lunes, 25 de octubre de 2010

Moteres Electricos


Motor eléctrico
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Campo magnético que rota como suma de vectores magnéticos a partir de 3 bobinas de la fase.
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Rotor de un motor eléctrico.
Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones 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.



Principio 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 estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del 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.
Véanse también: Fuerza de Lorentz y Ley de Faraday

Ventajas

En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:
  • A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.
  • Se pueden construir de cualquier tamaño.
  • Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.
  • Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina).
  • Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro se emiten contaminantes.

Motores de corriente continua

Artículo principal: Motor de corriente continua
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Diversos motores eléctricos.
Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en:
Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:

Motores de corriente alterna

Artículo principal: Motor de corriente alterna
Los motores de C.A. se clasifican de la siguiente manera:

Asíncrono o de inducción

Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.

Jaula de ardilla

Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas)
Artículo principal: Jaula de ardilla

Monofásicos
  • Motor de arranque a resistencia. Posee dos bobinas una de arranque y una bobina de trabajo.
  • Motor de arranque a condensador. Posee un capacitador electrolítico en serie con la bobina de arranque la cual proporciona más fuerza al momento de la marcha y se puede colocar otra en paralelo la cual mejora la reactancia del motor permitiendo que entregue toda la potencia.
  • Motor de marcha.
  • Motor de doble capacitor.
  • Motor de polos sombreados.
Trifásicos
  • Motor de Inducción.
A tres fases
La mayoría de los motores trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir, consumen lo mismo en las tres fases, ya estén conectados en estrella o en triángulo. Las tensiones en cada fase en este caso son iguales al resultado de dividir la tensión de línea por raíz de tres. Por ejemplo, si la tensión de línea es 380 V, entonces la tensión de cada fase es 220 V.
Véase también: Sistema trifásico

Rotor Devanado

El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en corto circuito al igual que el eje de jaula de ardilla.
Monofásicos
  • Motor universal
  • Motor de Inducción-Repulsión.
Trifásico
  • Motor de rotor devanado.
  • Motor asíncrono
  • Motor síncrono

Síncrono

En este tipo de motores y en condiciones normales, el rotor gira a las mismas revoluciones que lo hace el campo magnético del estator.

Usos

Los motores eléctricos se utilizan en la mayoría de las máquinas modernas. Su reducido tamaño permite introducir motores potentes en máquinas de pequeño tamaño, por ejemplo taladros o batidoras.

Cambio de sentido de giro

Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna se siguen unos simples pasos tales como:
  • Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque
  • Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases

Regulación de velocidad

En los motores asíncronos trifásicos existen dos formas de poder variar la velocidad, una es variando la frecuencia mediante un equipo electrónico especial y la otra es variando la polaridad gracias al diseño del motor. Esto último es posible en los motores de devanado separado, o los motores de




http://www.youtube.com/watch?v=BBvGhHEjFD8

ley de faraday

Ley de faraday    
Introducción:
 El estudio del magnetismo  ha  estado  relacionado hasta  ahora  con los campos  eléctricos  debido a cargas eléctricas estacionarias  y los  campos  magnéticos  producidos  por cargas en movimiento.  En esta práctica  se estudia un nuevo  tipo  de campo eléctrico  que es  originado por  un  campo  magnético variable.

 Se prevén  el resultado de un experimento al considerar como se relaciona  por simetría  con otros experimentos. Por ejemplo. Una espira  de corriente  dentro  de un campo B, experimenta una torsión  que hace girar a la espira.  Considerando una situación similar: una espira de alambre  en la que no existe corriente  se coloco dentro de un  B, y  un agente externo  aplica  un momento de torsión  de  forma  que haga gira la espira. Hallamos  que en la espiar  aparece una corriente.  En una espira  de alambre  dentro de un  B, una corriente produce  un  momento de torsión  y un momento de torsión  producen  una corriente. Este es un ejemplo de la simetría  de la  naturaleza.
La aparición  de corriente  en la espira  es  ejemplo de la aplicación  de la ley de inducción  de Faraday, que  constituye  el tema  de estudio. La  ley de Faraday, es una de  cuatro  ecuaciones  de Maxwell para el magnetismo.  Y se dedujo atreves de  una serie de experimentos  sencillos y directos,  que se pueden llevar acabo  fácilmente en el laboratorio.
Cuando un imán se acerca  hacia  una espira  conectada a un  galvanómetro, el galvanómetro se desvía como se muestra en la figura a. indicando que se producen una corriente.
Cuando  el imán  se queda quieto, no  se induce ninguna corriente en la espiar, incluso aunque  el imán  este  dentro de la espira. Figura b.
 Cuando el imán se aleja  de la espira, el galvanómetro se desvía  en la  dirección  contraria figura c, indicando que  la corriente  inducida  es opuesta  a la mostrada en  la figura a.

Cuando  se  cierra el interruptor  del circuito primario, el galvanómetro del  circuito secundario  se desvía  por un momento. La Fem  inducida en el circuito  secundario la genera   el campo magnético variable en el  devanado secundario.


La Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Faraday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:
\oint_C \vec{E} \cdot \vec{dl} = - \ { d \over dt }   \int_S   \vec{B} \cdot \vec{dA}
donde \vec{E} es el campo eléctrico, d\vec{l} es el elemento infinitesimal del contorno C, \vec{B} es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de \vec{dA} están dadas por la regla de la mano derecha.
La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo.
Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:
\nabla \times \vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}} {\partial t}
Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo.
En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se transforma en:
Vε  =-N{d \Phi \over d t}
donde Vε es el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ.

Experimento de la ley de Faraday
Material y equipo necesario: Aparato  Para Investigar la Ley De Faraday

Cant.
Articulo
1
Aparato  Para Investigar la Ley De Faraday
1
Osciloscopio
1
 Juego Cables de conexión
1
 Juego  de Imanes  cilíndricos



Ley de fardady.jpgModelo: WLS1755S, Sargent-Welch
http://sargentwelch.com/faradays-law-apparatus/p/IG0038383/
Metodología
El aparato se  utiliza investiga la  ley de faraday   y con aluda  de  las  ecuaciones de movimiento se puede terminar la velocidad.  El instrumento esta  ensamblado en una base   de acrílico con una  bobina  de  100 vueltas   en un tubo de acrílico con   15 mm  de  diámetro, contiene   socket de conexión  de 4 mm.
 Atreves  del  tubo de acrílico se  asen pasar  pequeños  imanes cilíndricos de  diferentes valores  (tesla ) , y  luego un pulso  eléctrico  instantáneo es generado dentro de la bobina. Un osciloscopio  se usa para monitorear   el pulso generado y su amplitud, también puede ser usada  estudiar  la amplitud el pulso como  una fruición de la posición de la bobina.
Hacer  anotaciones  y tomar fotografías  del desarrollo del experimento

Reporte  del alumno (resultados):
1.- Llevar a cabo  los experimentos  y describir su proceso paso a paso  con imágenes
2.- Resolver los problemas  indicados
3.-Contestar las preguntas 
4.-Emitir sus observaciones y conclusiones



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Ley de lenz


Ley de Lenz
Introduccion:
Dirijamos   nuestra atención  al signo  negativo presente  en la ley  de  Faraday. Cundo hay un cambio en el flujo magnético, la  dirección de la Fem inducida  y   de la corriente inducida  pueden  hallarse  a partir de la ley de Lenz: la polaridad  de la Fem  inducida  en una espiar es tal que genera una  corriente cuyo campo magnético se opone  al cambio en el flujo magnético que traviesa la espiara.  Es decir, la  corriente inducida tiene una  dirección tal que el campo magnético inducido intenta  mantener  el flujo original a través  de la espiara.
Observe que no  hay ninguna ecuación  relacionada  con la ley de Lenz. Dicha ley solo se expresa  en palabras, y proporciona  una manera de  determinar la dirección  de la corriente en un circuito cuando hay  un cambio de carácter magnético.
      


1.-A mediad que  la barra  conductora  se desliza por  los rieles conductores, el B dirigido hacia adentro en el área delimitada por la espira  aumenta con el tiempo a causa de  la ley de Lenz, la corriente inducida  ira en sentido contrario a las manecillas  del reloj, para generar un B neutralizador dirigido hacia afuera de la pagina.
2.-Cuando la barra se mueve hacia la izquierda, la corriente  inducida  debe ir en el sentido de las manecillas del reloj. ¿Por qué?

  




Ejemplos de


"El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la produce."La Ley de Lenz nos dice que los voltajes inducidos serán de un sentido tal, que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.
La polaridad de un voltaje inducido es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.
El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por:
 \Phi = B \cdot S \cdot \cos{\alpha},
donde:
  • Φ = Flujo magnético. La unidad en el SI es el weber (Wb).
  • B = Inducción magnética. La unidad en el SI es el tesla (T).
  • S = Superficie del conductor.
  • α = Ángulo que forman el conductor y la dirección del campo.
Si el conductor está en movimiento el valor del flujo será:
 d\Phi = B \cdot dS \cdot \cos{\alpha}.
En este caso la Ley de Faraday afirma que el Vε inducido en cada instante tiene por valor:
Vε  \ = - n\frac {d \Phi}{dt}
El valor negativo de la expresión anterior indica que el Vε se opone a la variación del flujo que la produce. Este signo corresponde a la ley de Lenz.
Esta ley se llama así en honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834.


 explicación de la ley de Lenz

a.-Cuando se nueve  un imán  hacia la espira  en reposo, se induce  una corriente  en la dirección mostrada
b.-Esta corriente  inducida  genera su propio campo magnético, que se dirige  a la izquierda  dentro de la espiar para contrarrestar  el incremento  del  flujo externo
c.-cuando se aleja  el imán  de la espira  conductora en reposo, se induce  una corriente  en la dirección  mostrada.
d.-esta corriente  inducida  genera su propio B, que se dirige a la derecha  dentro de la  espiar, para  contrarrestar la disminución  del flujo  externo








 





Problema a Resolver (aplicación de la ley de Lenz)
Una bobina  de alambre esta situada  cerca de un electroimán  como se muestra en la figura. Encuentre la dirección de la corriente  inducida en  la bobina;
 a.-En el momento en que se cierra  el interruptor .
 b.-Después de haber estado  el interruptor  cerrado durante  varios  segundos.
 c.-Cuando se abre el interruptor.





Material y equipo necesario: Aparato  Para Investigar la Ley de Lenz
Cant.
Articulo
1 Set  de demostración de la ley de Lenz
1Soporte  universal y barra  auxiliar
1Imanes de barra


ley de Lenz.jpgDemostración de la ley de Lenz
Modelo; Wl2341A Lenz`s Law Demonstration
Sargent-Welch
http://sargentwelch.com/lenzs-law-demonstration/p/IG0038388/
Metodología
Un  anillo de metal  de 7.5 cm de diámetro sostenido  por  dos  hilos  no conductores
Con  facilidad de movimientos libre, acercar  e introducir una magneto intensidad alta, de barra como se muestra en la figura. Tratar de mantener  el movimiento sincronizado. Un segundo anillo  metálico colocado   cerca  y de la misma forma  se opone  al movimiento  del maganto. El set incluye  2 imames   de anillos de alta intensidad, y manual de instrucciones
 

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domingo, 3 de octubre de 2010

Generadores

Generador eléctrico


Generador en la central eléctrica de Bridal veil Falls, Telluride, Colorado. Se trataría del generador más antiguo que se mantiene en servicio (año 2007) en EEUU.
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar 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 mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Están basados en la ley de Faraday.

 

 

Otros sistemas de generación de corrientes eléctricas

No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio,los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:
  • Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores,dinamos, etc.
  • Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.
Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamento.

Generadores primarios

Se indican de modo esquemático la energía de partida y el proceso físico de conversión. Se ha considerado en todos los casos conversiones directas de energía. Por ejemplo, el hidrógeno posee energía química y puede ser convertida directamente en una corriente eléctrica en una pila de combustible. También sería su combustión con oxígeno para liberar energía térmica, que podría expansionar un gas obteniendo así energía mecánica que haría girar un alternador para, por inducción magnética, obtener finalmente la corriente deseada.
Energía de partidaProceso físico que convierte dicha energía en energía eléctrica
Energía magneto-mecánica:Son los más frecuentes y fueron tratados como generadores eléctricos genéricos.
*
Corriente continua  Dinamo
*Corriente alterna: Alternador
Energía química,sin intervención de campos magnéticos:celdas electroquímicas y sus derivados: Pila eléctrica,baterías, pilas de combustible. Ver sus diferencias en generadores electroquímicos.
Radiación electromagnética:Fotoelectricidad, como en el panel fotovoltaico
A partir de energía mecánica,sin intervención de campos magnéticos** Triboelectricidad
*** Cuerpos frotados
*** Máquinas electrostáticas, como el
generador de Van de Graaff
** Piezoelectricidad
Energía térmica,
sin intervención de campos magnéticos:
Termoelectricidad (efecto Seebeck)
Energía nuclear,
sin intervención de campos magnéticos:
Generador termoeléctrico de radioisótopos

Generador termoeléctrico de radioisótopos de la sonda espacial Cassini.
En la mayoría de los casos, el rendimiento de la transformación es tan bajo que es preferible hacerlo en varias etapas. Por ejemplo, convertir la energía nuclear en energía térmica, posteriormente en energía mecánica de una gas a gran presión que hace girar una turbina a gran velocidad, para finalmente, por inducción electromagnética obtener una corriente alterna en un alternador, el generador eléctrico más importante desde un punto de vista práctico como fuente de electricidad para casi todos los usos.

Generadores ideales

Desde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales:
  • Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga, Rc, que pueda estar conectada entre ellos.

Figura 1: Generador de tensión ideal; E = I×Rc
  • Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos.
En la Figura 1 se ve el circuito más simple posible, constituido por un generador de tensión constante E conectado a una carga Rc y en donde se cumpliría la ecuación:

Figura 2: E = I×(Rc+Ri)
El generador descrito no tiene existencia real en la práctica, ya que siempre posee lo que, convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no es realmente una resistencia, en la mayoría de los casos se comporta como tal. En la Figura 2 se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con lo que la ecuación anterior se transforma en:
Así, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal de tensión con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.

Fuerza electromotriz de un generador

Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega epsilon (ε), y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador.
La F.E.M. (ε) se mide en voltios y en el caso del circuito de la Figura 2, sería igual a la tensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, es dependiente de la carga Rc.
La F.E.M. (ε) y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.


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Experimento

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Las funciones matematicas utilizadas en los generadores son las utilizadas en la ley de Ohm, en las alternadores y en el dinamo, con estos tendremos una idea mas profunda sobre estos:

Ley de Ohm
Alternador
Dinamo