Máquina rotativa eléctrica : un dispositivo eléctrico diseñado para convertir energía basado en la inducción electromagnética y la interacción de un campo magnético con una corriente eléctrica, que contiene al menos dos partes involucradas en el proceso de conversión principal y que tiene la capacidad de girar o girar una respecto a la otra. , debido a lo cual y se lleva a cabo el proceso de conversión. [una]
La posibilidad de crear una máquina eléctrica a modo de convertidor electromecánico se basa en la interacción electromagnética , que se realiza mediante una corriente eléctrica y un campo magnético . Se denomina inductiva una máquina eléctrica en la que la interacción electromagnética se realiza con la ayuda de un campo magnético , y en la que con la ayuda de uno eléctrico es capacitiva . Las máquinas capacitivas prácticamente no se utilizan, ya que con la conductividad finita del aire (en presencia de humedad), las cargas desaparecerán de la zona activa de la máquina eléctrica hacia el suelo.
Los dos elementos estructurales principales de cualquier máquina rotativa eléctrica son: el rotor es la parte giratoria; estator - parte fija; así como un espacio de aire que los separa.
Las máquinas eléctricas rotativas se pueden clasificar de acuerdo con varios parámetros, que incluyen: por propósito funcional, por la naturaleza del campo magnético en el entrehierro principal, por el método de excitación, por el tipo de conexiones de contacto de los devanados, por la posibilidad de cambiando la dirección de rotación, por la naturaleza del cambio en la velocidad de rotación, por el tipo de corriente. [2]
Esta clasificación asume como principal criterio el propósito funcional principal de la máquina en el sistema de transmisión de potencia. [3]
Generador de máquina eléctrica una máquina eléctrica giratoria diseñada para convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Motor eléctrico giratorio una máquina eléctrica giratoria diseñada para convertir energía eléctrica en energía mecánica. Convertidor de máquina eléctrica una máquina eléctrica giratoria diseñada para cambiar los parámetros de la energía eléctrica (tipo de corriente, tensión, frecuencia, número de fases, fases de tensión). Compensador de electromáquina una máquina eléctrica rotatoria diseñada para generar o consumir potencia reactiva. Embrague de electromáquina una máquina eléctrica giratoria diseñada para transferir energía mecánica de un eje a otro. Freno de máquina eléctrica una máquina eléctrica giratoria diseñada para generar un par de frenado. Informacion maquina electrica una máquina eléctrica giratoria diseñada para generar señales eléctricas que caracterizan la velocidad de rotación del rotor o su posición angular, o para convertir una señal eléctrica en la posición angular correspondiente del rotorEn el contexto de esta clasificación, el grupo más conocido y extendido de máquinas eléctricas rotativas son los generadores de máquinas eléctricas (o simplemente “generadores de corriente”) y los motores eléctricos rotativos (o simplemente “motores eléctricos”) utilizados en casi todas las áreas de la tecnología. , y su diseño suele ser tal que para ellos el principio de reversibilidad , cuando una misma máquina puede actuar tanto como generador de corriente como motor eléctrico.
Principal:
No básico:
Una máquina eléctrica es en la mayoría de los casos un motor eléctrico .
Un cálculo refinado de las características de rendimiento y el uso de los programas de optimización existentes permiten obtener un diseño muy perfecto ya en la etapa de diseño de la máquina. Los siguientes métodos de modelado matemático de máquinas eléctricas son los más comunes:
Los métodos analíticos se basan en la resolución de ecuaciones que incluyen cantidades tales como flujos magnéticos, voltajes y corrientes. En el estudio de las máquinas asíncronas se ha generalizado el cálculo del circuito equivalente de una fase. Este enfoque generalmente se usa en el cálculo de condiciones de estado estable y con menos frecuencia para el cálculo de transitorios. Cuando se utilizan métodos analíticos, se hacen las siguientes suposiciones:
El error de los cálculos analíticos puede alcanzar el 15-20% y más.
Los métodos numéricos se han vuelto ampliamente utilizados en los últimos años en relación con el rápido desarrollo de las computadoras y la tecnología informática. Los programas informáticos modernos permiten resolver no solo problemas bidimensionales, sino también tridimensionales. Por lo general, los métodos numéricos implican el uso de cuadrículas computacionales de varias formas que representan el área del problema, y cuanto mayor sea la precisión del modelo, mayor será el número de nodos de la cuadrícula. Existen modelos basados en el método de las diferencias finitas (FDM), que utiliza mallas ortogonales, y modelos basados en el método de los elementos finitos (FEM), en los que los nodos de la malla se pueden distribuir de forma más racional. La ventaja de los métodos numéricos es que permiten no solo mejorar la precisión de la resolución de un problema de campo, sino también tener en cuenta factores como la saturación del circuito magnético de la máquina, el desplazamiento de corriente en los conductores y la complejidad de los límites de los medios.
Cuando se calculan campos magnéticos, teniendo en cuenta la no linealidad de las propiedades de los medios por métodos numéricos, generalmente se usa el método iterativo de Newton-Raphson . Al mismo tiempo, cuando se utiliza el método de elementos finitos, las matrices de coeficientes tienen una estructura de bandas, lo que reduce el número de operaciones.
Los programas modernos basados en el método de elementos finitos permiten calcular el EMF y las corrientes de los devanados del estator y el rotor, tener en cuenta la rotación del rotor en relación con el estator, el engranaje de los núcleos, la saturación del acero, la inducción de corrientes de Foucault en elementos estructurales masivos, la naturaleza compleja de la distribución del campo magnético en la brecha. Además, los programas modernos de elementos finitos le permiten calcular estructuras tridimensionales (tridimensionales). La precisión de los cálculos que utilizan programas de elementos finitos ha sido repetidamente confirmada por estudios experimentales. Cuanto más compleja sea la máquina que se está modelando, más tiempo llevará el proceso de cálculo. El cálculo de los modos de funcionamiento de las máquinas asíncronas también tiene la particularidad de que la frecuencia de las corrientes inducidas en el rotor es relativamente pequeña. Si los procesos transitorios se calculan por el método de integración numérica de un sistema de ecuaciones diferenciales, que requiere dividir todo el intervalo de tiempo considerado en pasos suficientemente pequeños, el tiempo dedicado a los cálculos puede ser significativo.
Para reducir el tiempo y mantener la precisión, han surgido otros métodos. Dichos enfoques, por regla general, aplican varios métodos simultáneamente, es decir, son métodos combinados.
Estos métodos incluyen, en particular, métodos basados en el cálculo de circuitos equivalentes equivalentes de circuitos magnéticos, es decir, en la discretización de un sistema electromagnético en forma de flujo. Se supone que el campo magnético consiste en un cierto número de tubos magnéticos de sección transversal variable. Dentro de cada tubo, el flujo es constante y todas las líneas de campo son estrictamente paralelas a las paredes del tubo. Este enfoque para la creación de circuitos equivalentes se justifica solo para las secciones ferromagnéticas de los núcleos; para el entrehierro, se puede aplicar con algunas suposiciones. Es difícil determinar la forma, la dirección y el número de tubos de campo en esta parte de la máquina, especialmente si se tiene en cuenta el movimiento mutuo de los núcleos. Estudie la ley de Ohm.
Existen métodos para reproducir correctamente el campo en el entrehierro. Estos son los métodos de contornos dentados y conductividades equivalentes del entrehierro.
En el método de las conductividades equivalentes, las conductividades magnéticas del entrehierro se encuentran como el producto de las conductividades parciales encontradas con el dentado unilateral y bilateral de los núcleos.
Un método más universal para calcular máquinas eléctricas es el MZK. El MZK, originalmente desarrollado para el cálculo de hidrogeneradores, luego se generalizó y se aplicó al cálculo de varios tipos de máquinas eléctricas, incluidas las máquinas asíncronas con rotor de jaula de ardilla.
En estos trabajos, el enlace de flujo de los devanados de una máquina eléctrica se expresa a través de los parámetros inductivos de los contornos dentados formados por corrientes que se encuentran en el fondo de las ranuras o concentradas en las paredes de las ranuras. Esta representación de las fuentes de campo permite utilizar la teoría del potencial magnético escalar, lo que simplifica enormemente los cálculos.
La idea del MZK es representar el campo en el entrehierro de una máquina eléctrica como la suma de los campos de los llamados contornos de dientes. Este método permite realizar un análisis detallado del campo magnético de un circuito de engranajes separado y determinar la conductividad magnética en el entrehierro, teniendo en cuenta el engranaje bilateral del estator y el rotor, el movimiento mutuo de los núcleos, así como la forma real de la corriente o el voltaje del devanado del inducido.