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    CURSO

    SISTEMA ELECTRICOLOCOMOTORAS(Etapa # 1)

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    Fundamentos de la Teora de los Circuitos Elctricos.

    CORRIENTE ELCTRICA

    La corriente elctrica es un flujo de electrones en un conductor que sirve como medio para

    transportar energa desde el generador al consumidor. Para que exista una corriente de electroneses necesario que los conductores formen un circuito cerrado entre la fuente de energa y elconsumidor o carga.

    Efectos de la Corriente

    La corriente elctrica en la materia produce unos fenmenos caractersticos: El paso de corriente elctrica por los conductores produce calor: efecto calorfico. Ej.: cocinaselctricas, calentador, soldador, fusibles. Entre los polos de un imn y un conductor por el que circula corriente elctrica se manifiestanfuerzas de atraccin o repulsin, segn sea el sentido de la corriente: efecto electromagntico. Ej.:electroimanes, rels, aparatos de medida, telfono, altavoz. El paso de corriente elctrica por gases enrarecidos (a muy baja presin) emite luz, como en lostubos de nen: efecto lumnico. Ej.: tubos fluorescentes, tubos de descarga, diodos luminosos. El paso de corriente elctrica a travs de una solucin qumica mediante electrodos sumergidosen la misma, produce reacciones qumicas: efecto electroqumico. Ej.: recubrimientos galvnicos,

    electrlisis, acumuladores, pilas elctricas. El paso de corriente a travs del cuerpo humano y de los animales, produce electrocucin:efectoelectrofisiolgico. Ej.: aparatos de electromedicina, sacrificio por electroshock del ganado.

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    Intensidad de la corriente elctrica

    Es el nmero de electrones que pasa por una seccin transversal del conductor en un segundo.Este nmero es muy grande, por lo que resultara poco prctico su uso como unidad de medida. Siconsideramos la carga neta q que pasa por esa seccin en un tiempo t la corriente elctrica,supuesta constante, es:

    Si q se expresa en culombios y ten segundos, la Intensidadse expresar en amperios.Recordemos que la carga que posee un electrn vale 1.6 x 10-19 Coulomb [C] y que 1 Coulombcontiene 6.25x1018 electrones.

    Diferencia de potencial

    Tambin llamada tensin elctrica, es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva

    unidad de un punto a otro en el interior de un campo elctrico; en realidad se habla de diferenciade potencial entre ambos puntos (VA - VB). La unidad de diferencia de potencial es el voltio (V). Ungenerador de corriente elctrica permite mantener una diferencia de potencial constante y, enconsecuencia, una corriente elctrica permanente entre los extremos de un conductor. Sinembargo, para una determinada diferencia de potencial, los distintos conductores difieren entre sen el valor de la intensidad de corriente obtenida, aunque el campo elctrico sea el mismo. Existeuna relacin de proporcionalidad, dada por la ley de Ohm, entre la diferencia de potencial entrelos extremos de un conductor y la intensidad que lo recorre. La constante de proporcionalidad sedenomina resistencia del conductor y su valor depende de su naturaleza, de sus dimensionesgeomtricas y de las condiciones fsicas, especialmente de la temperatura.La diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito se mide con un voltmetro, instrumentoque se coloca siempre en derivacin entre los puntos del circuito cuya diferencia de potencial sequiere medir.

    Fuerza electromotriz

    El trabajo realizado para mover la carga elctrica en un conductor recibe el nombre de fuerzaelectromotriz, abreviadamente fem.La fem es el trabajo que tiene que realizar el generador para que se muevan las cargas a travs delcircuito. Sea q las cargas que pasan por cualquier seccin del circuito en un intervalo de tiempodeterminado, y Tel trabajo realizado por el generador; la fem viene dada por:

    La unidad de la fem es el voltio, o sea que 1 voltio es el trabajo de 1 julio / 1 culombio. La fem es lacausa del movimiento de las cargas dentro del propio generador, mientras que la diferencia depotencial es la causa del movimiento de las cargas en el resto del circuito.Por lo tanto, un generador o fuente de energa de una determinada fem es un dispositivo quetransforma energa qumica, mecnica, etc. en energa elctrica. Esta se presenta manteniendoconstante una diferencia de potencial entre los bornes del generador.

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    Esta diferencia se denomina tensin, sobre todo en el estudio de circuitos elctricos y se simbolizapor U.

    En una fuente ideal de tensin, E = Uab, es decir que la fem entregada por el generador es igual a

    la tensin medida en bornes, independientemente de la intensidad de corriente del circuitocuando se coloque una carga. En una fuente real, Uab < E en un circuito cerrado, debido a unacada de tensin interna propia de la fuente, cuyo valor depende de la naturaleza del generador,siendo de valor constante en las mquinas elctricas que usan devanados o bobinas y variable conel tiempo y en aumento en el caso de las pilas o acumuladores.

    Por lo tanto, para una fuente real se cumple que:

    Donde E es la fem, I la intensidad de corriente del circuito y rI la resistencia interna de la fuente. Lafigura muestra el sector de la fuente y de la carga R formando un circuito cerrado en el que seestablece una intensidad de corriente I con su sentido de circulacin convencional saliendo delpolo positivo y retornando por el negativo, regenerndose luego por el interior de la fuente desdeel borne negativo al positivo.

    Ejemplo: determinar la tensin en bornes de un generador que tiene una fem de 12 Voltios, siposee una resistencia interna de 0.1 W y por el circuito se establece una intensidad de corrientede 1 Amper.

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    Si el circuito estara abierto, I = 0, por lo tanto E = Uab = 12 [V]. Se dice entonces que el generadoro fuente est trabajando sin carga o en vaco. Para una fuente ideal rI = 0 [W].

    RESISTENCIA ELCTRICA

    Propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corrienteelctrica. La resistencia de un circuito elctrico determina segn la llamada ley de Ohm cuntacorriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de resistenciaes el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una corriente de un amperiocuando se le aplica una tensin de 1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia elctrica esR, y el smbolo del ohmio es la letra griega omega, []. En algunos clculos elctricos se emplea elinverso de la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se representa por G. La unidad deconductancia es siemens, cuyo smbolo es S. An puede encontrarse en ciertas obras ladenominacin antigua de esta unidad, denominada tambin mho. La Resistencia Elctrica, R, es el

    grado de dificultad que presentan los distintos materiales al paso de la corriente elctrica enfuncin de su estructura y de su constitucin. Tiene por unidad en el SI (Sistema Internacional demedidas) el ohmio que se simboliza con la letra griega minscula omega []. As materiales conuna resistencia pequea sern buenos conductores, mientras que materiales con elevados valoresde resistencia sern malos conductores elctricos. Ejemplos de elementos de baja resistenciaconstituyen los conductores metlicos como el oro, la plata, el cobre, el aluminio, etc., mientrasque los de alta resistencia se denominan aisladores o aislantes tales como el vidrio, las cermicas,la porcelana, la mica, etc. Existen otros elementos resistivos de valor intermedio denominadossemiconductores que se utilizan para la fabricacin de dispositivos electrnicos como ser diodos,transistores y circuitos integrados que tienen como elemento de base el germanio o silicio, a losque se le agregan otros elementos para modificar o controlar su resistividad.

    Resistencia de un conductor

    La resistencia de un conductor viene determinada por una propiedad de la sustancia que locompone, conocida como conductividad, por la longitud por la superficie transversal del objeto,as como por la temperatura. A una temperatura dada, la resistencia es proporcional a la longituddel conductor e inversamente proporcional a su conductividad y a su superficie transversal.Generalmente, la resistencia de un material aumenta cuando crece la temperatura. El trminoresistencia tambin se emplea cuando se obstaculiza el flujo de un fluido o el flujo de calor. Elrozamiento crea resistencia al flujo de fluido en una tubera, y el aislamiento proporciona unaresistencia trmica que reduce el flujo de calor desde una temperatura ms alta a una ms baja.

    La resistencia de un conductor est definida por la siguiente expresin:

    Donde rho [] se denomina coeficiente de resistividad del material y est definido en tablas paracada tipo de material, su dimensin fsica es [.m], si la longitud del conductor se mide en metrosy su seccin normal al eje longitudinal en m2. En algunos manuales, el valor de se da como

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    [.m2/m], para l en metros y s en mm2. De la frmula, se infiere que la resistencia de un conductores proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su seccin o rea transversal.

    Ejemplo: determinar la resistencia de un conductor de cobre de 100 metros de longitud y unaseccin de 1 mm2. El coeficiente de resistividad del cobre a una temperatura de 20 C vale 1.7241x 10-8 [.m].

    Si este conductor fuera reemplazado por uno de aluminio puro, su resistencia valdra 2.66 .

    Ley de Ohm

    Es la ley fundamental en el estudio de los distintos circuitos elctricos, y recibe este nombre enhonor del fsico alemn George Simn Ohm (1787 1854). Esta ley debe su importancia a querelaciona las tres magnitudes fundamentales de un circuito elctrico: tensin, intensidad yresistencia elctrica, y se expresan como:

    U, tensin en voltios [V]. R, resistencia en ohmios []. I, intensidad en amperios [A].

    Esta ley permite, a partir de dos magnitudes conocidas, obtener la tercera. La primera ecuacinpuede expresarse como que la resistencia elctrica de un elemento es proporcional a su tensinelctrica aplicada e inversamente proporcional a la intensidad de corriente que lo atraviesa. Lasegunda, que la cada de tensin sobre un elemento es proporcional al valor hmico del elementoy a la intensidad de corriente que los atraviesa.

    La tercera, que la intensidad de corriente es funcin directa de la tensin aplicada al elemento einversamente proporcional al valor hmico de su resistencia elctrica.

    Resistencia Elctrica y Temperatura

    Se observa experimentalmente que la resistencia de un conductor depende de su temperaturaambiente en C y de su incremento o decremento de temperatura . La variacin de laresistencia con la temperatura viene dada por la ecuacin:

    Que nos da el valor final de la resistencia para un incremento de temperatura de

    un conductor si conocemos su valor inicial y final en C. R0 es la resistencia a la temperatura inicial

    y el coeficiente de correccin de temperatura que depende de la naturaleza del conductor

    [1/C]. El signo del coeficiente de temperatura , nos indica en qu sentido vara la resistencia. Si

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    es positivo, R aumenta o disminuye con el incremento o decremento de la temperatura, y si es

    negativo R disminuye al aumentar la temperatura y viceversa. Estos tipos de resistores variables

    con coeficiente negativo de temperatura se denominan resistores no hmicos, ya que no siguen la

    ley de Ohm.

    Resistencias en Serie y en Paralelo

    Por razones prcticas, cuando varias resistencias estn interconectadas entre s de cualquierforma, el conjunto se comporta como si fuese solamente una que se denomina resistenciaequivalente, y se define como una resistencia tal que al aplicarle la misma diferencia de potencialque a dicha asociacin es recorrida por la misma intensidad de corriente.Se consideran dos formas de asociacin de resistencias: en serie y en paralelo. Dos o msresistencias estn conectadas en serie cuando la corriente que circula por todas ellas es la misma,y que estn conectadas en paralelo cuando todas ellas estn sometidas a la misma diferencia depotencial. Para calcular la resistencia equivalente al conjunto de resistencias de la figura deconexin en serie basta aplicar la siguiente frmula:La resistencia equivalente de un sistema de resistencias conectadas en serie, se puede demostrar

    a partir de la Ley de Ohm que es igual a la suma de todas ellas.

    Para calcular la resistencia equivalente al conjunto de resistencias de la figura de conexin enparalelo aplicamos la siguiente frmula:

    La inversa de la resistencia equivalente de un sistema de resistencias conectadas en paralelo sepuede demostrar a partir de la Ley de Ohm, que es igual a la suma de las inversas de cada una desus componentes. A partir de esta frmula se puede encontrar la R equivalente, cuyo valorabsoluto es menor que el valor de cualquiera de ellas.

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    Caractersticas de una conexin serie:

    o La intensidad de corriente se mantiene constante por todo el circuito ya que:Es constante; por otra parte si R=R1+R2+R3,

    , siendo E la fem de la fuente y R la resistencia equivalente de la serie.

    o La suma de las cadas de tensin en cada una de las resistencias que se observa en lafigura, es igual a la cada total sobre toda la serie o sea que: U = U1+U2+U3,

    donde U1 = I.R1, U2 = I.R2, U3 = I.R3 y U = E. Esta configuracin es aprovechada en los circuitoselctricos para disear divisores de tensin resistivos.

    Ejemplo: Si el circuito anterior tiene una E = 100 Voltios, R1 = 50 Ohm, R2 = 30 Ohm y R3 = 20

    Ohm, se pide determinar:

    La resistencia equivalente del circuito. La intensidad de corriente del circuito.

    Las cadas de tensin en cada una de las resistencias.

    Desarrollo:

    Si sumamos todas estas cadas de tensin, comprobaremos

    Lo cual demuestra que el circuito serie es un divisor de tensiones (Segunda Ley Kirchoff de lastensiones para una malla cerrada).

    Caractersticas de una conexin en paralelo:

    1. La tensin sobre todas las resistencias del paralelo se mantiene constante ya que: U= U1 X R1 = U2X R2 = U3 X R3 = constante, siendo U = E.2. La suma de las intensidades de corriente sobre cada una de las resistencias que se observa en lafigura, es igual a la intensidad de corriente total I sobre el nodo de unin de las tres resistencias osea: I1 + I2 + I3 ; donde

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    , siendo U = E y R la resistencia equivalente del paralelo de resistencias. Esta configuracin estambin aprovechada en los circuitos elctricos para el diseo de divisores de corriente resistivos.Ejemplo: Se tiene una conexin en paralelo de 3 resistencias cuyos valores son 50 , 30 y 20 respectivamente, las que estn conectadas a una fuente de 100 voltios. Se pide determinar:

    1) La resistencia equivalente de la conexin.2) La intensidad total de corriente del circuito.3) Las intensidades de corriente en cada una de las resistencias.

    Desarrollo:

    Si sumamos todas estas corrientes, comprobaremos que I1 + I2 + I3 = 10.34 (A) (por aproximacin)que verifica la primera Ley de Kirchoff de las corrientes en un nodo de unin de dos o mselementos y la divisin de las corrientes. Adems, el valor de la resistencia equivalente del

    paralelo es menor que el valor de cualquiera de ellas.

    Circuitos Mixtos

    Se denominan as los circuitos semejantes al de la figura siguiente, que tienen conexionesEn serie y en paralelo.

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    Para hallar la resistencia equivalente R del circuito mixto, se calcula primero Requivalente delsistema en paralelo (R3, R4, R5) y esta Rsumada con las R1 , R2que estn conectadas en serie conella nos dan la R buscada.

    Ejemplo: si en el circuito anterior R1 = 50 , R2 = 30 y R3 = R4 = R5 = 60 y la fem E = 100 V.

    Determinar:

    La resistencia equivalente del circuito. La intensidad de corriente total del circuito. Las cadas de tensin sobre cada una de las resistencias. Las corrientes en R3, R4 y R5.

    Desarrollo:Para determinar el equivalente total, separamos el circuito en dos partes, encontramos primero elequivalente serie de R1 con R2 que denominaremos R12 y luego el equivalente paralelo de R3 con R4y R5 que denominaremos R345. R12 = R1 + R2 = 80 ; R345 = R3/3 = 60 /3 = 20 por ser las tresiguales en paralelo.

    Finalmente, R = R12 + R345 = 100 por ser una serie.

    U345 = I x R345 = 1[A] x 20[] = 20 [V] que es la tensin sobre cada una de las resistencias delequivalente paralelo formado por R3, R4 y R5, por lo tanto, U3=U4=U5= 20 [V]. Se verifica queE=U1+U2+U345= 100 [V]

    Se verifica que I = I3+ I4+ I5= 1 [A] (por aproximacin).

    Expresin de la Energa y de la Potencia Elctrica

    Si consideramos a la fuerza electromotriz (fem) y la diferencia de potencial (tensin) (ddp),respectivamente, como una causa y su efecto, podemos decir que un generador posee una fem(causa) si a circuito abierto da lugar a una ddp (efecto) entre sus terminales.Por tanto, afirmamos que entre los electrodos terminales de una pila (generador esttico) aparece

    una ddp porque existe en ella una fem que la produce, provocando en un borne un exceso decargas y en el otro un defecto que se simbolizan como positivo y negativo.En un generador de corriente elctrica, cuantitativamente, se define la fem como el cociente entrela energa t que produce y la cantidad de electricidad Q que por l circula, o bien el trabajo sobrelas cargas.

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    La fem de una fuente se mide en voltios [V] y 1[V] = 1[J]/1[C].

    Como Q = I.t, por lo tanto la potencia cedida por el generador ser:

    Siendo E la fem en Voltios e I la intensidad de corriente en Amperes que demanda el circuito, obien:

    Para la potencia de la carga o receptor que sera una potencia absorbida. Otras formas de expresarla potencia a partir de la Ley de Ohm son:

    Respectivamente. La potencia se expresa siempre en vatios en homenaje al fsico James Watts

    [W], la energa en julios [J] y el tiempo en segundos y 1 [W]= 1 [J]/1[s].La energa elctrica consumida por un dispositivo se define tambin como: e =t ya que laEnerga es equivalente al trabajo realizado por el dispositivo e = P.t=U.I.t[J] donde la energa de 1Julio es tambin la potencia desarrollada o consumida de 1 vatio durante 1 segundo. Existen otrasunidades prcticas como el [Kw-h] para medir la energa consumida por un dispositivo, medianteinstrumentos denominados contadores de energa elctrica.En un circuito cerrado se verifica que la potencia suministrada por el generador es igual a la sumade las potencias de todos los consumidores o cargas independientemente que se encuentren enserie o en paralelo, es decir:

    Para el ejemplo del circuito serie, determinar la potencia del generador y de los consumidores.

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    La corriente continua presenta grandes ventajas, entre las cuales est su capacidad para seralmacenada de una forma relativamente sencilla. Esto, junto a una serie de caractersticaspeculiares de los motores de corriente continua, y de aplicaciones de procesos electrolticos,traccin elctrica, entre otros, hacen que existen diversas instalaciones que trabajan basndose enla corriente continua.Los generadores de corriente continua son las mismas mquinas que transforman la energamecnica en elctrica. No existe diferencia real entre un generador y un motor, a excepcin delsentido de flujo de potencia. Los generadores se clasifican de acuerdo con la forma en que seprovee el flujo de campo, y stos son de excitacin independiente, derivacin, serie, excitacincompuesta acumulativa y compuesta diferencial, y adems difieren de sus caractersticasterminales (voltaje, corriente) y por lo tanto en el tipo de utilizacin.Durante el desarrollo del presente informe, el enfoque se har en relacin con el principio defuncionamiento de las distintas versiones de mquinas elctricas de corrientes continua queexisten, dado el amplio campo para las cuales son utilizadas. El entendimiento de tales mquinas,permiten al ingeniero una eficaz eleccin adems de la posibilidad de evitar situaciones en las quese produzcan accidentes a causa del uso u operacin inadecuada de los equipos que trabajan coneste tipo de energa. Los conocimientos previos de teora bsica de circuitos elctricos, sern de

    gran ayuda para comprender las funciones de cada uno de los componentes de las mquinas decorriente continua.

    1. Fundamentos de las Mquinas de Corriente Continua

    Las mquinas de corriente continua son generadores que convierten energa mecnica en energaelctrica de corriente continua, y motores que convierten energa elctrica de corriente continuaen energa mecnica. La mayora las mquinas de corriente continua son semejantes a lasmquinas de corriente alterna ya que en su interior tienen corrientes y voltajes de corrientealterna. Las mquinas de corriente continua tienen corriente continua slo en su circuito exteriordebido a la existencia de un mecanismo que convierte los voltajes internos de corriente alterna en

    voltajes corriente continua en los terminales. Este mecanismo se llama colector, y por ello lasmquinas de corriente continua se conocen tambin como mquinas con colector.

    1.1Partes bsicas de las mquinas de corriente continua realesLa mquina de corriente continua consta bsicamente de las partes siguientes:

    1.1.1 Inductor: Es la parte de la mquina destinada a producir un campo magntico, necesario paraque se produzcan corrientes inducidas, que se desarrollan en el inducido.El inductor consta de las partes siguientes:Pieza polar: Es la parte del circuito magntico situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo elncleo y la expansin polar.

    Ncleo: Es la parte del circuito magntico rodeada por el devanado inductor.Devanado inductor: es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magntico, al serrecorrido por la corriente elctrica.Expansin polar: es la parte de la pieza polar prxima al inducido y que bordea al entrehierro.Polo auxiliar o de conmutacin: Es un polo magntico suplementario, provisto o no, de devanadosy destinado a mejorar la conmutacin. Suelen emplearse en las mquinas de mediana y granpotencia.

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    Culata: Es una pieza de sustancia ferromagntica, no rodeada por devanados, y destinada a unirlos polos de la mquina.

    1.1.2 Inducido: Es la parte giratoria de la mquina, tambin llamado rotor.El inducido consta de las siguientes partes:Devanado inducido: es el devanado conectado al circuito exterior de la mquina y en el que tienelugar la conversin principal de la energa.Colector: es el conjunto de lminas conductoras (delgas), aisladas unas de otras, pero conectadas alas secciones de corriente continua del devanado y sobre las cuales frotan las escobillas.Ncleo del inducido: Es una pieza cilndrica montada sobre el cuerpo (o estrella) fijado al eje,formada por ncleo de chapas magnticas. Las chapas disponen de unas ranuras para alojar eldevanado inducido.

    1.1.3 Escobillas: Son piezas conductoras destinadas a asegurar, por contacto deslizante, laconexin elctrica de un rgano mvil con un rgano fijo.

    1.1.4 Entrehierro: Es el espacio comprendido entre las expansiones polares y el inducido; suele ser

    normalmente de 1 a 3 mm, lo imprescindible para evitar el rozamiento entre la parte fija y lamvil.

    1.1.5 Cojinetes: Son las piezas que sirven de apoyo y fijacin del eje del inducido.1.1.6 Diagrama de una mquina de corriente contina:

    1. Culata

    2. Ncleo polar

    3. Pieza polar

    4. Ncleo de polo auxiliar

    5. Pieza polar de polo auxiliar6. Inducido

    7. Arrollado del inducido

    8. Arrollado de excitacin

    9. Arrollado de conmutacin

    10. Colector

    11. Escobillas positivas

    12. Escobillas negativas

    La parte de 1 a la 5 forma el inductor. En conjunto las partes 2 y 3 se designan por polo inductor.

    La parte 6 constituye el inducido, al que va arrollado un conductor de cobre formando elarrollamiento del inducido.

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    Alrededor de los ncleos polares, va arrollando, en forma de hlice, el arrollamiento de excitacin(8). Anlogamente cada ncleo de los polos de conmutacin lleva un arrollamiento deconmutacin (9). La parte 10 representa el conmutador o colector, que est constituido por variaslminas aisladas entre s, formando un cuerpo cilndrico.

    El arrollamiento del inducido est unido por conductores con las laminas del colector; inducido ycolector giran conjuntamente. Sobre la superficie del colector rozan unos contactos a presinmediante unos muelles. Dichas piezas de contacto se llaman escobillas. El espacio libre entre laspiezas polares y el inducido se llama entrehierro.

    2. Generadores de Corriente Continua.

    Los generadores de corriente continua son lasmismas mquinas de corriente continua cuandofuncionan como generadores. Son mquinas

    que producen energa elctrica portransformacin de la energa mecnica.

    A su vez los generadores se clasifican endinamos y alternadores, segn que produzcancorriente continua o alterna, respectivamente.

    Posteriormente, cabe destacar otro tipo degeneradores (no son mquinas) quetransforman la energa qumica en la elctricacomo son pilas y acumuladores.

    1. Aislamiento2. Ventilacin controlada3. Colector4. Soporte del lado conector5. Conjunto de Escobilla6. Inducido7. Cojinetes8. Caja de Bornes

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    2. Clasificacin de Generadores de Corriente Continua

    Generador con excitacin independiente

    En este tipo de generador, la tensin en los bornes es casi independiente de la carga de lamquina y de su velocidad, ya que la tensin se puede regular por medio del restato de campo,aunque naturalmente, dentro de ciertos lmites, porque la excitacin del campo inductor no puedeaumentar ms all de lo que permite la saturacin.En la figura se representa el esquema de conexiones completo de un generador de corrientecontinua con excitacin independiente; se supone que el sentido de giro de la mquina es aderechas lo que, por otro lado, es el que corresponde a casi todas las mquinas motrices. Sihubiere que cambiar el sentido de giro, bastar con cambiar, las conexiones del circuito principal.

    Esquema de conexiones de un generador con excitacin independiente

    La instalacin de un generador de excitacin independiente, comprende lo siguiente:En el circuito principal:

    2 barras generales, una de las cuales se conecta al borne positivo del generador, y la otra al borne

    negativo.1 interruptor bipolar principal, para abrir y cerrar el circuito, que une los bornes del generador conlas barras generales. Se acciona bruscamente y nunca deber abrirse estando la mquina bajocarga mxima, porque puede producirse un arco peligroso.2 fusibles generales, que tambin podran estar instalados entre las barras generales y elinterruptor.1 ampermetro para el circuito principal del generador.

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    1 voltmetro para este mismo circuito, que debe montarse en los bornes del interruptorcorrespondientes al circuito del generador; de esta forma, se puede medir la tensin en bornes deste, aunque el interruptor est desconectado, cosa muy importante. En el circuito del voltmetroes conveniente instalar fusibles para evitar la formacin de cortocircuitos en caso de un contactoeventual entre los hilos del aparato de medida.

    En el circuito de excitacin:

    1 restato de campo provisto de dispositivo de cortocircuito para cerrar en cortocircuito el circuitode excitacin antes de interrumpirlo; de esta forma, la extracorriente de ruptura que se forma, secierra y se extingue sobre el mismo circuito de excitacin, sin producir efectos perjudiciales.1 ampermetro para medir la corriente de excitacin.2 interruptores unipolares no automticos, antes de las barras de excitacin, para aislar lamquina de dichas barras, cuando est en reposo.En el circuito de excitacin no deben instalarse fusibles porque si llegaran a fundirse, se producirauna extracorriente de ruptura muy elevada que pondra en peligro la instalacin.En caso de elevadas intensidades, conviene sustituir el interruptor principal y los fusibles por uninterruptor automtico de mxima intensidad, que sustituye ventajosamente a dichos elementos,

    con la ventaja adicional de reducir la duracin de las interrupciones del servicio, ya que resultamucho ms rpido volver a cerrar el interruptor que se ha disparado que sustituir uno o los dosfusibles fundidos.Para la puesta en marcha, antes que nada se excita el generador, para lo cual, se realizarn lassiguientes maniobras:1. Se intercala todo el restato de campo, pero sin llegar a tocar el borne de cortocircuito.2. Se cierran los interruptores unipolares del circuito de excitacin.Despus, se aumenta de forma gradual la velocidad de la mquina motriz hasta alcanzar lavelocidad de rgimen para la que est ajustado el regulador de la mquina motriz. A medida quecrece la velocidad, crece tambin la tensin indicada en el voltmetro. Si falta el contador derevoluciones en la mquina motriz, se regular su velocidad por medio del voltmetro, procurando

    que la tensin quede algo ms baja que la tensin nominal del generador.Ahora ya se puede conectar el generador al circuito exterior; pero hay que distinguir dos casos,segn que las barras estn sin tensin (por ejemplo, si el generador trabaja independientemente)o que las barras estn bajo tensin (por ejemplo, si hay bateras de acumuladores en el circuitoexterior).Cuando las barras estn sin tensin, se acopla el generador, cerrando el interruptor general;despus de una manera gradual, se va conectando la carga maniobrando al mismo tiempo elrestato de campo, aumentando gradualmente la corriente de excitacin, para mantener, en loposible, constante la tensin en los bornes del generador.Cuando en la red estn acopladas bateras de acumuladores se cierran primero los interruptoresde alimentacin de las bateras, pero el interruptor general del generador, se cerrar solamentecuando ste haya alcanzado una tensin en bornes igual a la tensin de las barras, para lo que ha

    de disponerse de un segundo voltmetro que mida esta tensin o, por lo menos, proveer alvoltmetro del generador, del correspondiente conmutador del voltmetro; si no se tomase staprecaucin, las bateras descargaran sobre el generador el cual, funcionando como motor,tendera a arrastrar a la mquina motriz. Si el generador est provisto de un interruptorautomtico de mnima (lo que es conveniente, para evitar que las bateras se descarguen sobre l),es necesario conectarlo antes de la puesta en marcha y desconectarlo cuando la mquina esttodava en funcionamiento, antes de la parada de sta.

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    Durante el funcionamiento bajo carga del generador hay que tener en cuenta que cualquiervariacin en la carga, conduce a una variacin de la tensin en el generador, que es necesarioregular, actuando sobre el restato de campo. Hay que tomar en cuenta que intercalandoresistencias en dicho restato, se disminuye la corriente de excitacin, por lo tanto, tambin latensin en bornes del generador y, como consecuencia se disminuye la corriente principal;eliminando resistencias del restato de campo, se consigue los efectos contrarios.Este restato debe maniobrarse gradualmente, no de forma brusca, para evitar fluctuaciones detensin en los bornes de los aparatos consumidores. Es conveniente parar la maniobra delrestato, cuando la tensin en bornes del generador sea algo inferior a la tensin nominal porquelos efectos debidos a las variaciones de la resistencia del circuito tardan cierto tiempo enmanifestarse; como consecuencia, la tensin seguir variando algo, a pesar de haber terminado lamaniobra.La carga del generador no ha de superar el lmite mximo para el que ha sido construida lamquina; por esta razn, debe instalarse un ampermetro con objeto de vigilar constantemente elestado de carga del generador y, adems, como garanta de que la mquina suministraefectivamente corriente.La parada se efecta con los mismos cuidados prescritos para la puesta en marcha. Es muy

    peligroso abrir el interruptor general de la mquina cuando sta se encuentra todava en carga,por la elevada extracorriente de ruptura que se producira, lo que ocasionara chispas en elinterruptor y en el colector del generador y una brusca variacin de los esfuerzos mecnicos, loque puede ocasionar grandes averas en los rganos mecnicos.Por lo tanto, resulta esencial descargar la mquina de forma gradual, maniobrando lentamente elrestato de campo de forma que se intercalen resistencias; se observarn las indicaciones delampermetro y cuando la carga se aproxime a cero, se abrir el interruptor principal de lamquina.Ahora la mquina est descargada pero no desexcitada, es decir, que todava existe tensin entresus bornes. Para desexcitarla, se cierra el circuito de excitacin sobre s mismo y,simultneamente, se abre su comunicacin con una de las barras de excitacin, dejando cerrada la

    otra comunicacin. Esto se obtiene con el restato de campo de borne de cortocircuito, llevandola palanca hasta el ltimo contacto q. Despus de esto, se abren los interruptores unipolares de lasbarras de excitacin, con lo que el circuito de excitacin queda aislado de la alimentacin y lamquina queda desexcitada.Se debe hacer, finalmente, unas observaciones sobre el cambio del sentido de giro. Puede ocurrirque sea necesario invertir el sentido de giro, sin invertir la polaridad del generador, por ejemplo,cuando hay acopladas en paralelo, bateras de acumuladores, u otros dispositivos de polaridadobligada; en este caso, habr que invertir el sentido de la corriente en el circuito de excitacin, esdecir, la polaridad de los conductores que alimentan dicho circuito desde las barras de excitacin;con esto, el generador se descebar pero se cebar inmediatamente con polaridad contraria.Tambin conviene advertir que si se invierte el sentido de giro, se tendr que invertir tambin laposicin de las escobillas, si stas son metlicas, de forma que queden tangentes al colector. En

    todo caso, es necesario cambiar la lnea de situacin de las escobillas, en el sentido de movimientodel generador.El sentido de rotacin est indicado por una flecha o por la rotacin de la mquina motriz ytambin se puede hallar observando el desplazamiento de las escobillas respecto de la lneaneutra, que est dirigido hacia adelante, es decir, en el sentido del movimiento del generador.

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    Generador con excitacin en paralelo (shunt)

    El generador con excitacin shunt suministra energa elctrica a una tensin aproximadamenteconstante, cualquiera que sea la carga, aunque no tan constante como en el caso del generadorcon excitacin independiente. Cuando el circuito exterior est abierto, la mquina tiene excitacinmxima porque toda la corriente producida se destina a la alimentacin del circuito de excitacin;por lo tanto, la tensin en bornes es mxima. Cuando el circuito exterior est cortocircuitado, casitoda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y la excitacin es mnima, la tensindisminuye rpidamente y la carga se anula. Por lo tanto, un cortocircuito en la lnea nocompromete la mquina, que se desexcita automticamente, dejando de producir corriente. Estoes una ventaja sobre el generador de excitacin independiente en donde un cortocircuito en lneapuede producir graves averas en la mquina al no existir ste efecto de desexcitacin automtica.Respecto a los generadores de excitacin independiente, los generadores shunt presentan elinconveniente de que no pueden excitarse si no estn en movimiento, ya que la excitacinprocede de la misma mquina.El circuito de excitacin no lleva fusibles por las razones ya indicadas en el caso del generador deexcitacin independiente; en este circuito no es necesario un interruptor porque para excitar la

    mquina simplemente hay que ponerla en marcha y para desexcitarla no hay ms que pararla. Elampermetro en el circuito de excitacin puede tambin suprimirse, aunque resulta convenientesu instalacin para comprobar si, por alguna avera, el generador absorbe una corriente deexcitacin distinta de la normal.Cuando se dispone permanentemente de tensin en las barras especiales generales, muchas vecesse prefiere tomar la corriente de excitacin de stas barras y no de las escobillas del generador, esdecir, si al poner en marcha el generador hay tensin en las barras generales, la mquina secomporta como generador de excitacin independiente; si no hay tensin, como generador shunt.Para la puesta en marcha, debe cuidarse de que el interruptor general est abierto y que elrestato de campo tiene todas las resistencias intercaladas en el circuito. En estas condiciones, sepone en marcha la mquina motriz, aumentando paulatinamente su velocidad hasta que ste

    alcance su valor nominal, al mismo tiempo, aumenta la corriente de excitacin y, por lo tanto, latensin en los bornes del generador lo que indicar el voltmetro.Si en la red no existen bateras de acumuladores, se acopla a ella el generador a una tensin algoinferior a la nominal; para conseguir esta tensin, se maniobra el restato de campopaulatinamente, quitando resistencias.No resulta conveniente acoplar el generador a la red antes de excitarlo o a una tensin muy baja,porque si la resistencia exterior fuese muy baja (es decir, que la red estuviese en condicionesprximas al cortocircuito), la corriente de excitacin sera muy pequea e insuficiente para excitarla mquina.De la misma forma que para el caso del generador con excitacin independiente, si en la redhubiese bateras de acumuladores, se cerrar el interruptor general, solamente cuando la tensinen los bornes de la mquina sea igual a la tensin de la red.

    Conviene atender a que las bateras de acumuladores no descarguen sobre la mquina, para locual es conveniente que el circuito del generador est provisto de un interruptor de mnimatensin, que debe montarse tal como se indica en la siguiente figura.

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    Esquema de conexiones de un generador con excitacin shunt e interruptor de mnima tensin.

    Cuando se necesite detener el generador, se descargar, disminuyendo la excitacin por medio delrestato de campo teniendo cuidado de que las bateras no se descarguen sobre el generador y,por lo tanto, manteniendo siempre la tensin nominal. Si no hay bateras acopladas a la red,puede disminuirse la velocidad de la mquina motriz. En cuanto el ampermetro indique una

    intensidad de corriente nula o casi nula, se abre el interruptor principal, y se detiene la mquinamotriz. Por efecto de la inercia, el gobernador seguir girando durante algn tiempo y sedesexcitar gradualmente; si hubiera necesidad de desexcitarlo rpidamente, se abrir el circuitode excitacin con las debidas precauciones y se frenar el volante de la mquina motriz.Los generadores shunt se recomiendan cuando no haya cambios frecuentes y considerables decarga o bien cuando haya elementos compensadores, tales como generadores auxiliares, baterasde acumuladores, entre otros.Si existen acumuladores como reserva o para servicios auxiliares tambin se recomienda este tipode generador, ya que la mquina no corre el peligro de que se invierta la polaridad del circuito deexcitacin; en efecto, cuando el generador carga la batera la corriente tiene el sentido de la flechade lnea continua, y atraviesa la batera desde el polo positivo al polo negativo. Si por una causaaccidental (por ejemplo, una prdida de velocidad en el generador), disminuye la tensin de la

    mquina y queda inferior a la de la batera, la corriente suministrada por la batera, atraviesa lamquina en sentido opuesto, entrando por el borne positivo y saliendo por el negativo, pero en elcircuito de excitacin circula en el mismo sentido de la corriente producida cuando la mquinafuncionaba como generador; en consecuencia, la mquina funciona ahora como motor, y continagirando en el mismo sentido que tena antes, cuando funcionaba como generador. De lo dicho,puede deducirse fcilmente, que el generador shunt puede acoplarse en paralelo sin peligro conotros generadores, an en el caso de que por causa de una avera accidental en el regulador de lamquina motriz, un generador sea conducido como motor por otro generador.

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    Carga de una batera de acumuladores con un generador de excitacin shunt

    En lo que se refiere al cambio de sentido de giro, es necesario cambiar las conexiones del circuitodel inducido, porque hacindolo as se invierte solamente la polaridad del circuito del inducidopero no la del circuito de excitacin, con lo que se evita que la mquina se descebe. No debentocarse las conexiones de los polos de conmutacin, pero s el ngulo de descalado de lasescobillas.

    Generador con excitacin en serie

    La excitacin de un generador en serie se lleva a cabo cuando los devanados de excitacin y delinducido se conectan en serie y, por lo tanto la corriente que atraviesa el inducido en este tipo degenerador es la misma que la que atraviesa la excitacin. Este ltimo devanado, est constituidopor pocas espiras con hilo conductor de gran seccin, pues la f.e.m. necesaria para producir elcampo principal se consigue con fuertes corrientes y pocas espiras.

    Conexin con excitacin en serie

    La intensidad es la misma para el inducido, la carga y el devanado de excitacin. Por tanto:I i = Ic = Ie = I

    La ecuacin para el inducido y excitacin ser:

    Vc = Ei - (Ri + Re) I = kn-(Ri + Re) I

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    La curva de magnetizacin se podr expresar como:

    = f (I)

    Teniendo en cuenta la Ec. 1 y la Ec. 2 se obtiene:

    Vc = knf (I) - (Ri + Re) I

    La representacin de Vc frente a I, dada por la Ec. 3, es la caracterstica de carga del generadorpara una velocidad de giro del rotor constante. Se observa que, en vaco la intensidad ser nula yla pequea tensin se deber al magnetismo remanente. A medida que aumenta la intensidad,como consecuencia de la disminucin de la resistencia de carga Rc, la tensin aumenta poraumento de f (I) y por no ser muy grande la cada de tensin (Ri + Re) I.Pero llega un momento en que f (I) no aumenta mucho como consecuencia de la saturacin delmaterial ferromagntico, y, adems, tiene tambin su efecto la cada (Ri + Re) I y la tensin noaumenta, llegando aun mximo para luego disminuir hasta cero, quedando el generador encortocircuito con una intensidad Icc.

    Generador con excitacin compound

    El generador con excitacin compound tiene la propiedad de que puede trabajar a una tensinprcticamente constante, es decir, casi independiente de la carga conectada a la red, debido a quepor la accin del arrollamiento shunt la corriente de excitacin tiende a disminuir al aumentar lacarga, mientras que la accin del arrollamiento serie es contraria, o sea, que la corriente deexcitacin tiende a aumentar cuando aumente la carga. Eligiendo convenientemente ambosarrollamientos puede conseguirse que se equilibren sus efectos siendo la accin conjunta unatensin constante cualquiera que sea la carga. Incluso, se puede obtener dimensionandoconvenientemente el arrollamiento serie, que la tensin en bornes aumente si aumenta la carga,

    conexin que se denomina hipercompound y que permite compensar la prdida de tensin en lared, de forma que la tensin permanezca constante en los puntos de consumo.El generador compound tiene la ventaja, respecto al generador shunt, de que no disminuye sutensin con la carga, y, adems, que puede excitarse aunque no est acoplado al circuito exterior,tal como vimos que suceda en el generador shunt. Durante la puesta en marcha, funciona comoun generador shunt una vez conectado a la red, la tensin en bornes del generador shunt,tendera a disminuir si no fuera por la accin del arrollamiento serie, que compensa estatendencia. Es decir, que el arrollamiento serie sirve para regular la tensin del generador, en elcaso de que la resistencia exterior descienda ms all de cierto lmite.En la figura se expresan las conexiones completas de un generador compound. Las maniobrasrelativas a la puesta en marcha, parada y regulacin de un generador compound, son idnticas alas estudiadas para un generador shunt.

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    Esquema de conexiones de un generador con excitacin compound

    Un generador compound no puede utilizarse para cargar bateras de acumuladores.Si la contra tensin de la batera es mayor que la tensin en bornes del generador, la corriente enel circuito pasa en sentido contrario por la excitacin en serie; si esta corriente es mayor que lacorrespondiente al arrollamiento shunt, estando tambin invertida la polaridad del inducido,

    mientras que el sentido de rotacin permanece invariable, el generador est en serie con labatera lo que facilita la descarga peligrosa.Para invertir el sentido de giro, sin suprimir el magnetismo remanente, es necesario invertir lasconexiones de los dos circuitos de excitacin; de esta forma, queda invertida solamente lapolaridad de las escobillas.El generador compound (igual que suceda con el generador de excitacin independiente), nopuede funcionar en cortocircuito porque entonces, la accin del arrollamiento serie puede llegar aser superior al efecto del arrollamiento shunt, y como consecuencia la corriente en el inducidopuede alcanzar un valor de dos a tres veces mayor del normal, con el consiguiente peligro para losarrollamientos de la mquina.

    Aplicaciones de los Generadores

    El papel ms importante que desempea el generador de corriente continua es alimentar deelectricidad al motor de corriente continua. En esencia produce corriente libre de rizo y un voltajefijo de manera muy precisa a cualquier valor deseado desde cero hasta la mxima nominal; sta esen realidad corriente elctrica de corriente continua que permite la mejor conmutacin posible enel motor, porque carece de la forma de las ondas bruscas de energa de corriente continua de losrectificadores. El generador tiene una respuesta excelente y es particularmente apropiado para el

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    control preciso de salida por reguladores de retroalimentacin de control adems de estar bienadaptado para producir corriente de excitacin de respuesta y controlada en forma precisa tantoara mquinas de corriente alterna como para mquinas de corriente continua.El campo de aplicacin del generador con excitacin independiente, es general, siempre que sedisponga de una lnea independiente de corriente continua. Sin embargo, debe hacerse laadvertencia de que estas mquinas nunca deben trabajar en cortocircuito, pues existe el peligro

    de quemarlas; esto procede, segn puede comprenderse fcilmente de la independencia entre elcircuito inducido y el circuito de excitacin. Bsicamente, los generadores con excitacinindependiente tienen, dos aplicaciones tpicas: una, como amplificador-multiplicador; y la otra,como tacmetro.Los generadores con excitacin serie ya no se emplean en las centrales. Se emplearon hace yaalgn tiempo para la alimentacin de grandes circuitos de lmparas de arco, pero estas lmparashan sido sustituidas por otros tipos ms modernos, como por ejemplo, las lmparas de xenn. Losgeneradores con excitacin en serie tienen aplicacin en aquellas actividades en las que se preciseuna intensidad prcticamente constante, como puede ser en equipos de soldaduras y endeterminados sistemas de alumbrados.Los generadores compound, tienen aplicacin en las centrales para traccin elctrica que precisan

    de una tensin constante y en todos aquellos casos en que se haya de contar con variacionesbruscas de carga, como sucede en los talleres con gras de gran potencia, laminadores, etctera;suponiendo que no se disponga de sistemas compensadores, y que se desee la mayor constanciaposible para la tensin en las barras colectoras. Tambin puede emplearse en pequeasinstalaciones que precisen de tensin constante, sustituyendo al generador shunt, para evitar unavigilancia continua a causa de las variaciones de carga; sin embargo, hay que tener en cuenta que,en este caso, la autorregulacin no es perfecta por lo que, en instalaciones de mayor importanciaen que se desee una tensin constante sin vigilancia, debe sustituirse el generador compound porotros procedimientos.Los generadores con excitacin mixta (compound) son utilizados en el sistema de generacin deenerga elctrica de cc en aviones polimotores, en los que existe un generador para cada motor y

    se realiza un acoplamiento en paralelo de los mismos para atender a toda la energa elctricanecesaria.2.3 Regulacin de la tensin en Generadores de Corriente ContinuaLa necesidad de mantener la tensin en bornes de un generador dentro de unos mrgenesdeterminados surge en los generadores con excitacin en paralelo o mixta. Esto se debe a queeste tipo de generadores son utilizados como fuentes de tensin constante en los sistemas depotencia con corriente continua, y se hace necesario que la tensin en los mismos vare lo menosposible cuando lo hace la carga conectada a los mismos.La tensin vara bsicamente, o porque la carga conectada se modifica o porque la velocidad dearrastre del generador no es constante, por ambas cosas a la vez.Aumentando la velocidad se compensarn las cadas de tensin, y disminuyndola secompensarn las elevaciones de tensin. Esta variacin se consigue haciendo pasar ms o menos

    intensidad por el devanado de excitacin. Una forma fcil de conseguirlo es intercalando unaresistencia variable en la rama del devanado de excitacin. Cuanto mayor sea el valor de Rx, mspequea ser la intensidad de excitacin Ie, y viceversa para valores pequeos o nulos de Rx, lacorriente Ie aumentar.La variacin de Rx en los reguladores de tensin reales de los generadores de corriente continuase consigue de una manera automtica por tres procedimientos distintos. El primero se denominade contacto vibrante, el segundo, de pila de carbn y el tercero electrnico.

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    El primer proceso denominado de contacto vibrante consiste en intercalar una resistencia fijacortocircuitada con un contacto que puede abrirse y cerrarse por la accin de una bobina y unmuelle.Si la tensin aumenta respecto de un valor fijado, la bobina vence la accin del muelle, y elcontacto se abre, dando lugar a que la resistencia quede intercalada y, por tanto, la intensidaddisminuir, lo cual har que la tensin disminuya por haber disminuido el flujo magntico.Si la tensin disminuye de un valor determinado, la bobina no atrae lo suficiente al contacto y elmuelle cierra dicho contacto, haciendo pasar toda la corriente de excitacin por el mismo, y as laintensidad aumentar, dado lugar a un aumento de tensin.En la prctica, el contacto est continuamente abriendo y cerrando (vibrando) y, segn sufrecuencia de vibracin, el valor efectivo de resistencia intercalado es mayor o menor, con lo quese consigue una variacin de la resistencia. La regulacin obtenida no es muy precisa ya que latensin resultante oscila en los mrgenes del 10 % del valor nominal. El contacto se deteriora conel tiempo debido al arco elctrico que se produce en los cierres y aperturas, si bien este efecto seminimiza gracias a un condensador que se intercala entre dichos contactos. El muelle puedeajustarse para conseguir un valor nominal determinado, pero con el tiempo pierde su elasticidad.El sistema de pila de carbn se basa en la diferente resistencia hmica que tienen una serie de

    discos de carbn sometidos a una presin determinada. Cuanto mayor es la presin mecnicaentre los discos, mejor es el contacto elctrico y, en consecuencia, la resistencia hmica es mspequea. Por el contrario, si la presin mecnica entre los discos disminuye, el contacto elctricoes malo y la resistencia hmica alta. La pila de carbn se encuentra sometida a una presindeterminada por la accin de un muelle y dicha accin es contrarrestada por la fuerza de unabobina que est conectada a la tensin. Si la tensin aumenta, la fuerza de la bobina atrae almuelle y la presin mecnica entre los discos es menor, con lo que la resistencia de la pila decarbn es mayor, dando lugar a que la intensidad de excitacin disminuya y, en consecuencia, a ladisminucin del flujo y de la tensin. Si la tensin disminuye, la resistencia de la pila disminuye alser mayor la accin del muelle y, por tanto, aumentar la intensidad de excitacin y, enconsecuencia, la tensin.

    El clculo del valor mximo y mnimo de la resistencia de la pila de carbn se hace teniendo encuenta la expresin:

    Vc= Ei-RiIi = kn RiIi

    Dnde Ei es la tensin en bornes y tiene un valor que coincide con la f.e.m correspondiente a lavelocidad y excitacin con las que est funcionando el generador, o lo que es igual kn y lascondiciones de mxima y mnima velocidad de giro del generador, as como la corriente nominalde carga del mismo. As, por ejemplo, cuando el generador gira a la mxima velocidad en vaco (sincarga), la resistencia a intercalar ser mxima. Por el contrario, cuando gire a la velocidad mnimay el consumo sea el nominal, la resistencia a intercalar ser la mnima posible para asegurar elvalor de Vc prefijado.

    La regulacin que se obtiene con este sistema es ms precisa que con el de contactos vibrantes,llegando a ser del orden del 5% de la tensin nominal prefijada. El sistema es tambin bastanterobusto y requiere de unas aletas de disipacin del calor producido al pasar la corriente por losdiscos de carbn. Este sistema se utiliza bsicamente en los aviones, si bien ya se va sustituyendopor un control electrnico.El sistema electrnico de regulacin de tensin de generadores de corriente continua consiste encontrolar la intensidad media de excitacin por dispositivos de estado slido, tal como untransistor de potencia. La corriente de excitacin es controlada por un transistor, segn la tensin

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    de base. El circuito de control toma seal de la tensin de salida y, segn sea su valor, proporcionala tensin de base adecuada para que la corriente de excitacin sea la necesaria para mantener latensin constante. Este sistema, al no contener partes mviles, es, a la vez robusto y demantenimiento nulo. nicamente hay que procurar la refrigeracin adecuada del transistor paraasegurar su correcto funcionamiento. La regulacin que se obtiene es mucho ms precisa que enlos casos anteriores, pudiendo llegar a ser del orden del 1 % de la tensin nominal. Este sistemaes el que se va utilizando con mayor profusin en las instalaciones, tanto de automviles como deaviones. Los circuitos de control y el transistor van cubiertos en un mismo bloque, siendo slovisibles, exteriormente, los terminales correspondientes.

    Rendimiento de las Mquinas de Corriente Continua

    El rendimiento de una mquina elctrica de corriente continua est expresado, por la expresin:

    n = potencia suministrada / potencia absorbida (Exp.1)

    Tambin puede expresarse de esta forma:

    n = potencia suministrada / (potencia suministrada + prdidas de potencia) (Exp. 2)

    Tambin como:

    n = potencia absorbida - prdidas de potencia / potencia absorbida (Exp. 3)

    Por lo tanto, si las prdidas de la mquina se conocen, se puede obtener el rendimientocorrespondiente a cualquier potencia til o absorbida.Como que se hacen intervenir magnitudes elctricas ms bien que mecnicas en lasdeterminaciones de rendimientos, la Exp.1 se aplica a los generadores (potencia til elctrica) y la

    Exp.3 a los motores (potencia absorbida elctrica).El rendimiento puede determinarse midiendo simultneamente la potencia til (suministrada) y laabsorbida y tomando su relacin de la Exp.1. Con frecuencia, esto es muy difcil o impracticable.Aunque en un generador es sencillo medir la potencia til con aparatos elctricos, es en cambiodifcil la potencia motriz, ya que requiere la medida del par. Si se dispone de un dinammetroelctrico, se simplifica mucho la medicin, pero esta clase de dinammetro no se disponeordinariamente ms que en equipos especiales. Con los motores, se determina fcilmente lapotencia absorbida, con aparatos elctricos, y la til mediante un freno de Prony o undinammetro. Sin embargo, excepto para potencias pequeas, es difcil absorber la energa en unfreno de Prony, y tambin los dinammetros son instrumentos especiales y limitados hastapotencias de 100 caballos. Tanto para los motores como los generadores, especialmente parapotencias elevadas, es con frecuencia imposible suministrar y absorber la energa que se necesita

    para la prueba.Tambin, cuando se emplea la Exp.1, un error porcentual en, la potencia til o en la absorbidaconduce al mismo error porcentual en el rendimiento, y como la precisin de los aparatoselctricos es elevada, la diferencia entre la potencia til y la absorbida suele ser pequea, y laExp.1 no resulta muy precisa. En las Exp.2 y 3, excepto para pequeas cargas, las prdidas sonpequeas, comparadas con la potencia til o la absorbida, y cualquier error que se produzca en laevaluacin de las prdidas afecta el rendimiento nicamente en una fraccin pequea del mismo.

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    De aqu que, en muchos casos, se prefiera utilizar las Exp.2 y 3, para la determinacin delrendimiento de los aparatos elctricos.Por otra parte las prdidas se pueden dividir en 2 grandes grupos:Las prdidas de marcha en vaco Po que comprenden las que hemos llamado prdidas en vaco y,adems, las prdidas por excitacin. Las primeras son constantes puesto que su valor no dependede la carga ni de la corriente del inducido. Las prdidas por excitacin son proporcionales alcuadrado de la corriente de excitacin pero, en conjunto, resultan muy pequeas en comparacincon las anteriores. Por lo tanto, se puede decir que las prdidas de marcha en vaco sonsensiblemente constantes, es decir,

    Po = a = constante

    Las prdidas de marcha en carga Pj que dependen, esencialmente, de la corriente del inducido yson proporcionales al cuadrado de dicha corriente, excepto en lo que se refiere a las prdidasadicionales que, por ser de valor muy pequeo respecto a las anteriores, no se tienen en cuenta.En resumen, que las prdidas de marcha en carga son proporcionales al cuadrado de la corrientedel inducido:

    Pj = b I2

    Finalmente, la potencia suministrada equivale:

    Pb = Ub I

    Es decir, que resulta proporcional a la corriente de carga.Por lo tantoPb = KI

    El rendimiento puede expresarse de la siguiente manera:

    n = KI/ (KI+a+bI2)

    Si se trata de un generador, la potencia mecnica Pm es la absorbida por el generador.

    Pm = Pb + Pp

    La potencia Pb es la suministrada. Para un generador, el rendimiento est expresado por.

    n = Pb/Pm =Pb / (Pb + Pp)

    Si se trata de un motor, la potencia elctrica en bornes Pb es la absorbida por la mquina, y lapotencia mecnica Pm es la suministrada, en este caso:

    Pb = Pm + Pp

    => Pm = PbPp

    Para un motor, la expresin del rendimiento es:

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    n = Pm/ Pb = (Pb- Pp) / Pp = Pm/ (Pm + Pp)

    Curva de rendimiento

    La curva de rendimiento proporciona la variacin del rendimiento de una mquina de corrientecontinua, en funcin de la carga de la misma, o sea la caracterstica = f (I).Son cargas pequeas, y debido a la influencia de las prdidas de marcha en vaco, las cuales sonconstantes, el rendimiento es muy bajo, pero a medida que crece la carga, crece tambin elrendimiento hasta alcanzar un mximo situado generalmente en las proximidades de la abscisacorrespondiente a 0,7 In. A partir de este punto, el rendimiento vuelve a disminuir pero con unapendiente menos pronunciada; esto es debido a que, las prdidas de marcha en carga crecen conel cuadrado de la corriente: en el caso de cortocircuito, el rendimiento volvera a ser nulo.A partir de la expresin del rendimiento hallada anteriormente se determina la condicin derendimiento mximo. Para que se cumpla esta condicin, la primera derivada ha de ser nula, o sead /dI = 0.Realizando operaciones se obtiene que a = bI2 o sea que la condicin de rendimiento mximo esque las prdidas de marcha en vaco y las prdidas de marcha en carga sean iguales.

    Por lo tanto, para mquinas que hayan de trabajar a cargas parciales, conviene reducir el valor delas prdidas constantes.Conviene tambin que la mquina no marche con carga dbil pues, de la expresin anterior y de lacurva de rendimiento se deduce que el rendimiento es muy bajo en estos casos; por lo tanto, noes aconsejable emplear mquinas cuya potencia sobrepase excesivamente la potencia necesariapara el servicio en cuestin.

    Prdidas y eficiencia

    Prdida I2R de cobre de armadura:

    A 75C la resistividad de cobre es 8.25 x10-7 /in3. Por lo tanto, para un devanado de armadura deZ conductores, cada uno con una longitud de MLT/2 (la mitad de una vuelta de longitud media dela bobina), cada uno con un rea de seccin transversal de A y dispuestos en varios circuitosparalelos, la resistencia es:Ra = Z ohmLa MLT (vuelta de longitud media) se encuentra mejor por diseo, pero un valor aproximado esMLT = 2[(1.35) (paso polar) + (longitud de rotor) 3].Tambin hay prdidas de corriente parsita en las bobinas del rotor, pero stas puedenmantenerse al mnimo por el entramado de conductor; en la prdida de carga se incluye unatolerancia para estas prdidas.

    Prdidas I2R de campo de compensacin, de conmutacin y serie:

    Estos cambios tambin transportan la corriente de lnea, y las prdidas I2R se encuentranfcilmente cuando se conoce la resistencia de las bobinas. Su MLT se encuentra en diagramas. A75C.R= p ohmEn donde R es la resistencia de campo en ohm, T es el nmero de vueltas por bobina, p es elnmero de polos, MLT es la longitud media de vuelta y A es el rea del conductor.

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    E1 total de estas prdidas oscila entre 60 y 100% de la I2 R de armadura para mquinascompensadas y es menor que 50% para mquinas no compensadas.

    Prdidas I2R de carbones:

    Esta prdida es ocasionada por la corriente de carga que pasa por la cada de voltaje de contactoentre los carbones y el conmutador. La cada de contacto se supone que es un voltio.Prdida I2 R del carbn = 2 (amperes de lnea) watts

    Prdida de carga:

    La presencia de corriente de carga en los conductores de armadura resulta en distorsiones de flujoalrededor de las ranuras, en el entrehierro y las caras polares. Estas distorsiones causan prdidasen los conductores y en el hierro que son difciles de calcular y medir. Se ha fijado un valorestndar en 1% de la salida de mquina.Prdida de campo en derivacin:Los clculos de calentamiento se relacionan slo con la prdida I2 R cobre de campo. Se

    acostumbra, sin embargo, cargar la mquina con cualesquiera prdidas de restato al determinarla eficiencia.Prdida de restato y campo en derivacin = IfVex wattsEn donde If es la corriente total de campo y Vex es el voltaje de excitacin.

    Prdida de ncleo:

    El flujo en cualquier porcin de la armadura pasa por p/2.c/r (ciclos por revolucin) o por (p/2)[(r/min)/60] Hz.Las prdidas de hierro estn formadas por la prdida de histresis, que es igual a K. 1.6fw watts, y

    la prdida de corriente de remolino, que es igual a Ke. (Ft)2 w watts. K es la constante de histresisdel hierro usado, Ke es una constante inversamente proporcional a la resistencia elctrica delhierro, es la densidad mxima de flujo en lneas por pulgada cuadrada, f es la frecuencia en hertz,w es el peso en libras, y t es el grueso de las laminaciones del ncleo en pulgadas.La prdida de remolino se reduce al usar hierro con resistencia elctrica tan alta como sea factible.El hierro de muy alta resistencia presenta una tendencia a tener baja permeabilidad de flujo y aser mecnicamente quebradizo y costoso; raras veces se justifica su uso en mquinas de corrientecontinua. La prdida se mantiene a un valor aceptable mediante el uso de laminaciones delgadasde ncleo, de 0.017 a 0.025 in de grueso.Aun as, hay otras prdidas en el ncleo que pueden diferir grandemente incluso en mquinasidnticas y que no se prestan a clculos. Estas prdidas son:Prdida debida al limado de ranuras: Cuando se han ensamblado las laminaciones, se encontrar

    en algunos casos que las ranuras son speras y deben limarse para evitar cortar el aislamiento debobina. Esto introduce rebabas en las laminaciones y tiende a poner en cortocircuito la resistenciainterlaminar.Las prdidas en el cepo (o manguito) slido, placas de extremo de ncleo y soportes de bobina deflujos de fuga pueden ser considerables.Las prdidas debidas a distribucin no uniforme de flujo en el ncleo de rotor son difciles deanticipar. Al calcular la densidad de ncleo, se acostumbra suponer distribucin uniforme sobre laseccin del ncleo. Sin embargo, el flujo toma la trayectoria de menor resistencia y se concentra

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    tras los dientes hasta que la saturacin la obliga a pasar en las trayectorias ms largas y menosusadas que se encuentran abajo. Como resultado de la concentracin, la prdida de ncleo, que esaproximadamente proporcional al cuadrado de la densidad, es mayor que lo calculado.Por lo tanto, no es posible predeterminar la prdida total del ncleo mediante el uso de frmulasfundamentales. En consecuencia, los clculos de prdida de ncleo para nuevos diseos se basanpor lo general en los resultados de pruebas en mquinas similares construidas bajo las mismascondiciones.

    Prdida por friccin de carbones:

    Esta prdida vara con la condicin de la superficie del conmutador y el grado de cepillera decarbn utilizada. Una mquina tpica tiene una prdida de alrededor de 8 W/ (in2 de superficie decontacto de carbn) (1000 ft/min) de velocidad perifrica cuando se usa una presin normal decarbn de 2 Ib/in2.Friccin de carbn = (8) (rea de contacto) (velocidad perifrica/l000)

    Friccin y resistencia al viento:

    La mayor parte de las mquinas de corriente continua grandes usan cojinetes de metal babbitt ymuchas mquinas pequeas utilizan cojinetes de bolas o rodamientos, aun cuando ambos tipos decojinetes se pueden usar en mquinas de cualquier tamao. Las prdidas de friccin de cojinetesdependen de la velocidad, la carga del cojinete y la lubricacin. Las prdidas por resistencia alviento dependen de la construccin del rotor, su velocidad perifrica y las restricciones de lamquina al movimiento del aire. Las dos prdidas se concentran en la mayor parte de los clculosdebido a que no es prctico separarlas durante las pruebas de las mquinas.3. Motores de Corriente ContinuaLos motores de corriente continua se usan en una amplia variedad de aplicaciones industriales envirtud de la facilidad con la que se puede controlar la velocidad. La caracterstica velocidad-par se

    puede hacer variar para casi cualquier forma til. Es posible la operacin continua sobre un rangode velocidades de 8:1. En tanto que los motores de corriente alterna tienden a pararse, losmotores de corriente continua pueden entregar ms de cinco veces el par nominal (si lo permite laalimentacin de energa elctrica). Se puede realizar la operacin en reversa sin conmutar laenerga elctrica.

    Clases de motores de corriente contina:

    Se pueden dividir dentro de dos grandes tipos:> Motores de imn permanente, entre ellos: Motores de corriente contina sin escobilla. Servomotores.

    > Y en capacidades nominales de fracciones de caballo de potencia y los motores de corrientecontinua de campo devanado, los que a su vez se clasifican como:

    Motor en derivacin, en el que el devanado del campo est conectado en paralelo con laarmadura. Motor devanado en serie, en el que el devanado del campo est conectado en serie con laarmadura.

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    Motor en compound, en el que se tiene un devanado del campo en serie y otro enparalelo.

    Ms adelante, la clasificacin de los motores segn el tipo de excitacin se profundizar en lossistemas de excitacin de las mquinas de corriente continua.

    Motores de corriente contina de imn permanente:

    Existen motores de imn permanente (PM, permanent magnet), en tamaos de fracciones decaballo y de nmeros pequeos enteros de caballos. Tienen varias ventajas respecto a los del tipode campo devanado. No se necesitan las alimentaciones de energa elctrica para excitacin ni eldevanado asociado. Se mejora la confiabilidad, ya que no existen bobinas excitadoras del campoque fallen y no hay probabilidad de que se presente una sobre velocidad debida a prdida delcampo. Se mejoran la eficiencia y el enfriamiento por la eliminacin de prdida de potencia en uncampo excitador. As mismo, la caracterstica par contra corriente se aproxima ms a lo lineal. Unmotor de imn permanente (PM) se puede usar en donde se requiere un motor por completoencerrado para un ciclo de servicio de excitacin continua.

    Los efectos de la temperatura dependen de la clase de material que se use en el imn. Losmotores de nmero entero de caballos de potencia con imanes del tipo Alnico resultan menosafectados por la temperatura que los que tienen imanes de cermica, porque el flujo magntico esconstante. Por lo comn, los imanes de cermica que se utilizan en los motores de fraccin decaballo tienen caractersticas que varan con la temperatura muy aproximadamente como varanlos campos en derivacin de las mquinas excitadas.Las desventajas son la falta de control del campo y de caractersticas especiales velocidad-par. Lassobrecargas pueden causar desmagnetizacin parcial que cambia las caractersticas de velocidad yde par del motor, hasta que se restablece por completo la magnetizacin. En general, un motorPM de nmero entero de caballos es un poco ms grande y ms caro que un motor equivalentecon devanado en derivacin, pero el costo total del sistema puede ser menor.

    Un motor PM es un trmino medio entre los motores de devanado compound y los devanados enserie. Tiene mejor par de arranque, pero alrededor de la mitad de la velocidad en vaco de unmotor devanado en serie.

    Motores de corriente contina sin escobillas

    Los motores de corriente continua sin escobillas tienen una armadura estacionaria y unaestructura rotatoria del campo, exactamente en forma opuesta a como estn dispuestos esoselementos en los motores convencionales de corriente directa. Esta construccin aumenta larapidez de disipacin del calor y reduce la inercia del rotor. Imanes permanentes suministran elflujo magntico para el campo. La corriente directa hacia la armadura se conmuta con transistores,en vez de las escobillas y las delgas del colector de los motores convencionales de corriente

    directa.Es normal que las armaduras de los motores de corriente continua sin escobillas contengan de dosa seis bobinas, en tanto que las armaduras de los motores convencionales de corriente continuacontienen de 10 a 50. Los motores sin escobillas tienen menos bobinas porque se requieren dos ocuatro transistores para conmutar cada bobina del motor. Esta disposicin se vuelve cada vez mscostosa e ineficiente a medida que aumenta el nmero de devanados.Los transistores que controlan cada devanado de un motor sin escobillas de corriente continua seactivan y desactivan a ngulos especficos del rotor. Los transistores suministran pulsos de

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    comente a los devanados de la armadura, los cuales son semejantes a los que suministra unconmutador. La secuencia de conmutacin se dispone para producir un flujo magntico rotatorioen el entrehierro, que permanece formando un ngulo fijo con el flujo magntico producido porlos imanes permanentes del rotor. El par producido por un motor sin escobillas de corrientecontinua es directamente proporcional a la corriente de la armadura.

    Servomotores de corriente directa

    Los servomotores de corriente continua son motores de alto rendimiento que por lo general seusan como motores primarios en computadoras, maquinaria controlada numricamente u otrasaplicaciones en donde el arranque y la detencin se deben hacer con rapidez y exactitud. Losservomotores son de peso ligero, y tienen armaduras de baja inercia que responden con rapidez alos cambios en el voltaje de excitacin. Adems, la inductancia muy baja de la armadura en estosmotores da lugar a una baja constante elctrica de tiempo (lo normal entre 0.05 y 1.5 ms) queagudiza todava ms la respuesta del motor a las seales de comando. Los servomotores incluyenmotores de imn permanente, circuito impreso y bobina (o coraza) mvil. El rotor de un motoracorazado consta de una coraza cilndrica de bobinas de alambre de cobre o de aluminio. El

    alambre gira en un campo magntico en el espacio anular entre las piezas polares magnticas y unncleo estacionario de hierro. El campo es producido por imanes de fundicin de Alnico cuyo ejemagntico es radial. El motor puede tener dos, cuatro o seis polos.Cada uno de estos tipos bsicos tiene sus propias caractersticas, como son la inercia, forma fsica,costos, resonancia de la flecha, configuracin de sta, velocidad y peso. Aun cuando estos motorestienen capacidades nominales similares de par, sus constantes fsicas y elctricas varan en formaconsiderable. La seleccin de un motor puede ser tan sencilla como ajustar uno al espacio del quese disponga. Sin embargo, en general ste no es el caso, ya que la mayor parte de losservosistemas son muy complejos.

    Motores de corriente contina con campo devanado

    La construccin de esta categora de motores es prcticamente idntica a la de los generadores decorriente directa; con un pequeo ajuste, la misma mquina de corriente continua se puedeoperar como generador o como motor de corriente directa.Los motores de corriente continua de imn permanente tienen campos alimentados por imanespermanentes que crean dos o ms polos en la armadura, al pasar flujo magntico a travs de ella.El flujo magntico hace que se cree un par en la armadura que conduce corriente. Este flujopermanece bsicamente constante a todas las velocidades del motor: las curvas velocidad-par ycorriente-par son lineales.

    Motores en derivacin

    Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye ms que ligeramentecuando el par aumenta.En los motores de corriente continua y especialmente los de velocidad prcticamente constante,como los shunt, la variacin de velocidad producida cuando funciona en carga y en vaco da unabase de criterio para definir sus caractersticas de funcionamiento.Excepcionalmente, la reaccin del inducido debera ser suficientemente grande para que lacaracterstica de velocidad fuera ascendente al aumentar la carga.

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    Los polos de conmutacin han mejorado la conmutacin de los dinamos de tal manera que esposible usar un entrehierro mucho ms estrecho que antiguamente.Como la armadura de un motor gira en un campo magntico, se genera una f.e.m. en losconductores que se opone a la direccin de la corriente y se le conoce como fuerzacontraelectromotriz. La f.e.m. aplicada debe ser bastante grande como para vencer la fuerzacontraelectromotriz y tambin para enviar la corriente Ia de la armadura a travs de Rm, laresistencia del devanado de la armadura y las escobillas.E= E + Irme VoltsLa E = f.e.m. aplicada y E = fuerza contraelectromotriz. Puesto que la fuerza contraelectromotriz ala velocidad cero, es decir, en el arranque, es idnticamente cero y como por lo general laresistencia de la armadura es pequea, es obvio, en vista de la ecuacin anterior, que, a menosque se tomen medidas para reducir el voltaje aplicado, circular una corriente excesiva en elmotor durante ese arranque. Lo normal es que se usen dispositivos de arranque que consisten enresistores variables en serie, para limitar la corriente de arranque de los motores.

    Motor devanado en serie:

    Es el motor cuya velocidad disminuye sensiblemente cuando el par aumenta y cuya velocidad envaco no tiene lmite tericamente.Los motores con excitacin en serie son aquellos en los que el inductor est conectado en seriecon el inducido. El inductor tiene un nmero relativamente pequeo de espiras de hilo, que debeser de seccin suficiente para que se pase por l la corriente de rgimen que requiere el inducido.En los motores serie, el flujo depende totalmente de la intensidad de la corriente del inducido. Siel hierro del motor se mantiene a saturacin moderada, el flujo ser casi directamenteproporcional a dicha intensidad.Velocidad y par de los motores devanados en serie:En este caso, de los motores devanados en serie, el flujo aumenta en proporcin a la corriente enla armadura; el par sera proporcional a Ia2, si no fuera porque el circuito magntico se satura al

    aumentar la corriente. Con el aumento de carga, la velocidad cae a medida que aumenta esacarga... Si la carga en un motor devanado en serie se hace pequea, la velocidad aumenta mucho,de modo que un motor de este tipo siempre debe conectarse a la carga a travs de un engranajereductor o directamente. Si se conectara mediante banda y sta se rompiera, la velocidad delmotor se disparara y el motor probablemente estallara.Para una carga dada y, por lo tanto, para una corriente dada, la velocidad de un motor devanadoen serie se puede incrementar al poner en derivacin el devanado en serie, o bien, al poner encortocircuito algunas de las vueltas en serie, de modo que se reduzca el flujo magntico. Lavelocidad se puede reducir al introducir una resistencia en serie con la armadura.

    Motor compound

    Es el motor cuya velocidad disminuye cuando el par aumenta y cuya velocidad en vaco eslimitada. Las caractersticas del motor compound estn comprendidas entre las del motor dederivacin y las del motor en serie. Los tipos de motor compound son el mismo que para losgeneradores, resumindose el aditivo y el diferencial.Conexiones del motor en compound:El motor en compound es un trmino medio entre los motores devanados en serie y los de enderivacin. En virtud de la existencia del devanado en serie, que ayuda al devanado en derivacin,el flujo magntico por polo aumenta con la carga, de modo que el par se incrementa con mayor

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    rapidez y la velocidad disminuye ms rpidamente que si no estuviera conectado el devanado enserie; pero el motor no se puede desbocar con cargas ligeras, por la presencia de la excitacin enderivacin.La velocidad de un motor en compound se puede ajustar por medio de restatos en la armadura yel campo, como en el caso de la mquina en derivacin.Las compound indirectas se usan en algunos motores de corriente directa. En este caso, el campoen serie con devanado de cinta gruesa se reemplaza con un campo con devanado de alambre,similar a un campo pequeo en derivacin. Este campo se excita por medio de un excitador decorriente continua no saturado, por lo general accionado por separado a velocidad constante. Esteexcitador, a su vez, es excitado por la corriente de lnea del motor, por la cual se alimenta laexcitacin en serie. El voltaje de salida y la corriente del excitador son proporcionales a lacorriente principal del motor; de modo que existe una proporcionalidad dada entre la corriente decarga del motor y la intensidad de su campo en serie con devanado de alambre. El uso de unconmutador de polos y un restato en el circuito de la armadura del excitador en serie permitehacer variar la intensidad e incluso la polaridad del campo en serie. Esto da lugar a un mtodo fcilpara cambiar, si se desea, la condicin de composicin del motor, para diversas velocidades, con elfin de mantener la regulacin de velocidad constante sobre cierto rango de velocidades. Si se

    desea, se puede conectar mecnicamente el restato del excitador en serie al restato del campoen derivacin, para realizar en forma automtica lo anterior.

    Aplicaciones de los motores de corriente contina

    Los motores de corriente continua en derivacin son adecuados para aplicaciones en donde senecesita velocidad constante a cualquier ajuste del control o en los casos en que es necesario unrango apreciable de velocidades (por medio del control del campo).El motor en derivacin se utiliza en aplicaciones de velocidad constante, como en losaccionamientos para los generadores de corriente continua en los grupos motogeneradores decorriente directa. El motor devanado en serie se usa en aplicaciones en las que se requiere un alto

    par de arranque, como en la traccin elctrica, gras, malacates, etctera. En los motores encompound, la cada de la caracterstica velocidad-par se puede ajustar para que se adecue a lacarga.En aplicaciones en las que tradicionalmente se emplean motores en compound, podraconsiderarse el motor PM en los casos en que se necesiten una eficiencia un poco ms alta y unamayor capacidad de sobrecarga. En las aplicaciones de motores devanados en serie, laconsideracin del costo puede influir en la decisin de hacer el cambio. Por ejemplo, en tamaosde armazn menores de 5 pulgadas de dimetro, el motor devanado en serie es ms econmico;pero en tamaos de ms de 5 pulgadas, este motor cuesta ms en volmenes grandes, y el motorPM en estos tamaos ms grandes desafa al motor devanado en serie con sus pares altos y subaja velocidad en vaco.Los motores de excitacin independiente tienen como aplicaciones industriales el torneado y

    taladrado de materiales, trefilacin, extrusin de materiales plsticos y goma, ventilacin dehorno, retroceso rpido en vaco de ganchos de gras, desenrollado de bobinas y retroceso detiles para serrar. Los motores de excitacin en derivacin tienen aplicaciones como ventiladores,bombas, mquinas. Herramientas adems de los citados para el motor de excitacinindependiente. Entre las aplicaciones del motor serie cabe destacar traccin elctrica, gras,bombas hidrulicas de pistn y en general en aquellos procesos donde lo importante sea vencerun par de gran precisin en la velocidad. El mayor uso del motor compound aditivo es enestrujadoras, gras traccin, calandras, ventiladores, prensas, limadores, etctera. El motor

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    compound diferencial presenta el peligro de embalarse para fuertes cargas, por lo que su empleoes muy limitado.Los motores de imn permanente se emplean para el movimiento de maquinaria (tornos) enprocesos de fabricacin automtica, arrastres de cintas de audio y video, movimiento de cmaras,etc.

    Arranque de Motores de Corriente Directa

    Los motores de corriente directa de pequea capacidad se pueden arrancar al conectardirectamente el motor al voltaje de lnea. Los motores con capacidad nominal de 2 caballos defuerza o ms en general requieren un arrancador con voltaje reducido. El voltaje reducido para elarrancador se obtiene al emplear resistencias en serie con la armadura del motor, o bien, al hacervariar el voltaje de alimentacin a la armadura. Se puede usar control manual o magntico.Los motores de corriente continua en accionamientos de voltaje ajustable y velocidad ajustable searrancan al hacer girar el control de la velocidad hacia arriba, desde cero hasta la velocidaddeseada, o bien, mediante circuitos internos que elevan paulatinamente el voltaje de la armadurahasta el valor deseado. No se requiere equipo de arranque que no sea el rectificador o generador

    de voltaje de la armadura.

    Arrancadores manuales de corriente directa

    Estos resultan satisfactorios para aplicaciones que no exijan arranques y detenciones frecuentes yen donde el arrancador se pueda montar cerca del operario, sin que se requieran largosconductores hasta el motor. Los arrancadores entre los lados de la lnea suministran el medio mssencillo de arranque de motores pequeos de corriente directa. Existen interruptores deaccionamiento manual para este servicio en tamaos hasta de 1.5 caballos de fuerza, a 115 V, y 2caballos de fuerza, a 230 V. Para motores ms grandes se conecta una resistencia en serie con laarmadura del motor, para limitar la irrupcin de la corriente en el arranque. Entonces se

    proporciona un medio de operacin manual para quitar el resistor del circuito en una serie depasos. Existen arrancadores de placa frontal, de interruptor mltiple y de tambor. El de placafrontal se construye para motores hasta de 35 caballos de fuerza, 115 V, y de 50 caballos defuerza, 230 V. Consiste en una palanca movible y una serie de segmentos estacionarios decontacto a los cuales se conectan las secciones del resistor. Las secciones del resistor se ponen encortocircuito una a la vez, por el movimiento de la palanca a travs de los segmentos.En general, los arrancadores manuales han sido sustituidos por el control magntico accionado aloprimir un botn, que trae incorporadas protecciones contra sobrecarga y otras caractersticas deseguridad.

    Arrancadores magnticos de corriente directa:

    Estos se usan para aplicaciones en las que tienen importancia la facilidad y la conveniencia; endonde el arrancador se hace funcionar con frecuencia; en donde el motor est colocado a ciertadistancia del operario; en donde se desea el control automtico por medio de un interruptor depresin, interruptor limitador o dispositivo semejante, y para grandes motores que requieren laconmutacin de corrientes intensas. Se conecta una resistencia en serie con la armadura delmotor, para limitar la corriente inicial y, a continuacin, se pone en cortocircuito en uno o mspasos.

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    Para motores ms grandes se emplea una serie de contactores magnticos, cada uno de los cualescorta un paso de resistencia de la armadura. Los contactores magnticos se hacen funcionar amedida que el motor arranca, por uno de dos mtodos conocidos como aceleracin con lmite decorriente y aceleracin con lmite de tiempo; el tiempo de arranque siempre se ajusta a laaplicacin de la carga. La aceleracin con lmite de tiempo resulta ventajosa en donde debeintegrarse el tiempo de arranque del motor en una secuencia de tiempos, para una mquina oproceso total.

    Arrancadores de corriente directa con aceleracin con lmite de corriente:

    Estos estn diseados para reducir a la mitad la operacin de arranque siempre que la corrienterequerida de arranque sobrepase un valor predeterminado ajustable; esa operacin de arranquese reanuda cuando la corriente cae por debajo de este lmite. Con la aceleracin con lmite decorriente, el tiempo requerido para acelerar depender por completo de la carga. Si la carga esligera, el motor se acelerar con rapidez, y cuando sea pesada, el motor necesitar un mayortiempo para acelerar. Por esta razn, un arrancador con lmite de corriente no es tan satisfactoriocomo uno con lmite de tiempo, para accionamientos que tengan cargas variables. Los

    arrancadores con lmite de tiempo tienen una construccin ms sencilla, aceleran un motor conpicos ms bajos de corriente, utilizan menos energa elctrica durante la aceleracin y siempreaceleran el motor en el mismo tiempo, sin importar las variaciones en la carga. Los arrancadorescon lmite de corriente resultan a adecuados para motores que impulsan cargas de alta inercia.

    Controladores magnticos para grandes motores de corriente directa:

    Estos controladores se fabrican con formas que se ajusten a la aplicacin.Los controladores se encuentran en las formas siguientes: Sin cambio de marcha, sin frenado dinmico y con ste. Sin cambio de marcha, con regulacin de la velocidad por control del campo, sin frenado

    dinmico y con ste. Con inversin de marcha y con frenado dinmico, sin regulacin de la velocidad porcontrol del campo y con esta regulacin.

    Sistemas utilizados para la regulacin de la velocidad

    La regulacin de la tensin aplicada al inducido puede hacerse por:Control reosttico en el inducido:La regulacin de la tensin se consigue disponiendo de una resistencia regulable en serie con elinducido, pudiendo servir para ello el restato de arranque.La introduccin de resistencias tiene una desventaja, ya que se pierde por efecto Joule unapotencia RI2, tanto ms importante cuanto ms all de variarse la velocidad.

    Regulacin por acoplamiento de motores:Este sistema es apropiado para los servicios que necesiten de varios motores como ocurre entraccin elctrica.As, una locomotora que dispone de seis motores serie emplea las conexiones siguientes:Serie: En la que permanecen los 6 motores acoplados en serie, por lo que a cada motor se aplicar1/6 de la tensin de red, y los motores girarn a la velocidad ms reducida.

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    Serie-paralelo: Formada por dos ramas de 3 motores en serie, y stas a su vez en paralelo. Latensin aplicada a cada motor ser de 1/3 de la tensin de red, por lo que el motor girar a mayorvelocidad que en el caso anterior.Paralelo: Formada por 3 ramas de 2 motores en serie. Y stas a su vez en paralelo. La tensin quese aplica a cada motor es 1/2 de la tensin de red.

    Grupo Ward-Leonard:

    Es un sistema para regular la velocidad, por variacin de t