Transformadoresmotor Eléctrico y Generador Eléctrico

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESIME Unidad Ticoman

NOMBRE: ALAN FERNANDO RIVERA MARTNEZGRUPO: 4AV2MATERIA: SISTEMA ELCTRICO EN AERONAVESPROFESOR: SNCHEZ AGUILAR ROCIO

TRANSFORMADORES MOTOR ELCTRICO GENERADOR ELCTRICO

ContenidoTRANFORMADORES1Principio de Funcionamiento1Transformador monofsico.4Transformador ideal.5Transformador ideal en vaco.5Transformador ideal en carga6Transformador con bobinados reales y ncleo ideal.7Transformador con ncleo real.7Circuito equivalente del transformador real.9Rendimiento.13Transformadores trifsicos.14LEY DE LENZ15MOTOR ELCTRICO.16Motor de corriente contina.17Motor de corriente alterna.18Motor sncrono.19Motor asncrono de induccin.20Principio de funcionamiento.21Motor asncrono monofsico.22Sistemas de arranque.23Motor de arranque por condensador.23Motor universal.25Principio de Funcionamiento.27GENERADOR ELCTRICO29Principio de Funcionamiento-Ley de Faraday30Generador de corriente alterna32Principio de funcionamiento33Generador de corriente continua (dinamo)34

TRANFORMADORESEl transformador es una mquina elctrica sin partes en movimiento capaz de modificar los valores de tensin y corriente dentro de la ecuacin de potencia sin afectar sta ltima. El transformador es un dispositivo que permite modificar potencia elctrica de corriente alterna con un determinado valor de tensin y corriente en otra potencia de casi el mismo valor pero, generalmente con distintos valores de tensin y corriente.Es una mquina esttica de bajas prdidas y tiene un uso muy extendido en los sistemas elctricos de transmisin y distribucin de energa elctrica Principio de FuncionamientoUn transformador consta de dos bobinas devanadas sobre un ncleo magntico

Basndose en la ley de Induccin de Faraday y conectando una fuente C.A. (cada espira contiene induccin) en los extremos del devanada primario, la corriente recorre el devanado y el flujo del ncleo. El flujo se distribuye en la superficie del ladrillo o material (placas) magntico. El flujo genera en cada espira una tensin dentro del devanado secundario. Al cruzar el flujo por el devanado secundario, induce una fuerza electromotriz FEM en cada una de sus espiras, provocando una tensin total que es igual a la suma de la tensin inducida encada espira. Cuando en el devanado secundario existe una corriente, entonces sta corriente ser en sentido contrario a la corriente primaria de acuerdo con la ley de Lenz.Valores primarios En el devanado primario existen:

Vp.- Tensin primarioIp.- corriente primarianp .- Nmero de espiras primaria En el devanado secundario existen:

Vp.- Tensin secundarioIp.- corriente secundarians .- Nmero de espiras secundarias

Pocas veces los valores primarios y secundarios son iguales.En base al nmero de espiras entre los devanados, se define Relacin de Transformacin (a).

Tipos de TransformadorSi la Relacin de transformacin a1, el transformador es reductor.Como la espira es funcin directa hacia la tensin:

Y como la corriente es funcin inversa a la tensin:

De tal manera:

Transformador monofsico.Est formado por un ncleo compuesto de lminas de hierro y dos bobinados, a los cuales denominaremos primario y secundario.El bobinado primario con N1 espiras es aquel por el cual ingresa la energa y el secundario con N2 espiras es aquel por el cual se suministra dicha energa.

Transformador monofsico del tipo de ncleo

Transformador monofsico del tipo acorazado

Transformador ideal.Iniciaremos su estudio suponiendo que el mismo es ideal, por lo que debe presentar las siguientes caractersticas: Las bobinas primaria y secundaria no tienen resistencia hmica. Todo el flujo magntico se encuentra en el ncleo de lminas de acero. El ncleo no tiene reluctancia. El ncleo no tiene prdidas por corrientes parsitas ni por histresis. Transformador ideal en vaco.Si al transformador en estudio lo alimentamos desde su bobinado primario, por medio de una fuente de tensin alterna sinusoidal de la forma:

En el ncleo se originar un flujo magntico (), en correspondencia con dicha tensin, de acuerdo a la siguiente expresin:

Como en este anlisis, en el secundario no se encuentra ninguna carga, por lo cual no habr circulacin de corriente y dado que la reluctancia del ncleo la consideramos de valor cero, por el bobinado primario no es necesario que circule corriente sea:

Este flujo magntico, tambin variable en el tiempo, dar lugar a que se induzcan fuerzas electromotrices en los bobinados, cuyos valores, sern de acuerdo a la ley de Faraday, a la polaridad asignada a dicha fuerzas electromotrices como positivas, y en funcin del sentido en que se realizan los bobinados las siguientes:

Esquema de polaridades adoptadas en un monofsico.

Flujo magntico originado por y Transformador ideal en cargaSi al transformador anterior le colocamos una carga en su secundario, aparecer una corriente en el secundario y otra en el primario de acuerdo a la figura siguiente:

Como analizamos un transformador ideal en el cual no hay prdidas, la potencia que se consume en la carga, es la misma que suministra la fuente, por lo que se cumple:

Transformador con bobinados reales y ncleo ideal.Analizando el transformador sin tener en cuenta las prdidas en el ncleo y adoptando que su reluctancia sea nula, los bobinados presentan las siguientes caractersticas: Los mismos estn construidos con conductores que tienen resistencia hmica, conforme a la seccin necesaria, su longitud y al material utilizado (Cobre aluminio). Una pequea parte del flujo que se origina en las bobinas, se cierra a travs del aire y no en el ncleo magntico. Ambos efectos producen una diferencia entre la tensin aplicada U1 y la fuerza electromotriz inducida E1.

Transformador con Flujo de dispersin en sus bobinadosTransformador con ncleo real.An cuando el circuito secundario este abierto, se requiere una corriente en el primario para producir el flujo magntico en el ncleo. La corriente de magnetizacin, necesaria para producir el flujo en el ncleo (Im). Como hemos visto el valor del flujo magntico depende de la tensin aplicada (despreciando las cadas de tensin en la resistencia del bobinado primario y de los efectos del flujo disperso), luego la relacin entre el flujo magntico y la corriente de magnetizacin, est dada a travs de la curva de imanacin del material (la cual no es lineal, ya que la misma presenta saturacin), por lo tanto, la corriente que se obtiene no es sinodal, conteniendo armnicas especialmente de tercer orden.La componente fundamental de esta corriente atrasa 90 a la tensin aplicada, ya que el flujo que origina dicha tensin atrasa 90 a la misma (e = N d/dt).

La corriente de prdidas en el ncleo, requerida por la potencia de prdidas por histresis y por corrientes parsitas (IP). Esta corriente tambin es deformada, debido al lazo de histresis, estando su fundamental en fase con la tensin aplicada.

Circuito equivalente del transformador real.

Del esquema de la figura recorriendo el circuito primario y secundario obtenemos:

De las relaciones obtenidas para el transformador ideal, en el cual se cumple que:

Reemplazando tenemos:

Esta ecuacin involucra el bobinado primario y secundario, con lo cual incluyendo la rama en paralelo que contempla el ncleo, podemos dibujar un circuito elctrico equivalente, que responde a la misma.Debemos acotar que este circuito es una simplificacin aproximada, ya que estamos contemplando ecuaciones del transformador ideal para su clculo, pero facilita el estudio sin cometer grandes errores obteniendo:

Circuito equivalenteDonde:

El diagrama de fase referido al primario sera:

Se debe mencionar que las cadas de tensin en las resistencias y reactancias de dispersin estn dibujadas con un valor muy grande a los efectos de poder visualizarlas en el dibujo, ya que las mismas son muy pequeas con respecto a las tensiones U21 y U1.En forma anloga el circuito, puede referirse al secundario con lo cual el circuito nos queda como se muestra en la figura:

En forma semejante llamaremos:

Rendimiento.En un transformador, tenemos dos tipos de prdidas, las del hierro o fijas y las del cobre variables con la carga (corriente). De acuerdo a ellas el rendimiento en funcin del factor de carga est dado por la siguiente expresin:

Las curvas tpicas de rendimiento en funcin de la carga o del factor de carga son las que se muestran en la figura. Vemos que la curva crece, pasa por un valor mximo y luego decrece. El valor mximo se produce para un estado de carga que se puede obtener, derivando la expresin del rendimiento con respecto al factor de carga e igualando a cero.Su valor se produce cuando las prdidas fijas (en el hierro) son iguales a las prdidas variables (en el cobre), o sea:

En funcin de la carga El Factor de carga est dada por:

Transformadores trifsicos.A partir de ciertas potencias, los transformadores son trifsicos, pudindose armar un conjunto o banco trifsico, mediante el uso de tres transformadores monofsicos o bien un solo transformador trifsico, el cual se forma mediante un ncleo magntico y las bobinas necesarias para armar tres fases, tal como se observa en la figura.De acuerdo a este esquema, las bobinas tanto primarias como secundarias, pueden ser conectadas en forma de estrella tringulo, con lo cual se obtienen diferencias de fase entre las tensiones primarias y secundarias.

LEY DE LENZLa Ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas sern de un sentido tal que se opongan a la variacin del flujo magntico que las produjo; no obstante esta ley es una consecuencia del principio de conservacin de la energa.El sentido de la corriente inducida sera tal que su flujo se opone a la causa que lo produce.

La polaridad de una tensin inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magntico se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.El flujo de un campo magntico uniforme a travs de un circuito plano viene dado por:

Donde: Flujo magntico. La unidad en el SI es el weber (Wb). Induccin magntica. La unidad en el SI es el tesla (T). Superficie del conductor. ngulo que forman el conductor y la direccin del campo.Si el conductor est en movimiento el valor del flujo ser:

MOTOR ELCTRICO.Un motor elctrico es una mquina elctrica que transforma en energa mecnica la energa elctrica que absorben por sus bornes.Clasificacin. Motores de corriente continuaI. De excitacin independienteII. De excitacin serieIII. De derivacinIV. De excitacin compuesta Motores de corriente alternaI. Motores sncronosII. Motores asncronos:Monofsicos: De bobinado auxiliar De espira de cortocircuito UniversalTrifsicos: De rotor bobinado De rotor en cortocircuito (jaula de ardilla)La velocidad de sincronismo de los motores elctricos de corriente alterna viene definida por la expresin:

Donde:n= nmero de revoluciones por minuto.f= frecuencia de la red.p= nmero de pares de polos de la mquina.Se da el nombre de motor asncrono al motor de corriente alterna cuya parte mvil gira a una velocidad distinta a la de sincronismo.

Motor de corriente contina.El movimiento giratorio de los motores de C.C. se basa en el empuje derivado de la repulsin y atraccin entre polos magnticos. Creando campos constantes convenientemente orientados en estator y rotor, se origina un par de fuerzas que obliga a que el rotor gire buscando la posicin de equilibrio. En la figura, la armadura tiene conectadas a la corriente una sola pareja de sus bobinas. La conexin es a travs de escobillas, que se deslizan sobre unos anillos conductores llamados delgas.

Cuando el giro haya alcanzado cierto ngulo las escobillas ya no tocarn en las mismas delgas sino en otras, que alimentan a su vez a otras bobinas. Segn vemos, los campos creados tienen una posicin de equilibrio que hace girar al rotor hacia la derecha, y la situacin se mantendr hasta que casi se alcance el punto de reposo. Sin embargo, antes se produce la conmutacin y queda alimentada una nueva pareja de bobinas y se renueva la inestabilidad culpable del giro.Velocidad del motor de corriente continuaPor configuracin de excitacin independiente tenemos que: La velocidad es proporcional al valor de la tensin media de corriente continua, esto es vlido siempre que se mantengan constantes las condiciones de excitacin y el par mecnico existente.

El valor de la tensin media aplicada a las conexiones de la armadura del motor se distribuye fundamentalmente de la forma:

Donde:

=tensin media aplicada.= Cada de tensin debida a la corriente que circula por el inducido.= Fuerza contra-electromotriz inducida (velocidad).Segn la ecuacin, la velocidad se puede variar empleando rectificadores controlados para proporcionarle en todo momento la tensin media adecuada. Para medir su velocidad podemos emplear un mtodo alternativo a la dinamo tacomtrica, que consiste en restar a la ecuacin la cada de tensin en la resistencia de las bobinas de armadura quedndonos solo con el valor correspondiente a la fuerza contra-electromotriz (E).Motor de corriente alterna.Su caracterstica ms peculiar es que la velocidad del rotor es consecuencia de la frecuencia de la red que lo alimenta. Otro detalle no menos importante es que la transmisin de corriente al rotor se puede resolver por induccin, como en un transformador, sin necesidad de entablar contacto fsico entre ste y el entorno inmvil. Esta es la razn por la que a estos motores se les llama tambin de induccin. En ellos, las piezas Estator y Rotor, pueden tomar aqu tambin los nombres de Inductor e Inducido, aunque parece ser que este ltimo detalle, segn algunos tcnicos, no tiene que ver con esto, y los adjetivos inductor e inducido se pueden aplicar tambin a las piezas del motor de corriente continua porque el estator induce al rotor a girar.

Si conectamos un juego de bobinas como las de la figura a una fuente de corriente alterna trifsica, en el entrehierro aparecer un campo magntico giratorio, y si ponemos una pieza imantada, sta girar con l. La manera de generar el campo magntico del rotor marca la gran diferencia entre los dos tipos de motor de CA: El Sncrono Asncrono.Motor sncrono.Se trata de una mquina en la que el rotor presenta polos magnticos remanentes, que pueden provenir incluso de imanes permanentes. Es evidente que este motor gira a una velocidad que coincide exactamente con la frecuencia de la red de corriente alterna que alimenta las bobinas del estator, de ah el nombre sncrono.Para alimentar las bobinas que generan el campo del rotor es necesaria una conexin elctrica pero sta es mucho ms sencilla que la de los motores de corriente continua porque basta con dos anillos rozantes. El reverso del motor sncrono, el alternador, es el alma Mater de los dispositivos generadores de energa elctrica.Motor sncrono.

Si hacemos girar un imn en forma de U a la velocidad alrededor de una aguja imantada, sta girar a una velocidad

Motor asncrono.

Si hacemos girar un imn en forma de U a la velocidad alrededor de una masa circular metlica, sta girar a una velocidad

Motor asncrono de induccin.Un motor elctrico est constituido por un circuito magntico y dos elctricos, uno colocado en la parte fija (estator) y otro en la parte mvil (rotor).

Motor elctrico.El circuito magntico esta formado por chapas apiladas en forma de cilindro en el rotor y en forma de anillo en el estator.

Estator y rotor del motor elctrico.El cilindro se introduce en el interior del anillo y, para que pueda girar libremente, hay que dotarlo de un entrehierro constante.El anillo se dota de ranuras en su parte interior para colocar el bobinado inductor y se envuelve exteriormente por una pieza metlica con soporte llamada carcasa.El cilindro se adosa en el eje del motor y puede estar ranurado en su superficie para colocar el bobinado inducido (motores de rotor bobinado) o bien se le incorporan conductores de gran seccin soldados a anillos del mismo material en los extremos del cilindro (motores de rotor en cortocircuito) similar a una jaula de ardilla, de ah que reciban el nombre de rotor de jaula de ardilla.El eje se apoya en unos rodamientos de acero para evitar rozamientos y se saca al exterior para transmitir movimiento, y lleva acoplado un ventilador para refrigeracin. Los extremos de los bobinados se sacan al exterior y se conectan a la placa de bornes.

Seccin de motor elctrico.Principio de funcionamiento.El funcionamiento del motor asncrono de induccin se basa en la accin del flujo giratorio generado en el circuito estatrico sobre las corrientes inducidas por dicho flujo en el circuito del rotor. El flujo giratorio creado por el bobinado estatrico corta los conductores del rotor, por lo que se generan fuerzas electromotrices inducidas. Suponiendo cerrado el bobinado rotrico, es de entender que sus conductores sern recorridos por corrientes elctricas. La accin mutua del flujo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor originan fuerzas electrodinmicas sobre los propios conductores que arrastran al rotor hacindolo girar (Ley de Lenz). La velocidad de rotacin del rotor en los motores asncronos de induccin es siempre inferior a la velocidad del sincronismo (velocidad del flujo giratorio). Para que se genere una fuerza electromotriz en los conductores del rotor ha de existir un movimiento relativo entre los conductores y el flujo giratorio. A la diferencia entre la velocidad del flujo giratorio y del rotor se le llama deslizamiento.

Motor asncrono monofsico.Los motores monofsicos son motores con un solo devanado en el estator, que es el devanado inductor. Prcticamente todas las realizaciones de este tipo de motores son con el rotor en jaula de ardilla. Suelen tener potencias menores de 1KW, aunque hay notables excepciones como los motores de los aires acondicionados con potencias superiores a 10KW.Se utilizan fundamentalmente en electrodomsticos, bombas y ventiladores de pequea potencia, pequeas mquinas-herramientas, en los mencionados equipos de aire acondicionado, etc.Se pueden alimentar entre una fase y el neutro o entre dos fases. No presentan los problemas de excesiva corriente de arranque como en el caso de los motores trifsicos de gran potencia, debido a su pequea potencia, por tanto todos ellos utilizan el arranque directo.Inconvenientes

1Se caracterizan por sufrir vibraciones debido a que la potencia instantnea absorbida por cargas monofsicas es pulsante de frecuencia doble que la de la red de alimentacin.

2No arrancan solos debido a que el par de arranque es cero (w-w=0).

Sistemas de arranque.Los sistemas ideados para el arranque de los motores asncronos monofsicos se basan por tanto en provocar un desequilibrio entre los pares antagonistas que generan ambos campos magnticos. Las principales realizaciones se basan en cambiar, al menos durante el arranque, el motor monofsico por un. Un motor bifsico tiene dos devanados en el estator, desplazados / (2P). Las principales realizaciones de motores monofsicos utilizando esta tcnica son: Motores de arranque por condensador Motores de fase partidaMotor de arranque por condensador.Son motores asncronos monofsicos que en el momento del arranque son bifsicos. Tienen por tanto dos devanados en el inductor (que siempre est en el estator) desplazados / (2P). Estos devanados son: Devanado principal Devanado auxiliarEl devanado principal, as denominado porque es el que recibe energa durante todo el tiempo en el que el motor est funcionando.

El devanado auxiliar, de caractersticas idnticas al principal, pero al que se le ha aadido un condensador en serie, que es el que permite conseguir el desfasaje suficiente entre las dos corrientes. Se denomina devanado auxiliar porque slo recibe energa elctrica en el momento del arranque, ya que posteriormente, dicho devanado se desconecta por la accin de un interruptor centrfugo.En el diagrama se muestra el desfase de las corrientes principal y auxiliar para conseguir el arranque del motor:

Motor universal.Es un motor monofsico que puede funcionar tanto en corriente continua como alterna. Su constitucin es como la del motor serie de corriente continua, y sus caractersticas de funcionamiento son anlogas. Se puede ver representado esquemticamente como sigue:

Ventajas y DesventajasLas ventajas de este motor son grandes pares de arranque y elevadas velocidades de rotacin cuando se alimentan con excitacin en serie (caractersticas semejantes al motor de continua con excitacin en serie), sus desventajas es q necesitan mantenimiento (cambio de escobillas) aunque en aplicaciones domesticas no se suele llevar a cabo este mantenimiento, se dimensionan las escobillas hasta el fin de la vida del electrodomstico.

Componentes

Carcasa: Suele ser de acero laminado, de aluminio o de fundicin, siendo sus dimensiones las adecuadas para mantener firmes las chapas del estator.Estator o inductor: Consiste en un paquete de chapas de forma adecuada, fuertemente prensadas y fijadas mediante remaches o pernos.Rotor o inducido: Es similar al de un motor de C.C, es pequeo y consiste en un paquete de chapas, formando un ncleo compacto con ranuras.Y solo posee dos bornes mediante los cuales se alimentan inductor e inducido en serie.Caractersticas. Funciona con corriente alterna y con corriente directa. Posee un par de arranque muy elevado. La velocidad es directamente proporcional a la corriente. Se utiliza en herramientas manuales, electrodomsticos. Para invertir el sentido de rotacin, se invierte el sentido de la corriente en cualquiera de los bobinados

El motor serie de corriente continua se caracteriza por tener un fuerte par de arranque y su velocidad est en funcin inversa a la carga, llegando a embalarse cuando funciona en vaco. Funcionando en corriente alterna, este inconveniente se ve reducido porque su aplicacin suele ser en motores de pequea potencia y a las prdidas por rozamientos, cojinetes, etc., son elevadas con respecto a la total, por lo que no presentan el peligro de embalarse, pero si alcanzan velocidades de hasta 20000 revoluciones por minuto, que los hace bastante idneos para pequeos electrodomsticos y mquinas herramientas porttiles. El motor universal es, sin duda, el ms utilizado en la industria del electrodomstico. Principio de Funcionamiento.Para que un motor de este tipo pueda funcionar con corriente alterna, es necesario que el empilado de su inductor (el ncleo de los electroimanes) sea de chapa magntica para evitar las prdidas en el hierro.El bobinado inductor de los motores universales suele ser bipolar, con dos bobinas inductoras. El motor universal funciona en corriente continua exactamente igual que un motor serie. Si el motor se alimenta con corriente alterna, arranca por s solo, ya que la corriente que recorre el bobinado inductor presenta cien alternancias por segundo, lo mismo que le ocurre a la corriente que recorre el bobinado inducido, por lo que el momento de rotacin y el sentido de giro permanecen constantes.Del motor universal es parecido al del motor de continua, en el que el colector de delgas al girar produca un cambio de polaridad en el rotor con el que continuamente se produca una repulsin de los polos del rotor y el estator. En un motor universal cuando lo alimentamos de la red, tenemos que el estator esta alimentado con una corriente alterna AC, para que se produzca la repulsin de los polos del rotor y estator, los polos del rotor han de estar alimentados de forma adecuada en funcin de la alimentacin de los polos del estator y esto se consigue con el colector de delgas de forma similar al motor de corriente continua alimentando las bobinas del rotor que estn ligeramente giradas respecto de las del estator con la misma corriente que las bobinas del estator producindose una repulsin mxima en funcin del nmero de bobinas o pares de polos del rotor.Conexin de las bobinas de campo y del inducidoIgual que en el motor serie bipolar, ambas bobinas inductoras van conectadas en serie al igual que el inducido, los hilos que van conectados a la red salen uno del inducido y el otro de la bobina inductora.Otra conexin del motor universal consiste en conectar el inducido entre las dos bobinas inductoras, en este caso al final de la primera bobina va conectado a una escobilla y a la otra escobilla el de la segunda bobina inductora.Inversin del sentido de rotacin de un motor universalLa inversin de marcha en el motor universal se consigue invirtiendo el sentido de la corriente en el inducido o bien en las bobinas inductoras. El mtodo ms empleado consiste en permutar las terminales de los porta escobillas.

GENERADOR ELCTRICOLos generadores elctricos son mquinas destinadas a transformar la energa mecnica en energa elctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de un campo magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura (denominada tambin estator). Cuando un generador elctrico est en funcionamiento, una de las dos partes genera un flujo magntico (acta como inductor) para que el otro lo transforme en electricidad (acta como inducido).Los generadores elctricos se diferencian segn el tipo de corriente que producen. As, nos encontramos con dos grandes grupos de mquinas elctricas rotativas: los alternadores y las dinamos.1. Los alternadores generan electricidad en corriente alterna. El elemento inductor es el rotor y el inducido el estator. Un ejemplo son los generadores de las centrales elctricas, las cuales transforman la energa mecnica en elctrica alterna.

2. Las dinamos generan electricidad en corriente continua. El elemento inductor es el estator y el inducido el rotor. Un ejemplo lo encontraramos en la luz que tiene una bicicleta, la cual funciona a travs del pedaleo.

Existen tres tipos de generadores elctricos rotatorios: Sincrnicos de corriente alterna Induccin de C.A. Rotatorios de corriente directa. Los generadores sincrnicos son los de mayor uso debido a su sistema de excitacin, en cambio, los generadores de C.D han sido reemplazados casi por completo por rectificadores estticos de silicio.Principio de Funcionamiento-Ley de FaradayEl principio de funcionamiento de los generadores se basa en el fenmeno de induccin electromagntica, Ley de Faraday. Esta ley nos dice que el voltaje inducido en un circuito es directamente proporcional al cambio del flujo magntico en un conductor o espira. Esto quiere decir que si tenemos un campo magntico generando un flujo magntico, necesitamos una espira por donde circule una corriente para conseguir que se genere la f.e.m. (fuerza electromotriz).La cantidad de corriente inducida o f.e.m. depender de la cantidad de flujo magntico (tambin llamado lneas) que la espira pueda cortar, cuanto mayor sea el nmero, mayor variacin de flujo generara y por lo tanto mayor fuerza electromotriz.

Se observa los dos casos ms extremos, cuando la espira est situada a 0 o 180 y no corta lneas, y cuando est a 90 y 270 y las corta todasAl hacer girar la espira dentro del imn conseguiremos una tensin que variar en funcin del tiempo. Esta tensin tendr una forma alterna, puesto que de 180 a 360 los polos estarn invertidos y el valor de la tensin ser negativo.

El principio de funcionamiento del alternador y de la dinamo se basa en que el alternador mantiene la corriente alterna mientras la dinamo convierte la corriente alterna en corriente continua.

Seales de salida de un alternador, en corriente alterna, y de una dinamo en corriente continuo

Generador de corriente alternaLos generadores de corriente alterna o alternadores son mquinas que transforman energa mecnica, que reciben por el rotor, en energa elctrica en forma de corriente alterna. La mayora de alternadores son mquinas de corriente alterna sncrona, que son las que giran a la velocidad de sincronismo, que est relacionada con el nombre de polos que tiene la mquina y la frecuencia de la fuerza electromotriz. Esta relacin hace que el motor gire a la misma velocidad que le impone el estator a travs del campo magntico. Esta relacin viene dada por la expresin:

Donde:

Partes del alternadorEstator: Parte fija exterior de la mquina. El estator est formado por una carcasa metlica que sirve de soporte. En su interior encontramos el ncleo del inducido, con forma de corona y ranuras longitudinales, donde se alojan los conductores del enrollamiento inducido.Rotor: Parte mvil que gira dentro del estator El rotor contiene el sistema inductor y los anillos de rozamiento, mediante los cuales se alimenta el sistema inductor. En funcin de la velocidad de la mquina hay dos formas constructivas: Rotor de polos salidos o rueda polar: Utilizado para turbinas hidrulicas o motores trmicos, para sistemas de baja velocidad.

Rotor de polos lisos: Utilizado para turbinas de vapor y gas, estos grupos son llamados turboalternadores. Pueden girar a 3000, 1500 o 1000 r.p.m. en funcin de los polos que tenga.

Principio de funcionamientoPara generar el campo magntico, hay que aportar una corriente de excitacin en corriente continua. Esta corriente genera el campo magntico para conseguir la corriente inducida que ser corriente alterna.El alternador es una mquina elctrica rotativa sncrona que necesita de una corriente de excitacin en el bobinado inductor para generar el campo elctrico y funcionar. Por lo tanto su diagrama de funcionamiento es el siguiente:

Los alternadores necesitan una fuente de corriente continua para alimentar los electroimanes (devanados) que forman el sistema inductor. Por eso, en el interior del rotor se incorpora la excitatriz.La excitatriz es la mquina encargada de suministrar la corriente de excitacin a las bobinas del estator, parte donde se genera el campo magntico. Segn la forma de producir el flujo magntico inductor podemos hablar de: Excitacin independiente. La corriente elctrica proviene de una fuente exterior. Excitacin serie. La corriente de excitacin se obtiene conectando las bobinas inductoras en serie con el inducido. Toda la corriente inducida a las bobinas del rotor pasa por las bobinas del estator. Excitacin por derivacin. La corriente de excitacin se obtiene conectando las bobinas del estator en paralelo con el inducido. Solo pasa por las bobinas del estator una parte de la corriente inducida. Excitacin compound. En este caso las bobinas del estator estn conectadas tanto en serie como en paralelo con el inducido.

Generador de corriente continua (dinamo)El generador de corriente continua, tambin llamado dinamo, es una mquina elctrica rotativa a la cual le suministramos energa mecnica y la transforma en energa elctrica en corriente continua. En la actualidad se utilizan muy poco, ya que la produccin y transporte de energa elctrica es en forma de corriente alterna. Una de las caractersticas de las dinamos es que son mquinas reversibles: se pueden utilizar tanto como generador o como motor. El motor es la principal aplicacin industrial de la dinamo, ya que tiene facilidad a la hora de regular su velocidad de giro en el rotor.Partes principales

Estator: Es la parte fija exterior de la dinamo. El estator contiene el sistema inductor destinado a producir el campo magntico. Est formado por: Polos inductores: Diseados para repartir uniformemente el campo magntico. Distinguimos en ellos el ncleo y la expansin polar. El nmero de polos ha de ser par, en caso de mquinas grandes se han de utilizar polos auxiliares.

Devanado inductor: Son las bobinas de excitacin de los polos principales, colocadas alrededor del ncleo. Estn hechos con conductores de cobre o de aluminio recubiertos por un barniz aislante.

Culata: La culata sirve para cerrar el circuito magntico y sujetar los polos. Esta construida con material ferromagntico.Rotor: El rotor es la Parte mvil que gira dentro del estator. El rotor al estar sometido a variacin de flujo crea la fuerza electromotriz inducida, por lo tanto contiene el sistema inducido. Est formado por: Ncleo del inducido: Cilindro construido para reducir las prdidas magnticas. Dispone de ranuras longitudinales donde se colocan las espiras del enrollamiento del inducido.

Devanado inducido: Formado por espiras que se distribuyen uniformemente por las ranuras del ncleo. Se conecta al circuito exterior de la mquina por medio del colector y las escobillas.

Colector: Cilindro solidario al eje de la mquina formado por segmentos de cobre o lminas aisladas elctricamente entre ellas. En cada lmina se conecta una bobina. Es el encargado de realizar la conversin de corriente alterna a corriente continua.

Escobillas: Son piezas de carbn-grafito o metlicas, que estn en contacto con el colector. Hacen la conmutacin de la corriente inducida y la transportan en forma de corriente continua hacia el exterior.

Cojinetes: Sirven de soporte y permiten el giro del eje de la mquina.

Entrehierro: Es el espacio de aire comprendido entre el rotor y el estator. Suele ser normalmente de entre 1 y 3 milmetros. El entehierro es imprescindible para evitar rozamientos entre la parte fija y la parte mvil.

La conmutacin en las dinamosLa conmutacin es la operacin de transformacin de una seal alterna a una seal continua y tambin se conoce como rectificacin de seal. Las dinamos hacen esta conmutacin porque tienen que suministrar corriente continua.Esta conmutacin en las dinamos se realiza a travs del colector de delgas. Los anillos del colector estn cortados debido a que por fuera de la espira la corriente siempre tiene que ir en el mismo sentido. A la hora de realizar esta conmutacin existen diferentes problemas. 1. Cuando el generador funciona con una carga conectada en sus bornes, nos encontramos con una cada de tensin interna y una reaccin en el inducido.2. El inducido crear un flujo magntico que se opone al generado por el imn. A este efecto se le da el nombre de fuerza contraelectromotriz, que desplazar el plano neutro.Para solucionar este problema se pueden realizar diversas mejoras como: Desplazamiento de las escobillas: Este mtodo cambia las escobillas a su nueva posicin corrigiendo el desvo del plano, el problema es que el motor puede trabajar desde el 0% de su carga total al 100%, por lo que el plano puede cambiar.

Polos de conmutacin o auxiliares: la funcin de estos polos auxiliares es la de compensar el flujo producido por las bobinas inducidas y compensarlo. Es una solucin muy til y econmica.

Bobinas de compensacin: Cuando los generadores son de gran potencia, los polos de conmutacin no son suficientes, en este caso usamos bobinas de compensacin.