricas sólo se utilizan dos .
1ª cifra : indica la protección de las personas frente a
contactos bajo tensión y/o piezas en movimiento en el
interior, así como la protección de la máquina frente a
la penetración de cuerpos sólidos extraños.
2ª cifra : indica la protección contra la penetración de
agua.
3ª cifra : indicaría la protección contra daños
mecánicos.

29. 3.5 Códigos
refrigeración motores
IC X
X X
X X X
X X SE UTILIZAN 5 DÍGITOS
Tipo de circulación del refrigerante
secundario: 0 Convección libre, 1
Autocirculación, 6 Com-ponente
independiente, 8 Desplazamiento relativo
Tipo de refrigerante secundario : A aire, W agua
Tipo de circulación del refrigerante primario : 0
Convección libre, 1 Autocirculación, 6 Componente
independiente Ejem
Tipo de refrigerante primario : A aire IC4A11
Ejem IC0A1
Tipo de circuito de refrigeración : 0 circulación libre circuito
abierto, 4 carcasa enfriada exterior

30. 3.6 Clase de servicio en
maquinas rotativas
S1 - S ervicio continuo : l a máquina trabaja a carga
constante, de modo que alcanza la temperatura de régimen
permanente.
S2 - S ervicio temporal o de corta duración : l a máquina
trabaja en régimen de carga constante un tiempo breve, no
se llega a alcanzar una temperatura estable. Permanece
entonces para - da hasta alcanzar de nuevo la temperatura
ambiente.
S3, S4 y S5 - S ervicios intermitentes : c onsisten en una
serie continua de ciclos iguales, compuestos por periodos
de carga constante (S3), incluyendo el tiempo de arranque
(S4) o arran - ques y frenados (S5), seguidos de periodos de
reposo sin que se alcance nunca una temperatura
constante.