Maquinas Electricas Unidad 1

8/16/2019 Maquinas Electricas Unidad 1

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MAQUINAS ELECTRICASGeneradores eléctricos de corriente directa



• Contenido

• Contenido..................................................................................................1

• Introducción...............................................................................................2

• Fundamentos de generadores eléctricos.................................................3

• Acción generador......................................................................................7

•.......................................................................................................................12

• Tipos de generadores.............................................................................12

• 1.4 Construcción y tipos de devanados en el generador de C............2!

• Conclusión...............................................................................................43

• "i#liogra$%a&.............................................................................................44



• Introducción

'n generador eléctrico es todo dispositivo capa( de mantener una di$erencia

de potencial eléctrico entre dos de sus puntos) llamados polos) terminales o

#ornes. *os generadores eléctricos son m+,uinas destinadas a trans$ormar la

energ%a mec+nica en eléctrica. -sta trans$ormación se consigue por la acción de

un campo magnético so#re los conductores eléctricos dispuestos so#re una

armadura denominada tam#ién estator/. 0i mec+nicamente se produce

un movimiento relativo entre los conductores y el campo) se generara

una $uer(a electromotri( F.-../.

-n la actualidad) la generación de C.C. se reali(a mediante pilas y

acumuladores o se o#tiene de la conversión de C.A. a C.C. mediante los puentes

recti$icadores. -l uso de la dinamo para la producción de energ%a en $orma de C.

C. se estuvo utili(ando asta la llegada de los alternadores) ,ue con el tiempo la

an deado totalmente despla(ada. oy en d%a 5nicamente se utili(an las dinamos

para aplicaciones espec%$icas) como por eemplo) para medir las velocidades de

rotación de un ee tacodinamos/) ya ,ue la tensión ,ue presentan en los #ornes

de salida es proporcional a la velocidad de la misma.

0e puede decir ,ue una dinamo es una m+,uina eléctrica rotativa ,ue

produce energ%a eléctrica en $orma de corriente continua aprovecando el

$enómeno de inducción electromagnética. -sta m+,uina consta $undamentalmente

de un electroim+n encargado de crear un campo magnético $io conocido por el

nom#re de inductor) y un cilindro donde se enrollan #o#inas de co#re) ,ue se

acen girar a una cierta velocidad cortando el $luo inductor) ,ue se conoce comoinducido.

http://www.monografias.com/trabajos6/auti/auti.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/moviunid/moviunid.shtml

http://www.monografias.com/trabajos35/categoria-accion/categoria-accion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtml


http://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/pila/pila.shtml

http://www.monografias.com/trabajos54/produccion-sistema-economico/produccion-sistema-economico.shtml


http://www.monografias.com/trabajos901/evolucion-historica-concepciones-tiempo/evolucion-historica-concepciones-tiempo.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICO

http://www.monografias.com/trabajos6/elme/elme.shtml#induccion

http://www.monografias.com/trabajos12/magne/magne.shtml#ca

http://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBRE

http://www.monografias.com/trabajos6/auti/auti.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/moviunid/moviunid.shtml

http://www.monografias.com/trabajos35/categoria-accion/categoria-accion.shtml


http://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/pila/pila.shtml


http://www.monografias.com/trabajos901/evolucion-historica-concepciones-tiempo/evolucion-historica-concepciones-tiempo.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICO

http://www.monografias.com/trabajos6/elme/elme.shtml#induccion

http://www.monografias.com/trabajos12/magne/magne.shtml#ca

http://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBRE



• Fundamentos de generadores eléctricos

Generadores de corriente directa.

*as m+,uinas eléctricas son el resultado de una aplicación inteligente de los

principios del electromagnetismo y en particular de la ley de inducción de Faraday.

*as m+,uinas eléctricas se caracteri(an por tener circuitos eléctricos entrela(ados.

urante todo el proceso istórico de su desarrollo desempe6aron un papel rector

,ue determina#a el movimiento de tola la ingenier%a eléctrica) merced a suaplicación en los campos de la generación) transporte distri#ución y utili(ación de

la energ%a eléctrica. *as m+,uinas eléctricas reali(an una conversión de energ%a

de una $orma a otra) una de las cuales) al menos) es eléctrica. -n #ase a este

punto de vista) estrictamente energético) es posi#le clasi$icarla en tres tipos

$undamentales&

Generador & ,ue trans$orma la energ%a mec+nica en eléctrica. *a acción se

desarrolla por el movimiento de una #o#ina en un campo magnético) resultandouna $em inducida ,ue al aplicarla a un circuito eterno produce una corriente ,ue

interacciona con el campo y desarrolla una $uer(a mec+nica ,ue se opone al

movimiento. -n consecuencia) el generador necesita una energ%a mec+nica de

entrada para producir la energ%a eléctrica correspondiente.

Motor: ,ue trans$orma la energ%a eléctrica en mec+nica. *a acción se

desarrolla introduciendo una corriente en la m+,uina por medio de una $uente

eterna) ,ue interacciona con el campo produciendo un movimiento de la

m+,uina8 aparece entonces una $em inducida ,ue se opone a la corriente y ,ue

por ello se denomina $uer(a contraelectromotri(. -n consecuencia) el motor

necesita una energ%a eléctrica de entrada para producir la energ%a mec+nica

correspondiente.



Transformador & ,ue trans$orma una energ%a eléctrica de entrada de ca/ con

determinadas magnitudes de tensión y corriente en otra energ%a eléctrica de salida

de ca/ con magnitudes di$erentes.

*os generadores y motores tienen un acceso mec+nico y por ello son

m+,uinas dotadas de movimiento) ,ue normalmente es rotación8 por el contrario)

los trans$ormadores son m+,uinas eléctricas ,ue tienen 5nicamente accesos

eléctricos y son m+,uinas est+ticas.

*as m+,uinas cc tienen una gran importancia istórica de#ido a ,ue su

empleo como generadores o dinamos representaron el primer procedimiento para

producir energ%a eléctrica a gran escala. 0u etapa de desarrollo a#arca el periodo

comprendido entre los a6os 193: y 199:. -s necesario acer notar ,ue la d%namo)

aun,ue es una invención m+s moderna ,ue el alternador) $ue desarrollada antes,ue éste8 ténganse en cuenta ,ue la pila de ;olta data de del a6o 19:: y ,ue los

descu#rimientos de <ersted electromagnetismo/ y Faraday inducción magnética/

son de los a6os 192: y 193:) respectivamente.

-l desarrollo de la m+,uina de cc se centra durante muco tiempo en la

#5s,ueda de procedimientos ,ue trans$orman la ca inducida en una espira) al girar

dentro de un campo magnético) en corriente unidireccional o de polaridad

constante cc/.

*a primera idea del conmutador o colector de delgas encargado de la

recti$icación mec+nica de la tensión del devanado del rotor surge en 1931 y se

de#e a =iii.

-l desarrollo de los motores de cc sigue una l%nea istórica paralela a la de

las dinamos y su empleo se de#e al principio de reciprocidad ya $ormulado por

Faraday y *en(.

Ley de Faraday

*ey de inducción electromagnética de Faraday o simplemente *ey de

Faraday/.

Tras el descu#rimiento eperimental de <ersted en el ,ue "iot) 0avart y

Ampere #asaron sus leyes/ de ,ue una corriente estacionaria produce un campo

magnético) pareció lógico indagar si el magnetismo produc%a electricidad. <nce


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a6os después del alla(go de <ersted) en 1931) icael Faraday en *ondres y

>osep enry en ?ueva @or descu#rieron ,ue un campo magnético varia#le en el

tiempo produc%a una corriente eléctrica.

e acuerdo con los eperimentos de Faraday) un campo magnético est+tico

no produce $luo de corriente) pero un campo varia#le en el tiempo produce un

voltae inducido llamado $uer(a electromotri( $em// en un circuito cerrado) el cual

provoca un $luo de corriente.

Bsta es la ley de Faraday) la cual puede epresarse como&

onde ? es el n5mero de vueltas en el circuito y es el $luo a través de

cada una de ellas. -l signo negativo indica ,ue el voltae inducido es contrario al

$luo ,ue lo produce.

Con esto Faraday demostró su creencia de ,ue si una corriente pod%a

producir un campo magnético) entonces un campo magnético de#er%a ser capa(

de producir una corriente.

'n valor di$erente de cero de ⁄ puede ser el resultado de cual,uiera de

las siguientes situaciones.

1. 'n $luo ,ue cam#ia con el tiempo circundando una trayectoria cerrada $ia.

2. -l movimiento relativo entre un $luo esta#le y una trayectoria cerrada.

3. 'na com#inación de las dos.

-l signo de menos indica ,ue la $em tiene una dirección tal ,ue produce una

corriente) cuyo $luo) si se suma al $luo original) reducir%a la magnitud de la $em.

-ste enunciado ,ue esta#lece ,ue el voltae inducido act5a para producir un $luo

opuesto se conoce como la ley de *en(.

Ley de Lenz



*a ley de *en( para el campo electromagnético relaciona cam#ios

producidos en el campo eléctrico en un conductor con la variación de $luo

magnético en dico conductor) a$irma ,ue&

*as tensiones o voltaes inducidos so#re un conductor y los campos

eléctricos asociados son de un sentido tal ,ue se oponen a la variación del $luo

magnético ,ue las induce.

*a polaridad de una tensión es tal) ,ue a producir una corriente) cuyo campo

magnético se opone siempre a las variaciones eistentes produciendo por la

corriente original. -l $luo de un campo magnético uni$orme a través de un circuito

plano dado por&

D Fluo magnético. E#G He#er/

D Inducción magnética. ETG tesla/

D 0uper$icie de$inida por el conductor.

D ngulo ,ue $orman el vector 0 perpendicular a la super$icie de$inida por

el conductor y la dirección del campo.

-sta ley se llama as% en onor del $%sico germanoJ#+ltico einric *en()

,uien la $ormuló en el a6o 1934. -n un conteto m+s general ,ue el usado por *en() se conoce ,ue dica ley es una consecuencia m+s del principio de

conservación de la energ%a aplicado a la energ%a del campo electromagnético.

Ley de Ampre

La ley de Ampère eplica! "#e la circ#laci$n de la intensidad del

campo ma%nético en #n contorno cerrado es i%#al a la corriente "#e

recorre en ese contorno&

El campo ma%nético es #n campo an%#lar con 'orma circ#lar! c#yas

l(neas encierran la corriente& La direcci$n del campo en #n p#nto es

tan%encial al c(rc#lo "#e encierra la corriente&

El campo ma%nético dismin#ye in)ersamente con la distancia al

cond#ctor&



'na corriente eléctrica produce un campo

magnético) siguiendo la *ey de AmpKre.

• Acción generador

'n generador eléctrico es todo dispositivo capa(

de mantener una di$erencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos)

llamados polos) terminales o #ornes. *os generadores eléctricos son m+,uinas

destinadas a trans$ormar la energ%a mec+nica en eléctrica. -sta trans$ormación se

consigue por la acción de un campo magnético so#re los conductores eléctricos

dispuestos so#re una armadura denominada tam#ién estator/. 0i mec+nicamente

se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo) se generara

una $uer(a electromotri( $em.

Leneración de voltae ca.

El est#dio de #n %enerador de corriente directa *cd+ o corriente

contin#a *cc+ tiene "#e iniciarse con #n conocimiento del %enerador de

corriente alterna *ca+& La ra,$n es por"#e el )olta-e prod#cido en

c#al"#ier %enerador cd es in.erentemente alterno y s$lo se trans'orma

en cd #na )e, "#e .a sido recti/cado por el conm#tador&

La /%#ra 0&1 m#estra #n %enerador ca elemental comp#esto de #na

2o2ina "#e %ira a 34 radmin⁄ entre los polos N! S de #n im5n

permanente& La rotaci$n es prod#cida por #na '#er,a prop#lsora

mec5nica eterna! como #n motor *el c#al no se m#estra+& La 2o2inaest5 conectada a dos anillos colectores montados en el e-e& Los anillos

colectores montados en el e-e& Los anillos colectores est5n conectados a

#na car%a eterna por medio de dos esco2illas y estacionarias y y&



Con$orme gira la #o#ina) se induce un voltae entre sus terminales A y .

- D voltae inducido E;G.

" D densidad de $luo ETG

* D longitud activa del conductor en el campo magnético EmG

;D velocidad relativa del conductor EmMsG

-ste voltae aparece entre las esco#illas y) por consiguiente) a través de la

carga. -l voltae se genera por,ue los conductores de la #o#ina atraviesan el $luoproducido por los polos ?) 0. =or lo tanto) el voltae inducido es el m+imo unos

2: ;/ cuando la #o#ina est+ moment+neamente en la posición ori(ontal) como se

muestra. ?ing5n $luo es atravesado cuando la #o#ina est+ moment+neamente en

la posición vertical8 de este modo) el voltae es cero en estos instantes. <tra

caracter%stica del voltae es ,ue su polaridad cam#ia cada ve( ,ue la #o#ina


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reali(a una media vuelta. =or ello) el voltae se puede representar como una

$unción del +ngulo de rotación.

*a $orma de onda depende de la $orma de los polos ?) 0. Asumimos ,ue

éstos $ueron dise6ados para generar la onda sinusoidal mostrada. *a #o#ina de

este eemplo gira a una velocidad uni$orme) por lo ,ue cada +ngulo de rotación

corresponde a un intervalo de tiempo espec%$ico. Como la #o#ina da una vuelta

por segundo) el +ngulo de 3:O de la $igura 4.2 corresponde a un intervalo de un

segundo. =or lo tanto) tam#ién podemos representar el voltae inducido como una

$unción del tiempo Fig. 4.3/.


http://slidepdf.com/reader/full/maquinas-electricas-unidad-1 11/461:

Generación de !olta"e cd.

0i las esco#illas ,ue aparecen en la $igura 4.1 se pudieran cam#iar de un

anillo colector al otro cada ve( ,ue la polaridad estuviera a punto de cam#iar)

o#tendr%amos un voltae de polaridad constante a través de la carga. *a esco#illa

siempre ser%a positiva y la y negativa. =odemos o#tener este resultado por mediode un conmutador Fig. 4.4/.



-n su $orma m+s simple) un conmutador se compone de un anillo colector

cortado a la mitad) con cada segmento aislado del otro as% como del ee. 'n

segmento se conecta al etremo A de la #o#ina y el otro al etremo . -l

conmutador gira unto con la #o#ina y el voltae entre los segmentos es captado

por dos esco#illas

estacionarias y y. -l voltae entre las esco#illas y y pulsa pero nunca cam#ia

de polaridad Fig. 4.!/.

-l voltae alterno en las #o#inas es recti$icado por el conmutador) el cual

act5a como un interruptor de inversión mec+nica.



•

• Tipos de generadores

*os generadores cc son comprados por sus voltaes) potencias nominales)

e$iciencias y regulación de voltae.

Todos los generadores est+n accionados por una $uente de potencia

mec+nica denominada motor primario del generador. 'n motor primario para un

generador de cc puede ser una tur#ina de vapor) un motor diésel o tam#ién un

motor eléctrico. =uesto ,ue la velocidad del motor primario a$ecta el voltae de

salida del generador) y las caracter%sticas de velocidad de los motores primarios

pueden variar ampliamente) es costum#re suponer ,ue la velocidad de los

motores primarios es constante para comparar la regulación de voltae y lascaracter%sticas de salida de los di$erentes generadores.

*os generadores de cc son muy escasos en los sistemas de potencia

modernos. Incluso los sistemas de potencia cc como los de los automóviles

utili(an generadores ca m+s recti$icadores para producir la potencia cc.. -stos

recti$icadores pueden convertir la corriente de un sistema de corriente alterna en

corriente continua sin utili(ar ninguna parte móvil. ?o o#stante) el conocimiento de

los generadores de cd es importante por,ue representa una introducción lógica al

comportamiento de los motores de cc.

-isten cinco tipos principales de generadores cc) clasi$icados de acuerdo

con la manera de producir su $luo de campo&

a/ Lenerador con ecitación independiente& -n un generador de

ecitación independiente) el $luo de campo se o#tiene de una $uente

de potencia separada del generador.#/ Lenerador serie& -n un generador serie) el $luo de campo se produce

conectando el circuito de campo en serie con el inducido delgenerador.

c/ Leneración de derivación& -n un generación en derivación) el $luo de

campo se o#tiene conectando el circuito de campo directamente a

través de los terminales del generador.



d/ Lenerador compuesto acumulartivo& -n un generador compuesto

acumulativo est+n presentes tanto un campo en derivación como un

campo en serie y sus e$ectos son aditivos.e/ Lenerador compuesto di$erencial. -n un generador compuesto

di$erencial est+n presentes tanto un campo en derivación como uncampo de serie) pero sus e$ectos se restan.

-stos tipos de generadores cc di$ieren en sus caracter%sticas en terminales

voltaeJcorriente/ y) por tanto) en las aplicaciones para las cuales son adecuados

Generadores con e#citación independiente.

-n los generadores cc en lugar de utili(ar imanes permanentes para crear el

campo magnético) podemos utili(ar un par de electroimanes) llamados polos de

campo) como se muestra en la $igura 1. Cuando la corriente directa de campo de

un generador como ese es suministrada por una $uente independiente como una

#ater%a u otro generador) llamado ecitador o eitatri(/) se dice ,ue el generador

es ecitado independientemente. e esta manera) en la $igura 1 la $uente de cc

conectada a las terminales a y # ace ,ue $luya una corriente de ecitación I . 0i la

armadura es impulsada por un motor eléctrico o un motor de diesel) aparece un

voltae -o entre las terminales de esco#illas y y.

-s el tipo de ecitación m+s antiguo y oy

se emplea 5nicamente en casos muy

especiales. -l es,uema #+sico de coneiones

es el ,ue se indica en la Figura 2) donde se a dispuesto de un reóstato en serie

con el inductor para regular la corriente de ecitación.



Figura $. -nsayo de vac%o de un generador con ecitación

Anali(amos el circuito de la $igura 3.

-n el circuito e,uivalente

es la 'em ind#cida en el de)anado de la armad#ra6

7 es la resistencia e'ecti)a del de)anado de la armad#ra! la c#al

tam2ién p#ede incl#ir #na resistencia de cada esco2illa6

7 es la corriente de armad#ra6

7 es el )olta-e de salida6



7 es la corriente de car%a6

7 es la corriente en el de)anado de campo6

7 es la resistencia en el de)anado de campo6

7 es la resistencia eterna a%re%ada en serie con el de)anado del

campo para controlar la corriente en el campo6

7 es el n#mero de )#eltas por polo para el de)anado del campo y

7 es el )olta-e de #na '#ente eterna&

=ara determinar la curva de vac%o se ace girar el rotor a velocidad constante)

manteniendo desconectada la carga) *a corriente de ecitación se va aumentando

gradualmente desde cero asta el valor m+imo permitido) anotando simult+neamente

la $.e.m. generada -. ,ue se mide con ayuda de un volt%metro.



Generadores con e#citación en serie.

Como su nom#re lo indica) el devanado de campo de un generador serie

est+ conectado todo en serie con la armadura y el circuito eterno) de#ido a ,ue el

devanado del campo en serie tiene ,ue conducir carga especi$icada)

generalmente tiene pocas vueltas de un conductor grueso.

-l circuito e,uivalente de un generador series se ilustra en la $igura !.



-l circuito e,uivalente de un generador serie se ilustra en la $igura . 'na

resistencia varia#le Pd) conocida como desviador para campo en serie) puede

conectarse en paralelo con el devanado del campo serie para controlar la corriente

,ue lo atraviesa y) por tanto tam#ién al $luo ,ue produce.

Cuando el generador opera sin carga) el $luo producido por el devanado del

campo en serie es igual a cero. =or tanto) el voltae en las terminales del

generador es igual a la $em inducida de#ido al $luo residual) - r . -n cuanto el

generador entrega una corriente de carga) la $mm del devanado del campo en

serie produce un $luo ,ue apoya al $luo residual. =or consiguiente) la $em inducida

-a) en el devanado de la armadura es mayo cuando el generador entrega potencia

,ue cuando est+ sin carga. ?o o#stante) el voltae en las terminales) ; t es m+s

#ao ,ue la $em inducida de#ido aa/ *a ca%da de voltae a través de la resistencia de la armadura) Pa) la

resistencia del devanado en campo en serie P s.

#/ *a acción de desmagneti(ación por la reacción de la armadura.

Como las ca%das de voltae a través de las resistencias y la reacción de la

armadura son $unciones de la corriente de carga) la $em inducida y tam#ién el

voltae en las terminales dependen de la corriente de carga.



*as ecuaciones ,ue rigen su operación en estado esta#le son&

onde es la corriente del devanado de campo en serie) es la resistencia del

campo devanado del campo en serie e es la corriente en la resistencia del

devanado para el campo en serie) .

Generadores con e#citación %&unt o deri!ación.

'n generador con ecitación en derivación es una m+,uina cuyo devanado

de campo en derivación est+ conectado en paralelo a las terminales de la

armadura) de modo ,ue el generador puede ser autoecitado Figura 7/. *a

ventaa principal de esta coneión es ,ue elimina la necesidad de una $uente

eterna de ecitación.

*a autoecitación se logra cuando se pone en marca un generador en

derivación) se induce un pe,ue6o voltae en la armadura) producido por el $luo

remanente en los polos. -ste voltae produce una pe,ue6a corriente de ecitación

I en el campo en derivación. *a pe,ue6a $mm resultante act5a en la misma



dirección ,ue el $luo remanente) y ace ,ue el $luo por polo aumente. -l $luo

incrementado aumenta -o) el cual incrementa I) ésta aumenta a5n m+s el $luo) el

cual incrementa a5n m+s -o) y as% sucesivamente. -ste incremento progresivo

contin5a asta ,ue -o alcan(a

'n valor m+imo determinado por la resistencia del campo y el grado de

saturación. ;ea la siguiente sección.

0in carga) la corriente en la armadura es igual a la corriente del campo. Con

carga) la corriente en la armadura suministra la corriente de carga y la corriente de

campo.

-l generador sunt es capa( de crecer el voltae en las terminales en tanto

permane(ca alg5n $luo residual en los polos del campo.

-l es,uema de coneiones de este generador es mostrado en la $igura 98 en

este caso el devanado inductor est+ conectando en paralelo con el inducido) y se

regula la ecitación por medio de un reóstato conectado en serie con el inductor.



An+lisis del circuito del generador 0unt.

*as ecuaciones ,ue rigen la operación de un generador sunt en estado

esta#le son las siguientes.



-l voltae en las terminales de un generador en derivación autoecitado

disminuye m+s a#ruptamente al incrementarse la carga ,ue el de un generador

con ecitación independiente. *a ra(ón es ,ue la corriente de campo en una

m+,uina con ecitación independiente permanece constante) mientras ,ue en un

generador autoecitado la corriente de ecitación se reduce a medida ,ue el

voltae en las terminales se reduce. -n un generador autoecitado) la ca%da de

voltae sin carga y a plena carga es aproimadamente de 1! por ciento del voltae

a plena carga) mientras ,ue en un generador con ecitación independiente casi

siempre es de menos de 1: por ciento. 0e dice ,ue la regulación de voltae es de

1! y 1:Q) respectivamente.

Generadores con e#citación compuesta o compound 'conmutati!o y

diferencial).

*as caracter%sticas de descenso de un generador sunt y el de ascenso de

un generador serie #rinda la motivación su$iciente para teori(ar acerca de la

posi#ilidad de una caracter%stica eterna meor con la $usión de los dos tipos de

generadores untos es como trans$ormar dos generadores en uno solo con #uen

comportamiento.

-l generador compuesto $ue desarrollado para evitar ,ue el voltae en las

terminales de un generador de cd disminuyera al incrementarse la carga. =or lo

tanto) aun cuando en general se puede tolerar una ca%da ra(ona#le del voltae en

las terminales con$orme se incrementa la carga) éste es un e$ecto serio en

circuitos de iluminación. =or eemplo) el sistema de distri#ución de un #u,ue

suministra energ%a tanto a ma,uinaria de cd como a l+mparas incandescentes. *a

corriente suministrada por el generador $luct5a continuamente) en respuesta a las

cargas varia#les. -stas variaciones de corriente producen cam#ios

correspondientes en el voltae en las terminales del generador) lo ,ue provoca ,ue

las luces parpadeen. *os generadores compuestos eliminan este pro#lema.

'n generador compuesto Figura 1:/ es similar a un generador en

derivación) ecepto ,ue tiene #o#inas de campo adicionales conectadas en serie a

la armadura. -stas #o#inas de campo en serie se componen de varias vueltas de



alam#re grueso) su$icientemente grande para transportar la corriente de la

armadura. =or ello) la resistencia total de las #o#inas en serie es pe,ue6a.

Cuando el generador $unciona sin carga) la corriente de las #o#inas en serie

es cero. *as #o#inas en derivación) sin em#argo) transportan corriente de

ecitación I) la cual produce el $luo en el campo) usto como en un generador en

derivación autoecitado est+ndar. A medida ,ue el generador se carga) el voltae

en las terminales tiende a disminuir) pero aora la corriente de carga Ic $luye a

través de las #o#inas de campo en serie.

Figura (). Lenerador

compuesto #ao carga. -l voltaeen las terminales permanece

pr+cticamente constante en

condiciones sin carga y a plena

carga.

La 'mm desarrollada por estas 2o2inas act8a en la misma direcci$n "#e la'mm del campo en deri)aci$n& 9or consi%#iente! el :#-o en el campo 2a-ocar%a se ele)a por encima de s# )alor ori%inal sin car%a! el c#al ele)a el)alor de Eo& Si las 2o2inas en serie est5n dise;adas de manera adec#ada!el )olta-e en las terminales permanece pr5cticamente constante encondiciones sin car%a y a plena car%a&

En la /%#ra 11 se representa el es"#ema de circ#ito de este tipo de

%enerador! "#e p#ede .acerse con corta o lar%a deri)aci$n& Generalmente

las 'mm de los de)anados serie y deri)aci$n s#elen ser del mismo si%no&



Figura ((. Lenerador compound

Cuando el devanado del campo sunt se conecta directamente en las terminales

de la armadura) se llama generador compuesto en derivación corta) -n un generador

de este tipo $igura 12/) el devanado del campo en serie lleva la corriente de carga en

ausencia de una resistencia desviadora para el campo. 0e dice ,ue un generador

compuesto en derivación larga si el devanado de campo sunt se conecta en paralelo

con la carga.



-cuaciones $undamentales ,ue rigen el comportamiento en estado esta#le

de los generadores compuesto en derivación corta y scompuesto en derivación

larga respectivamente.



,stator

-l estator de una m+,uina de cc proporciona el apoyo mec+nico para la

m+,uina) y consta del yugo y los polos o polos del campo/. -l yugo desempe6a la

$unción #+sica de proveer una trayectoria sumamente permea#le para el $luo

magnético.

=ara m+,uinas grandes) el yugo se construye con partes ecas con acero

$undido.

*os polos se montan dentro del yugo y se dise6an en $orma apropiada para

reci#ir los devanados del campo. A menudo los polos del campo est+n ela#orados

con l+minas laminaciones/ delgadas ,ue se apilan untas) con lo ,ue se #usca

reducir al m%nimo las perdidas magnéticas de#idas a la proimidad de los polos

con el $luo de la armadura. =ara las ma,uinas grandes) los polos del campo se

constituyen por separado y después se atornillan al yugo.

-n la $igura !.3 se muestra un polo del campo y un devanado del campo

t%picos. -l +rea de la sección transversal del polo del campo es m+s pe,ue6a ,ue

el +rea correspondiente de la (apata polar. -sto se ace para

a/ =roporcionar lugar su$iciente para el devanado de campo.

#/ isminuir la longitud por devanado del conductor y as% reducir su peso ycosto.

*a (apata polar ayuda a esparcir el $luo en la región del entreierro.



-ntreierro& -l entreierro es el pe,ue6o espacio entre la armadura y los

polos. ;ar%a de 1.! a ! mm con$orme la capacidad del generador se incrementa de

1 a 1:: RH

evanado de campo o estator.

*as #o#inas del campo est+n devanadas en los polos) de $orma ,ue éstos

alternan su polaridad. -isten dos tipos de devanado del campo& un devanado de

campo sunt y un devanado del campo serie.

a/ -l devanado del campo sunt tiene mucas vueltas de alam#re delgado y

reci#e ese nom#re por,ue se conecta en paralelo con el devanado de la

armadura.

#/ -l devanado del campo serie) se conecta en serie con el devanado de

armadura y tiene pocas vueltas de conductor grueso.

'na m+,uina de cc puede tener am#os devanados del campo arrollados en

el mismo polo



Armadura o rotor.*a armadura es la pie(a rotatoria de un generador de cd. Consiste en un

conmutador) un n5cleo de ierro y un uego de #o#inas Fig. 4.3:/. *a armadura va

montada en un ee por medio de una caveta y gira entre los polos de campo. -l

n5cleo de ierro se compone de laminaciones de ierro ranuradas y apiladas ,ue

$orman un n5cleo cil%ndrico sólido.



*as laminaciones est+n recu#iertas individualmente con una pel%cula aislante

para evitar ,ue entren en contacto eléctrico entre s%. e esta manera se reducen

las pérdidas por corrientes par+sitas. *as ranuras est+n alineadas para

proporcionar el espacio necesario para insertar los conductores de la armadura.

0u sección transversal es circular y est+ eca con laminaciones delgadas)

muy permea#les y aisladas eléctricamente) las cuales se encuentran apiladas y

montadas en $orma r%gida so#re el ee. *a alta permea#ilidad asegura una

trayectoria de reluctancia #aa para el $luo magnético8 el aislamiento eléctrico

reduce las corrientes par+sitas en el n5cleo de la armadura. Figura 4.31/

*as laminaciones tienen ranuras auiliares en sus peri$erias para aloar las

#o#inas de la armadura devanado de la armadura/) =or lo com5n se utili(a un

conductor de co#re para las #o#inas de la armadura de#ido a su #aa resistividad.E!G

*os conductores de la armadura conducen la corriente de carga suministrada

por el generador. -st+n aislados del n5cleo de ierro por medio de varias capas de

papel o mica y est+n $irmemente suetos en su lugar mediante tiras de $i#ra. 0i lacorriente de la armadura es de menos de 1: A) se utili(a alam#re redondo8 pero si

ecede los 2: A) se pre$ieren los conductores rectangulares por,ue aprovecan

meor el espacio disponi#le en las ranuras



Conmutador.

-l conmutador se compone de un ensam#le de segmentos de co#reausados) aislados entre s% por medio de oas de mica y montados en el ee de la

m+,uina Fig. 4.33/. *os conductores de la armadura est+n conectados al

conmutador.



-st+ montado r%gidamente so#re el ee. 'n etremo de dos #o#inas de la

armadura est+ conectado eléctricamente a un segmento de co#re del conmutador.

*a $orma en ,ue cada #o#ina se conecta al segmento del conmutador de$ine el

tipo de devanado de la armadura. "+sicamente ay dos tipos de devanados de laarmadura&

a/ -l devanado im#ricado o de la(o

#/ -l devanado ondulado.

-l devanado de armadura es el cora(ón de una m+,uina de cc. 0e trata de

devanado en el ,ue se induce la $em acción generadora/ y se desarrolla el par

acción motora/.

-l conmutador es un dispositivo muy #ien conce#ido ,ue cumple la $unción

de un recti$icador. Convierte la $em alterna inducida en las #o#inas de la armadura

en un voltae cc.

-s necesario tener muco cuidado al construir el conmutador) ya ,ue

cual,uier ecentricidad ar+ ,ue las esco#illas re#oten y se produ(can cispas

indesea#les. *as cispas ,ueman las esco#illas y so#recalientan y car#oni(an el

conmutador.E

,sco-illas.

Las esco2illas est5n s#-etas en posici$n /-a so2re el conm#tador por

medio de portaesco2illas& <entro del portaesco2illa #n resorte a-#sta2le

e-erce #na presi$n constante so2re la esco2illa con o2-eto de mantener

#n contacto apropiado entre éstas y el conm#tador& La presi$n de la



esco2illa de2e ser precisamente la re"#erida! p#es si '#era 2a-a el

contacto entre ellas y el conm#tador ser(a de/ciente! lo c#al prod#cir(a

c.ispas en eceso y el conm#tador se "#emar(a& 9or otro lado!

demasiada presi$n ocasionar(a #n des%aste ecesi)o de la esco2illa # el

so2recalentamiento del conm#tador por 'ricci$n&

Las esco2illas son de car2$n por"#e éste tiene #na 2#ena

cond#cti)idad eléctrica y por s# 2land#ra no raya el conm#tador& 9ara

me-orar la cond#cti)idad! en ocasiones se me,cla #na pe"#e;a cantidad

de co2re con el car2$n& La presi$n de las esco2illas se re%#la por medio

de resortes a-#sta2les&

A#n"#e los portaesco2illas est5n monados en la campana eterna!

est5n aislados eléctricamente de eslla& Una esco2illa est5 conectada

eléctricamente a s# portaesco2illa por medio de #n cond#ctor de co2re

tren,ado "#e se llama so%#illa o tren,a& Mediante los portaesco2illas es

posi2le esta2lecer la conei$n entre el circ#ito eterno y las 2o2inas de

la armad#ra&

'n generador de 2 polos tiene dos esco#illas $ias diametralmente opuestas

entre s% Fig. 4.34a/. 0e desli(an so#re el conmutador y garanti(an un #uen

contacto eléctrico entre la armadura rotatoria y la carga eterna estacionaria. *asm+,uinas de varios polos poseen los mismos uegos de esco#illas ,ue polos. *os

uegos de esco#illas) a su ve() se componen de una o m+s esco#illas) seg5n la

corriente ,ue se tenga ,ue conducir.



-n la $igura 4.3!c) por eemplo) dos esco#illas montadas una al lado de la

otra $orman el uego. *os uegos de esco#illas est+n colocados a intervalos igualesalrededor del conmutador. -st+n sostenidos por una corona móvil ,ue permite ,ue

todo el ensam#le de esco#illas sea girado un +ngulo y luego $iado en la posición

neutra. Al desli(arse por el conmutador) los uegos sucesivos de esco#illas tienen

polaridades positivas y negativas. *as esco#illas ,ue tienen la misma polaridad

est+n conectadas entre s% y los conductores se conectan a las terminales positiva

y negativa Fig. 4.34#/.



Tipos de de!anado en el generador de cc.

0e denominan devanados de una m+,uina eléctrica a los arrollamientos del

inductor y del inducido. -l material para la reali(ación de las #o#unas suele ser el

co#re en $orma de ilo esmaltado la misión del aislante es o$recer una separación

eléctrica entre las espiras/ en las m+,uinas pe,ue6as y en $orma de pletina paralas m+,uinas de gran potencia) cuyo aislamiento se reali(a recu#riéndolas con

cinta de algodón.

*os inducidos en las m+,uinas de ca y cc se eecutan en $orma de

arrollamientos distri#uidos para cu#rir toda la peri$eria de la m+,uina) situando las

#o#inas en las ranuras practicadas al e$ecto.

-n los al#ores de la electricidad estos arrollamientos se eecuta#an en $orma

de devanado en anillo. oy d%a solamente se emplean los devanados en tam#or)

donde la totalidad de los conductores est+n colocados en la super$icie eterior del

cilindro $erromagnético ,ue $orma el inducido.



*os devanados pueden ser a#iertos o cerrados8 los devanados a#iertos

tienen un principio y un $inal y se emplean en las m+,uinas de ca8 los devanados

cerrados no tienen principio ni $in) y para sacar la corriente al eterior de#en

acerse tomas intermedias por medio de delgas/) y este tipo de devanado seemplea en las m+,uinas cc.

esde el punto de vista de la $orma de las #o#inas) los devanados pueden

clasi$icarse en concéntricos y ecéntricos empleados en ca/ y tam#ién en

ondulados e im#ricados empleados en cc/. *a peri$eria eterna de la armadura

tiene varias ranuras en las ,ue las #o#inas se montan o se devanan. -n general)

estas ranuras est+n aisladas con papel pescado para proteger los devanados.

Cada #o#ina puede tener mucas vueltas de conductor de co#re esmaltado

aislado/) com5nmente llamado alam#re magneto.

-l devanado m+s usado es el de dos capas. -l n5mero de #o#inas para el

devanado de dos capas es igual al n5mero de ranuras de la armadura. As%) cada

ranura de la armadura tiene dos lados de dos #o#inas di$erentes. *os devanados

autom+ticos devanan am#os lados de una #o#ina) #ien en la mitad in$erior o en la

superior de las dos ranuras. Cuando se montan en las ranuras las #o#inas

pre$ormadas) un lado de la #o#ina se sit5a en la mitad in$erior y el otro en la mitad

superior. -ste método no solo resulta en el montae simétrico de las #o#inas) sino,ue tam#ién asegura ,ue todas las #o#inas sean eléctricamente e,uivalentes.

Cuando el n5mero de ranuras no es divisi#le entre el n5mero de polos ni

si,uiera es posi#le devanar una #o#ina de paso completo. -n ese caso) puede

emplearse el paso m+imo posi#le como paso $raccionario de la #o#ina.

Dvalor entero de /



onde y es el paso de la #o#ina en ranuras) 0 el n5mero de ranuras en la

armadura y = el n5mero de polos en la m+,uina.

-emplo

*a armadura de una m+,uina de cc tiene 1: ranuras. Calcule el paso de la

#o#ina para un devanado de a/dos polos y #/cuatro polos.

1. =ara una m+,uina #ipolar) las ranuras por polo son

D1:2/D!

2. =ara una m+,uina tetrapolar) las ranuras por los polos son

D1:4/D2.!D2

+e!anado im-ricado o lazo.

-n una m+,uina con devanado im#ricado los dos etremos de una #o#ina

est+n conectados a segmentos adyacentes del conmutador.



-n resumen) el n5mero de esco#illas y de trayectorias paralelas en una

m+,uina con devanado im#ricado es igual a su n5mero de polos.

+e!anado ondulado.

-l devanado ondulado di$iere del im#ricado 5nicamente en cómo se conectan

las #o#inas a los segmentos del conmutador. -n el devanado ondulado) los dos

etremos de una #o#ina se encuentran conectados a los segmentos delconmutador ,ue est+n separados aproimada) no eactamente 3:O eléctricos

paso de dos polos/. -sto se ace para garanti(ar ,ue el devanado completo se

cierra so#re s% mismo una sola ve(. Al acer las coneiones separadas casi en

pasos de dos polos) se conecta en serie solo las #o#inas ,ue est+n #ao los polos



con la misma polaridad. -s decir) una #o#ina #ao un polo norte) se conecta con

otra situada en $orma compara#le #ao el polo norte siguiente y as% sucesivamente.

=ara ,ue el devanado ondulado simple&

1. -l paso del conmutador puede ser un poco mayor o menos ,ue 3:O

eléctricos.

2. espués de pasar una ve( alrededor del conmutador) la 5ltima #o#ina

de#e estar un segmento adelante progresivo/ o un segmento atr+s regresivo/

respecto del segmento inicial.

-l n5mero de segmentos del conmutador para un devanado ondulado

simple& ?+@1=(

onde C es el n5mero total de segmentos del conmutador) es el paso del

conmutador un n5mero entero/ y = es el n5mero de polos. -l signo m+s o menos

es para indicar el devanado progresivo o regresivo/.

Tam#ién

@ ?= 1



=ara entender meor los generadores de varios polos) eaminemos la

construcción de una m+,uina de 12 polos. *a $igura 4.39a es el diagrama

es,uem+tico de una m+,uina como esa ,ue tiene 72 ranuras en la armadura) 72

segmentos en el conmutador y 72 #o#inas.

*a armadura tiene un devanado im#ricado o de la(o y el lector notar+ cu+n

parecido es al diagrama es,uem+tico de una m+,uina de 2 polos Fig. 4.11#/.



-n la $igura 4.39a las #o#inas A y C est+n moment+neamente en la (ona

neutra) mientras ,ue la " corta el $luo ,ue proviene del centro de los polos. -l

anco de la #o#ina conocido como paso en la #o#ina/ es tal ,ue los costados de

la #o#ina cortan el $luo ,ue viene de los polos ?) 0 adyacentes. =or lo tanto) los

costados de la #o#ina " ,uedan de#ao del centro del polo 2 y del centro del polo

3. Asimismo) los costados de la #o#ina A est+n en las (onas neutras entre los

polos 1) 2 y los polos 2) 3. -l voltae generado entre las esco#illas y y es igual a

la suma de los voltaes generados por las cinco #o#inas conectadas a lossegmentos del conmutador 1J2) 2J3) 3J4) 4J! y !J. *os voltaes entre los dem+s

uegos de esco#illas tam#ién son generados de la misma manera por cinco

#o#inas.

*os uegos de esco#illas >/ est+n conectados entre s% para $ormar la

terminal >/. *os uegos de esco#illas / est+n conectados del mismo modo para

$ormar la terminal /. -stas coneiones no se muestran en el diagrama. =or las

mismas ra(ones de simplicidad) no se muestran los interpolos ,ue est+n

colocados entre los polos ?) 0. *a $igura 4.39# proporciona una vista detallada de

las #o#inas de la armadura ,ue ,uedan entre las esco#illas y y. 0ólo se

muestran las #o#inas A) " y C para no complicar el diagrama. *os costados de la

#o#ina A est+n en las ranuras 1 y 7) mientras ,ue los de la #o#ina " est+n en las



ranuras 4 y 1:. Adem+s) la #o#ina A est+ conectada a los segmentos 72 y 1 del

conmutador) mientras ,ue la " est+ conectada a los segmentos 3 y 4.

-n la posición mostrada) los costados de la #o#ina A est+n en la (ona neutra

entre los polos. e esta manera) no se induce ning5n voltae en la #o#ina A. =or

otra parte) los costados de la #o#ina " est+n directamente de#ao de los polos ? y

0. -l voltae en la #o#ina " es el m+imo en este momento. =or lo tanto) el voltae

entre los segmentos adyacentes 3 y 4 del conmutador es el m+imo. -l voltae en

la #o#ina C tam#ién es cero por,ue sus costados #arren la (ona neutra. <#serve

,ue cada una de las esco#illas positivas y negativas ponen en cortocircuito las

#o#inas ,ue tienen un voltae inducido cero.



• i-liograf/a:

? B1 *Matt.eD N& & SadiF# 6 Elementos de Electroma%netismo6 raEdici$n6 'ord6 Méico6 ?44?6 Cap& H! p5% J4! J1+

*Kildi! T.eodore6 M5"#inas Eléctricas y Sistemas de 9otencia6 3taEdici$n6 9earson 9rentince all6 Méico6 ?44J+&

0 *G#r#! .a% S&6 M5"#inas Electricas y Trans'ormadores6 ra Edici$n6Al'aome%a6 Méico6 ?443+

*Oraile Mora! Pes8s6 M5"#inas eléctricas6 ta Edici$n6 McGraD ill6Espa;a6 ?44+

3 *C.apman! Step.en P&6 M5"#inas Eléctricas! ra Edici$n! McGraD ill6+J B? .ttpses&DiFipedia&or%DiFiLeydeLen,9 B .ttpses&DiFipedia&or%DiFiLeydeAmpCAre

Maquinas Electricas Unidad 1

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