CONVERSION ELECTROMECANICA DE LA ENERGIA

ESCUELA POLITÉCNICA
NACIONAL
ELECTRICAL
ENGINEERING
DEPARTMENT
ELECTRIC
Dr. CARLOS GALLARDO
Campus Universitario
Edificio Ingenierìa Eléctrica
Ladrón de Guevara E11-253
Quito-Ecuador
Apartado 17-12-866
17-01-2759
Fax: (593-2) 567848
carlos.gallardo@epn.edu.ec

2015

MACHINES I
LECTURE 3 :
ELECTROMECHANICAL ENERGY
CONVERSION-PRINCIPLES
Prof. Dr. Carlos Gallardo
(Ph.D)

ELECTROMECHANICAL ENERGYCONVERSION PRINCIPLES.
CONTENTS
1: Forces and Torques in Magnetic Field Systems.

2: Energy Balance.

3: Energy in Singly-Excited Magnetic Field Systems.

4: Determination of Magnetic Force and Torque from Energy.

5: Determination of Magnetic Force and Torque from Coenergy.
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ELECTROMECHANICAL ENERGY CONVERSION PRINCIPLES.
CONTENTS
1:Forces and Torques in Magnetic Field Systems.

2: Energy Balance.

3: Energy in Singly-Excited Magnetic Field Systems.

4: Determination of Magnetic Force and Torque from Energy.

5: Determination of Magnetic Force and Torque from Coenergy.
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Electromechanical Energy Conversion - Principles.
Conversión de energía electromecánica, el cualocurre a
través del campo eléctrico o magnético del dispositivo
de conversión.
Dispositivos de medición y control se les denomina
transductores → generalmente operan bajo condiciones
lineales de entrada salida → micrófonos, escobillas,
detectores y altavoces.
Dispositivos de producción de fuerza → solenoides, relés
y electroimanes.
Equipos de conversión de energía continua → motores y
generadores.2015

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Electromechanical Energy Conversion - Principles.
Técnicas
analíticas
para
sistemas
de
campos
magnéticos → similares sistemas de campos eléctricos.
El objetivo de dicho análisis consta de tres aspectos
fundamentales:
1) Comprender como se lleva a cabo la conversión de
energía.
2) Suministrar las técnicas para la fabricación y laoptimización de los dispositivos con requisitos
específicos.
3) Desarrollar modelos de dispositivos de conversión de
energía electromecánica.
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Forces and Torques in Magnetic Field Systems.
Ley de fuerza de Lorentz:
Fuerza sobre una partícula de carga q en presencia de
campos eléctricos y magnéticos.
coulombs

teslas

F= q (E + v * B )
N

V/m

vvelocidad de una partícula relativa al campo
magnético m/s.

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Forces and Torques in Magnetic Field Systems.
Sistema de campo eléctrico puro → v = 0.
La fuerza actúa en la dirección de campo eléctrico y es
independiente de cualquier movimiento de las
partículas.

F= q (E + v * B )

F=qE

Sistema de campo magnético puro → E = 0.

F = q(v xB)

vxB

La dirección de la fuerza
siempre es perpendicular a
la dirección del movimiento
de la partícula y al campo
magnético.
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Forces and Torques in Magnetic Field Systems.
En situaciones en las que un gran número de partículas
cargadas se encuentran en movimiento → ecuación en
función de ρ
ρ densidad de carga
 

= ρ(E + v * B)

Densidadde
corriente
Corriente

 

=J*B
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J=pv
I J A

N/m
3

A/m2

( 
m 3)

coulombs/

F I B

N/m

A

Determinar la densidad de fuerza en un sistema
magnético que actúa en el material mismo →
corrientes que fluyen en medios de conducción.
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Ejemplo 3.1.
Se coloca un rotor no magnético que contiene una
bobina de vuelta única dentro de un campomagnético
uniforme de magnitud B0, como se ilustra en la figura.
Los costados de la espiral son de radio R y el cable lleva
una corriente I como se indica. Determine el torque
dirigido a θ como una función de la posición del rotor α
cuando I=10 A, B0=0.02 T and R=0.05 m. Suponga que
el rotor es de longitud l=0.3 m.

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Ejemplo 3.1.

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