Diseño de maquinas electricas

Introducción al Diseño de Máquinas Eléctricas. Versión 1.1

Juan A. Tapia

Universidad de Concepción
Facultad de Ingeniería Depto Ingeniería Eléctrica

Introducción al Diseño de Máquinas Eléctricas
Apuntes de Clases Juan A. Tapia (Ph.D.)
2003

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Introducción al Diseño de Máquinas Eléctricas. Versión 1.1

Juan A. Tapia

Capítulo 1
INTRODUCCIÓN: CONCEPTOS GENERALES
1.1Generalidades del Diseño de Máquinas Eléctricas.
El diseño de máquinas eléctricas es ambos: un arte y una ciencia. La cantidad de factores que afectan y están envueltos en el proceso de diseño no hace posible trabajar utilizando procedimientos rígidos. Cualquier diseño debe estar sujeto a un gran número de requerimientos muchas veces contradictorios entre si, por lo que la solución normalmente no esúnica. Diseños para una misma especificación pueden diferir en resultados debido al diferente énfasis puesto a cada uno de los requerimientos. El diseño, por naturaleza, es un proceso iterativo. Esto es, el procedimiento de diseño debe ser repetido de manera de obtener una deseada solución. Por ejemplo, en el diseño de un motor para una potencia dada, valores iniciales estimados deben considerarse parala eficiencia. Cuando el proceso es completado, esta condición debe ser chequeada, si el valor obtenido no concuerda con el valor estimado con cierta tolerancia, los valores iniciales y/o parte del procedimiento deben ser ajustados, repitiendo el proceso. Estas iteraciones pueden involucrar la optimización de otras partes del diseño. Como el diseñador gana experiencia, se hace más sensible a esteproceso, haciendo que sea más rápido, generalmente debido a que las condiciones iniciales son más razonables o ajustadas a las capacidades técnicas. La ayuda de la simulación digital mejora grandemente este proceso. Técnicas de modelación, optimización y visualización facilitan la tarea consiguiendo prototipos más cercanos a los especificados. En las ultimas décadas un sin número de avancestecnológicos ha dado un nuevo impulso a la investigación en el diseño de máquinas eléctricas. En el área de los materiales la aparición en el mercado de los Imanes Permanente (IP) de gran remanencia y coercitividad, que pueden soportar intensos campos desmagnetizantes permiten su utilización en máquinas eléctricas permitiendo elevar su eficiencia y densidad de potencia (kW/m3). Asimismo,superconductores de alta temperatura, materiales aislantes capaces de soportar elevadas temperaturas, materiales amorfos de bajas pérdidas en el núcleo, etc. En el área de la electrónica de potencia para el desarrollo de accionamiento de velocidad variable (variable speed drives) permite una mejor operación del conjunto motor-convertidor que elevan los rangos de velocidad y potencia. Nuevas estrategias decontrol que permiten controlar independientemente velocidad y torque sin necesidad de sensores, han creado un amplio campo para el diseño de nuevas estructura magnéticas de conversión electromecánica. Por otro lado, un sin numero de nuevas posibilidades como la robótica y el control de movimiento, aplicaciones automotrices y tracción con aplicaciones de alto torque y ausencia de cajas de engranajes,accionamientos navales de bajo ruido, bienes de consumo y computación; exigen alto rendimiento y diseño compacto. Un ejemplo de la expansión de las máquinas eléctricas en la industria automotriz es mostrado en la figura 1.1.

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Figura 1.1 Aplicaciones de máquinas eléctricas en la industria automotriz

1.2 Factoresque afectan en el Diseño
Hay una serie de factores que afectan el diseño de una máquina, ellos pueden ser clasificados como sigue

1.2.1 Factores Económicos
En muchos casos este es la consideración económica es la mas importante. Ante el igual peso de otros factores, el costo decidirá cual es la máquina que finalmente será construida. Para que un diseño sea competitivo, la cantidad de...