Sistemas electromecanicos

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SISTEMAS ELECTROMECANICOS

1. Introducción

Los sistemas físicos consisten en componentes o elementos interconectados.El primer paso del análisis es obtener un modelo matemático que se forme con losmodelos de cada componente. El modelo matemático es una serie de relaciones entre
entradas y salidas.

El modelo matemático de los componentes se obtiene de observaciones experimentales y/ola ayuda de ciertos postulados fundamentales. Una vez modelado el sistema puede resolverse la salida por técnicas analíticas o
computacionales.

FLUJOS DE POTENCIA Y PERDIDAS:
Un sistema electromecánico de conversión tiene tres partes escenciales:
(1) UN SISTEMA ELECTRICO
(2) UN SISTEMA MECANICO
(3) UN CAMPO QUE LOS UNE
La ecuación de transferencia de energía es como sigue; y se puede vergráficamente en la fig. 1.2
ENERGIA = ENERGIA MECANICA + INCREMENTO EN LA ENERGIA + PERDIDAS DE
ELECTRICA DE SALIDA ALNACENADA EN EL CAMPO ENERGIA
ACOPLADOR

Fig. 1.2. Sistema electromecánico de conversión de energía.
Las pérdidas las podemos clasificar dentro de las siguientes categorías:
1.- PERDIDAS EN EL COBRE DE LOS DEVANADOS (ROTOR Y ESTATOR).
2.- PERDIDAS EN EL NÚCLEO.
3.-PERDIDAS MECANICAS.
4.- PERDIDAS ADICIONALES.
Las pérdidas en el cobre de una máquina son las pérdidas por calentamiento debido a la resistencia de los conductores del rotor y del estator:
P=I2R
Las pérdidas mecánicas se deben a la fricción de los rodamientos y con el aire. Las pérdidas del núcleo se deben a la histéresis y a las corrientes parásitas. Con frecuencia a estas pérdidas se les conocecomo pérdidas de vacío o pérdidas rotacionales de una máquina. En vacío, toda la potencia que entra a la máquina se convierte en estas pérdidas.
Las pérdidas adicionales son todas aquellas pérdidas que no se pueden clasificar en ninguna de las categorías descritas arriba. Por convención, se asume que son iguales al 1% de salida de la máquina.
La eficiencia de una máquina es una relación entre supotencia útil de salida y su potencia total de entrada:
 = (Psal/Pent)100
La figura 1.3 ilustra las ideas anteriores.

Fig. 1.3. (a) Diagrama de flujo de potencia de un generador
(b) Diagrama de flujo de potencia de un motor.
 PANORAMICA VISION DEL USO DE MAQUINAS ELECTRICAS
Como sa ha expuesto anteriormente, con estos dispositivos electromecánicos de conversión, podemos transformarenergía en ambos sentidos (MECANICA-ELECTRICA). Esto ha sido aprovechado por el hombre para construir sus sistemas generadores, transmisores y consumidores de potencia, los cuales son la base del desarrollo y actividad mundial. La figura 1.4 muestra a grandes rasgos un sistema de estos.

Fig. 1.4. Sistema de generación, transmisión, distribución, y consumo de energía.
En la figura 1.4 apreciamos quese utiliza una fuente de energía mecánica para mover el generador eléctrico. Esta fuente de energía mecánica puede ser la turbina de una hidroeléctrica o estar movida por el vapor de agua de una caldera o reactor nuclear; también podemos quemar combustible fósil en un motor de combustión interna. El generador produce típicamente un nivel de 10 KV con grandes corrientes. Aquí termina la parte de"generación". 10 KV no es el nivel de voltaje adecuado para transmitir la energía eléctrica a grandes distancias, ya que las corrientes en las líneas serían muy grandes y las pérdidas I2R serían altísimas; por eso se eleva el voltaje a 400 KV y se reducen en 40 veces las corrientes, con lo que las pérdidas I2R disminuyen 1600 veces y el requerimiento del calibre del cable baja. Al llegar a loscentros de consumo (ciudades, corredores industriales, etc.), debemos reducir el nivel de voltaje a valores más seguros para la población (típicamente 13.5 KV). La distribución es el paso anterior al consumo. Finalmente, la energía llega al hogar, industria, etc., con un nivel seguro de 110 V, 220 V, donde es consumida en iluminación, refrigeración, calefacción, motores, etc. Aquí cabe también dar...