Cómo Funciona Un Generador Eléctrico
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7/21/2019 Cómo Funciona Un Generador Eléctrico http://slidepdf.com/reader/full/como-funciona-un-generador-electrico-56d9f4be7be0e 1/55 ¿CÓMO FUNCIONA UN GENERADOR ELÉCTRICO? Los generadores electricos son aparatos que convierten la energía mecánica en energía eléctrica. La energía mecánica, a su vez, se produce a partir de la energía química o nuclear con varios tipos de combustible, o se obtiene a partir de fuentes renovables como el viento o los saltos de agua. Las turbinas de vapor, los motores de combustión interna, las turbinas de combustión de gas, los motores eléctricos, las turbinas de agua y de viento son los métodos comunes que proporcionan energía mecánica para este tipo de dispositivos. Hay generadores electricos de todo tipo de tamaños, desde muy pequeños de unos pocos vatios de potencia de salida asta centrales eléctricas de gran potencia que proporcionan gigavatios de potencia. !sta imagen de un generador electrico pone de manifiesto un e"emplo de cómo produce energía un generador electrico. Las dos flecas negras indican la dirección de rotación de la bobina. Las líneas azules representan el campo magnético orientado del polo norte al polo sur. Las flecas ro"as indican la dirección instantánea de la corriente #$ %corriente alterna& inducida.
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Descripción general de un generador electrico
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¿CÓMO FUNCIONA UN GENERADORELÉCTRICO?
Los generadores electricos son aparatos que convierten la energía mecánica en energíaeléctrica. La energía mecánica, a su vez, se produce a partir de la energía química o nuclear con
varios tipos de combustible, o se obtiene a partir de fuentes renovables como el viento o los
saltos de agua. Las turbinas de vapor, los motores de combustión interna, las turbinas de
combustión de gas, los motores eléctricos, las turbinas de agua y de viento son los métodos
comunes que proporcionan energía mecánica para este tipo de dispositivos. Hay generadores
electricos de todo tipo de tamaños, desde muy pequeños de unos pocos vatios de potencia de
salida asta centrales eléctricas de gran potencia que proporcionan gigavatios de potencia.
!sta imagen de un generador electrico pone de manifiesto un e"emplo de cómo produce energía
un generador electrico. Las dos flecas negras indican la dirección de rotación de la bobina. Las
líneas azules representan el campo magnético orientado del polo norte al polo sur. Las flecasro"as indican la dirección instantánea de la corriente #$ %corriente alterna& inducida.
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Funcionamiento de los generadores electricos
!l funcionamiento de los generadores electricos se basa en el fenómeno de inducciónelectromagnética' cuando un conductor ace un movimiento relativo acia el campo magnético,
se induce el volta"e en el conductor. (articularmente, si una bobina está girando en un campo
magnético, significa que las dos caras de la turbina se mueven en direcciones opuestas y se
añaden los volta"es inducidos a cada lado. )uméricamente, el valor instantáneo del volta"e final
%denominado fuerza electromotriz *emf*& es igual al resto del índice de cambio del flu"o
magnético + veces el nombre de vueltas de la bobina' -)/0+12t. !sta relación se a
encontrado e3perimentalmente y ace referencia a la Ley de Faraday. !l símbolo 4menos5 es por
la ley de Lenz, que indica que la dirección de emf es tal que el campo magnético de la corriente
inducida se opone al cambio en el flu"o que produce esta emf. La ley de Lenz está relacionada con
la conservación de energía.
#omo la frecuencia de flu"o magnético cambia a través de la bobina que gira en una frecuenciaconstante que varia de forma sinusoidal con la rotación, el volta"e generado a las terminales de la
bobina también es sinusoidal %#$&. 6i un circuito e3terno se conecta a las terminales de bobina,este volta"e creará corriente a través de este circuito, que será energía que se transferirá a la
carga. (or lo tanto, la energía mecánica que ace rotar la bobina se convierte en energía eléctrica.
La corriente de la carga, a su vez, crea un campo magnético que se opone al cambio del flu"o de labobina, por lo tanto, la bobina se opone al movimiento. #omo más alta sea la corriente, más
grande debe de ser la fuerza que se tiene que aplicar a la armadura para evitar que se ralentice.!n la imagen, una biela manual ace rotar la bobina. $ la práctica, la energía mecánica es
producida por turbinas o motores que se denominan fuentes energéticas. !n un generador
electrico de #$ pequeño, una fuente energética normalmente es un motor de combustión
interna rotatorio.
!ntre los aparatos comercialmente disponibles, un alternador está integrado con un motor en un
aparato simple. !l dispositivo resultante se denomina generador electrico. 7n generador
electrico es la fuente de energía de reserva más com8n en caso de emergencia y probablemente
la más económica para uso doméstico.
Los generadores electricos más económicos se venden por unos 9: ; por <ilovatio. La
producción de volta"e depende solamente del movimiento relativo entre la bobina y el campo
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magnético. La emf es inducida por la misma ley de la física si el campo magnético traviesa una
bobina fi"a, o la bobina pasa a través de un campo magnético fi"o. Los generadores electricos de
#$ actuales normalmente no tienen escobillas. =ienen un campo giratorio y una armadura fi"a
que produce energía.
!sta armadura incluye un grupo de bobinas que forman un cilindro. $demás, a la práctica, el
campo magnético normalmente es inducido por un electroimán en vez de un imán permanente.!l electroimán está formado por las denominadas bobinas de campo fi"adas encima de un n8cleo
de ierro. !l flu"o de corriente de las bobinas de campo produce el campo magnético.
!sta corriente se puede obtener a partir de la fuente e3terna o de la propia armadura del sistema.6e alcanza la regulación detectando el volta"e de salida, que lo convierte en ## %corriente
continua& y que compara su nivel con un volta"e de referencia. 7n error se utiliza para controlar elcampo por tal de mantener una salida constante. Las fuentes de #$ modernas con bobinas de
campo son autoexcitadas' la corriente por las bobinas de campo es accionado por un bobinadoe3citador adicional de la armadura.
¿Cómo funciona la autoexcitación?
!l volta"e de salida del e3citador lo rectifica un puente de diodos y normalmente se incluye en el
regulador de volta"e. #uando se genera la corriente #$ de salida, una porción de ella fluye en labobina de campo para generar el campo magnético. !l campo magnético inicial, de antes de
encender el generador electrico lo produce el magnetismo residual en n8cleos de electroimaneso lo crea una corriente eléctrica que se transfiere durante el acoplamiento del motor desde una
batería.
Los campos magnéticos de cualquier fuente o la no utilización del generador electricos duranteun largo periodo de tiempo pueden perder o debilitar el magnetismo residual del n8cleo
e3citador. $lgunos modelos de generadores electricos proporcionan e3citación inicial del campo
automática. (or el contrario, si el n8cleo electromagnético perdiera su magnetismo residual, el
rotor giraría, pero no se produciría volta"e de salida de #$.
!n este caso, para encender el aparato sería necesario acer lo denominadoexcitación inicial del
campo del generador electrico. !l procedimiento típico de e3citación inicial del campo consiste
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en parar el motor, desconectar los cables eléctricos del campo e3citador desde el regulador de
volta"e %vigilar la polaridad de los cables eléctricos& y apagar el interruptor. >espués se tendría
que aplicar volta"e desde una batería e3terna o desde otra fuente de ## en series de ?:@A: Bm
AC D de resistencia restrictiva o una bombilla acia la bobina del campo controlando la polaridad.
7na vez eco esto, se debería permitir que el campo se e3cite durante unos ?: segundos,
después eliminar la fuente de volta"e e3terna, y finalmente volver a conectar la bobina e3citadora.(ara los modelos particulares es me"or consultar el propio manual de funcionamiento, ya que
incluye recomendaciones
Los generadores eléctrcosUn generador es una !"#$na eléctrca rotat%a que transforma energía
mecánica en energía eléctrica. Lo consigue gracias a la interacción de los dos
elementos principales que lo componen: la parte móvil llamada rotor, y la parte
estática que se denomina estátor.
Cuando un generador eléctrico está en funcionamiento, una de las dos partes genera
un uo magnético !act"a como nd$ctor# para que el otro lo transforme en
electricidad !act"a como nd$cdo#.
Los generadores eléctricos se diferencian seg"n el tipo de corriente que producen. $sí,
nos encontramos con dos grandres grupos de máquinas eléctricas rotativas: los
alternadores y las dinamos.
Los alternadores generan electricidad en corriente alterna. %l elemento inductor es el
rotor y el inducido el estátor. Un eemplo son los generadores de las centrales
eléctricas, las cuales transforman la energia mecánica en eléctrica alterna.
Las dna!os generan electricidad en corriente continua. %l elemento inductor es el
estátor y el inducido el rotor. Un eemplo lo encotraríamos en la lu& que tiene una
'icicleta, la cual funciona a través del pedaleo.
A&rende !"s so're los generadores eléctrcos
M"#$nas eléctrcas rotat%as( los generadores) *rnc&o de +$ncona!ento de $n generador eléctrco( Le, deFarada,) Generador de corrente alterna( el alternador) Generador de corrente contn$a( la dna!o)
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-enta.as del alternador res&ecto a la dna!o) *reg$ntas so're generadores eléctrcos)
M"#$nas eléctrcas rotat%as( los generadoresLlamamos máquinas eléctricas a los dispositivos capaces de transformar energía
eléctrica en cualquier otra forma de energía. Las máquinas eléctricas se pueden dividir
en:
• M"#$nas eléctrcas rotat%as, que están compuestas de partes
giratorias, como las dinamos, alternadores y motores.
• M"#$nas eléctrcas est"tcas, que no disponen de partes móviles,
como los transformadores.
(amos a )arnos en el grupo de las máquinas rotativas, que lo constituyen los motores
y los generadores. Las máquinas eléctricas rotativas son re%ers'les, yq que pueden
tra'aar de dos maneras diferentes:
• Co!o !otor eléctrco: Convierte la energía eléctrica en mecánica.
• Co!o generador eléctrco: Convierte la energía mecánica eneléctrica.
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*etalle del rotor y del estátor de un generador
Las máquinas eléctricas se pueden dividir en rotativas y estáticas. %n este caso vamos
a )arnos en el grupo de las máquinas rotativas que lo constituyen los motores y los
generadores.
+odas las máquinas rotativas están formada por una parte )a llamada est"tor/ tiene
forma cilíndrica, y otra móvil llamada rotor. %l rotor se monta en un ee que descansa
en dos rodamientos o coinetes. %l espacio de aire que separa el estátor del rotor,
necesario para que pueda girar la máquina se denomina entre0erro.
ormalmente tanto en el estátor como en el rotor e-isten devanados ecos con
conductores de co're por los que circulan corrientes suministradas o cedidas a un
circuito e-terior que constituye el sste!a eléctrco. Uno de los devanados crea un
uo en el entreierro y se denomina nd$ctor. %l otro devanado reci'e el uo del
primero y se denomina nd$cdo. *e igual manera, se podria situar el inductor en el
estátor y el inducido en el rotor o viceversa.
*érddas , e1cenca de las !"#$nas eléctrcas rotat%as
Como cualquier máquina, la potencia de salida que ofrecen las máquinas eléctricas
rotativas es menor que la potencia de alimentación que se les suministra, potencia
suministrada. La diferencia entre la potencia de salida y la suministrada son las
pérdidas:
La potencia de salida de un generador eléctrico es la potencia eléctrica que entrega, la
potencia "til. La potencia suministrada o total es la potencia mecánica de entrada: la
potencia mecánica que a'sor'e la máquina para poder generar electricidad.
*entro de una máquina eléctrica rotativa, las pérdidas más signi)cativas son:
• *érddas !ec"ncas: Causadas por el ro&amiento entre las pie&as
móviles y por la ventilación o refrigeración interior de los devanados.
• *érddas eléctrcas o &érddas en el co're: /e producen en el
circuito eléctrico y en sus cone-iones y son de'idas al efecto 0oule.• *érddas !agnétcas o &érddas en el 0erro: *ependen de las
variaciones que se producen en los campos magnéticos y de la
frecuencia.
$sí mismo, el cociente entre la potencia de salida !tam'ién llamada potencia "til# y la
potencia suministrada !tam'ién llamada potencia total o a'sor'ida# es la e)ciencia.
%sta e)ciencia se e-presa en tanto por ciento!1#:
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2or lo tanto, la e)ciencia de una máquina eléctrica determina la cantidad de tra'ao "til
que puede producir, a partir de la energia total que consume.
*rnc&o de +$ncona!ento de $n generador eléctrco( Le, deFarada,
3epresentación del e-perimento que reali&ó 4araday
%l principio de funcionamiento de los generadores se 'asa en el fenómeno
de nd$cc2n electro!agnétca.
La Le, de Farada,. %sta ley nos dice que el %olta.e nd$cdo en $n crc$to es
drecta!ente &ro&orconal al ca!'o del 3$.o !agnétco en $n cond$ctor o
es&ra. %sto quiere decir que si tenemos un campo magnético generando un uo
magnético, necesitamos una espira por donde circule una corriente para conseguir que
se genera la f.e.m. !fuer&a electromotri&#.
%ste descu'rimiento, reali&ado en el a5o 6789 por Mc0ael Farada,, permitió un a5o
después la creación del disco de 4araday. %l disco de 4araday consiste en un imán en
forma de U, con un disco de co're de doce pulgadas de diámetro y 6; de pulgas de
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espesor en medio colocado so're un ee, que está girando, dentro de un potente
electroimán. $l colocar una 'anda conductora ro&ando el e-terior del disco y otra
'anda so're el ee, compro'ó con un galvanómetro que se producía electricidad
mediante imanes permanentes. 4ue el comien&o de las modernas dinamos %s decir,
generadores eléctricos que funcionan por medio de un campo magnético. %ra muypoco e)ciente y no tenía ning"n uso como fuente de energía práctica, pero demostró la
posi'ilidad de generar electricidad usando magnetismo y a'rió la puerta a los
conmutadores, dinamos de corriente continua y )nalmente a los alternadores de
corriente.
Como se o'serva en el capítulo de electromagnetismo, cuando dentro de un campo
magnético tenemos una espira por donde circula una corriente eléctrica aparecen un
par de fuer&as que provocan que la espira gire alrededor de su ee. *e esta misma
manera, si dentro de un campo magnético introducimos una espira y la acemos girar
provocaremos la corrienteinducida. %sta corriente inducida esla responsa'le de la f.e.m. y será varia'le en función de la
posición de la espira y el campo magnético.
La cantidad de corriente inducida o f.e.m. dependerá de la
cantidad de uo magnético !tam'ién llamado líneas# que la
espira pueda cortar, cuanto mayor sea el n"mero, !a,or %arac2n de 3$.o generara
y por lo tanto !a,or+$er4a electro!otr4).
/e o'serva los dos casos más e-tremos, cuando la espira está situada a 9< o 679< y no
corta líneas, y cuando está a =9< y >?9< y las corta todas
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$l acer girar la espira dentro del imán conseguiremos una tensión que variará en
función del tiempo. %sta tensión tendrá una forma alterna, puesto que de 679< a 8@9<
los polos estarán invertidos y el valor de la tensión será negativo.
%l principio de funcionamiento del alternador y de la dinamo se 'asa en que el
alternador mantiene la corriente alternamientras la dinamo convierte la corrientealterna en corriente continua.
/e5ales de salida de un
alternador, en corriente alterna, y de una dinamo en corriente continuo
Generador de corrente alterna( el alternadorLos generadores de corriente alterna o alternadores son máquinas que transforman
energía mecánica, que reci'en por el rotor, en energía eléctrica en forma de corriente
alterna. La mayoría de alternadores son máquinas de corriente alterna s5ncrona, que
son las que giran a la %elocdad de sncrons!o, que está relacionada con el
nom're de polos que tiene la máquina y la frecuencia de la fuer&a electromotri&. %sta
relación ace que el motor gire a la misma velocidad que le impone el estátor a través
del campo magnético. %sta relación viene dada por la e-presión:
*onde + es la +rec$enca a la cual esta conectada la máquina y * es el numero
de &ares de &olos.
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Aodeli&ación del funcionamiento de un generador
/u estructura es la siguiente:
• Est"tor: 2arte )a e-terior de la máquina. %l estátor está formado por
una carcasa metálica que sirve de soporte. %n su interior encontramos eln"cleo del inducido, con forma de corona y ranuras longitudinales, donde
se aloan los conductores del enrollamiento inducido.
• Rotor : Parte móvil que gira dentro del estátor El rotor contiene elsistema inductor y los anillos de rozamiento, mediante los cuales se
alimenta el sistema inductor. En función de la velocidad de la máquinahay dos formas constructivas.
o Rotor de &olos saldos o r$eda &olar: Utili&ado para
tur'inas idráulicas o motores térmicos, para sistemas de 'aa
velocidad.
o Rotor de &olos lsos: Utili&ado para tur'inas de vapor y gas,
estos grupos son llamados tur'oalternadores. 2ueden girar a 8999,
6;99 o 6999 r.p.m. en función de los polos que tenga.
%l alternador es una !"#$na eléctrca rotat%a s5ncrona que necesita de una
corriente de e-citación en el 'o'inae inductor para generar el campo eléctrico y
funcionar. 2or lo tanto su diagrama de funcionamiento es el siguiente:
*iagrama de funcionamiento del alternador
$l ser máquinas síncronas que se conectan a la red an de tra'aar a una frecuencia
determinada. %n el caso de %uropa y algunas &onas de Latinoamérica se tra'aa a ;9
B&, mientras que en los %stados Unidos usan @9 B&. %n aplicaciones especiales como
en el caso de la aeronáutica, se utili&an frecuencias más elevadas, del orden de los 99
B&.
%l principio de funcionamiento de los alternadores es el mismo que emos estudiado
asta aora, con una peque5a diferencia. 2ara generar el campo magnético, ay que
aportar una corrente de e6ctac2n 7Ie8 en corriente continua. %sta corriente genera
el campo magnético para conseguir la corrente nd$cda 7I8 que será corriente
alterna.
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Los alternadores están acoplados a una máquina motri& que les genera la energía
mecánica en forma de rotación. /eg"n la máquina motri& tenemos tres tipos:
• M"#$nas de %a&or: /e acopla directamente al alternador. Deneran
una velocidad de giro 'aa y necesitan un volante de inercia para
generar una rotación uniforme.
• Motores de co!'$st2n nterna: /e acoplan directamente y las
características son similares al caso anterior.
• T$r'nas 0dr"$lcas: La velocidad de funcionamiento tiene un
rango muy amplio. %stos alternadores están dise5ados para funcionar
'ien asta el do'le de su velocidad de régimen.E6ctatr4 de los alternadores
Los alternadores necestan $na +$ente de corrente contn$a &ara al!entar
los electro!anes 7deanados8 que forman el sistema inductor. 2or eso, en el interior
del rotor se incorpora la e-citatri&.
La e-citatri& es la máquina encargada de suministrar la corriente de e-citación a las
'o'inas del estátor, parte donde se genera el campo magnético. /eg"n la forma de
producir el uo magnético inductor podemos a'lar de:
• E6ctac2n nde&endente) La corriente eléctrica proviene de una
fuente e-terior.
• E6ctac2n sere) La corriente de e-citación se o'tiene conectando
las 'o'inas inductoras en serie con el inducido. +oda la corriente inducida
a las 'o'inas del rotor pasa por las 'o'inas del estátor.• E6ctac2n s0$nt o der%ac2n) La corriente de e-citación se
o'tiene conectando las 'o'inas del estátor en paralelo con el inducido.
/olo pasa por las 'o'inas del estátor una parte de la corriente inducida.
• E6ctac2n co!&o$nd) %n este caso las 'o'inas del estátor están
conectadas tanto en serie como en paralelo con el inducido.
E+ectos del +$ncona!ento de $n alternador
Cuando un alternador funciona conectado a un circuito e-terior se crean corrientes
inducidas que nos generan los siguientes efectos:
• Ca5da de tens2n en los 'o'na.es nd$cdos: La resistividad que
nos presentan los conductores ace que tengamos una caída de tensión.
• Efecto de reacción en el inducido: El tipo de reacción quetendremos en el inducido dependerá de la carga conectada:
o Resst%a: +enemos un incremento en la caída de tensión
interna y una disminución de la tensión en los 'ornes de salida.
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o Ind$ct%a: $parece una caída de tensión importante en los
'ornes de salida.
o Ca&act%a: *isminuye la caída de tensión interna y eleva mas
el valor de la tensión de salida en los 'ornes de salida.
•
E+ecto de ds&ers2n del 3$.o !agnétco: Bay líneas de fuer&aque no pasan por el inducido, se pierden o llegan al siguiente polo.
Cuanto más alta sea la corriente del inducido, más pérdidas por
dispersión nos encontramos.Generador de corrente contn$a( la dna!o%l generador de corriente continua, tam'ién llamado dinamo, es una máquina eléctrica
rotativa a la cual le suministramos energía mecánica y la transforma en energía
eléctrica en corriente continua. %n la actualidad se utili&an muy poco, ya que la
producción y transporte de energía eléctrica es en forma de corriente alterna.
Una de las características de las dinamos es que son máquinas reversi'les: se pueden
utili&ar tanto como generador o como motor. %l motor es la principal aplicación
industrial de la dinamo, ya que tiene facilidad a la ora de regular su velocidad de giro
en el rotor.
Las principales partes de esta máquina son:
Est"tor
%l estátor es la parte )a e-terior de la dinamo. %l estátor contiene el sistema inductor
destinado a producir el campo magnético. %stá formado por:
• *olos nd$ctores: *ise5ados para repartir uniformemente el campo
magnético. *istinguimos en ellos el n"cleo y la e-pansión polar. %l
n"mero de polos a de ser par, en caso de máquinas grandes se an
de utili&ar polos au-iliares.
• De%anado nd$ctor: /on las 'o'inas de e-citación de los polos
principales, colocadas alrededor del n"cleo. %stán ecos con
conductores de co're o de aluminio recu'iertos por un 'arni&
aislante.
• C$lata: La culata sirve para cerrar el circuito magnético y suertar los
polos. %sta construida con material ferromagnético.
Rotor
%l rotor es la 2arte móvil que gira dentro del estátor. %l rotor al estar sometido a
variación de uo crea la fuer&a electromotri& inducida, por lo tanto contiene el sistema
inducido. %stá formado por:
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• N9cleo del nd$cdo: Cilindro construido para reducir las pérdidas
magnéticas. *ispone de ranuras longitudinales donde se colocan las
espiras del enrollamiento del inducido.
• De%anado nd$cdo: 4ormado por espiras que se distri'uyen
uniformemente por las ranuras del n"cleo. /e conecta al circuito e-teriorde la máquina por medio del colector y las esco'illas.
• Colector: Cilindro solidario al ee de la máquina formado por
segmentos de co're o láminas aisladas eléctricamente entre ellas. %n
cada lámina se conecta una 'o'ina. %s el encargado de reali&ar la
conversión de corriente alterna a corriente continua.
• Esco'llas: /on pie&as de car'ónEgra)to o metálicas, que están en
contacto con el colector. Bacen la conmutación de la corriente inducida y
la transportan en forma de corriente continua acia el e-terior.
• Co.netes: /irven de soporte y permiten el giro del ee de la
máquina.
Entre0erro
%l entreierro e s el espacio de aire comprendido entre el rotor y el estátor. /uele ser
normalmente de entre 6 y 8 milímetros. %l enteierro es imprescindi'le para evitar
ro&amientos entre la parte )a y la parte móvil.
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*etalle de la espira de una dinamo con los colectores delgas
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La con!$tac2n en las dna!os
La conmutación es la operación de transformación de una se5al alterna a una se5al
continua y tam'ién se conoce como rect1cac2n de se:al. Las dinamos acen esta
conmutación porque tienen que suministrar corriente continua.
%sta conmutación en las dinamos se reali&a a través del colector de delgas. Los anillosdel colector están cortados de'ido a que por fuera de la espira la corriente
siempre tiene que ir en el mismo sentido.
$ la ora de reali&ar esta conmutación e-isten diferentes pro'lemas. Cuando el
generador funciona con una carga conectada en sus 'ornes, nos encontramos con una
caída de tensión interna y una reacción en el inducido.
%l inducido creará un uo magnético que se opone al generado por el imán. $ este
efecto se le da el nom're de+$er4a contraelectro!otr4, que despla&ará el plano
neutro.2ara solucionar este pro'lema se pueden reali&ar diversas meoras como:
• Des&la4a!ento de las esco'llas: %ste método cam'ia las
esco'illas a su nueva posición corrigiendo el desvío del plano, el
pro'lema es que el motor puede tra'aar desde el 91 de su carga total
al 6991, por lo que el plano puede cam'iar.
• *olos de con!$tac2n o a$6lares: la función de estos polos
au-iliares es la de compensar el uo producido por las 'o'inas inducidas
y compensarlo. %s una solución muy "til y económica.
• ;o'nas de co!&ensac2n: Cuando los generadores son de gran
potencia, los polos de conmutación no son su)cientes, en este caso
usamos 'o'inas de compensación.-enta.as del alternador res&ecto a la dna!o%l alternador tiene varias ventaas que acen que sea un tipo de máquina más
utili&ada, ya no solo el eco de que produce electricidad en corriente alterna, que es
como se consume, si no por otras ventaas del tipo utili&ación.
Las ventaas del alternador respecto a la dinamo son las siguientes:
• %n el alternador eléctrico se puede o'tener mayor gama de velocidad
de giro. La velocidad de giro puede ir desde ;99 a ?.999 rpm. La dinamo
a altas rpm sufre el el colector y las esco'illas elevado desgaste y su'ida
de temperaturas.
• %l conunto rotor y estátor en el alternador es muy compacto.
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• Los alternadores poseen un solo elemento como regulador de
tensión.
• Los alternadores eléctricos son más ligeros: pueden llegar a ser entre
un 9 y un ;1 menos pesados que las dinamos, y de un >; a un 8;1
más peque5os.• %l alternador tra'aa en am'os sentidos de giro sin necesidad de
modi)cación.
• La vida "til del alternador es superior a la de la dinamo. %sto es
de'ido a que el alternador eléctrico es más ro'usto y compacto, por la
ausencia del colector en el inducido, y soporta meor las altas
temperaturas.
Generadores eléctricos
Enviado por Michael Thotty
Partes: 1, 21.
2. Generador de corriente continua (o dinamos)
. Generador de corriente alterna (o alternador)
INTROD!!I"N!n generador el"ctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial el"ctrico entre dosde sus puntos, llamados polos, terminales o #ornes. $os generadores el"ctricos son máquinas destinadas atransformar la energ%a mecánica en el"ctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campomagn"tico so#re los conductores el"ctricos dispuestos so#re una armadura &denominada tam#i"n estator'. (imecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generarauna fuerza electromotriz &).E.*.'.En la actualidad, la generación de +.+. se realiza mediante pilas y acumuladores o se o#tiene de laconversión de +.. a +.+. mediante los puentes rectificadores. El uso de la dinamo para la producción deenerg%a en forma de +. +. se estuvo utilizando hasta la llegada de los alternadores, que con el tiempo la hande-ado totalmente desplazada. oy en d%a /nicamente se utilizan las dinamos para aplicaciones espec%ficas,
como por e-emplo, para medir las velocidades de rotación de un e-e &tacodinamos', ya que la tensión quepresentan en los #ornes de salida es proporcional a la velocidad de la misma.(e puede decir que una dinamo es una máquina el"ctrica rotativa que produce energ%a el"ctrica en forma decorriente continua aprovechando el fenómeno de inducción electromagn"tica. Esta máquina constafundamentalmente de un electroimán encargado de crear un campo magn"tico fi-o conocido por el nom#re deinductor, y un cilindro donde se enrollan #o#inas de co#re, que se hacen girar a una cierta velocidad cortandoel flu-o inductor, que se conoce como inducido.
http://www.monografias.com/trabajos72/generadores-electricos/generadores-electricos.shtml#generadora
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GENER#DOR DE !ORRIENTE !ONTIN# (ODIN#MO$)% &roducción de corriente alterna en una espira 'ue ira en el seno de un campo mantico
*IGR# %+%+ #lternador Elemental+uando hacemos girar una espira rectangular una vuelta completa entre las masas polares de un electroimáninductor &v"ase )igura 1.1', los conductores a y # del inducido cortan en su movimiento el campo magn"ticofi-o y en ellos se induce una f.e.m. inducida cuyo valor y sentido var%a en cada instante con la posición.
+ada uno de los terminales de la espira se conecta a un anillo metálico conductor, donde dos esco#illas degrafito recogen la corriente inducida y la suministran al circuito e0terior.Para determinar el sentido de la corriente inducida, en cada posición de los conductores, de la espira se aplicala regla de los tres dedos de la mano derecha, pudi"ndose compro#ar cómo se o#tiene a la salida una tensiónalterna senoidal.,+ Rectificación de la corriente mediante el colector de delas
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ado que lo que deseamos es o#tener corriente continua en la salida del generador, necesitamos incorporarun dispositivo que convierta la +.. generada en +.+. Esto se consigue mediante el colector de delgas.(i, tal como se muestra en la )igura 1.2, conectamos los dos e0tremos de la espira, no ya en los dos anilloscolectores, sino en dos semianillos conductores aislados uno del otro, so#re los que ponemos en contacto dosesco#illas que reco-an la corriente, conseguiremos o#tener a la salida +.+.+uando la espira gira, la corriente inducida cam#ia de sentido en una determinada posición. (i o#servamosatentamente en la )igura 1. las dos posiciones de la espira, "sta es solidaria a los dos semianillos 1 y 2 quegiran con ella. (in em#argo, las esco#illas y son fi-as.
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*iura %+-+ El sentido de la corriente permanece constante en la salida de la espira racias al colector de delas+
En la posición de la )igura 1. a, la corriente inducida en los conductores a y # posee el sentido que se indicacon las flechas. El semianillo 1 está en contacto con la esco#illa , y el semianillo 2 con la esco#illa .
l girar la espira hasta la posición de la )igura 1. #, la corriente inducida en los conductores a y # hacam#iado de sentido, tal como se indica con las flechas, pero como el semianillo 1 está ahora en contacto conla esco#illa y el semianillo 2 queda en contacto con la esco#illa , el sentido de la corriente no cam#ia enlos conductores y que suministran energ%a a la carga.En resumen, la corriente que fluye por la espira es alterna, pero el colector formado por los semianillosaislados consiguen rectificar la corriente y convertirla en continua.
+on una sola espira y dos anillos colectores conseguimos una corriente continua similar a la o#tenida en unpuente rectificador de onda completa, tal como se muestra en la )igura 1.3
$eer más: http:44555.monografias.com4tra#a-os624generadores7electricos4generadores7electricos.shtml8i0zzs*qz9a!
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*iura %+.+ #specto de la corriente continua 'ue se presenta a la salida del colector+Esta corriente continua presenta muchas variaciones/ o lo 'ue es lo mismo/ un ri0ado e1cesivo eindesea2le+ $i incluysemos en el inducido una seunda espira situada a 345 de la primera yconectada a otros dos nuevos semianillos o delas/ o2tendr6amos una corriente en la salida de ladinamo como la representada en la *iura %+7/ 'ue como se puede compro2ar posee un ri0ado menor'ue en el caso de una sola espira (la corriente ya no llea a descender a cero)+En este caso el colectorconstar6a de cuatro delas+
*iura %+7+ !orriente de salida de una dinamo con cuatro delas
(i incluimos en el inducido cuatro espiras con ocho delgas o#tenemos una corriente de salida todav%a muchomás lineal, como la representada en la )igura 1.;. En la práctica, cuando se desea o#tener una tensióncontinua lo más rectil%nea posi#le, se construyen dinamos con un n/mero considera#le de espiras y delgas.
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*iura %+8+ !orriente de salida de una dinamo con ocho delas
-+ !onstitución de una dinamo$as partes fundamentales de una dinamo son el inductor, el inducido, y el colector.-+%+ Inductor . El inductor es fi-o y se sit/a en el estator &parte estática o sin movimiento de la máquina'. Estáformado por un electroimán de dos polos magn"ticos en las máquinas #ipolares &)igura 1.6', o de variospares de polos en las mul7tipolares.
*iura %+9+ Inductor de un dinamo
El #o#inado y las piezas polares de hierro dulce del electroimán están rodeados por una carcasa o culata defundición o de acero moldeado que sirve de soporte a la máquina y permite el cierre del circuito magn"tico&v"ase )igura 1<.1'.
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-+,+ El inducido+ El inducido es móvil y se sit/a el rotor &parte que se mueve en sentido giratorio de lamáquina'. Está compuesto de un n/cleo magn"tico en forma de cilindro y constituido por chapas magn"ticasapiladas, con el fin de evitar la p"rdida por hist"resis y corrientes parásitas, donde se #o#inan las espiras conconductores de co#re esmaltados, tal como se muestra en la )igura 1.=. El n/cleo de chapas dispone de unaserie de ranuras donde se alo-an los #o#inados del inducido.El n/cleo queda fi-ado a un e-e, cuyos e0tremos se deslizan apoyados en co-inetes fi-os a la carcasa. e estaforma el inducido se sustenta entre las piezas polares del inductor, pudiendo ser impulsado en un movimientode rotación rápido.-+-+ El colector+ En e% e-e del inducido se fi-a el colector de delgas formado por láminas de co#re electrol%ticocon el fin de poderle conectar los diferentes circuitos del inducido. $as delgas se aislan del e-e y entre s% porho-as de mica &)igura 1.<'.
*iura %+3+ !olector de delas
$a corriente se recoge en e% colector con la ayuda de dos o varios contactos deslizantes de grafito o decar#ón puro, llamados esco#illas &)igura 1.1>'.
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*iura %+%4+ Esco2illas+ada esco#illa se monta en un portaesco#illas, que asegura la presión de la misma contra el colectormediante muelles &)igura 1.11'. " las esco#illas parten los conductores que se conectan a la placa de
#ornas de la dinamo, de donde se conectarán al circuito e0terior. ada la fricción a la que se somete a lasesco#illas, se produce un desgaste progresivo de las mismas que limita su vida /til, teniendo que reponerlascada ciertos per%odos de tiempo.
*iura %+%%+ &ortaesco2illas.+ !ircuito mantico de una dinamoEn la )igura 1.12 se ha representado el circuito recorrido por las l%neas de fuerza del campo magn"ticoinductor. ?stas se cierran a trav"s de las piezas polares del electroimán, el inducido y la carcasa o culata de ladinamo.
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*iura %+%,+ !ircuito mantico de una dinamo+Es importante hacer notar que las l%neas de fuerza de#en transcurrir por un peque@o espacio noferromagn"tico e0istente entre las piezas polares y el entrehierro. Aos referimos al entrehierro formadopor aire. ado que las l%neas de fuerza se esta#lecen muy mal por el entrehierro, se intenta reducir al má0imosu tama@o, procurando que esto no impida que el rotor pueda girar li#remente y sin fricciones.7+ *uer0a electromotri0 enerada por una dinamoEl valor de la fuerza electromotriz se o#tiene aplicando el principio de inducción electromagn"tica, por lo quedependerá del flu-o magn"tico que corten los conductores, as% como de lo rápido que lo hagan y del n/merode ellos. $a e0presión que relaciona la fuerza electromotriz de una dinamo con estas varia#les, es:
E B fuerza electromotriz &C') B flu-o por polo &D#'n B n de conductores del inducidoA B velocidad de giro del inducido &r.p.m.'a B pares de circuitos del inducido
p B pares de polos+omo los t"rminos n, p y c son constantes para una máquina de +.+., tenemos que:$a fuerza electromotriz es directamente proporcional al flu-o inductor y al n/mero de revoluciones de ladinamo.
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8+ Reacción del inducido+uando los conductores del inducido son recorridos por una corriente el"ctrica, producen un campomagn"tico cuya dirección y sentido se o#tiene aplicando la regla del sacacorchos. $a dirección de este campotransversal de reacción adquiere la misma dirección que el e-e de las esco#illas, con lo que resulta serperpendicular al campo principal producido por los polos inductores &)igura 1.1'.
*iura %+%-+ *lu:o transversal enerado por los conductores del inducido+El campo transversal de#ido a la reacción del inducido se suma vectorialmente al principal, dando como frutoun campo magn"tico resultante que queda desviado de la posición original &)igura 1<.13'. Esta desviación delcampo inductor produce una serie de pro#lemas cuando las esco#illas conmutan de una delga a otra en elcolector, dando como resultado chispas que per-udican nota#lemente el funcionamiento de la máquina.
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*iura %+%.+ Desviacion del campo manetico inductor provocada por la reacción del inducido+E0isten dos posi#ilidades para evitar los efectos per-udiciales de la reacción del inducido: desviar lasesco#illas o disponer de polos au0iliares de conmutación:$a desviación de las esco#illas de#e hacerse en el mismo sentido de giro de la dinamo hasta que el e-e de lasmismas coincida con la perpendicular al campo resultante &)igura 1<.1F'. El inconveniente que conllevaeste sistema es que, al ser el valor del campo transversal de reacción del inducido dependiente de la corrienteque a#sor#a el inducido, la desviación de la esco#illas será la adecuada para una corriente determinada. Parauna corriente mayor o menor, la desviación de la esco#illas tam#i"n tendr%a que ser diferente.
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*iura %+%7+ Desviación de las esco2illas para reducir el efectoDe la reacción del inducido+
$os polos de conmutación se disponen en la culata del generador de tal forma que produzcan un campomagn"tico transversal del mismo valor y de sentido contrario al flu-o transversal de reacción del inducido&)igura 1.1;'. Para que esto sea as%, los polos de conmutación se conectan en serie con el inducido para quela corriente que pasa por ellos sea igual que la del inducido.
e esta forma, cuando crece el campo transversal de reacción del inducido por un aumento de corriente,tam#i"n lo hace el flu-o de compensación producido por los polos de conmutación. En este caso siempre seconsigue eliminar con efectividad el campo magn"tico de reacción del inducido.
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*iura %+%8+ &olos de conmutación para eliminar el campoTransversal del inducido+
9+ Devanado de compensaciónEn las máquinas de gran potencia, aparte de los polos de conmutación, se coloca en las ranuras de ios polosprincipales un devanado compensador, cuya misión es eliminar las distorsiones del campo magn"tico principaloriginados por el flu-o transversal. Este devanado se conecta en serie con el de conmutación y el inducido&)igura 1.16'.
*iura %+%9+ Devanado de compensación
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;+ E1citación de los inductoresEl campo magn"tico necesario para que una dinamo pueda funcionar se puede producir de dos formasclaramente diferenciadas: mediante un imán permanente o mediante electroimanes alimentados por comentecontinua.ado que los imanes permanentes producen un campo magn"tico no muy intenso y constante &sin posi#ilidadde regulación' su uso se hace interesante para peque@as dinamos como, por e-emplo, dinamos taquim"tricas,
magnetos, etc.+uando se desea la o#tención de un campo magn"tico de e0citación elevado y con posi#ilidad de regulaciónse recurre a #o#inas inductoras que rodean las piezas polares y que son alimentados por una corrientecontinuaependiendo de cómo se o#tenga la energ%a el"ctrica necesaria para alimentar el circuito inductor de unadinamo y de cómo se conecten surgen diferentes tipos de e0citación.inamos de e0citación independiente.inamos autoe0citadas.;+% Dinamos de e1citación independiente$a corriente de e0citación con la que se alimenta a las #o#inas inductoras se proporciona mediante una fuentede energ%a e0terior de +.+, como por e-emplo una #ater%a de acumuladores o una fuentede alimentación &)igura 1.1='.
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*iura %+%;+ Es'uema de cone1ión de dinamo con e1citación independiente*iura %+%3+ !aracter6sticas en cara de una dinamo con E1citación independiente
$os terminales y se corresponden con los del circuito del inducido y los terminales e G con los del
devanado del inductor.En la )igura 1.1< se muestra la caracter%stica en carga de una dinamo con e0citación independiente para unavelocidad determinada y constante. qu% se puede compro#ar que la tensión que proporciona la dinamo a lacarga disminuye al aumentar la intensidad de carga. Esto se de#e fundam"ntale7mente a que la ca%da detensión que se produce en la resistencia interna del inducido aumenta proporcionalmente a la intensidad. Enla caracter%stica de la )igura 1<.1< se han incluido dos curvasH se puede compro#ar que al disminuir lacorriente de e0citación del inductor se consigue reducir tam#i"n la tensión de salida de la dinamo.
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$a dinamo de e0citación independiente posee el inconveniente de que necesita de una fuente de alimentaciónde +.+. para la alimentación del inductorH sin em#argo la independencia entre la corriente de e0citación y latensión en #ornes del inducido la hacen interesante para ciertas aplicaciones.;+,+ Dinamos autoe1citadasEn la práctica resulta más interesante conseguir que el propio generador produzca la energ%a necesaria parala alimentación del circuito inductor. Esto presenta un pro#lema, que es cómo conseguimos que la dinamo
comience a producir f.e.m. si inicialmente no e0iste campo magn"tico en el inductor. Este pro#lema sesolventa fácilmente gracias al peque@o magnetismo remanente que poseen los n/cleos magn"ticos de laspiezas polares.Efectivamente, cuando un material magn"tico es sometido a una imantación, aunque retiremos la causaimanadora, dicho material siempre queda algo magnetizado, dependiendo de la intensidad del magnetismoremanente del material utilizado. e esta forma, si conectamos el circuito del inducido con el del inductor, pore-emplo, en paralelo con el inductor, al girar el inducido a su velocidad nominal, los conductores del mismocortan el d"#il campo magn"tico de#ido al magnetismo remanente, produci"ndose una peque@a f.e.m., perosuficiente para alimentar con una peque@a corriente al circuito inductor. Esto, a su vez, produce un aumentodel flu-o magn"tico inductor, que hace que aumente la f.e.m. en el inducido, produci"ndose un ciclo repetidode aumentos de la f.e.m. y de flu-o inductor hasta que se alcanza la f.e.m. nominal.(eg/n como se conecte el devanado inductor respecto al inducido surgen tres tipos de dinamosautoe0citadas: dinamo con e0citación en derivación, dinamo con e0citación en serie y dinamo e0citación
compound.;+-+ Dinamo con e1citación en derivación
qu% se conecta el devanado inductor en paralelo con el inducido, tal como se muestra en la )igura 1<.2>.Para producir el flu-o magn"tico necesario se montan #o#inas inductoras con un gran n/mero de espiras, yaque la corriente de e0citación que se alcanza con este monta-e es peque@a, siendo reducida la sección de losconductores.En el esquema el"ctrico de la )igura 1.2> se ha incluido un reostato de regulación de campo conectado enserie con el devanado inductor. l modificar la resistencia de este reostato conseguimos variar la corriente dee0citación y con ella el flu-o magn"tico inductor, consiguiendo as% tener un control efectivo so#re la tensión desalida del generador.
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*iura %+,4+ Es'uema de cone1ión de una dinamo con e1citación en derivación+En la )igura 1.21 se muestra la curva caracter%stica de una dinamo en derivación o shunt en carga. qu% sepuede o#servar que la tensión que proporciona el generador a la carga se reduce más drásticamente con losaumentos de la corriente de carga que en la dinamo con e0citación independiente. Esto es de#ido a que alaumentar la ca%da de tensión en el inducido con la carga, se produce una disminución de la tensión en #ornes,que provoca, a su vez, una reducción de la corriente de e0citación. Esto hace que la f.e.m. inducida se veareducida, pudi"ndose llegar a perder la e0citación total de la dinamo para corrientes de carga muy elevadas.
*iura %+,%+ !urva caracter6stica en cara de una dinamo derivación;+.+ Dinamo con e1citación en serieEn este caso se conecta el devanado inductor en serie con el inducido, de tal forma que toda la corriente queel generador suministra a la carga fluye por igual por am#os devanados &)igura 1.22'. ado que la corriente
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que atraviesa al devanado inductor es elevada, es necesario construirlos con pocas espiras y una gransección en los conductores.
*iura %+,,+ Es'uema de cone1ión de una dinamo con e1citación en serie+El inconveniente fundamental de este tipo de generador es que cuando tra#a-a en vac%o &sin conectar ning/nreceptor e0terior', al ser la corriente nula, no se e0cita. demás, cuando aumenta mucho la corriente de carga,tam#i"n lo hace el flu-o inductor por lo que la tensión en #ornes de la dinamo tam#i"n se eleva, tal como semuestra en la curva caracter%stica de carga de la )igura 1.2. Esto hace que este generador sea muyinesta#le en su funcionamiento y, por lo tanto, poco /til para la generación de energ%a el"ctrica.
*iura %+,-+ !urva caracter6stica en cara de una dinamo serie+;+7+ Dinamo con e1citación compoundEn la e0citación mi0ta o compound se divide un circuito inductor en dos partes independientes, conectandouna en serie con el inducido y otra en derivación, tal como se muestra en el esquema de la )igura 1.23.
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*iura %+,.+ Es'uema de cone1ión de una dinamo con e1citación compound+Iracias a la com#inación de los efectos serie y derivación en la e0citación de la dinamo se consigue que latensión que suministra el generador a la carga sea mucho más esta#le para cualquier r"gimen de carga, talcomo se muestra en la curva caracter%stica en carga de la )igura 1.2F.
*iura %+,7+ !urva caracter6stica en cara de una dinamo compound$a gran esta#ilidad conseguida en la tensión por las dinamos con e0citación compound hace que "sta sea enla práctica la más utilizada para la generación de energ%a.%+3+ Ensayos en una dinamo
l igual que se hace con los transformadores, las dinamos tam#i"n pueden ser sometidas a una serie deensayos con el fin de determinar sus caracter%sticas y analizar su comportamiento en diferentes situacionesde funcionamiento. e esta forma, se pueden realizar ensayos para determinar el rendimiento, para evaluar elcalentamiento de la máquina para diferentes reg%menes de funcionamiento, medir la resistencia deaislamiento, la rigidez diel"ctrica, etc. demás, a trav"s de los ensayos se pueden determinar las curvascaracter%sticas de la dinamo, como pueden ser:
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+aracter%stica de vac%o: C#Bf&Ge0' Para una velocidad de rotación fi-a &A 7 cte' y estando la dinamo tra#a-andoen vac%o &GJ B >', la curva representa el valor de la tensión en #ornes &C#' en función de la corriente dee0citación &Ge0'.+aracter%stica en carga: Ch B f&Ge0 ' Para una velocidad de rotación fi-a &A B cte' y estando la dinamotra#a-ando en carga a una intensidad constante &Gi B cte', la curva representa el valor de la tensión en #ornes&C#' en función de la corriente de e0citación &Ge0'.
+aracter%stica de e0citación o regulación: Ge0 B f &Gi'. Para una velocidad de rotación y una tensión en #ornesconstantes &A B cte, C# B cte', la curva representa la corriente de e0citación &Ge0' en función de la corrientesuministrada por el inducido &$'.+aracter%stica de cortocircuito: G,K B f&lG'. Para una velocidad constante &A B cte' y una tensión en #ornes iguala cero &C# B >', la curva representa la comente de e0citación &Ge0' en función de la corriente suministrada porel inducido &Gi'.+aracter%stica e0terior: ChBf&%'. Para una corriente de e0citación y velocidad constantes &Ge0 B cte, A 7 cte', lacurva representa la tensión en la carga &C#' en función de la corriente suministrada por la dinamo &G'.+aracter%stica interior: E Bf&GJ'. Para una corriente de e0citación y velocidad constantes &Ge0 B cte, A B cte', lacurva representa la f.e.m. inducida por la dinamo &E' en función de la corriente suministrada por el inducido&Gi'.Para llevar a ca#o estos ensayos son necesarios los siguientes equipos:*otor de arrastre con posi#ilidad de regulación y control de velocidad. En la )igura 1.2; se ha utilizado
un motor de corriente continua en derivación en el que, modificando su corriente de e0citación &variando elreostato Lr' y tensión del inducido &variando la tensión en la fuente de alimentación ).. regula#le' se puedeconseguir un amplio margen de velocidad.)uente de alimentación de +.+. regula#le para alimentación del motor de arrastre.)uente de alimentación de +.+. regula#le para alimentación de la e0citación de la dinamo.
paratos de medida de alcance adecuado para medir tensión y corriente en los diferentes circuitos.!n tacómetro para medir la velocidad de la dinamo &lamayor parte de los ensayos se hacen a velocidadconstante, que de#erá corresponderse con la nominal de la dinamo. Para conseguir mantener esta velocidadcons tante en el circuito de la )igura 1<.2; ha#rá que a-ustar la tensión de alimentación y la corriente dee0citación del motor de arrastre'.Leostatos para regular corriente del inducido o de la e0citación &L, Lr'.
*iura %+,8+ Es'uema de cone1ión para la o2tención de las curvas caracter6sticas de una dinamo dee1citación independiente+
En la )igura 1.2; se muestra, como e-emplo, el circuito para o#tener las curvas en vac%o y carga de unadinamo de e0citación independiente. Para realizar las curvas de una dinamo con la e0citación en derivación o
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serie no ser%a necesario utilizar la fuente de alimentación para la alimentación de e0citación, ya que la dinamocon estas cone0iones se auto7e0cita.
GENER#DOR DE !ORRIENTE #<TERN# (O#<TERN#DOR),+%+ Generadores de c=a con armadura estacionaria+uando un generador de c7a produce una cantidad de potencia relativamente peque@a, los anillos rozantesoperan satisfactoriamente. Por otra parte, cuando se mane-an potencias elevadas, resulta cada vez más dif%cilel aislar suficientemente sus anillos rozantes y por lo tanto, "stos se convierten en un motivo frecuente depro#lemas. e#ido a esto, la mayor parte de los generadores de c7a tienen una armadura estacionaria y uncampo rotatorio. En estos generadores, las #o#inas de armadura están montadas permanentemente conarreglo a la circunferencia interna de la cu#ierta del generador, en tanto que las #o#inas de campo y suspiezas polares están montadas so#re un e-e y giran dentro de la armadura estacionaria. Esta disposición dearmadura estacionaria y campo rotatorio parece e0tra@a a primera vistaH pero si se tienen presentes losfundamentos de la inducción mutua, se comprenderá que en las #o#inas de armadura se induce un volta-eindependientemente de que corten las l%neas de flu-o de un campo magn"tico estacionario o #ien que lascorten las l%neas de flu-o de un campo magn"tico móvil. $o que se requiere es que haya un movimientorelativo entre el campo magn"tico y las #o#inas de armadura.
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En el campo de una armadura estacionaria, la salida del generador puede conectarse directamente a uncircuito e0terno sin necesidad de anillos rozantes ni esco#illas, lo cual elimina los pro#lemas de aislamientoque e0istir%an si fuese necesario producir corrientes y volta-es elevados a la carga, por medio de anillosrozantes. Aaturalmente, como el devanado de campo gira, de#en usarse anillos rozantes para conectar eldevanado a su fuente e0terna de e0citación de c7c. (in em#argo, los volta-es y corrientes que se mane-an sonpeque@os, comparados con los de armadura y no hay dificultad en suministrar el aislamiento suficiente.9tra venta-a en usar una armadura estacionaria es que hace posi#le velocidades de rotación mucho más altasy por lo tanto, volta-es más altos de los que se pueden o#tener con armaduras rotatoriasH esto se de#enuevamente a la dificultad que hay en aislarla. velocidades de rotación muy elevadas, la elevada fuerzacentr%fuga que resulta hace dif%cil aislar adecuadamente el devanado de armadura. Este pro#lema no e0istecuando el devanado de campo gira a altas velocidades.
En resumen, en tanto que prácticamente todos los generadores de c7c constan de una armadura rotatoria y uncampo estacionario, la mayor parte de los generadores de c7a tienen una armadura estacionaria y un camporotatorio. En el caso de una armadura estacionaria, se pueden producir volta-es mucho mayores que los queson posi#les con generadores de armadura rotatoria. $a parte de un generador que gira se llama rotor entanto que la parte estacionaria reci#e el nom#re de estator.Aótese que si un generador de c7a de armadura estacionaria está provisto de un imán fi-o para el campo en elrotor, en lugar de un electroimán, no se necesitarán anillos rozantes. (in em#argo, este generador tiene unasalida muy #a-a, por lo que sus aplicaciones son limitadas.,+,+ Generadores de c=a monof>sicos
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+uando se trató de generadores de c7a, la armadura ha sido representada por una sola espira. El volta-einducido en esta espira ser%a muy peque@oH as% pues, lo mismo que ocurre en los generadores de c7c, laarmadura consta en realidad de numerosas #o#inas, cada una con más de una espira. $as #o#inas estándevanadas de manera que cada uno de los volta-es en las espiras de cualquier #o#ina se suman paraproducir el volta-e total de la #o#ina. $as #o#inas se pueden conectar de varias maneras, seg/nel m"todo espec%fico que se use para darle las caracter%sticas deseadas al generador.
(i todas las #o#inas de armadura se conectan en serie aditiva, el generador tiene una salida /nica. $a salidaes sinusoidal y en cualquier instante es igual en amplitud a la suma de volta-es inducidos en cada una de las#o#inas. !n generador con armadura devanada en esta forma es un generador de una fase o monofásico.Modas las #o#inas conectadas en serie constituyen el devanado de armadura. En la práctica, muy pocosgeneradores de c7a son monofásicos, ya que puede o#tenerse una mayor eficiencia conectando las #o#inasde armadura mediante otro sistema.
,+-+ Generadores de c=a trif>sicosásicamente, los principios del generador trifásico son los mismos que los de un generador #ifásico, e0cepto
que se tienen tres devanados espaciados igualmente y tres volta-es de salida desfasados 12> grados entre s%. continuación, se ilustra un generador simple trifásico de espira rotatoria, incluyendo las formas de onda.)%sicamente, las espiras adyacentes están separadas por un ángulo equivalente a ;> grados de rotación. (inem#argo, los e0tremos de la espira están conectados a los anillos rozantes de manera que la tensión 1 estáadelantada 12> grados con respecto a la tensión 2H y la tensión 2, a su vez, está adelantada 12> grados conrespecto a la tensión .Mam#i"n se muestra un diagrama simplificado de un generador trifásico de armadura estacionaria. En estediagrama, las #o#inas de cada devanado se com#inan y están representadas por una sola. demás, noaparece el campo rotatorio. $a ilustración muestra que el generador trifásico tiene tres devanados dearmadura separados, desfasados 12> grados.
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,+.+ !one1iones delta e ?ay seis puntas que salen de los devanados de armadura de un generador trifásico y el volta-e de salida estáconectado a la carga e0terna por medio de estas seis puntas. En la práctica, esto no sucede as%. En lugar deello, se conectan los devanados entre s% y sólo salen tres puntas que se conectan a la carga.E0isten dos maneras en que pueden conectarse los devanados de armadura. El que se emplee uno u otro escosa que determina las caracter%sticas de la salida del generador. En una de las cone0iones, los tresdevanados están conectados en serie y forman un circuito cerrado. $a carga está conectada a los tres puntosdonde se unen dos devanados. esto se le llama cone0ión delta, ya que su representación esquemática esparecida a la letra griega delta &', En la otra cone0ión, una de las puntas de cada uno de los devanados se
-unta con una de los otros dos, lo que de-a tres puntas li#res que salen para la cone0ión a la carga. "ste sele llama cone0ión N, ya que esquemáticamente representa la letra N.Aótese que, en am#os casos, los devanados están espaciados 12> grados, de manera que cada devanado
producirá un volta-e desfasado 12> grados con respecto a los volta-es de los demás devanados.
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,+7+ !aracter6sticas elctricas de las cone1iones delta e ?+omo todos los devanados de una cone0ión delta están conectados en serie y forman un circuito cerrado,podr%a parecer que hay una elevada corriente continuamente en los devanados, aun en ausencia de carga
conectada. En realidad, de#ido a la diferencia de fase que hay entre los tres volta-es generados, pasa unacorriente desprecia#le o nula en los devanados en condiciones de vac%o & sin carga'.
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$as tres puntas que salen de la cone0ión delta se usan para conectar la salida del generador a la carga. El
volta-e e0istente entre dos cualesquiera de las puntas, llamada volta-e de la l%nea, es igual al volta-e generadoen un devanado, que reci#e el nom#re de volta-e de fase. s% pues, como se puede apreciar en la figura, tantolos tres volta-es de fase como los tres volta-es de l%nea son iguales, y todos tienen el mismo valor. (inem#argo, la corriente en cualquier l%nea es K o sea, apro0imadamente 1.6 veces la corriente en cualquier fase del devanado. Por lo tanto, nótese que una cone0ión delta suministra un aumento de corriente pero nohay aumento en el volta-e.$a potencia total real que produce un generador trifásico conectado en delta es igual a K, o 1.6 veces lapotencia real en cualquiera de las l%neas. (in em#argo, t"ngase presente de lo estudiado en los vol/menes y
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3, que la potencia real depende del factor de potencia &cos ' del circuito. Por lo tanto, la potencia real total esigual a 1.6 veces el volta-e de la l%nea multiplicado por la corriente de l%nea, multiplicada a su vez, por elfactor de potencia. 9 sea:P real B 1,6 El%nea Gl%nea cos
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$as caracter%sticas de volta-e y corriente de una cone0ión N son opuestas a las que presenta una cone0ióndelta. El volta-e que hay entre dos l%neas cualesquiera de una cone0ión N es 1.6 veces el volta-e de una fase,en tanto que las corrientes en la l%nea son iguales a las corrientes en el devanado de cualquier fase. Estopresenta un contraste con la cone0ión delta en la cual, seg/n se recordará, el volta-e en la l%nea es igual alvolta-e de fase y la corriente en la l%nea es igual a 1.6 veces la corriente en la fase. s% pues, en tanto queuna cone0ión delta hace posi#le aumentar la corriente sin aumentar el volta-e, la cone0ión N aumenta el
volta-e pero no la corriente.,+8+ Reulación del enerador
+uando cam#ia la carga en un generador de c7a, el volta-e de salida tam#i"n tiende a cam#iar, como ocurreen un generador de c7c. $a principal razón de ello es el cam#io de la ca%da de volta-e en el devanado dearmadura, ocasionado por el cam#io en la corriente de carga. (in em#argo, en tanto que en un generador dec7c la ca%da de volta-e en el devanado de armadura es simplemente una ca%da GL, en un generador de c7ae0iste una ca%da GL y una ca%da GO, producida por la corriente alterna que fluye a trav"s de la inductancia deldevanado. $a ca%da GL depende sólo de la cantidad del cam#io de cargaH pero la ca%da GO$ depende tam#i"ndel factor de potencia del circuito. s% pues, el volta-e de salida de generadores de c7a var%a con los cam#iosen la corriente de carga lo mismo que con todo cam#io en el factor pie potencia. +omo resultado, ungenerador de c7a que tiene una regulación satisfactoria para un valor de factor de potencia puede tener unamala regulación con otro valor del factor de potencia.e#ido a su regulación inherentemente mala los generadores de c7a generalmente están provistos de alg/nmedio au0iliar de regulación. $os reguladores au0iliares usados, independientemente de que sean operadosmanualmente o de que funcionen de manera automática cumplen su función #ásicamente de la mismamaneraH KsientenK el volta-e de salida del generador y, cuando "ste cam#ia, ocasionan un cam#iocorrespondiente en la corriente de cam#io de la fuente e0citadora que suministra la corriente de campo algenerador. s% pues, si el volta-e de salida del generador se reduce, el regulador produce un aumento en lacorriente de campo de la fuente e0citadora. Por tanto, el volta-e de salida de la fuente e0citadora, aumenta,haciendo que tam#i"n aumente la corriente en el devanado de campo del generador. +omo resultado, elcampo magn"tico del generador aumenta en intensidad y eleva el volta-e del generador asu amplitud original. !na secuencia de eventos similar pero opuesta ocurre cuando el regulador siente una
disminución en el volta-e de salida del generador.,+9+ !lasificación de los eneradores de !=#Modo generador de c7c tiene una clasificación de potencia, e0presada normalmente en ilo5atts, que indica lamá0ima potencia que puede ser constantemente alimentada por el generador. Por otra parte, los generadoresde c7a no pueden generalmente clasificarse de la misma manera, ya que la potencia consumida en un circuitode c7a depende del factor de potencia del circuito, lo cual significa que un generador de c7a puede alimentaruna cantidad moderada de potencia real para una carga y, sin em#argo, si el factor de potencia de la cargafuese #a-o, la potencia total o aparente que el generador produce realmente puede ser muy grande. En estascondiciones, el generador se puede quemar.
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Por esta. razón, los generadores de c7a no de#en clasificarse seg/n la má0ima potenciadeQ consumo permisi#le de la carga, sino de acuerdo con la potencia aparente má0ima que pueden pasar.Esto se hace e0presando la capacidad en voltamperes a ilovoltamperes. s% pues, para determinado volta-ede salida se sa#e la má0ima corriente que el generador puede producir, independientemente del factor depotencia de la carga. Por e-emplo, si un generador clasificado como de 1>> ilovoltamperes tiene una salidade F> ilovolts, o sea que la má0ima corriente que puede producir sin peligro es de 1>> ilovoltamperes
dividido entre F> ilovolts, es decir, 2 amperes.
9casionalmente, los generadores de c7a se dise@an para usarse con cargas que tengan un factor de potenciaconstante. En este caso, la clasificación de estos generadores puede indicarse en 5atts o ilo5atts, para esefactor de potencia particular.,+; Estructura de los eneradores de !=#esde el punto de vista de apariencia f%sica, los generadores de c7a var%an considera#lemente, desde los muygrandes, impulsados por tur#inas que pesan miles de ilogramos, hasta peque@os generadores de aplicaciónespecial que sólo pesan unos cuantos ilogramos y aun menos. (in em#argo, seg/n ha quedado apuntado,prácticamente todos los generadores de c7a tienen armaduras estacionarias y campos rotatorios. $osdevanados de armadura se colocan siguiendo la circunferencia interna de la cu#ierta del generador ygeneralmente se incrustan en un n/cleo de hierro laminado. El n/cleo y los devanados constituyen el estator $os devanados de campo y los polos de campo, que constituyen el rotor, están montados so#re un e-e y giran
con el estator. Mam#i"n so#re el e-e del rotor se encuentran montados los anillos rozantes para los devanadosde campo. +uando el generador contiene su propia fuente e0citadora de c7c, la armadura de la fuentee0citadora y el conmutador tam#i"n están montados en el e-e del motor. $os portaesco#illas para los anillosrozantes del generador y el conmutador de la fuente e0citadora están montados en la cu#ierta del generador,lo mismo que las terminales para efectuar las cone0iones el"ctricas al generador. $a figura representa ungenerador de c7a t%pica con fuente e0citadora dentro de "l.
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,+3+ !omparación de eneradores de c=c y de c=a hora que se han estudiado tanto los generadores de c7c como los de c7a, se pueden o#servar lasseme-anzas #ásicas que hay entre ellos, as% como sus diferencias fundamentales. En un generador de c7a, elvolta-e inducido se transmite directamente a la carga, a trav"s de anillos rozantes en tanto que en ungenerador de c7c el conmutador convierte la c7a inducida en c7c antes de que "sta sea aplicada a la carga.!na diferencia f%sica importante entre los generadores de c7c y los de c7a estri#a en que el campo de la mayor parte de los generadores de c7c es estacionario y la armadura gira, en tanto que lo opuesto ocurregeneralmente en los generadores de c7a. Esto tiene el efecto de hacer que los generadores de c7a puedan
tener salidas mucho mayores de las que son posi#les con generadores de c7c. 9tra diferencia entre am#ostipos de generadores es la fuente de volta-e de e0citación para el devanado de campo. $os generadores de c7c pueden constar ya sea de una fuente de e0citación e0terna y separada o #ien o#tener el volta-e necesariodirectamente de su propia salida. Por su parte, los generadores de c7a de#en estar provistos de una fuenteseparada.
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Por lo que respecto a la regulación de volta-e los generadores de c7c son inherentemente más esta#les quelos de c7a, !na de las razones es que, aunque los volta-es de salida de am#os tipos de generador sonsensi#les a los cam#ios de carga, el volta-e de salida de un generador de c7a tam#i"n es sensi#le a cam#iosen el factor de potencia de la carga. demás, es posi#le un #uen grado de autorregulación en un generadorde c7c usando un devanado de armadura com#inado, lo cual no es facti#le en generadores de c7a, ya que"stos de#en ser e0citados separadamente.,+%4+ El alternador de automóvil$a comparación de las venta-as de los generadores de c7c y de los alternadores, los cuales se aca#an deestudiar, se #asa, en las categor%as aceptadas de los generadores #ásicos. (in em#argo, es posi#le com#inar las venta-as de generadores c7c y c7a mediante dise@os de circuitos adicionales. Para el alternador deautomóvil, esto se logra en una forma /nica para producir una fuente de carga de c7c de corriente elevada conun generador del tipo de c7a. "ste se le llama alternador aunque produce un volta-e de c7c ya que en
realidad, se trata de un generador de c7a. de armadura fi-a con rectificadores, para convertir la c7a en c7c$os rectificadores son dispositivos que, en su mayor parte, conducen sólo en una dirección. s% pues, elrectificador pasará solamente una polaridad del volta-e de c7a para producir una c7c pulsante. El alternadorcom/n de automóvil produce c7a trifásica, de manera que despu"s de que el volta-e se convierte en c7c, setiene menos ondulación. $uego se conecta un capacitor a la salida, para filtrar la ondulación y o#tener unvolta-e de c7c relativamente con poca variación.
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e#ido a que los rectificadores se oponen al flu-o de corriente en la dirección opuesta, no se necesitarelevador de corte de corriente inversa en el regulador de volta-e. demás, como el alternador es ungenerador de alta corriente, tampoco se necesita un regulador de corriente. Por lo tanto, el regulador para elalternador es mucho más simple que para el generador de c7cH .sólo cuenta con un circuito de relevador pararegular el volta-e de salida del alternador, controlando la corriente del campo. Aótese que, a pesar de ser unalternador, es autoe0citado. Esto se puede hacer de#ido a que la salida rectificada es c7c.,+%%+ *uncionamiento del alternador El alternador de automóvil trifásico está provisto de devanados de armadura fi-a conectados en N, los cuales,seg/n se ha e0plicado, producen un volta-e de fase entre dos puntas de salida. $a salida del alternador es unvolta-e positivo en relación con tierra. Pero ninguna punta de los devanados N está conectada directamente a
tierra de#ido a que los devanados producen c7aH las tres puntas son alternativamente negativas y positivas, alrecorrer los ciclos de c7a. Por lo tanto, cada punta de#e conectarse a tierra cuando es negativa y, a la salida,cuando es positiva. Esto se logra con rectificadores.
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$os rectificadores sirven como interruptores que cierran una polaridad y a#ren la otra. Aótese que cada ondatiene dos rectificadores conectados en oposición. !n rectificador conectará la punta a la l%nea de salidacuando sea positiva, pero la desconectará cuando sea negativa. El otro rectificador conecta la terminal a tierracuando es negativa y la desconecta cuando es positiva. El diagrama ilustra cómo se conectan los mismos dosdevanados para ángulos de fase diferentes del volta-e de salida. En consecuencia, la salida siempre espositiva.
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(i se recuerda lo estudiado acerca del generador de c7c, es fácil comprender que el conmutador era necesariopara efectuar la misma operación siempre que las puntas cam#iaran de polaridad, ya que la armadurasiempre produce c7a. Por lo tanto, en el alternador los rectificadores sirven como conmutadores electrónicos,por lo que es discuti#le si el alternador es en realidad un alternador o nada más otro tipo de generador de c7c.,+%,+ Resistencia interna del enerador En todo generador, la corriente de carga fluye a trav"s del devanado de armadura. +omo cualquier #o#ina odevanado, la armadura tiene resistencia e inductancia. $a com#inación de esta resistencia y la reactanciainductiva que ocasiona la inductancia, constituye la llamada resistencia interna del generador. +uando fluyecorriente de carga, produce una ca%da de volta-e en la resistencia interna. Esta ca%da de volta-e se resta del
volta-e de salida del generador y, en consecuencia, representa volta-e generado, el cual se pierde y no puedeser aprovechado por la carga.
dvi"rtase que, cuanto mayor sea la resistencia interna, mayor será la parte de volta-e generado que sepresente como ca%da interna del generador y, en consecuencia, que se pierde. En un generador de c7c condeterminada resistencia interna, la ca%da de volta-e interno es directamente proporcional a la corriente decarga, siendo igual a:E B Gcarga Linterna
s% pues, cuanto mayor sea la corriente de carga, mayor será el valor de la ca%da de volta-e en la resistenciainterna. En un generador de c7a, la ca%da interna de volta-e depende tam#i"n de la frecuencia del volta-e de
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salida del generador, ya que la reactancia inductiva del devanado de armadura var%a siempre que lo hace lafrecuencia. +omo la velocidad de un generador es uno de los factores que determina la frecuencia, laresistencia interna de un generador de c7a cam#iará seg/n la velocidad del generador.,+%+- El motoenerador !n motogenerador consta de un motor el"ctrico y un generador conectado mecánicamente de manera que elmotor hace girar al generador. El motor suministra as% la energ%a mecánica que el generador transforma en
energ%a el"ctrica. Manto el motor como el generador de un motor generador suelen estar montados so#re lamisma #ase y pueden moverse e instalarse como una sola unidad.$os motogeneradores generalmente se usan para cam#iar electricidad de un volta-e o frecuencia a otro o paraconvertir c7a en c7c ó c7c en c7a. $a electricidad que tiene las caracter%sticas que han de transformarsealimenta al motor y el generador está dise@ado para producir electricidad con las nuevas caracter%sticasdeseadas. Por e-emplo, el motor puede ser impulsado por una fuente de potencia de ;>7cps, en tanto que elgenerador produce una salida cuya frecuencia es de 3>>7cps. 9 #ien un motor de c7c puede impulsar a ungenerador de c7a para lograr la conversión de c7c en c7a.+uando el dispositivo cam#ia una clase de c7a. a otra clase de c7a o a c7c, se llama grupo motogenerador.Pero, cuando se usa para convertir c7c en c7a, a veces tam#i"n se le llama convertidor. *uy frecuentemente,el convertidor tiene el motor y el generador dentro de la misma cu#ierta.
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$eer más: http:44555.monografias.com4tra#a-os624generadores7electricos4generadores7electricos2.shtml8i0zzs*r$!6C)
