Rot unidad 1

Fundamentos Generales de Diseño de las Máquinas Eléctricas Rotatorias

Objetivos

El alumno conocerá los fundamentos teóricos generales que soportan la ingeniería de diseño de las máquinas eléctricas rotatorias, aportando los conocimientos de base para la síntesis y el análisis del diseño de los aspectos magnéticos, eléctricos, térmicos y mecánicos más comunes a las máquinas rotatorias.1.1 Introducción general al campo de diseño de máquinas

1.1.1 Diseño de máquinas

El problema de diseño óptimo en dispositivos electromagnéticos consiste en determinar los materiales, geometría y excitaciones que garanticen ciertas características de desempeño El diseño de máquinas eléctricas rotatorias es una especialidad de las ingenierías eléctrica y mecánica y consiste en la elección dedimensiones, materiales y del tipo de construcción que cumpla con los objetivos del diseño en relación con el funcionamiento y costo, dentro de las restricciones impuestas por las normas, especificaciones aplicables, materiales, procesos de manufactura, factores administrativos y necesidades del usuario En el diseño convencional de dispositivos electromagnéticos generalmente se utilizan métodos pocoprecisos con base en la experiencia, para así obtener diseños que generalmente cumplen con las especificaciones de salida y entrada, pero que no son óptimos en el aprovechamiento de los materiales, excitaciones y geometrías obtenidas. El diseñador revisa las especificaciones para la máquina dada, consulta un diseño similar o un conjunto de curvas en las que se resumen las experiencias dadas paraun determinado tipo de diseño. El método empleado comúnmente en un diseño preliminar consiste en aplicar reglas y factores de escalamiento. Con los datos obtenidos, el diseñador selecciona tipos de conductores y su arreglo, el tipo de devanado, materiales, ranuras, etc. Posteriormente el diseñador analiza la máquina, verificando si ha cumplido con las 1

especificaciones dadas. Si el diseñosatisface los requerimientos, se tiene por lo tanto una solución particular del problema, lo cual no significa que sea la mejor solución. Si la primera solución no satisface las especificaciones, el diseñador debe repetir el análisis hasta que la solución quede dentro de lo especificado. El número de iteraciones depende de la capacidad y experiencia del diseñador. Actualmente el diseñador dispone deuna herramienta poderosa: la computadora digital. La ventaja principal en esta modalidad de diseño, radica en la velocidad de cálculo. De forma general, se enumeran los pasos de la metodología que se sigue a fin de realizar un diseño:

1.- Formulación del problema. 2.- Análisis del problema. 3.- Búsqueda de alternativas. 4.- Evaluación de las alternativas. 5.- Especificación de la soluciónpreferida.

1.1.2 Factores de diseño

No existen reglas o normas que indiquen cuáles deben ser las variables que intervienen en un proceso específico de cálculo para el diseño de una determinada máquina, sin embargo es conveniente tomar en cuenta los siguientes criterios:

1.-El conjunto de variables debe conducir a una solución única. 2.- Las variables deben ser las de mayor influencia o pesorespecto a la función que se haya formulado, generalmente corresponden a un significado físico o geométrico de relevancia. 3.- Dentro del procedimiento del diseño, existen variables que inevitablemente son discretas, tales como el número de ranuras de un estator o de vueltas de un devanado, lo cual dificulta la aplicación de una técnica de optimación. Por lo que pueden incluirse dentro del conjuntode variables independientes si se encuentra que modifican en forma negativa el diseño cuando se utilizan como variables no independientes continuas dispuestas al redondeo.

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4.- Elegir el conjunto de variables que conduzcan a un proceso de cálculo lo más sencillo posible. En máquinas eléctricas rotatorias existe la interacción entre campos eléctricos, campos magnéticos, esfuerzos mecánicos...