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ffiÁffi[$§rue$ffimffiffifl§ffiffi[ ffiffi

ffiffiffiffiuffiffiffiEITCIGIÍIPEBIA GTAC BT §IETRICINAII

José Ram írez YázquezPerito Industrial

con la colaboración de

Amadeo Domingo ForcadaIngeniero Industrial

Ediciones CEAC, S. A. Layetana, 17 - Barcelona-3 - España

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o EDICIONES CEAC, S. A., 1973

BARCELO¡IA - ESPAÑAPrimera edición: NIayo 1973

EGS - Rosario, 2- BarcelonaPRI\TED IN SP.\IN

r\rPRESo rx esprñ.r

rsBN 81-329-6002-0Depósito Legal, B. 11.4E6-73 (II)

El presente volumen consta de cuatro partes en las que se estLr-

dian, respectivamente, las pilas eléctricas, los acumuladores eléctricos,los conccptos generales sobre máquinas elerctricas y, finalmente, lasmírquinas eléctricas de corriente continua.

Las pilas eléctricas se estudian en tres capítulos : características,descripción de los tipos más importantes y acoplamiento de pilasen serie, en paralelo y mi.rto.

Los cinco capÍttrlos de la Parte II están dedicados a los acumu-Iaclores eléctricos de plomo y alcalinos. Después de exponer las ca-racterísticas de funcionamiento, campos de aplicación y reparaciónclc estos dos tipos de acumuladores, en el último capÍtulo se trata,con todo detalle, el importante tema de la carga de baterías de acu-muladores, con ejemplos descriptivos de modernos cargadores de ba-terías.

La Parte III, di.r,idicla en . ocho capítulos, estudia los conceptosQuc' sor de aplicación a todas Ias máquinas eléctricas, tanto de co-t'ricntc continua.como de'corriente alterna; de'esta forma, se tratanlas características generales de estas máquinas, el concepto generaldcr rendimiento, los tipos y'elementos constructivos, el calentamiento,Ias clases de servicio, la protección contra agentes exteriores y lasftrndaciones para máquinas elóctricas.

Línrites dc temperatura dc l¿rs

nráquinas eléctricas

CrpÍrt'lo ó. Clnsrs DE sERvrclo DE L.\sit.iot ll;rs i'iÉclitlc,rs

ServicioTit-'mpos de funcionamiento de

ur'.e máquina eléctrica .

Ciases de servicio cle las máqr.ri-nas eléctricas

Sslr':cio permanenteScrvi,- io temporalSc:'r-icio intermitenteSen'icio contintro con carge in-

:crmitenteScr'. icio contitiuo con carga tem-

*. ,. oI

Crr';itlo 7. Pr<o'rnccróx DE L.{s \I,(QUTNAS

EiiCTI{TC.\S CI\TRA LOS AGENTES EXTE.

Rir-:RES.,

Cl;i:rs de profécción <iq'las má- - -r:i:irias elicr.ricas . . . ..' 399

Pr c¡iección corrira contactos depersonas 399

Pl'otección contra introducciónCe cuerpos extraños 4tl1

Prctecciór conira penetración deagua 401

Prot:ccioncs r-speciales 404

Tipls de construcción de máquin¡.s eléctricrs según su Protec-clón contra los agentes exte-rior..s 401

Nláquriras de construcción abier-ta

I\Iáqr-rinas de construcción prote-oideé¡uq

IVIáquines de construcción ce-rrad:r

N1áqr rnas

('rpjr r_ LO 8. f ,'\O.TCIOXES p.lRA u.ietirX.rSriuctRtcrs

Parte I\'. Máquinasrriente continua

CrrÍrulo l. REt'.\soTOS FL\D,\}fENTALES

Condiciones de simetría de undevanado de inducido .

Conexiones compensadorasNormas para la elección dc utl

devanado de inducido

CrpÍrulo 3. Coxsxroxroo Y txcrrrcrÓxDE LAS IÍ,íQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIEN.

TE CONTI\t]A

GeneralidadesDesignación de bornes en las má-

quinas eléctricas de corrientecontinua

Designación de bornes (Genera-dores y motores)

ArrancadorRegulador de tensiónSistemas de excitación de las má-

quinas eléctricas de corrientecontinua

Máquinas con excitación inde'pendiente

Génerador de excitación inde-pendiente

Motor de excitación indePen-

Fundamento de la autoexci.ta-ción

Máquinas con excitación shuntGenerador shuntMotor shuntMáquinas de excitación serie .

Motor serieMáquinas con excitación com-

poundGenerador compoundMotor compoundMáquinas con excitación mixta .

Máquinas con excitación ProPia.

Equilibr-ado dcl inducido510 Sistema inductor513 Culata o carcllsa

Polos inductores ' ''

515 Polos de conmutaciónArrollamientos clel sistema in'

colcctor con las bo-inducido

526

530

533538540542542547

386

eléctricas de co-

DE .TLGUNOS CO\CEP.

582<a,

583586587

588593

598599

607

607

517

517

51851952r

522

523

429

429

430431432

437439

444446417

419

454

39r

391

392393391395

396

397

GeneralidadesCampo magnétict de

rrientc'Campo magnético de

u.n lo-

un sole-noide

Solenoide con núcleo de hierro .

Circuito magnéticoProducción de corrientes indu'

cidas .

Sentido de la corriente inducida'Valor de la ftterza electromotriz

inducidaAutoinducción.Corrientes de FoucaultProducción de corriente eléctrica

por medio de una espira girando en Lln campo magnético.

Producción cle un movimientopor medio de una espira situa.da en un campo magnético yalimentada coli corriente coru

CrpÍruro 2. Cossrrrucróx cENER.{L DE

u)iA lriours.r DE coRRIENTE coNTINUA

Conceptos generales 461Principio de funcionamiento 464Inductor 465Inducido 470Colector 474Reacción de inducido . 476Conmutación 478Mejora de la conmutación 482Polos auxiliares de conmutación. 483Devanados de compensación 487

Inducidos multipolares 489Devanados de indtrcido 490 :

ductorColectorConexión del

binas delEscobillasPortaescobillas 601

Puentes portaescobillas 603

C..rpÍrt lo 5. Crn.rcrrnÍsrrcAs GE¡¡ERALES

DE FT'NCIO¡{.\\ÍIENTO DE LOS GENERADORES

DE CORRIE}{TE CONTINUA

GeneralidadesFuerza electromotriz en vacio de

un generador de corriente con-tinua

Fuerza electromo triz en carga de

un generador de corriente con-tinua

Tensión en bornes Y caídas detensión en un generador de co-rriente conliilLla. :.

Tensión en bornes normalizadas,para generadores de corrientecontinua

Par re.istente de un generadorde cc.i'riente continua

Curvas características de los ge-

neradores de corriente conti-nua

Característica en vacíoCaracterística en cargaCaracterística de caída de ten-

siónCaracterística de regulaciónCaracterística exterit;rVariación porcentual de tensión'

C,rpÍrulo 6. TrPos DE GENERADoRES

RR¡E\TE CO\TI\UA

Generador de. excitación inde-pendiente. Conexionado

Génerador de excitación inde-pendiente. Puesta en marchay parada

CJnerador de excitación inclepen-diente. Cambio del sentido degiro

- CapÍruro 4. Drsposrcróx colisrRucrrvADE LAS }fJQUINAS DE CORRIENTE CONTI.

NUA

Conceptos generales 559

Eje.. . r. ... . . : i " 559

Núcleo magnético 569

Organos sustentadores del nú-cleo magnético 572

Arrollamiento de inducido . 576

Organos de strjeción del arrolla-miento de inducido . 579

Barniz¿rdo del inducido 581

613

,.615

621

621

548552553554557

62+626628

630632637639

405

406

407

de construcción espe-

fijaselásticas

4C8 Cone.tión de las bobinas dc un:det'anado de inducido '

dos onduladosPasos de un devanado

Devanados multipolares 497

Devanados imbricados v devana-

494

DE CO-

645

645

647

649

13

498500

Funi::cionesFurrciacionesFun,laciones

i2

411 Ejemplos sencillos de devanados. 504

412 Ejemplos de devanados en má-416 quinas construidas 506

Cenerador de excitación inde-pendiente. Condiciones de ser-I'ICIO . 650

Generador de excitación inde-pendiente. Campos de aplica-ción

Generador de excitación shunt.Conexionado

Generador de excitación shunt.Condiciones de cebado i

Generador de excitación shunt.Puesta en marcha y parada

Generador de excitación shunt.Cambio del sentido de giro

Generador de excitación shunt.Condiciones de sen'icio

Generador de excitación shunt.Campos de aplicación .

Generador de excitación serie.Conexionado.

Generador de excitación serie.Condiciones de cebado

Generador de excitación serie.Cambio del sentido de giro .

Generador de excitación serie.

655

662

Condiciones de sen,icio 682Generador de excitación serie.

Campos de aplicación . 688Generador de excitación com--

pound. Conexionado . 692Generador:, de' excitación com-

pound. Relaciones entre losarrollamientos serie I' shunt 694

Generador de excitación com-pound. Puesta en marcha y pa-rada 696

Generador de escitación com-pound. Cambio del sentido de

Generador de excitación com-pound. Condiciones de serl'i-cio 696

Generador de excitación com-pound. Campos de aplicación . 701

Corriente de carga y tensión enbornes de un generador, enfunción de Ia resistencia exte-rior 702

CnpÍrulo 7. AcopL.r.rrrr:rro DE GENERADGRES DE CORRIENTE CONTINI.:A

Conceptos generales 707Condiciones generales de estabi-

CrpÍrulo 8. ClzucrrnÍsrrcAs DE FUNcTG\.{\TIE}iTO DE LOS I{OTORES DE CORRIENTECO.\TII(t A

Sistemas de acoplamiento utili-zados prácticamente

Características generales del acoplamiento en paralelo .

Acoplamiento en paralelo de ge-neradores de excitación inde-pendiente

Acoplamiento en paralelo de ge-neradores shunt .

Acoplamiento en paraleloneradores serie

Acoplamiento en paraleloneradores compound

Acoplamiento en serie deradores shu¡rt

Acoplamiento en serie deradores serie

Acoplamiento en serie deradores shunt y serie

1" .e':de ge-

gene-

g".r"-

gene-

Funcionamiento como motor deIa máquina eléctrica de co-rriente continua , .

Fuerza contraelectromotriz de ünmotor de corriente continua

Tensión en bornes y caídas detensión en un motor de cGrriente continua

Corriente de carga de un motorde corriente continua

Velocidad de un motor de co-rriente continua

Corriente de ,arranque de losmotores de corriente continua.

Potencia y par motor de un mo-tor de corriente continua

Cun'as caracteristicas de los mo-tores de corriente continua .

Característica mecánica de unmotor de corriente continua

Característica mecánica M, : f(n) de las máquinas acciona-das

RegÍmenes de funcionamiento deun motor de corriente conti-nua

Estabilidad de funcionamientode un motor

Consideraciones sobre el funcio-namiento de los motores shunty de excitación independie.rte.

IVIotor de excitación shunt. Co-nexionado

Motor de excitación shunt. Ca-racterÍstica de velocidad n: f(r)

' Motor de excitación shunt. Ca-racterÍstica de par motor M:

Motor de excitación shunt. Ca-racterística mecánica M = f(n)

Ivlotor de excitación serie. Cone-xionado

Motor de excitación serie. Carac-terística de velocidad n = f(I).

Motor de excitación serie. Carac-terística de par motor Iú : f(r)

Motor de excitación serie. Carac-terÍstica mecánica M: f (n)

Comparación del motor serie conel motor shunt 768

Iüot<¡r de' excitación compound.Conexionado i69

I\{otor de excitación compound.C-aracterísticas de funciona.miento .. ..769

Campos de aplicación cle IoS mo-toris elécüicos de corrientecontinua 772

C,tpÍrurc 9. Los uoronEs DE coRRIENTECO\TINL-A E),1 SERYICIO

Inr,ersión del sentido de giro . 777Proceso de arranque 778Fundamentos de Ia regulación de

Ia velocidad. 785Regulación de Ia t'elocidad, ac-

tuando sobre la tensión enbornes 787

Regulación de Ia velocidad, ac-tuando sobre el flujo inductor. 791

Fundamentos del frenado eléc-trico. 795

Frenado reostático 795

Frenado con recuperación deenergía.

Frenado por inversión de cG.rriente

Combinadores de mando para:r:otores de corriente co¡iiinua.

C.rpÍrurc 10. MÁourxas EspEcrALEsCoRRIE\TE 9ONTINUA , .'

Introducciónl\láquinas especialés de col iiente

continua que utilizan Ia reac-ción de inducido .

Ii{áquinas especiales de corrientecontinua que utilizan Ia com-binación de varios arrollamien-tos de excitación

Generador Dolivo-DobrorvolskyGenerador tacométricoGenerador RosenbergGenerador de 3 escobillasDvnautónItfetadinamoAmplidinaHomeodina.I\letaciinaGammadina.Iilagnicón

8C2

?10

815

756

756

756

759

76:1,

661

720

721

723

727

729

730

73t

764 816

6t?8r8821

8238298328,13

6-?5

810E42845

677

679

764

765

733

734GeneradorlKrámer;.. . . .

Rctotrol . :

s17[5ts55

736

74r

742

743

744

746

749

751

752

755

C.lpÍruro 11. PÉnnr»rs y RE:iDl\rrE\T0DE LAs u.{eursrs uÉcrnrcls DE coRRIiN-TE COIITINUA

Conceptos generales.Pcrrdidas en vacÍo.Pérdidas por excitaciónPérdidas en cargaPérdidas por efecto Joule en el

individuo y pérdidas adicionalesRendimiento de Ias máquinas de

corriente continuaCu¡r'a de rendimiento .

CrpÍrulo 12. E¡ruplos pnÁcrrcos DE cG\ExroNADo or lt.,(ourNAs DE CoRRTENTECO\TINLA

863861866867

867

8ó9870

Iidad.

14 I5

IV MáquirIffi,se1éctrie&§d.e corrientecontinu#,

l3. Amortiguadores "de

vibracionescuas, con dispositivo interior cle

verticales, horizontales u obli-nivelación (figura 32g).

En todos los casos, Ios apoyos ilevan Llna campana metárica queda solidez al disp.ositivo y, ád"mar, ;"lr; -[r"

"r aceire o ros ácidosIleguen hasta l.a pieza d. gó-u interior v-iuior.oan lentamente. cadaapoyo debe fijarse a una dc las patas á" i; máquina, pof Io que senecssitan tanio ?poygs como patas. La casa constructora garantiza queIos apoyos quedá.n fijados ai .,elo por lo-que, en ningún caso, Iasmáquinas pueden moverse o deslizarse; uá*ar, Ios ariortiguadorespara vibraciones procedentes de- cualq"í". ai."cción (figura 32g) pue-den fijarse al rr.rélo o a Ia fu¡cració", pu.u

^r" á;. ;il;;""istos de

:,*u?:-r pasanres, para recibir los .ár?"rpondientes;;il de fija_

Todos los tipos se construyen de varios moderos, para poderseu:o,pl1l a máquinas de diferente peso; Ios .1.-;;i;; ;;;;r.rtadosetl Ia figura 326 se fabrican con una capacidad d; ;;; pL "r._enrocomprendida elt_re 50 v r.000 kg, Ios ¿;r";;"rados en la figura 327,entre 50 y 3.500 kg y los .*p..rutos.el tu rig".u 32g, entre sb y 2.000kilogramos. Los disiintos áoderos difi";;;^E.rrr. sí, en ra dureza deIa goma empleada o en er tamaño d"r u;;t; ,, "" ocasiones, en ambascaracterísticas a la uez, empleándose lo^s ápób, a" go-;-r*o, duraparl las máquinas cle menártp"ro.

Corno quiera.qr,", por lo ge:neral, en las máquinas eléctricas existenvibracio:res ','erticares, horizónta¡er-v ,üii;;, ros apoyos más apro-piados son los represenrados en Ia fü"r; 3;;."Por medio d9 un dispositivo up.oliudo, en ros tipos represr_,ntadosen Ias figuras 327 y 328 pueden niielá.r" É.iódi.amlnie-lÁ^rrraquinascorrespondientes.

Fíg' 326'-Arnortigtrudor de vibraciones .v.erticales, sin d.íipositivo interior denivela;:ión, fabricc.co por Indtiit'riis Auxit¡are, ¡utá'tatrúrgicaí S.--;.; i_erp,irrn-go de fijación. 2-Tuerca cre rijaciin. 3-Aianaiú i" fijación. 4-campana nrc_tcílica de apoyo. 5-Cuerpo o'ríiiilg"odor y antid.eslizante.

424

Fig' 327.-Amortiguador de vibraciones t,erticales, con dispositit.o int't-ior denive.Ia.ciótt, f abricado por Indttstrias Au.riliares Meíattirgicas S. e.: l-Espd.rragode fiiaciótt y regulador d.e nivelación.Z-Tuerca de fij-ación.3-Aranár[o ae"¡i-i-ación. 4-Campana metdlica de apoyó. S-Dispositiío interior de iit.clación.6-Cuerpo amortiguador. 7- Base' metritica prbtectora .v* antirleslizante.

Fig. 328.-Arttortiguador de vibracio,rr, ,rrtirales, ltoriiotttales t oblictns, condispositivo interior d.e nivelación, ¡abricaclo por inct4siiats irrriUiíii Metalúr-gicas s. A. : l-Espárrago d.e fijación. 2-Titerca dt. fijación. l-iianaeh defiiación 4-campana ntettírica de a?oyo. S-Tornitto, pa'ro fijación 1. recambiode los cuerpos amortiguadores. 6-Cuérpos prisniáticos a,nort'igmcloies. 7-Basetneteílica de sustentación y orientación.

krc42s

1 Repaso de algunosconc eptos fundamentales

Generalidades

Antes de iniciar el esttrdio de las máquinas .de corriente continua,vamos a repasar algunos conceptos relacionadoi cc: los fenómenoselectromagnéticos que se producen en 'dichas máquinas; aunque estosconceptos se desarrollan en otro volumen de estrr misma obra, hemoscreído interesante resumir aquí los que se refic: . i; más especialmentea las máquinas de corriente continua.

Campo rnagnético de una corriente

Cuando un conductor rectilÍneo, atravesado por una corriente, sesitúa en las proximidades de una aguja imanada (figura 329), puedeobservarse que, cualquiera que sea la primitiva posición de la aguja,ésta se orienta de forma que su polo Norte se dirige a la izquierdade la corriente, entendiéndose por izquierda, la d: un observador queimaginariamente viera alejarse la corriente. Es decir, que si la agujaestaba al. principio en Ia situación marcada con líneas de punto: enIa figura 329, aI acercar el conductor rectilíneo, girará en el sentidoindicado por la flechita hasta colocarse perpendi.rlur al conductor yen el sentido citado anteriormente.

Este sencillo experimento demuestra que la presenciarriente eléctrica va unida siempre a un camfo magnético,por dicha corriente.

de una co-producido

429

Senlido ce lo ccrrienle

<( -{¡l?-.t.t.', r I¡¡

\';::"l',f,loiq)

t\a5

Campo magnético de un solenoide

se llama solenoide a un conductor enrollado en hélice y atravesadopor una corriente.eréctrica (figura 330). cada una de Ias vuertas deIa hélice se denomina espira.'El interiol a"i.or""oide se llama núcleoy puede ser de aire, de materiar aisran;, á. hi"..o; en.este parágrafoestudiaremos los efectos rnutuos de corrie"t., v campos magnéticos,en solenoides con núcleo de aire.Las Iíneas de fuerza del campo magnéti-co producido por Ia corrien_te -qu9^atraviesa.el solenoid.,_n..rentan er aspecto que muestra Ia fi.gu-ra 331, es decir; que estas''líneas parren au:ü"'l*i,r;;;;a;; riá*I"al otro, cerrándose por el núcleo a"r ,"i"""ide: Io mismo que en elcaso de un imán er sorenoide tiene d", ;;;;; denominados, Norte y

Fig. 329.-- Agtija inrunada en pre-sencia de un conductor reAitíneoatravesario por una corrienteeléctrica.

Fig. 330.-Solenoide de g espirascon núcleo de aíre.

.<:

Fig.33l.-Aspecto de las líneas de fuerza en una solenoide att':tvesado poruna corriente eléctrica y comprobación de la polaridad del sole¡rci;ie ntediintela regla del sacacorchos.

S¿lr. Las líneas de fuerza van del polo norte al polo sur por el exteriordel solenoide y recorren el camino contrario por su interior, lo mismoque sucede en un imán.

Para comprobar Ia polaridad de un solenoide y, por lo tanto, elsentido de sus IÍneas de fuerza se utiliza la regla del sacacorclrcs,llamada también regla de Maxvell, que dice:

suponiendo .rn i".u.orchos .r5'o senticlo de giro es el dc la co,'rriente, el sentido normal de avance del'sacacorchos, indica el senticlode las Iíneas de fuerza en el interior del solenoide (,r,'éase figura 331).

La intensidad del campo magnético en el interior del solenoiCr:,vale:

/NH - 1,25

T Oersteds

I - intensidacl de Ia corriente en amperiosN : número de espiras del solenoide/ - Iongitud del solenoide en cm

Solenoide con núcleo de hierro

Cuando se introduce una pieza de hierro en el interior de un campomagnético, esta pieza toma una inducción ntagnética, que vale

B : V.H gauss

l1

üSolido de toC0rrtente

tEnlrs6s 4plo corr;gr¡o

43r430

tr : coeficiente de permeabilidad de la pieza de hierro, :,campo magnético en oersteds

Esto también resulta cierto en el campo magnético existente en elinterior de un solenoide. Teniendo en cuenta lu .*p."sión del valordel campo magnético del parágrafo anterior, en este caso, el valor deIa inducción magnética en el núcleo de hiero del solenoiáe, vale

/NB - 1,25 F

--

gaussI

Al solenoide con núcleo de hierro se le lrama, en gener al, 'elec-troinún.

Recuérdese que el coeficiente de perméabilidad p no es un valorconstante, sino que disminul'e al ir aumentando la intensidad delcampo magnético y a medida que el material que constituye el núcleose va acercando a Ia saturación magnética. Esto hace q.rá .1ru.rdo laintensidad de campo en el solenoide es pequeña, un lilero aumentoen la intensidad de campo, provoca un aumento muy grande de lainducción, mientras que, cuando la intensidad de ."*p"o magnético;iene Yalor elevado, Ias variaciones de esta intensidad pioducen sola-rnente un ligero aumento de la inducción.

Para un solenoide. da_clo, el valor de la intensidad de:campo mag-néti:c es proporcional a Ia corriente eléctrica que lo atravieia,ir a..í,

H _ KI

ya que I y, son constantes.Por Io tanto, la inducción en el núcleo de un electroimán respond.e

a Ias 'ariaciones

de la intensidad de corriente, y vale

B - kvIes decir, qlle cuando Ia corriente es pequeña, un ligero aumento deésta, provoca un aumento muy grande de la induccián y, por el con_trario, cuando la corriente es muy elevada, sus variaóiones apenastienen influencia sobre Ias variaciones de la inducción.

En un electroimán (figura 332), las líneas de fuerza magnéticaforman siempre un circuité cerrado, es decir, se cierran sobre sí mis-

432

Fig,. 332. - Circuito trrugtútico de utt electroitnrin.

rnas, saliendo pqr la cara norte, recorriendo un espacio por el exteriordel electroimán y volviendo a entrar en éste por la carír sur, recorrien-do entonces el interior del electroimán hasta el punto que hemos con-siderado de partida. Por analogía con los conceptos relacionados conla corriente eléctrica, se denomin a ciraúto magnético al trayecto re-corrido por las lÍneas de fuerza, dentro y fuera del electroimán, y enel cual estas líneas se cierran sobre sí mismas.

Téngase en cuenta que los fenómenos magnéticos son estáticos,mientras que los fenómenos relacionados con la corriente eléctricason dinámicos; por lo tanto la analogía entre los circuitos eléctricoy magnético es solamente formal ; pero aún así, esta analogía ha pro-porcionado una interesante base ¡le cálculo para los circuitos mag-néticos.

Recordemos que, en un electroimán, el flujo magnético viene dadopor

o,rtambién

60.02 - 28

433

-\

Esta fórmula puede ponerse bajo la forma

1,25 I N

lrs

que se denomina' fórmula de Hopkinson y que tiene grar-l similitudcon Ia' fórmula de ohm para: los circuitoi ei¿ctricos. Ér.átiru-;;;;,si denominamos fuerza magnetomo'tri7, a la expresión

- - ---

F _ 1,25 I N

y reluctancia o resistencia magnética, a la expresión

R_ps

Ia fórmula de Hopkinson puede expresarse así

decir, qúe si la compararnos con laOhm

observaremos que el flujo magnético @ puede equiparse a Ia intensicladde corriente, Ia fuerza magnetomotriz a Ia fuérzá electromotriz y Iareluctancia a la resistencia óhmica.

También caben destacar las analogías físicas entre ambos circui-tos; a semejanzl d" lo que ocurre en un circuito eléctrico, para quese establezca un flujo en un circuito magnético, es necesaria una fueizamagnetomotriz que depende del número y de la corriente que atra-viesa el solenoide. También sucede qu. ia resistencia magnética esproporcional a Ia longitud del circuito magnético e inversariente pro-porcional a su sección.. Finalmente, Ia permeabilidad magnética p, esequiparable al coeficiente de conductividad de un circu-ito eléciricoy depende también de las características der material.

Por otra parte, a los circuitos magnéticos también pueden aplicarselas leyes de Kirchhoff.

434

Fig. 333.-Circuitos ntagnéticos enserie.

1." En serie, las fuerzas fiagnetot otrices se suman algebraica-mente, En efecto, tal como se expresa en la figura 33-1, si se atribule

fórmura que expresa ,a rey , , t, , f"1,'ftit"::-::: i?*il1"il1l:;,í;:1i"",ff;;i"f;.,:X.r,Xtlsultante, creadora del flujo magnético resultante valdrá

Ft--2 F

2." En paralelo, los llujos magnéticos se suntan algebraicatret¡te.En la figura 334 se representa un circuito magnético típico y en lafigura 335 el circuito eléctrico equivalente. Puede apreciarse eu€,efectivamente, Ios flujos magnéticos de cada derivación, se suman enIos puntos de unión de estas derivaciones.

Sin embargo, y tal como hemos dicho anteriormente, existen fun-damentales diferencias entre los circuitos eléctrico y magnético. Lasmás importantes son las siguientes:

1. La conductividad es independiente de la intensidad de corrien-te .I, mientras que la permeabilidad pr depende de la inducciónB y, por lo tanto, del flujo magnético (D.

2. Un circuito eléctrico puede estar interrumpido por partes ais-lantes, como el aire. Como no existen aislantes magnéticos, un

ES

de

Fo-R

vf_I

-- R

435

3.

4.

-4trll¡It

ii 1Js

5.

Fig. 331.-Circuitos nngnéticos en pa.ra.lelo.

Fig. 335.¿Circúito eléctrico equiealente a.lcircúito magnético de la figurd anterior.

circuito magnético no está interrumpido; los tramos en queel flujo atraviesa capas de aire se denominan entrelúerros.

una corriente electrica se propaga en su totalidad por conduc-tores, ¡:iientras que el flujo magnético puede presentar deriva-ciones en el aire, denominadas, en general,'fluios de dispersión.

El paso de una corriente eléctrica por un circuito eléctrico creauna pérdida de energía por calentamiento de los conductoies.El paso de un flujo magnético por un circuito magnético noproduce calentamiento.

En lrn circuito eléctrico puede cstablecerse la relación

0-tt

entre }a intensidad y el tiempo. En un circuito magnético noexiste relación equivalente entre et flujo y el tiempo.

Producción de corrientes inducidas

Hemos visto que una corriente eléctrica produce efectos magné-ticos. Ahora vamos a estudiar cómo es posible la producción de co-rriente eléctrica a partir de un flujo magnético, fenómeno denominadoinducciótt electrotiagnética y quq es el ftrndamento de todas las má-quinas eléctricas industriales.

Supongamos un campo magnético (figura 33ó), que puede estarproducido por un imán o por un electroimán; las líneas de fuerza se

-Sent;do del mot';mtenfo

FiS. 336.-Producción de una fuer-za electromotriz inducida por mo-vimiento de una espira en un cam'po nutgttétic,t.

..,en\c

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'lttttitt :::tri' ¡,,! r; lrl

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- t_ .tf ', ( .-ja ^í=i2- 'r;' - A Sénlido del movimiento

3 l' ,-,^odrloo,,an"

436437

dirigirán del polo Norte al polo Sur. Si ahora disponemos una espirade material conductor (cobre, por ejemplo), primeramente fuerá dela acción del campo magnético (posición l) y la desplazamos en elmismo scntido de la flecha hasta la posici ón 2, al colocarse entre los2 polos del imán (o del electroimán), estará atravesada por un deter-minado número de líneas de fuerza del campo magnético. Si continúasu movimiento hasta la posición 3, volverá nuevarnente a situarsefuera de la acción del campo magnético, de form.a que, suceriuuÁá"t.,Ia espira ha pasado de .rr, .u-p-o magnético n.rlo,^; ; ."-p; ;;;:nético determinado (el producido por el imán o electroimánl y, ru.ré-vamente, a un campo magnético nulo.

Estas variabiones del campo magnético que atraviesa la espiraproduce en ella una fuerza electromotriz de inducción y, por lo tanto,una corriente eléctrica inducida. Pero hay que tener en cuenta quepa.ra producir corrientes inducidas es siempre necesaria una variacióndel flujo magnético. Es decir que si consideramos Ia espira en la po-sición 2, suponiendo en reposo la espira y el imán iroductor áetcampo magnético, no se inducird ninguna fuerza electromotriz ni, porconsiguiente, ninguna corriente eléctrica. Por el contrario, moviendola espira desde la posición 1 a la posición 2, llegará un momento enque la espira corte una línea de fuerza, más tarde dos y así sucesi-r¡amente hasta que, estando 1,a Ia espira en el interior del campo,corte un número de líneas de fuerza que llamaremos o i por lo tanto,Ia variación de flujo magnéticq en esta primera puit" def movimientode Ia espira, irá desde

Fluio magnético : 0 - Fluio magnético : O

pasando por todos los valores intermedios comprendidos entre 0 y @.Para pasar de la posición 2 a la posición 3, la variación del flujo

será inversa, es decir, que la espira pasará desde

Flujo ruagnético = O -, Fluio magnético = 0

pasando también por todos los valores intermedios comprendidos en-tre@y0.

Hemos visto que se puede obtener una fuerza electromotriz indu-cida desplazando longitudinalmente un conductor en un campo mag-nético. También se obtiene fuerza electromotriz inducida }iaciendogirar un conductor en el seno de un campo magnético (figura 337);de esta forma es como se obtiene Ia fuerza electromotriz

"ñ lor gene-

radores de corriente continua.Puede obtenerse también una variación de flujo magnético mo-

viendo el electroimán y dejando en reposo el conductoi (este es el

438

Fig. 337.-Producción de una fueri.a electronrc-triz inducida por giro de una espira t n Ltn catn-po magnético.

principio que se aplica en las máquinas eléctricas giratorias de co-rriente alterna) o, bien haciendo variar alternativamente el valcr delflujo abrazado por los conductores en reposo (principio que se aplicaa Ios transformadores).

Lo que hemos dicho para una espira es también válido para el casode espiras constituyendo una bobina o arrollamiento.

Al imán o electroimán que produce el campo magnéti. o, se lesda el nombre general de inductor y al conjunto de espi,-as en que secrea Ia fuerza electromotriz, se le conoce con el nombre de fuilcido.

Como hemos dicho anteriormente; al fenómeno . meciiante el cualse obtienen corrientes eléctricas a partir de variaciones de flujo rnag-nético, se le llama índucción electrontagnética o, abreviaclamenic, in-ducción. Nótese bien que hemos conseguido obtener una fuente deenergía eléctrica, sin níngún contacto mectinico entre el htdu.cirto yel inductor. ,

Sentido de Ia corriente inducida

Volvamos a Ia figura 336. El sentido de la corriente inducida esel expresado con Jas flechas blancas, lo que se pondría de manifiestopor medio de un galvanómetro acoplado a la espira.

Pero nótese que al pasar de la posición 1 a la posición 2, o sea de

Fluio ruagtético - 0 -- Fluio magnético - @

la corriente inducida tiene sentido contrario que cuando la espira pasade Ia posición 2 a la posición 3, o sea de

Flujo ntagnétíco : (D - Fluio ntagnético :0

439

lo que quiere decir, qtre e/ sentido de la corriente inducida dependede la variación del flujo magnético. Pero, a su vez, la variación delflujomagnéticod"pánáedel.car-rsas,.fundamentales:

a) el sentido del movimiento que damos a la espira conductorab ) Ia dirección de las líneas de fuerza del campo magnético

Para det"rminar el sentido de la corriente inducida, vamos a es-tablec.r la regla de la mano derecha, expresada gráficamente en lafigura 338. Suponiendo que las líneas de fuerza pinchan la palma dela mano derecha y señalando con el dedo pulgar el sentido d"l *o-vimienlo, Ios restantes dedos extendidos señalan el sentido de la co-ri iente inducida.

- Esta regla es mLly importante pues permite, dado un generadoreléctrico, conocer el sentido de la corriente en la máquina si ie conocela polaridad de su sistema inductor, o conocer el sentido de rotación,conociendo el sentido de la corriente y la polaridad, etc...

La regla de la mano derecha solamente es válida para generadores,es decir, cuando se trata de producir una corrieñte iñducida po;movimiento Ce un sistema inducido en un Sistema inductor. En etcas.r de motores, es decir, cuando se trata de obten¿. ;; ;;;il;;por reacción entre un sistema inducido atravesado por una corriente,y un sistema inductor, se aplica la regla de la mano i;quierda, tanimportante como la anterior y que está representada en la figura 339;esia i'sgla dice que suponiendo que las líneas de fuerza pinchan la

140

pahna clc la mano izquicrcla t' cl scnticlo de la corri,.'ntc que propor-cionamos al motor está señalado por los dedos extcndidos de la mano,el dedo pulgar señalará el sentido del movimiento del motor.

Obsen'ando bien las figuras 338 y 339 se puede apreciar que, parael mismo scntidc¡ d.. las líneas de ftrerza y de la c<¡rriente, el sentidode giro de un motor es contrario al Ce un generador.

Por la importancia que tiencn ambas reglas, a continuación se

resumcn en un cuadro (figr-rra 340).Vamos a poner algunos ejemplos de aplicación de estas reglas.

Supongamos el caso de un conductor rectilíneo, como el de Ia figu-ra 341, qLrL' se desplaza en la dirección señalada por la flecha 'negra;dada la dirección de las líneas de fuerza y aplicanclo la regla de lamano derecha, el senticlo de la corriente será el indicedo por la flechablanca. Si ahora se dob-la el conductor en forma de espira (figura 312),se obtiene Llna corrie'nte del mismo sentido en la parte de espira quecorte primero el flujo magnético (figura 343) y, por consiguiente, lacorriente en la parte inferior de la espira será de sentido contrario.

Nótcse, además, que, para un mismo sentido del movimiento, lacorriente en la espira de la figura 8 tiene sentido contrario que la

Para GENERADORES

Ma.no derecha[íne:s de fuerza pinchan la palma de la manoMovimiento -- dirección del pulgarCorriente -., dirección de dedos extendidos

Para MOTORES

líneas de fuerza pinchan la palma de la manoMovimiento -, d¡rección det pulgarCorriente - dirección de dedos exteniidos

§e;',!: de ls

t

Senlido delrnovinimlo

Fig. 338. - Expresión gráf ica dela regla de la /nnno derecha.

SenhCo rc lo corrimte

t

fESec!¡do delncvtmteolo

Fig. 339.-E.tpresión grdlica dela regla de la mano izquierda.

¡+fffde luerzd

Fig. 340. - Resuntctt tle las reg,las cle las ntanos dereclta e i:quierda.

44t

Fig. 3a[.-Ejentplo de aplicación de laregla de la mano derecha a un conductorrectilíneo.

Fig. 342. - Conductor rectilíneo dobladopaia forrtiar una espira.

.

Fig. 343.-Eiemplo de aplicación de la re-gla de la mano dereclru a un conductoren fonna de espira.

^ SenliCo de oiro? dei socacoicha

Fig.}M.-Ejemplo de aplicación de la regla de la ntano dere-cln al inducidode un generador de corriente continua.

\

corriente en la espira de la figura 343; la razón está en qire las líneasde fuer¿a de una y otra figura tienen sentido contrario.

Ahora, vamos a ver cómo se determina el sentido de la corrienteen el inducido de un generador de corriente continua, eu€ se ha re-presentado esquemáticamente en la figura 344. Supongamos que elindtrcido gira en el sentido de la flecha. Se determina el sentido delas líneas de fuerza mediante la regla del sacacorchos sabiendo que,como siempre, se dirigen desde el pólo Norte al polo Sur del inducior.

Tü

N

,r-#ff'Sentido de oirodelinduci'do

442 443

oo

@a

b

Fig. 315. - Procedimiento de punto y cruzpara indicar el sentido de la corriente: a)lu cr:rriente pincha el papc!, acérctindose alobservador. b) la corriente sale del papel,alejcíndose del observador.

Conocidos el sentido de giro del inducido y el sentido de las líneasde ftr.:rza, se aplica Ia regla de la mano derecha

-puesto que se trata

de un generador- y se obtendrá el sentido de ü corriénte. En laf;:ura 344 el conductor se supone cortado y se expresa sjmbólica-I''.nte el sentido de la corriente en los dos extremos óortados por loss.ig:o¡ a y, o, expresando con el primero que la corriente si alejadel observador y con el segundo que t. u."rio a él; en la figura 345se expresan estas circunstancias de forma intuitiva. El bobinado delos polos inductore¡ de la figura 344, también se hubiera podido re-prcsentar de esta forma (véase Ia figura 346). Esta r.p.lr.rtaciónsimbólica se utiliza mu-cho en el estudio de las máquinás eléct¡icasy recurriremos a ella muchas veces durante e.l curso de nuestra ex-plicación.

Valor de Ia fuerza electromotriz inducida

Hemos visto que un campo magnético puede producir corrientesinducidas. Como la causa de que se establ.r"a ,.ru corriente eléctricaes siempre un;r f.uerza electromotriz, en este caso habrá una fuerzaelectrontoirii, cuyo valor vamos a averiguar. para ello, comenzaremospor el caso má s senci[os (figura. 347), o sea la fuerza electrom otrizinducida en Lrna espira. Se puede'establecer previamente lo siguiente :

444

la fuerza electromotriz inducida no depende del valor absolutodel flujo magnético sino de la variación de dicho flujo, y esproporcional a dicha variación de flujo magnético

la fuerza electrom otriz inducida es inversamente proporcionalal tiempo que tarda Ia espira en sufrir la variación de flujomagnético

o sea que la fuerza electromotriz inducida estará expresada por

€: K AO

AI

Si se expresa el flujo magnético en maxwells, resultará

A@e-- l0-8 voltiosAt

Ahora bien, Ia corriente inducida engendrada por la fuerza elec-tromotriz e, tiene un sentido tal que tiende a oponerse a la variación

Fig. 347. - Deterntinación de la fuerzaelectromotriz inducida en una espira.

a)

b)

Fie 34ó. - Representa-ción simbólica de unbobinado inductor.

445

I

del flujo de fuerza. Esta circunstancia se expresa introduciendo elsigno negativo en Ia fórmula anterior, o r"u q,.r. tendremos

€:- Ao lo-8 voltiosLt

Sustituyendo el cociente de diferencias por un cociente diferencial

e-- dt I0-Bvoltios

Si en lugar de una sola espira, tenemos un solenoide o bobina deN espiras, el valor de la fuena electrom otriz será N veces mayor, ytendremos

dae-- * T l0-8 voltios

Esio, si el flujo magnético <D viene expresado en maxwells; si estáexpresado en u,ebers, recordando que

e_-rjt voltiosdt

Téngase en cuenta que el valor de la fuerza electrom otriz inducidae, es un valor instantáneo, es decir, en un instante dado, ya que comoel -flujo varía continuamente, variará también de forma coirtinua elvalor de e.

Autoinducción

Hemos dicho anteriormente- que cuarquier variación de flujo queatraviesa una bobina o solenoide, desarrolla siempre una f.uerza elec-tromotriz inducida. Así, por ejemplo, si se trata á. .o.r".tar una bo-bina a un circuito de corriente, mientras no se cierre la conexión, lasuperficie de Ia bobina tto estará atravesada por ninguna línea defuerza pero, una vez conectada, se formará un campo magnético,

446

cuyas líneas de f.uerza atravesarán ra bobina. por consiguiente, alestablecer Ia conexión, aumenta el frujo y se induce en

"la bobina

vna fuerza electromotriz de autoinduccíón.- Al desconectar ü bobirru,desaparece el campo magnético y vuelve a producirse en trru, ,rufuerza electrom otriz de autoinducción. En jeneral, .,r"iq,ri", varia-ción en'el valor de la corriente que atraviesi la bobina, práuo.u ,,rruvariación en el flujo magnético y, por consiguiente, ¿"g*a." ;;;fuerza electrom otrii de autoinar.óí¿rr, cuyo i*itiao l".al a.aucirse,aplicando Ia- regla de la mano clerecha. ' :'

Llamaremos Z a la inductividad o coeficiente de autoinducción enhenrios, es decir, el número de concatenaciones del flu¡o con todasIas espiras de una bobina cuando la corriente que pasa po. t"-táú;;;es de I A. Por lo_-tanto, el flujo que atraviesa lá botina en el instanteen que por ella fluye Ia corriente i, vale

e- Li rebers

N

La variación de Ia corriente di provocará unad@, o sea

variación de flujo

N:

si "-l

flujo varía durante el tiempo dt,la fuerza electr,;n;otriz deautoinducción valdrá

€:-N i9- voltios

dt

o, sustituyendo el valor de dO

dt

Corrientes de Foucault

Ya sabemos que en todo hilo o cabre conductor, sometido a va-riacione-s de flujo magnético, se induce una fuerza electromotriz y, porconsiguiente, una corriente inducida. pero ro que es válido para unnllo o cable conductor, también lo es para una masa conduciora. El

447

sistema inductor de las máquinas de corriente está constituido porhierro, es decir, por una masa conductora, sometida, durante su f.rr-cionamiento, a variaciones en el flr-rjo magnético que la atraviesa; porIo tanto, se producirán corrientcs induciáus, quJ se cierran sobré lamisma masa y que se denominan corrientes partisitas o corrientescle Foucault.

- _Pot lo general, Ias corrientes parásitas resultan perjudiciales parael buen funcionamiento de las máquinas eléctri.ár, porq,r.

"r, lutmasas conductoras se producen calentamientos inadmisibles, que, deacuerdo con la ley de Jo¡lle, son proporcionales al cuadrado del valorde estas corrientes. Para disminuir el efecto de las corrientes parásitas,los núcleos magnéticos de las máquinas eléctricas no se cónstruyenmacizos sino constituidos por chapas magnéticas, aisladas entre sí;veamos, con ayuda de la figura 348 cómo se consigue esto. En a serepresenta, en corte, un núcleo magnético macizo; la fuerza electro-motriz inducida en dicho núcleo produce corrientes parásitas que secierran sobre el propio hierro del núcleo, tal como se indica en lafigura. Si ahora se subdivide longitudinalmente el núóleo en láminasdelgadas (b de Ia figura 348), aislando entre sÍ estas láminas, evid.en-temente la resistencia global del núcleo ha aumentado, puesto quese han aiadido sustancias aislantes, de gran resistencia eléitrica. Lue-go la.s corrientes parásitas han clisminuido de valor y tamb;áa dis-minu5'e, por tanto, el calentamiento que se produciria en caso detratai'se de núcleo macizo.

Fig. 348.-Corrientes pardsitas en los ruicleosmagnéticos de la,s md.quinas eléctricas: a) nú-cleo magrútico macizo. b) núcleo magnéticolaminado.

En corriente continua, las corrientes parásitas sólo aparecen cuan-do hay órganos en movimiento; como las máquinas de iorriente con-tinua son giratorias, existen órganos en movimiento y es preciso cons-truir todas las partes de hierro (núcleos inductores, núcleos delinducido, etc...) en forma de chapas superpuestas y aisladas.

La evaluación exacta de las corrientes parásitas es muy difícil, yaque entran muchos factores en juego. De forma general, se puededecir que la energía perdida por efecto Joule " .urrá de las corrientesparásitas, es proporcional al cuadrado de la inducción magnéticamáxima que puede recibir el material; lo que quiere decir que, cuantomejores sean las cualidades de un material magnético en lo que ainducción máxima se refiere, mayores pérdidas á"

".,.rgía tenárá a

causa de las corrientes parásit?s y, por lo tanto, más delgadas habránde ser Ias chapas magnéticas de este material.

Producción de corriente eléctrica por medio de una espiragirando en un campo magnético

Hemos visto en.un parágrafo anterior que en una egpira que girabaen un gampo magnétiio rJ irducía i*u .ái"iá¡t erJ;;;i;lsl ?i;;nemos Ia espira con cada uno de sus extremos unido a un p.q,ranoanillo conductor, apoyando sobre estos z anillos, dos planchiias oescobilla.s, también conductoras y uniendo las escobillas-, por mediode alambres conductores, a un galvanómetro, tendremor ,, conjuntocomo el representado en la figura 349.

Mientras la espira situada en el interior del campo magnético, per-manezca en repc)so, no sucede nada; pero tan pronto como comiencea girar en el sentido indicado por la fiecha blanca de la figura 349,se produce una corriente eléctrica en el conductor de la espira conel sentido indicado por la flecha negra de Ia misma figura, la cual,atravesando los anillos y escobillas, llega el galvanómetro y hace quese desvíe su aguja de la posición 0. Girando Ia espira siémpre conIa misma velocidad, al principio la corriente elécirica es pequeña,pero va aumentando a medida que se inclina la espira dentro del:4*pg magnético hasta que al llegar a la posición hórizonral (figurai5o), la corriente inducida:es máximu y, ptr lo tanto, también Iá esla desviación de la aguja del galvanómátio. co"ii""á;á;t¿;.s;'sirodesde esta posición, Ia corriente inducida en la espira va dismir,uy"idode valor hasta que la espira llega a la posición vertical (figura 351),momento en que Ia corriente se anula. Al seguir girando la espira otramedia vuelta, se repite el mismo proceso, es decir, q,r" c.,a.rdo dejala posición de la figura 351, al principio la corriente inducida es muypequeña y va aumentando progresivamente hasta que la espira llega

448

/(n n1 1()

449

a Ia posición de Ia figura 352, en que el valor de la corriente es má-ximo; sobrepasada esta posición, la corriente inducida va disminu-yendo progresivamente hasta llegar al valor nulo cuando Ia espiraalcanza nuevamente la posición ae la figura 349. Pero en este últimomedio giro la corriente, que en la espira sigue pasando en el mismosentido que durante el primer medio giro,. como indica la flecha negrade Ia figura 352_, sale esta vez por el anillo señalado con el signo (l),por lo que Ia desviación de la aguja del galvanómetro se efLctúa ensentido contrario al del primer medio giro.

Si representamos gráficamente el proceso (figura 353), observare-mos que el giro de la espira en el interior del campo magnético pro-duce una corriente que cambia de sentido en el óircuito exterior acada media vuelta de la espira, es decir, se trata de una corrientealterna.

si, tal como se expresa en la figura 354, se sustituyen los dosanillos situados en los extremos de la espira por dos *édior anillosseparados entre sí por material aislante y se colocan en las escobillas

4s0

FiS. 351.-Posiciótt en la qu.c se . tutlael valor de la corriente ind:rcidu.

Fig. 352. - Posiciótt en la que se alL'atrza nuevarttente el valor tncixiuto Ce lacorriente btducida, pe ro de setttidocontrario a la de la 'figura 22.

en la posición indicada en la figura, se logrará que, al girar la espira,Ia corriente salga siempre por la misma escobilla. Por lo tanto, r' t;r!como expresa la representación gráfica, obtenemos una corriente con-tinua pero de intensidad variable. Esta disposición de salida de co-rriente se denomina colector.

Si se disponen varias espiras dcsplazadas entre sí (figura 355), algirar el conjunto, en cada una de ellas se producirá una corrientecomo la que acabamos de estudiar. Tal como se expresa en la repre-sentación gráfica (figura 356) la variación de estas corrientes estádesplazada en el tiempo. Si las escobillas recogen solamente el valormáximo de Ia corriente de cada espira, la corriente que circulará porel circuito exterior será una corriente continua, de intensidad casiconstante, tal como indica la línea gruesa de la figura 356. Para lograrque la escobilla tome Ja corriente de cada espira en el momento desu valor máximo, el anillo se ha dividiclo en sectores aislados, unopara cada extremo de espira (r,éase Ia figura 355). Este es el principiode funcionamiento de los generadores de corriente conlinua o ditruttrcs.

Fi'g. 349. - Posiciónpira giraitdo cn un

inicial de una es-carhpo ntagnético.

Fig. 350. - Posición enza el valor ntdxitno deducida.

Ia que se alcan-la corriente in-

451

corriente inducitlct sea siernpreFig. 354.-Disposición pare conseguir que ladel mismo sentido.

Á()

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II

.nro"r)§¡t\

Fig. 355. - Disposiciónespiras desplaladas.

con vartas

Fig. 356. - Representación grálicade la corriente inducida con la dis-posiciótt de la ligura anterior.

453452

Producción de un movimiento por medio de una espirasituada en un campo magnético y alimentada con corriente continua

Hemos visto que el fenómeno de la inducción electromagnéticapuede aplicarse para construir generadores eléctricos en los que seaplica una energía mecánica a un grupo de espiras y se obtiene unaenergía eléctrica, caracterizada por Ia fuerza electrom otriz de induc-ción y por Ia corriente inducida. Oe hecho, casi toclos los generadoreseléctricos actuales están basados en este fenómeno.

Pero también pueden construirse ntotores eléctricos, cuyo funcio-namiento esté basado en el mismo fenómeno. Se trata de máquinasque producen energía mecánica a partir de una alimentación de ener-gía eléctrica a un grupo de espiras situadas en el interior de un carnpomagnético. También en este caso, Ia gran mayoría de motores eléc-tricos industriales son motores de inducción aunque, por razones queveremos en otro volumen, se reserva este nombre a un tipo especialde motor alimentado con corriente alterna.

La cont'ersión más simple de energía eléctrica en energía mecánicase representa en la figura 357; un conductor atrar¡esado por una co-rriente eléctrica y situado en un campo magnético, entre l,os polos deun imán perrnanente o de un electroimán. Sabemos que un conductorcon corriente tiene su campo magnético propio cuyo sentido viene in-

Fig. 357.-Movitniento producido en urlconductor rectilíneo atravesado por unacorriente e introducido en un cantpo ntag-ttético.

FiS. 358.- Sentido del ntovttttir-'ttto cuatl"do se h¡,ierte el sentido le ltt corrietti¿que atraviesa el cottductot de la fign'aanterior.

,

dicado'por la regla del 'sacacorchos ; por: lo tqnto, tendre-m<-'s lo.campos magnéti.ot p."t"ntes. Comolpuede apreciarse el, la figr-r 'r, el

flujó propio del conductor y el flujo permanente tic-ncn el rnismosentidó en el lado superior del conductor y sentidos opuestos etr el

lado inferior del conductor. Las líneas de fuerza en sentidos opuestostienden a anularse; las líneas de fuerza en el mismo sentido se sufflan.Como resultado de esta interacción, el conductor tiende a mGverse

hacia abajo, como se podría demostrar aplicando la regla de la maloizquierda. Si r" invieite el sentido de la corriente en el conductot'(figura 358), se invierte también el sentido del movimiento qlre, cn

este caso será hacia arriba (aplíquese Ia regla de la mano izquierda )'

Todos los motores eléctricos están basados en el fenómeno que aca-

bamos de explicar.Si ahora (figura 359) disponemos una espira en un campo ma-I-

nético y la alimentamos de corriente a través de las escobillas y delcolectoi, la espira se moverá. El sentido de este movimiento, tal conlose expresa en la figura, está determinado por la regla de Ia manoizquiárda, En la purt" derecha de la espira, la aplicación de esta rcgleindicará que este lado de la espira se ve empujado hacia arriba; en

Ia parte iiquierda de la espira, las condiciones están invertidas y laaplicació. á" la regla de la mano izquierda indica que la espira s."

+

454 455

3- \_- --

qrFig. 359.-posición inicial d.een un campo magnético. pa.r

tma espira atravesadade giro mti_rinto.

por ut.ta corriente, situad.a

Fig. 360.-posición d.e par de giro mínimo.

ve empujada hacia abajo. si esta espira tiene Iibertad para girar, se;3'ff*;: "'ouimiento giruto.io

"n *.,rüo conrrario a las agujasctrando Ia espira arcanza Ia. posición verticar (figura 360), Ias es-cobillas descan-san en el espacio airluáo

'.Lp..ndido entre Ios dossectores der colector. No existe corriente en ra espira y, po; Io tanto,no hay fuerza presente para continuar Ia rotación a partir de estaposición neutra; sin. "-b;;s; l" ;;;i;;;;"á;"irido suficiente inerciaen el cuarto de vuelta

"r..iuáa. v_lár"'a"*Jrru posición neurra.En Ia figura 361, Ios t""-t*er aár.ái".ñl;" cambiacro su posiciónrespecto a las escobirias y er sentido á;-i; óo¡riente ,.,hu-i.rvertidoen Ia espira. por rb tr¡ir,'"*ir," u.,a inv"rrü.r"d. flujo en ambos ladosde Ia espira, Io que q"i¿;;¿.i.-q*" ^ *"á1aa que cada lado de Iaespira se enfrento u u, poro, ra corriert" ti".r" siempre er mismo sen-:it i, ;:":::,?. :' :., :l';.?;{r t l{ í:}:T

o ", * u,, e n e* i.mp iLun mc-tor de una espira no tiene

"iri.áti¿n -práctica. El par mororobtenido es muy p-'qu"ño y ademá, prtront"'ifigu.u 302) aiicon un456

qt

tL-ll_- =u_-i- .---r

Fig. 361.-Nueva posición de par d.e giro mdximo.

ooE

d

campo electromagnético constante. Cuando la espira se acerca a laposición vertical, la fuerza magnética actúa con tendencia a abr-ir laespira y sólo una peqLleña parte de la fuerza es efectiva Fara producirel par. de giro. El par de giro máximo se obtiene cuando ia espira estáen posición horizontal y el mínimo cuando se encuentra en posició¡vertical. Tal como se expresa en Ia figura 362 en una luc.ta ctmpleta{e Ia espira, hay dos poii"ior"s de pai máximo v átiur ¿.,;;á;i;i;;;

Las indeseables pulsaciones en el par de giro de una espira sola,pueden eliminarse añadiendo espiras adicionales con los seciores a.li-cionales necesarios en el colector. Véase en Ia figura 363 la reprisen-tación gráfica del par de giro para 2 espiras situadas a 90o. Át,.q,r.el par es todavía pulsante, se advierte una considerable reducción enla variación del par.

En los motores eléctricos industriales, las espiras constituyen unaarmadura o bobinado con muchas de éstas, de forma que e,! rr:,r r.egiro que resulta es prácticamente constante, sin variaciones.

Fig. 362. - Representac: .<t1

vesada por una corrie: '"-grtifica del par de giroy siÍuada en un campo

producido en una espira atra-rtrcgnético.

ooE

oo-

I t,,

Fig. 3ó3. - Representaciónpla¿adas 90 grados.

458

1t2

Revolucionesgrdfica del par de giro

Itt,

produciclo en 2

revolucicín

-z_ \. --\ a

espiras des-

459

2 Constitución general deuna máquina de coruientecontinua

En la figura 364 se han representado esquemáticamente las partesesenciales de una máquina de corriente continua, que vamos a des-cribir.

Las partes 1 a 5 constituyen el inductor que, en las máquinas decorriente continua es también el estator o parte fija de la máquina.La parte I se denomina culat'a o, también, carcasa; la parte 2 es unnúcleo polar y la parte 3 una pieTa polar,' el conjunto de las partes2 y 3, es decir, el núcleo polar y la pieza polar, se designa por poloinductor. En la figura 1 están clibujados dos polos inductores; eneste caso, la máquina se llama bipolar. En muchas máquinas decorriente continua, el inductor lleva más de 2 polos; en estos casos,se trata siempre de una máquina ntultipolar. La parte 4 es e I nú,:leopolar y Ia 5, la pieza polar de un polo de conmutación, cu\:t mi ión

La parte ó es el inducido de la máquina que, en corriente con-tinua, es también el rotor o parte giratoria de Ia máquina; al inducidova arrollado un conductor de cobre, representado por 7, que se llamaarrollamiento o devanado del inducido.

Alrededor de los polos inductores va arrollado el arrollcunientoo devanado de excitació,?, representado por 8. De la misma forma, losnúcleos de los polos de conmutación llevan arrollado un arrollantientoo devanado de conntutación, representado por 9.

46t

trcgativq.. En un generador, Ia escobilla positiva será Ia cle salicla decorriente y Ia negativa Ia de entrada de corriente; en un motor, laescobilla positiva será Ia de entrada de corriente y Ia escobilla neqatiyala de salida de corriente.

- - El espacio que queda libre entre las piezas polares y el cuerpodel inducido, se denomina entreltierr.o.El I,u máquina representada esquemáticamente en Ia figura 3ó-i,uno.de Ios polos inductores es'un poto No,te y el otro, un-'polo srrr.En las m.áquinas multipolares, Ios poros se montan por pare.ias, esdecir, para cada polo ñorte, el .oir"rpondiente polo sui; natural-

mente, Ias máquinas multipolares tendrán siempre un número parde polos. Las máquinas multipolares d,e 4 polos ie denom inan tetra-polares, las de ó polos, hexapolares, etc...

una parte de Ia carcasa, dos polos (un polo Norte y un poloSur), dos entrehierros y una parte del inducido, iorrtituven el circtútantagnético de Ia máqtrina. por ejemplo, en una máquina tipolar, habrá2 circuitos magnéticos, tal como se r.epresenta en ta figura 3ó5. Er;una máquina tetrapolar habrá 4 circuitos magnéticos,

"t-.... véase en

la figura 366 uno de los 6 circuitos magnéticoí de ""; ;;;uina hexa-polar.

Fig' !óa'-Representacici¡t de las partes esenciales de una nrciquina de corrientecontittua: l-cutata o carcasa. 2-Núcle-o potir-di'-un poro inductor. 3_piezapolar de un polo inductor.4-lttticleo po_Iar'de un-'poto de conntutación S-piezapolar de un polo de corltltutación. 6-Inducido. {bevanado del inducido. g-Devanado de excitación. 9-Devanado d.e coi,rtuioriarr. r0-corec.tor. rr_Esco-billa positiva. l2-Escobilla negatira.

- .La parte 10 se denomin a co-lector y está constituido por variasdelgas o láminas de cobre aislad", "rrt.á

sí y form""dá, Ln-co.r3,rrrto,un cuerpo cilíndrico. El colector y el indutido ," *o.rtun sobre elmismo eje, mediT,". piezas especiáles no representadas en Ia figura;natu¡almente, el_ ind-ucido y el colector giian simultáneamente. Elarrollamiento del inducido está conectadJ a las d.lg^; ;ei .ol.ctor.sobre el colector rozan unos contactos a presión, denominadosescobillas,' la parte 11 es la escobilla positiva y li part"'ti,li escobila

462

Fig. 365. - Circuitoscasa. 3-Entrelierro.

rrrcgnéticos de una maquúru bipolar: l_Inducido. 24ar-4-Polo inductor.

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463

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Coruso

-Enlreherro

Fig. 3ffi.-Circuito magnético d.e una máquina hexapolar.

de fuerza del c.ampo magnético, pioducido por "l'á.ári;;i¿¡;^excita;ión. puede ábr..uuiré tq". :;;* ilJui a. f".;;;;;';;';r;;Nortc al polo Sur por el extérior del inductor y siguen el sentidoopuesto por su interior'. En las figuras, no se hán répresentado losarroilamientos inductor e in,_lLrcido.

Principio de funcionamiento

En las máquinas de corriente continua, el ind.uctor produce elcampo magnético necesario para que se produzcan corriántes indu-cidas.En el inducido se desarrollan las corrientes inducidas por mediocampo magnético producido en el inductor.Finalmente- el colector es el órgano que recoge las corrientes pro_ducidas por el inducido, obtenié.rdor. corrientá .o.rtir*r"-,

-..ro, enel caso de un senerador o dinamo. o, pái

"T';";;;;;i"]-rir+. pürecoser-la corriénte de la Iínea de arimáirá.i¿" pil;;;;;o"i1.."".i0'sobre el campo magnético inductor se proárr.u un movimiento gi-ratorio: esto, en el caso de un motor.

Los elementos constructivos de las máquinas de corriente continua,son idénticos para el motor que para ei generador, De forma, queuna misrna máquina puede prod,rc;r corriánie continua si se aplicaa su indu:cido un movimiento giratorio (caso a.r g.""r"á;;j o, por

464

el contrario, se producirá un movinriento giratorio en la máquina sialimentamos su inducido con Ia corriente lontinua procedente de lared (caso del motor).En los capítulos sucesivos se estudiará con más detalle el fun-

cionamiento de la máquina de corriente continua, según se utilicecomo generador o como motor.

Inductor

El sistema inductor produce el campo magnético necesario paracrear las corrientes inducidas. Este .r-po magnético puede ser pro-ducido por imanes permanentes o por electroimanes.

Los inductores constituidos por imanes permanentes son de acerotemplado o de cualquier otro material con buenas propiedades mag-néticas; entre sus polos está montado el inducido de foi*a semejantea Ia expresada en la figura 364. Las máquinas que utilizan este sistemase denominan magnetoeléctricas o, abráviadament e, magnefos. Se uti-liz9n poco, debido. a que el campo magnético producidá es

-pequeño;

solamente se emplean máquinai a. pI.u fát..,.iu, como es "l casod,e las magnetos cle autombviles y lor *oiores utílizados

"; ;;ü;;eléctricos.

En la mayoría de las actuales máquinas de corriente continua, elc-ampo magnético inductor está producido por electroimanes monta-dos sobre la carcasa de la máquina; estos electroimun.i ,L llaman,como ya sabemos, polos inductores y están constituidos po. ,n núcleomagnético de hierro o de acero y un arrollamiento conituctor que Iorodea (arrollamiento de excitación) por el que pasa una corrientellamada corriente de excitación; las ioimas de conseguir esta csrrientede excitación se estudiarán en ,n próximo capítuló.

Las bobinas que constituyen loi arrollamientos de excitación delos diferentes polos, están conectadas entre sÍ de *u.r.ru qlá'fo.*"rr,alternativamente, un polo Norte y un polo sur; por ejemplo, en unamáquina bipolar, las bobinas estarán conectadas^.o-á ,.'rápr"rentaesquemáticam^ent" .1 l3 figura 167,y en una máquina tetrapolar comorepresenta la figura 3ó8; en ambos casos se han i"p.er".rt"áo ia*bil;Ios circuiros magnéricos formados. El sentido d; tr:";;;;;;;1"il;;"*o de excitación y_el del flujo magnétic;;;;;.ido, se encuentra aoli_cando Ia regla del sacacorchos, eiplicada en el

"uli,"lo -;;r;;i;;. -''^

como hemos dicho anteriorm"rrt", el entrehieiro ", "i Lrpu.io d.aire que separa el inductor del inducido. En la constrrr..iá., de má_quinas eléctricas se ha de procurar que el entrehierro sea muy pe_queño (de 1 a z mm), pues parte del flujo magnético se dispersa al

465

IIIIrllltt

I

Enlrehierro

lnduado

Fig.367.-Conexión de las bobinas de excitación de una nttiquina bipolar,

atravesarlo y estaentrehierro.

dispersión es tanto menor cuanto menor sea el

T.as piezas polares del sistema inductor (3 en la figura 364), lla-madas también e.rpansionanúentos polares, permiten aprovechar me-jor el flujo magnético que pasa del inductor al inducido, como puedeapreciarse en la figura 369; en a no hay expansionamiento polar yparte del flujo magnético pasa directamente de un polo a otro, sinpasar por el inducido: por tanto, se pierde. En b de la misma figura,

466

Fig.3ó8.-Conexión de las bobinas de excitación de una rnáquina tetrapolar.

gracias a los expansionamientos polares, casi la totalidad del flujomagnético producido pasa a través del inducido. Este flujo magnéticoque se pierde, se llama flujo de dispersión y debe tenerse en cuentaal proyectar toda clase de máquinas eléctricas. Los expansionamientospolares sirven precisamente para reducir en lo posible el flujo dedispersión.

Para fijar mejor los conceptos, véase en la figura 370 Ia fotografÍade un sistema inductor tetrapolar sin los arrollamientos inductores,

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Fig. 370. - Sistenta inductortetrapolar sin los arrollamit:n-tos inductores-

y en la figura 371, el mismo sistema inductor, esta vez con los arro-Ilamientos montados. En ambas figuras, se distinguen 2 polos de con-mutación, cuya misión estudiaremos más adelante.

Para el sistema inductor es conveniente utilizar materiales magné-ticos de alta calidad. Pero sucede que también huy que tener encuenta la resistencia de la máquina a los esfuerzos mecánicos, asícomo la economía de coste. Por todas estas razones, se emplea pre-ferentemente el acero dulce para polos inductores y expansionamien-tos polares, ya que se trata de un material de alta resistencia mecá-nica, buenas propiedades magnéticas I'de coste relativamente reducido.

Para la carcasa se emplea el hierro fundido y también el acerodulce, este último material, sobre todo, en máquinas de modernaconstrucción.

Fig.369.-Utilidad de las pieTas polares del sistenta inductor. En a no hayexpansiottatniento polar y parte det llujo magnético pasa directatnente de unpolo a otro, sin pasar por el inducido.. En b, gracias al expansionamiento polar,casí todo et ftttjo magttético pasa a través det ind.u.cido;.'

Fig. 37!. - El tnisnto sistetnainduct,,.- de la 'figura anteriorcon los arrollanúentos ittduc-tores ntontados.

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Fig. 372. - Inducido de una máquina de corriente continua, completarnetTte ,?ton-tado.

Inducido

El-inducido de una máquina de corriente continua, está represen-tado en la fjeura- 372, compl.tu*..,te montad;;-;;-l; fiil;-3?3 ;;representa .el núcleo magnético del inducido, sin el arrol'lamiento niel colector.

consta de un núcleo forrnado por chapas magnéticas de hierro,de la calidad {enominada chapa de dinamo o chapa de inducido, ais-Iadas entre sÍ por medio de papel o barniz; esto se hace así paradisminuir las corrientes de Foucault que se producen en el nútleomagnético,_ hasta límites admisibles.

El núcleo lleva en su parte periférica unas ranuras (que puedenapreciarse en Ia figura 373), para albjar los conductores [ue consti-luy9n el arrollantiento del inducido; en este arrollamiento se producela fuerza electromotriz inducida a causa del flujo magnético que loatraviesa y que__proéede del sistema inductor. Los conductores queforman el arrollamiento del inducido van conectados entre sí,

-de

forma que las fuerzas electromotrices que se producen en cada unode ellos, se suman para producir Ia fuerza electromotriz total.

Vamos a explicar e-stos conceptos con algún detenimiento. paraello, supongamos un inducido como el representado en la figura 374,constituido por el correspondiente núcleo magnético y por 4- conduc-tores, unidos 2 a 2, formando 2 bobinas, que llamarémos A y B; siel sentido de giro de este inducido es el representado por la flelha,'las

470

Fig.373.-Nticleo nngnético de! ütducido de la figura anterior, sin el arrolla-tniento ni el colector.

corrientes inducidas en las bobinas A y B tendrán el scntido que seindica en la figura y que se halla aplicando la ya conocida regla dela mano derecha, Para mayor'comprensión, de esto,. se añade- Ia fi¡::-ra 375, donde se expresa la forma de aplicar la regla dc la ,-,,.4rro á.-

Fig.371.-Sentido de las corrienfes inducidas ett un inducido con 2 bobinasirúepettdientes.

47t

generador de fuerza electromotriz; los efectos de ambas bobinas seránIos expresados en la figura 377, donde los conductores están sustitui-dos por pilas y los terminales de éstas están numerados como en lafigura 778 (es decir, que el número I de la figura 376 corresponde alnúmero 1 de la figura 377 y así sucesivamente).

En Ia figura 377 se ha señalado con flechas los sentidos de lasfuerzas electromotrices inducidas en cada conductor. Indudablemente,en el punto X no hay tensión eléctrica puesto que la suma de lasfuerzas electromotrices de la rama 5,7,4,2 es igual v opuesta a lasuma de las fuerzas electromotrices de la rama ó, 8, 3, 1; lo mismo

Bobino I' : Eooino A

Fig. 377.-Circuito eléctrico equivalente al de' la figttra anteri.or.

- Ahora, supongamos que unimos todos los conductores para queformen una bobina única, tal como está fepresentado en la fiÉura 376;en este caso, las corrientes inducidas en las bobinas A y B

-tienen el

yi-smo sentido que en el caso anterior. y si suponemos .que ambasbobinas tienen idénticas caracterÍsticas constructivas I la,corriente totalrésultante es nula. En efecto, suporigamos q"; ;";; .;;á;;;;:;";

Fig' 376.-'ientido de las corrientes ind.ttcid.as en Ltn inducidc¡ con 2 bobinasconectadas e¡ttre sí.

472

§lot

Fig. 375.-For¡¡ta de aplicar la regla cle lafigura anterior.

,ttano dereclta al inducido de la

Fig. 378. - Circuitonectado una carga

eléctrico comoentre los puntos

el de lamedios

que se ha co-ligura anterior, alde las dos bobina.s.

473

sucede en el punto Y. Por lo tanto, como sin tensión eléctrica no haytampoco corriente eléctrica, en el inducido de la figura 376 no se

producen corrientes aunque sí fuerza electromotriz, y esto, debido aque dichas fuerzas electromotrices tienen sentido opuesto en las dosramas del inducido.

Pero veamos qué sucede si en el circuito de la figura 377, unimosIos puntos' X e Y'por medio de una resistencia R (figura 378). Eviden-temente, esto significa poner los conductores en paralelo. Esta vezsí que pasará una corriente por Ia resistencia R, que será la suma deIas corrientes producidas en las 2 ramas, según expresa la primeraley de Kirchhoff. Y dicha corriente será tanto más elevada cuantomenor sea la resistencia R; de tal forma que si R - O, la intensidadde la corriente sería muy grande (caso del cortocircuito).

Así pues, para aprovechar las fuerzas electromotrices inducidasen el inducido de Ia figura 376, hay que derivar en los puntos X e Y.Pero, en nuestro caso, esto no se puede hacer tan fácilmente como sise tratara de pilas, y& que el inducido tiene un movimiento de rotación.Por esta razón se utiliza el procedimiento indicado en la figura 378,es decir, comunicando los conductores que tienen fuerzas electromo-trices del mismo sentido con unas láminas conductoras o 'delgas,

generalmente de cobre, ctrispuestas en forma cilíndrica 1' aislada "ñtr.sí, que giran al mismo tiempo que el inducido. Ahora, se colocan unosfrotadores fijos o escobillas, a los que se unen los conductores ex-teriores generales. Cualquiera que sea la posición del inducido, losconductores de Ia izquierda (véase figura 379) producen fuerzas elec-tromotrices dirigidas hacia atrás y los conductores de la derechaproducen fuerzas electromotrices dirigidas hacia adelante; por lo tan-to, cada una de las escobillas recogerá siempre corriente de un solosentido, es decir, que Ia corriente saldrá de la máquina por una esco-billa (que llamaremos + o positiva), atravesará la resistencia de cargaR y retornará a Ia máquina por la otra escobilla (que llamaremos -o negativa).

El conjunto de láminas conductoras o delgas se denomina colectory, algunas voces, conmutador, por razones que veremos en un próximoparágrafo.

La línea MN se Ilama línea neutra y representa el cambio de sen-tido de las fuerzas electromotrices inducidas en los conductores. Enefecto, siguiendo el movimiento giratorio del inducido, al pasar porIa línea MN los conductores que constituyen la bobina B, cambian desentido las fuerzas electromotrices inducidas (y también las corrientes

474

Fig. 379. - Colector elentental.

inducidas); este cambio ,de sentido no 'es brusco, sino gradual, .cltforma quá el valor de la fuerza electromotnz inducida que es máximocuando el conductor está frente al polo inductor, va disminu¡'' ndo a

medida que se acerca a la línea neutra; en la línea neutra, la fuerza

electrom otriz inducida es nula. Y pasada la línea MN, vuelve a crecerel valor de la fuerza electromotriz inducida, hasta alcanzar nuevamentesu valor máximo al quedar cl conductor frente al siguiente poloinductor; pero esta vez, la fuerza electromotriz es de sentido opuesto.

Si en la realidad, la-s escobillas se montaran tal como está expre-sado en la figura 379, el colector chispearía continuamente, puestoque las escobillas están situadas en la zona de máxima fuerza elec-tromotriz. Para montar correctamente las escobillas habrá que teneren cuenta de que siempre estén unidas a las bobinas que pasan porla línea neutra; abreviando, se puede decir que las escobillas estaránsituadas en la línea neutra, como en Ia figura 380. Pero debe tenerseen cuenta que existen casos en que las escobillas no estén realmenteen la lÍnea neutra pero sí lo estarán las bobinas a las que, en aqtrelmomento, \'an conectadas a las escobillas.

Veremos en los siguientes parágrafos que, a causa de los fenómenosde reacción de iltducido y de cotunutaciótt, las escobillas se habránde desplazar ligeramente de la posición teórica de la línea neutra.

475

Coieclor de 2 delgos

.t,-1.

tscobti/os

FiS. 381.-Líneas de 'flttio del cam'po magnético ittdttctor.

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FiS. 382.-Líneas de 'flttio del cam'po magnético del inducido.

Fig. 380. - Situacióttllas en una mdquina

de las escobi-bipolar.

En Ia figura 379 se ha representado un colector con 2 delgas, porquesolamente eran 2 las bobinas del inducido; en todas las máquinasde corriente continua habrá siempre tantas delgas en el colector comonún.ero de b.¡binas haya en el inducido

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Reac;ión de inducido

Al hablar hasta ahora del campo magnético de una máquina decorriente continua, nos hemos referido siempre al producido por elarroilamiento (campo inductor o carupo príncipal), cuya trayectoria,para una máquina bipolar, está representada en la figura 381 ; en estafigura no están representadas las escobillas y, por lo tanto la co-rriente total es nula. Al montar las escobillas, las corrientes inducidasse'guirán los sentidos indicados en la figura 382, que pueden deter-minarse fácilmente aplicando la regla de la mano derecha.

Pero obsérvese que el inducido es un núcleo magnético que llevaarrollados una serie de conductores: en una palabra, es un electroimány, claro está, tendrá su propio campo magnético (campo del indtrcidoo ca¡Itpo transrersal ) y su propia polaridad ; la dirección de las líneasde fuerza,puede determinarse por la regla del .sacacorchos,. obtenién-dose Ia configuración representada en la figura 382, en Ia que se han<¡miticlo las líneas de fuerza del campo inductor.

En la realidad, lo que sucede es que se suman las acciones deIos dos campos, el principal y el transversal, y la configuración ,lelas líneas de fuerza es la representada en la figura 383: el campoinductor prevlsto teóricamente, se ha deformado.

476

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Fig. 383.-Líneas de "fluio del cam'po magnétrco resultante.

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477

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Fie. 381. - Desplazantientocido: a) en un generador.

las escobillas por electo de laen un tnolor.

reacciótt de indu-deb)

Fig. 3ó5. - Forntación de chispas sobre 2 placas cot'tductoras en contacto.

resbalar una sobre otra; a través de la superficie de contacto pasauna corriente eléctrica 1 y Ios puntos de contacto de ambas iáminasofrecen una resistencia eléctrica o resistencia de contacto, eu€ llama-remos Rc.

sección de contacto de ambas láminas absorbe una potencia

P":R"I'

que se transforma íntegramente en calor, el cual eleva la temperaturade Ias láminas conductoras.

Sup-ongamos ahora que vamos separando poco a poco las lámin:sI y 2, haciéndolas resbalar entre sí. I a seciión de cóntacto va <tis:::i-nul'ellp, la ies-istencia R. aumenta y :aumenta también

"l .oio, á.i-prendido por efecto Joule R" 12; además, este calor se reparte en un3sección cada vez más pequeña,. por lo que Ia elevación de temperaturaaumenta considerablemente. En el instante de terminar el éontacto,Ia superficie es mu)' pequeña y queda reducida sensiblemente a unpunto, por Io que R. es muy grande y la cantidad de calor R" /2 esTuy considerable, llegando su acción a volatizar el metal en el puntode contacto.

Instantes después de Ia separación, los vapores metálicos produ-cidos, establecen una comunicación eléctrica entre los 2 conduitoresy_ esto provoca la chispa que los destruye parcialmente, siendo estachispa más importante cuanto más elevadá es la intensidad de lacorriente.

Para facilitar la comprensión del problema de la conmutación,imaginemos una porción de un arrollamiento simple y la parte co-rrespondiente del colector al cual va conectado, tal Co-o se rápresenta.:!- Iu figura 386. supongamos una bobina del devanado, qu; hemosdibujado con trazo más grueso. Siguienclo el sentido del movimientod_el colector, un momento antes dJ pasar por la línea neutra (figura-386

a), por la bobina pasa una corriónte 1f en el sentido indicadó "nIa figr-rra. Al pasar por la línea neutra (figura 386 b), por la bobina no

Esta deformación del campo resultante trae como consecuenciaun desplazamiento de la línea neutra, desplazamiento señalado conel ángulo.a en Ia figura 383; el ángulo a se lá llama ángulo ii'd"ratodo'y tiene eI sentido de giro eh los generadorcs (figu.uJs+u) 1,s"ntiáocontrario al de giro en los moto-res (figura 3s1'bi ñrrl."rlente, fu.ue.vitaS chispeos iabrán de clesploruir."las escobillas en el ángulo dedecalado a, hasta la nueva línea neutra (M'N, en la figura 3g3).

El ángulo de decalado a varía de unas máquinas a o-tras; su yalorestá comprendido entre l0 y t2 grados.

Conmutación

se entiende por corunutació, al conjunto de fenómenos que seproducen al pasar las delgas del colector por debajo de las esc<¡billas.EI estudio riguroso y exacto de la conmuiación es muy comple.io, porIo que nos limitaremos a intentar una explicaciOn intuitiva áe ésteproceso y a describir las medidas constructivas y de funcionamientoque deben adoptarse para conseguir una .o.,m.riución perfecta.¡ Cuando en Ia rotación de la máquina, una delga del colector aban-dona Ia escobilla sobre Ia que acaba de pasar, se produce una .n,.*;que tiene efectos destructivos sobre el colector. Po.u explicar cómose forma esta chispa, vamos a estudiar el efecto en dos liminas con-ductoras (l y 2 de la figura 385), puestas en contacto y que pueden

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Fig. 387.-Variaciótt de la corrie¡tte que atrc¿viesuceso de connnttctción.

Lu'tct bobitlt dtÍante el Pro'

pasa corriente, ya que la fuerza electrom otriz en la línea neutra es

nula, debido a que las acciones electromagnéticas de dos polos induc-tores contiguos se compensan, por ser de distinta polaridad. Un mo-mento después de pasada la línealnetttra (figura 3lióc), por Ia bobinadel devanado pasa otra vez una corriente I pero de signo contrarioa la anterior, ya que ahora cae bajo la influencia de un polo inductorde polaridad contraria a la del anterior. Es decir, que en un tiempomuy pequeño, la bobina ha estado sometida a una variación de co-

rriente comprendida entre

I''Oa-l

lo que puede representarse gráficamente según se expresa en la fi-gura 387. Pero esta variación de corriente provoca la producción de

una fuerza electromotriz de autoinducción, cuyos efectos se oponena la variación de la corriente I ; la corriente de autoinducción produ-cida produce chispeo en el momento en que la delga del colector dejade estar en contacto con las escobillas.

. -Para evitar el chispeo, eS decir, para conseguir una conmutaciónsin chispus, huy q,r. ptocurar que, en el momento en que Sucede laconmutáción, tá U=oUina conmutada esté sornetida a una fuerza elec-

tromotriz de valor sensiblemente opuesto al valor de la fuerza elec-tromotriz de autoinducción , a la que nos hemos referido en el párrafoanterior. Para ello, la bobina debe cortocircuitarse antes o después de

la línea neutra, para que esté bajo la influencia de la fuerza electro-

480 481

.I

Fig. 388. - Desplazantiento de las escobillas por efecto de la coruttutación : a)en ut7 generador. b) en utt tttotor.

motriz producida por un polo inductor; para ello, las escobillas deben

decalarse en un ángulo I (ángulo de corunutación) que es siempremayor que el ángulo de decalado a que hemos citado anteriormente;o sea que

'En un generador, la corriente y la fuerza.electromotriz tienen el mis-mo sentidó, por lo que la fuerza electromotiiz que se induce en una bo-'bina

con propósito de invertir el sentido de la corriente sin chispeo,debe tener la misma dirección que la f.uerza electromotriz inducidaen la bobina cuando se encuentra bajo el siguiente polo inductor;por lo tanto, el decalado ha de ser en el mismo senlido de giro (fi-g1r." 388 a); en un motor, el decalado se realizará eh sentido contrarioát ¿. giro (figura 388 b) -r,,a que, como veremos más adelante, la co-

rriente de la lÍnea y la fuerza contraelectromotriz del motor tienensentidos opuestos.

Mejora de la conmutación

Teniendo en cuenta que la fuerza electromotriz de autoinducciónque provoca el chispeo, vale

di€c:-L

dt

y que la conmutación será tanto mejor cuanto menor sea el valor de

e., tendremos que los devanados de inducido con pocas espiras porbobina tendrán mejores condiciones de conlnutación, ya que el coe-

ficiente de autoinducción I es proporcional al número de espiras.Si se aumenta el tiempo de conmutación T tambid'n'parece me-

jorarse la conmutación; esto quiere decir que las mátluinas lcntasti.rr"r, mejores condiciones. de conmutación que las máquinas rápidas,También puede aumentarse el valor de T, aumentando la longitud de

las escobillas, de forma que ab-arquen la longitud de dos o tres delgas;de esta forma hay simultáneamente más de 2 bobinas en cortocircuito,con Io que aparecen fuerzas electromotrices de inducción niutua entrelas bobinas que provocan un empeoramiento de la conmutación:eS decir, que al contrario de lo que pudiera parecer, aumcntar laIongitud de las escobillas es contraproducente para la conmutación.

El sistema de mejorar la conmutación mediante el decalado de lasescobillas, al que hemos hecho referencia en el parágrafo anterior,tiene bastantes inconvenientes ya que el ángulo de conmutación 9no es constante sino variable con la carga. En efecto, la fuerza elec-tromotriz de autoinducción depende de la carga, segirn puede apre-ciarse en la fórmula

diO :-fvc-u

dt

po lo tánto, la fuerza electromotriz que debe oponerse a ésta tamb!énes' función de la carga; Io que quiere decir que un ángulo I dadosólo es válido para un valor determinado de la carga. Al. variar lacarga, debería variarse también el ángulo B, lo que en la prácticaresultaría engorroso; lo que se hace es situar las escobillas en unaposición tal que la conmutación resulte aceptable, aunque no perfecta,dentro de un inten,alo de variación de la carga.

De todas formas, Ia mejor solución para el problema de la con-mutación es el empleo de polos auxiliares de conmutación, con loscuales se evita el chispeo y, de esta forma, las máquinas resultan másligeras, más económicas y además las escobillas pueden permanecersin inconveniente en la línea neutra geométrica a cualquier gradode carga y con cualquier sentido de rotación. A continuación, estu-diamos estos elementos.

Polos auxiliares de conmutación

Las chispas pro\¡ocadas en el colector por la fuerza electromotrizde autoinducción, pueden evitarse mediante otra fuerza electromotriz

482 483

Fig. 389.-l[ciquina bipolar defuncionandc, como generador.

;corriettte cotttinua, con polos de connuttación,

regla de la mano derecha, resulta que en los conductores situadosdebajo de los polos de conmutación, con las polaridades señaladas enla figura, se induce una fuerza electrom otriz de sentido opuesto a lacorriente que anteriormente circulaba por la bobina y, rpor lo tanto,de sentido opuesto a la fuerza electromotriz de autoinducción produ-cida en la bobina durante el proceso de conmutación.

El campo magnético generado por los polos auxilia"res ha de serde sentido opuesto al campo magnético transversal producido por lareacción de inducido (véase figura 390), tanto si se trata de genera-dores como si se trata de motores. Por lo tanto, para que esto ocurra,siguiendo el sentido de giro, en los generadores a un polo principalsigue un polo auxiliar de polaridad contraria y en los motores a unpolo principal sigue un polo auxiliar de la núsmq polaridad (figura 391).

Es decir, que los polos auxiliares cumplen una doble misión:

a ) compensar el campo magnético transversal producido por lareacción del inducido

b ) generar el campo magnético preciso para inducir la fuerzaelectrom otriz de conmutación.

Fig. 390. - Líneasconmutación.

equivalente ,v de sentido opuesto, que se induce desde el exterior enla bobina en conmutación.

Con este objeto, en la mayoría de máquinas modernas, se utilizanunos polos especiales, denominados polos auxiliares y polos de con-mutaci,',t¿ que van dispuestos entre los polos principales, en donde,hasta aihora, existía Ia línea neutra. Para excitar y crear el campomagnético de conmutación por las espiras inductoras del arrollamientode los ¡,tlos de ct¡nmutación, por estas espiras debe circular toda lacorriei', i del inducido, ya que la fuerza electrom otriz de autoinduc-cién es proporcional a ia córriente cle carga y la nueva fuerza elec-tromotriz inducida, que debe ser equivalente a la anterior pero desentido opuesto, también ha de ser proporcional a la corriente decarga.

En la figura 389 puede apreciarse una máquina bipolar provistade polos de conmutación y funcionando como generador. Según la

484

polos de

485

8AA \lo ' ó/ AAA

de flujo del carnpo nrugnético generado por los

I

de cmmuloa¡h

o

Fig. 391.-Montaje de los polos d"-continua: a) en un generador, b)

conmutación en una nttiquina de corrienteen uh ntotor.

Por consiguiente, en las rnáquinas equipadas con polos auxiliares,las.es;cobillas pueden perru.anec¿r en la'tíiea neutra geométrir; ;";í-quiera q,ue seq la carga. Esta es la principal \¡entaja de los polos deconrnutación y por esta causa, actualmente todas las máquinas decorriente continua de mediana y gran potencia van equipádas conellos. Unicamente en máquinar á" l.q.r"R" potencia se prescinde deestos polos, debido a su coste adicional, y s€ ajusta el decalado deIas escobillas de tal forma que el campo principál induzca una fuerzaelectromotriz de conmutación cuyo valor co.responda con una cargamedia.

En lo que se refiere a los polos de conmutación han de tenerseen cuáñta las siguientes consideraciones:

a) el arrollamiento de los polos de conmutación ha de estar co-nectado en serie con el arrollamiento del inducido, o sea quedebe calcularse para ser atravesado por Ia corriente total áelinducido

b ) el polo de conmutación debe trabajar lejos de Ia saturación,para que se conserve Ia proporcionalidad entre los amperivuel-tas de excitación y el flujo magnético creado

486

el ancho del polo de conmutación se hace aproximadamenteigual al ancho de la zona de conmutación

el entrehierro es algo mayor que el de los polos principales.

Devanados de compensación

Con los pq:los d.e .conmutación se mejora apreciablemente la con-mutación y se anula Ia reacción de inducido en la zona de los polosde conmutación. Pero no evitan la distorsión del campo frente a lospolos inductorés.

En las máquinas de gran potencia, en las de elevada velocidad oen las que tienen alta tensión entre las delgas del colector, la conmu-tación resulta difícil y conviene suprimir totalmente Ia reacción deinducido, en todo el perímetro del inducido. Esto se consigue corl r-,1

devanado de contpensación (figura 392), constituido por un grupo Je

Ftg.392.-Mdquina bipolar de corriente continua, con deyanado de contpen-saciótt,

c)

d)

Po:o oe:t¡¡¿toctil

%.J

487

espiras sittrado 9uj" las piezas porares y conectacro en serie con elarrollamiento det inducidó; Ias corrientes que circulan por estos con-ductores, repartidos uniformemente en el ancho de Ia pr"á folar, hande tener sentido opuesto al de las corrientes- del irrarrÉiáo cán objeto,precisamente, de anular el campo magnético producido ,á. dichascolricnres.

-No,es po-sible dar datos concretos sr¡bre cuando ha-"- que instalarpolos de conmutación y cuando devanado compensador. En términosgenerales, puede decirse que para máquinas de p.;;;;";tt.r.iu .,p.elerible el montaje de poroi cre conmutación, ya que er devanadode compensación encarece mucho "r

p...io á" r" laá"i"^; i^.u -a_quinas de meciiana potencia se prefieie el devanado de loáp1.rra.io.,)', finalmente, para máquinat -á. gran poi".r.iu .. adoptaá los dossistemas (figura 393), yá q.r" Ia m?qui"u á" corriente continua conpolos de conmutación y d".ru.,ado de ¿.;;";;ación es la más perfecta

Fig. 393.-lItíquhta bipolar dey devunaclr¡ de contpeisaciótt.

488

Fig.394.-Sistema inductor de una mciquina d.e corriente continuA con polosde conttuttación.

de todas, ya que con Ios dos arrollamientos auxiliares se evitan tod.osIos inconvenientes provocados por la reacción cle inducido y se con--sigue un proceso de conmutación casi perfecto. Lo normal, sin em-bargo, para máquinas de tamaño medió (motores y generadores) esemplear polos de conmutación y no devanaclo de comlensación.

Para terminár este parágrafo, véase en la figura 394 el sistemainductor de una máquina de corriente contirrlu .ór, polos principales(anchos) y polos de conmutación (estrechos), situado,

".rir" loi an-teriores, y en la figura 395, el sistema inductor de una máqtrina decorriente continua provista de polos de conmutación y devánado decompensación.

Hasta ahora, se han considerado solamente inclucidos bipolares,con Io que hemos conseguido simplificar nuestro estudio. Pero en Iapráctica, la mayor parte de las máquinas de corriente continua sonmultipolares y, naturalmente, los arrollamientos clel inducido deben

aaa\-o I X/é€E

corriehte continua, con polos de conntutaciórt

489

I

5snlido de

Líneo neulra

Fig. 395. - Sistenta inductorde contnutación y' devanado

de una máquina de corrientede compensación.

continua con polos

proyectarse para cumplir esta función. Se comprende fácilmente quehabrá tantas Iíneas neutras como pares de poios v t""tur escobillascomo polos; por ejemplo, el inducido de Ia }igura 396 es tetrapolar;por Io tanto, en las bobinas del inducido cambiará el sentido de Iacorriente 2 veces cada vuelta completa: habrá, por consiguiente, dosIíneas neutras, porque hay dos pá.". de polos. como en cada líneaneutra se óolocan 2 escobillas (una positiva, otra negativa) en el in-ducido de Ia figura 396 se necesitar in 4 escobillar. f, reámos másadelante que en los arrollamientos llamados ondulados, solamentese necesitan 2 escobillas, cualquiera que sea el número de polos.

Devanados de inducido

Hemos dicho que el inducido constaba de un conjunto de con-ductores conectados entre sí d9. tal manera que, en el óaso del gene-rador se obtenía en las escobillas una fuerza electrom otriz,- y Jn elcaso del motor, este inducido giraba por reacción contra el campo

490

Fig. 396.-.Representaciótt esquemd.tica de un inducido tetrapolcr.

:

inductor. A este conjunto de conductores se le ilama arrollanti,-:tfcd.e inducido o, también, devanado de inducido. El estudio completode los devanados de máquinas eléctricas se realiza en otra parie deesta obra; aquí, nos limitaremos a estudiar los distintos sistemaspara conectar los conductores o bobinas del inducido, comenzandopor el caso más sencillo que es el de un deyanado bipolar, o sea, elcorrespondient'e a una máquina bipolar.

Devanado bipolar

E-n la fi*eura 397 se ha representado un devanado para máquinabipolar, suponiendo que la máquina func.iona como generadoi. EIdevanado consta de 6 bobinas, alojadas en otras tantas ranuras. Cadabobina (figura 398) consta de 2 laáos y 2 cabe¿as, llamándose lado debobina a la parte de la bobina que quqda bajo el polo inductor ycabeza de bobina a la parte de Ia bobina que une entre sÍ dos ladosde bobina.

491

I

¿----ra

Sentido

de qiro

Fig. 398. - Bobina del devanado de inducido dede bobina. 2-Lado xtperior de bobina. 3-Ladoniagnético del inducido.

lct ligura attteríor: l-Cabezainferior de babina. 4-l'lúcleo

Fig. 397.-Devanado de

492

Como el devanado de la figura 397 consta de 6 bobinas, habrápor lo tanto 12 lados de bobina que su nLrmeran en la figura del 1 aliZ. »" cada 2 lados correspondientes a una misma bobina, uno de ellosse aloja en la parte superior de la ranu-ra V eI_ olro en la parte inferiord"e otra ranura, de tál forma que los lados de bgbi-na que cgrrespondena los números impares (1, 3 5...) forman los lados superiores' de las

bobinas, puesto que se alojan en la parte superior (o exterior) de las

ranuras del inducido, mientras que los lados de bobina que corres-ponden a los números pares (2, 4,6...) constituyen los lados bfierioresáe las bobinas y se alojan en la parte inferior (o interior) de las ra-nuras.ittducido para ntd"quina bipolar.

493

I

El colector se divide en tantos segmentos o delgas aislaclas entresí, como bobinas hay en .t d"rá"áJ;;^;;; ro tunül., "i rie ura 3e7,el colector constará de 6 delgas.

----- ' t'v\se puede determinar en Ia- figura 397 los dos rados de bobina quecorresponden a una misma bobi"na, ñ; I* uniones detrás del indu_cido y marcadas a trazos en ra ¡ú;.il^ pJ,

":"*pro, corresponderána una misma bobina, Ios rados d""úoui"á-*u.."aos con Ios números1 v 8. si, finarmente, conectary"s -rá;";;";rs .de

las 6 bobinas enrre,sÍ, por Ia cara frontar der ,,"d":dg,-iái r"s 6 dergas der corector,habremos completado "f á"uu.rudo d""irJr.iao. Como en cada ranura.del inducido hay dos lados a" uobioá,*ilar"*o, un devattado de

!:;rf,.!,#.t, que es et más empteado ;;

"i;, máquinas de corriente

conexión de las bobinas de un devanado de inducido

En Ia figura 397 observamos que en todos los lados de bobinasituados frente ar polo sur (es- decir, ro,luá, numerados del I ar 6),Ia fuerza electromotriz inducida ti".r" ".r'IJ.rtiao tal que la corrienteinducida penetra e¡ er prano a"l páp"i,'"r ¿".ir, se ár"3.u del obser_vador, Io que puede .o-protarse utirizando Ia regra de"Ja mano de_recha (puesto que hemoi supuesto que se trata de un generador).De Ia misma forma, se n"-g" .á*pñu. que en loi lados debobina siruados frente ár p"rf N."1e G.'r;;,ros Iados numerados delT al 12),la fuerza .r".trárióiri, irdr"iáá ;;¿r" un sentido tar, que Ia

::#:t; inducida sare der prano a.r páp"i,1, a""ir; ;;;;;ca al ob-

Por consiguiente, en el interior de cada bobina, ras fuerzas erec-tromotrices de ambos lados d.e Ia- uáui""-Gituados, respectivamente,frente al polo Norre y frente "r ,J, é;;i-r"',;Tan.Además, y graciasa Ias conexiones

.adoptadas, se suman también las fuerzas erectromo-trices de las distintai uouiíur. por ejempro-,-iar_como están represen-tadas las escobiilas en ra figura 392, se i,ráun las fuerzas erectromo_rrices inducidas en los ladJs g" b:fl";";;t, 3, _10, s, t2, lo que sepuede comprobar siguiendo sobr" I;-iig".i .i orden citado; por orroIado, también r" rrm"., Ias fuerzas ereJtro-áiri."s de Ios Iados 6, rr,4, 9, 2,7. pero obsérvese que ar p"r* á"i^i;;" de bobina númer o 12(cuya corrierue.,sate,del p;p.t),_ ár-lád;-;;;obina ";;;; 7 (cuyacorriente tambié,n sale dei pup"l), I; ];";;s electromotrices de am_bos lados son de sentido ffi.rto i y Io mismo sucede con el Iadode bobina número- 1l- ."rp"átl ul iuáo-1"-'t"uina número 6. si noexistieran las escobiilat,

"r esquema de conexiones sería er de Iafigura 399 donde se t u" r"nur;do ;o;-ráliru, Ios sentidos de las494

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Fig. 399.-Esquenta de conexiones deescobillas.

Lut devanado de induciclo bipolar, sitt

corrientes inducidas; Ia corriente total inducida sería nula, suponien-do que los dos grupos de bobinas fueran exactamente iguales.

Al situar las escobillas sobre las delgas I y 4,.s .ó*o si conec-táramos ambas ramas del inducido en paralelo y el resultado seríael expresado en la figr-rra 400 o sea que las corrientes saldrían por Iaescobilla positiva a trar,és de la delga 4 y entrarían por la esCobillanegativa, a través de la delga 1. Con lo cual, por estar 3 bobinas co-nectadas en serie, obtendríamos una fuerza electrom otriz inducidatotal de valor triple que Ia fuerza electrom otriz inducida en una solabobina, y por estar 2 grupos de bobinas en paralelo, la corriente totalobtenida sería doble de Ia correspondiente á r'rnu sola rama. Natural-mente, siguiendo el sentido de giro del inducido, un momento des-pués, cuando las escobillas estuvieran situadas sobre las delgas 2 y 5,se obtendría la misma fuerza electrom otriz inducida y la misma co-rriente, pero esta vez serÍan otras las bobinas del inducido que es-tarían, respectirramente, en serie y en paralelo.

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f ig. !!0. - Esquema de conexiones de un devanado de indtrcido bipotar, conescobiltas.

- cuando huy gran número de bobinas, Ia representación gráficade la figura 397 resulta poco clara. Por esto, casi siempre se recurrea _otro tipo de representación gráfica, que adoptaremos de aquí enadelante. Para ello, se supone que se desarrolla en un plano

"l co.r-junto de los nolos inductores, el colector y las bobinas. Se obtienede esta fo-rma la representación gráfica de Ia figura 407 para el mismode',,anacl,,de Ia figlra 3ig7, "., "'i

que los i;¿o!;;p";io;;; d;hr-ü;-binas esrán *ut.udos con trazo séguido y los infÉriore, .on trazo-apuntos; Ia numeración de los lados de bobina es la misma en ambasfiguras. con objeto dc: poder seguir mejor las conexiones, en la fi-gura 4u1, se han representado 2 veces los lados de bobina I y 2.

con Ia representación de la figura 401, se puede seguir mejor Iamarcha ie Ia cor-riónte inducida y comprobar gue, éfectivamente,

496

Fig. 401. - Representaciónen un plano el conituttoinducido.

un dev'curur\o cle incluciclo bipolar, desirrollandopolos ittdttctores, el colector y las bobinas del

dede

existen 2 ramas en paralelo que constan, cada una de ellas, de 3 bo-binas en serie.

Devanados multipolares,

Por .lo g"rr".al, las máquinas eléctricas de corriente continua sonmultipolares. En estas máquinas, los devana.dos deben adaptarse asus características constructivas de tal forma que c.rcla bobina (esdecir, las dos cabezas de bobina y los dos lados de bobina) han deenvolver el flujo de un par de polos, o sea, que ambos lados de bobinahan de ocupar la misma posición respecto a 2 polos contiguos. Porejemplo, en la figura -102, se representa el caso, ya conocido, de un

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497

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Fig. 402. - Posiciónna en un devanado

de una bobi-bipolar.

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Fig. 403.-Posición de una bobina en utxdeuanado tetrapolar,

:de.vanado bipolar : la .bobina, representada esquemáticamente, abarcadesde el polo Norte al polo Sur del sistema inductor, estando colocadocada lado de bobina frente a un polo diferente. Lo mismo sucede enla figura 403, esta \¡ez para un devanado tetrapolar.

Devanados imbricados y devanados onduladós

Las conexiones de las bobinas que constituyen un devanado decorriente continua, pueden realizarse de dos maneras. En una de ellas(figura 404),las bobinas están conectadas hacia atrás, o sea, récogiendotodos los conductores que corresponden a un par de polos. Estosdevanados se lla.man imbricados y en ellos, Ias bobinas tienen formade lazos, como se puede apreciar en la bobina señalada con trazogrueso en la figura 404.

La otra forma de conexión de las bobinas (figura 405) es haciaadelante, o sea que cada bobina pasa sucesivamente por todos lospolos. Estos son los devanadcs denominados ondulados y en ellos,las bobinas tienen Ia forma de ondas, como puede apreciarse en Iacitada figura 405.

498

*- Colector

Fie. 404.-Ejentplo de devanado intbricado.

* Ca;e:lcr

Fig. 405.-Ejerrtplo de deyatrudo ondulado.

En los devanados imbricados, las bobinas están conectadas enparalelo; el resr-rltado será una fuerza electromotriz baja, ya que haypocos lados de bobina en serie y una intensidad de corriente elevada,puesto que existen muchas ramas en paralelo; por esto se les llamatambién devanados en paralelo.

Por el contra.rio, en los clevanados ondulados, las bc¡binas estánconectadas en serie; como consecuencia, la fuerza electromotriz re-sultante será elevada puesto que hay muchos lados de bobina en seriey la intensidad de corriente será baja, ya que sólo hay 2 ramas enparalelo; por esta razón, sc Ies llama también devanados en serie.

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) l)'" -¡i

499

Como puede apreciarse en las figuras -104 y 405, las bobinas deun devanado imbricado tienen la forrna señalada en la figura 406 ylas de un devanadc¡ ondulado, la de la figura 407. Esto, suponiendoque cada bobina está constituida por un solo conductor; pero muchasveces, por necesidades de construcción de las máquinas, las bobinasest¿in formadas por varios conductores. Como ejemplo de estas bo-binas compuestas, véase en la figura 408, la representación esquemá-tica de una bobina de 3 conductores (o de 3 espiras), para un d'evanadoimbricado, y en la figura 409, otra bobina de 3 espiras para un de-

vanado ondulado.Para mayor claridad de los ql.re esquemas de devanados, nosotros

representaremos siempre éstos como si las bobinas constaran sola-mente de una espira y así se ha hecho hasta ahora; pero debe recor-darse que muchas veces, las bobinas constan de varias espiras (hasta10 y 12 en már1ui:ras modernas). El conjr-rnto de las varias espirasde que consta una bobina, se encinta y se barniza después, tal comose representa en la figura 410 para un devanado en curso de moptaje.

Pasos de un devanado

A:te todo, Vamos a hacer ttnas aclaraciones Sobre la mane¡a deournr..'a:' los lados de bobina. En lun parágrafo anterio¡, al, estudiar

Fig. 407 Fig. 408 Fig. 409

Fig,40ó.-Formadelasbobina.s'enilndetanadoimbricado...'Fig. 427.-Forina de las bobinas en Ltn'rievanaclo ondul'ádo.

Fig. 408. - Representación esquemrítica de uru bobitru de 3 espiras para deva-nado irnbricado.

Fig.409.-Representación esquemdtica de mru bobina de 3 espiras para de-vanado ottdulado.

Fis. 410. - Realización Prúctica de un devanado intbricado.

el devanado bipolar de 6 bobinas, se nume¡aban los lados de bobina

del 1 al lZ; "rio se hacia así, por razones de una mejor comprensión'

En la práctica, los lados de bobina que figuran en la parte -superiorde las ranuras del inducido se nllmerán asi: 1 ,2,3,4,5,6, y los lados

á" Ü"Ui"" q.r" fig"rán en la parte inferior de las ranuras del inducido,

Se n,mer.a, d" esta manefa: l', 2', 3', 4', 5', 6'. COmO SabemOS qUe

cada bobina lleva un lado de bobina en la parte superior de una

1.urrr.u y otro lado de bobina en la parte inferior de otra ranura, en

las figuias 397 V +Of , con la nueva dénominación, los lados de bobina

deberían numerarse así :)406

(

Fis.

BobinaBobinaBobinaBobinaBobinaBobina

Antes

l- 8 t; ,

3-10 . .

5-127- 2

11- 6

Ahora

. l-4'2-5'

. 3-6'

. 4-l'

. 5-2'

. 6-3'

501500

Nótese que, por haber 6 bobinas, el colector lleva 6 delgas y que,con Ia nueva denominación, el número de bobinas es igual al númerode delgas del colector, lo que constituye una ventaja, como veremosenseguida. Además, en los esquemas de devanado numeraremos ex-c]usivamente los lados superiores de bobinas.

Hechas estas consideraciones previas, llamarem os paso de deva-nado a la distancia que hay entre dos Iados de bobina: viene repre-sentado por los números atribuidos a los lados de bobina. Véanseen Ia figura 4ll la representación de los pasos de devanado,que seconsideran en un devanado imbricado y én la figuia 412 los pasosde devanado ondulado. El primer paso de devanado yt se cuenta entrelos lados de una misnta bobina, es decir, según las figuras 4l t y 412entre los lados de bobina 1- 1'; significa, por lo tanto, el ancho dela bobina. si, por ejemplo, en la figura 411, al lado inferior l'corres-ponde, en Ia misma ranura, el lado superior de Ia bobina 18 (no re-presentado en la figura), tendríamos que

lr=18-1.-17

EI segundo paso /z representa los lados de bobina conectados através de una delga del colector o sea que el segundo poso lz se cuentaentre los lados de distintas bobít7as y se Ie llama también paso de

Fig.412.-Pasos de un deuanado ondulado: )'t-pri,ner paso de devanado. y.-segundo paso de devarudo. y-paso total. !."r-paSo de colector.

conexión porque representa lafigura 4ll, el paso de conexión

conexión de una.a otra bobina; en laES

\\\ \.-\ \-

rll¿////¿/,-.//

I . ,rr -!z:18:2=16,

puesto que la ranura numerada 18 está conectada a la ranura numc-rada 2, a través de la delga 2 del colector.

El paso total (y) es la sunta de los dos pasos parciales yt € Jtz,",e-niendo en cuenta que se consideran positivos los pasos cuyo sentidoes de izquierda a derecha y negativa los pasos de sentido contral'io.En los devanados imbricados /r es positivo € tz €s negativo; en losdevanados ondulados, ambos pasos son positivos. Por Io tanto, elpaso total y valdrá en ambos casos

Devanados intbricados.' )' : lt -Devanados ondulados: t' : lt +

El paso de colector, inclicado en las figuras 41L y 412 como IcoI eS

la distáncia que existe entre dos delgas conectadas a Llna misma bo-bina. Como hay tantas delgas como bobinas, el paso de colector, tantoen devanados imbricados como en ondulados será

\).t

!z

L'ig. all.-Pasos de un devanado hnbricado:lz-sefl,utldo paso de devanado. y-paso total.

502

Yr-primer paso de devanado.]ca¡-p4§o de colector.

((\::\'\ \. \\.\

lcol = t

503

En lo sucesivo, llamaremos

2p : nirmero total de polos de la máquina2a - número total de vías o salidas de ccrriente, en paralelo (o

también el número de escobillas necesarias)C : número total de delgas del colectorB - núrmero total de bobinas del devanadoK : número total de ranuras en el inducido

Ejemplos sencillos de devanados

Como ejemplos sencillos de devanados, véanse en las figuras 413y 414 dos devanados tetrapolares, uno imbricado (figura 413), otroondulado (figura 414) obtenidos a partir del devanado bipolar de lafigura 401, duplicando el número de bobinas y de polos.

En el devanado imbricado de la figura 413 se supone que la má-quina funciona como generador, por lo que la corriente sale por lase' :obillas positivas y entra por las escobillas negativas. Recuérdese queh ", v tantas escobillas como polos ; por lo tanto, en nuestro caso habrá-l escobiilas, 2 positivas y otras 2 negativas. Los datós del devanado,quepuedenComprobarsesobreIafigura,Son..

B -72c -12K :12lt -3!¿ -2y :Yr-!z:3-2:llcol : I

cada bc¡bina comprende un paso polar, llamando paso polar a ladistancia que hay de un polo al contiguo de signo contrario; porconsiguiente, la distancia que hay de un polo Norte a otro polo Norteserá un doble paso polar, tal como se ha indicado en la figura,

La figura 414 representa, como. hemos dicho; un devanado ondu-lado; en este caso no es posible hacer B - 12 pues no se utilizarÍantodas las bobinas una trai otra,' ya qu'e clespués.de la primera vueltaal inducido se volvería a la misma bobina (y no a otra bobina comoclebe ser); por consiguiente se adopta

Doble .psso _?9!91

Fig. 413.-Detanado tetrapolar imbricado, de 12 bobinas.

| ___Q_sb:; -?-qs!J9JqL M!ttp:o-¿!gr-

Fig.411.-Devanado tetrapolar ondtúado, de 13 bobinas.

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504

B-73

505

pero ahora nos encontramos con otro inconveniente; las bobinas noocupan exactamente un paso polar, para lo cual habría de ser B - 1,2

que, como ya sabemos, no puede ser; por esta razón, en la figura 414algunos lados de bobina están desplazados e, incluso, el lado debobina l0 queda en el espacio comprendido entre 2 polos; esto notie.ne importancia en Ia práctica, ya que el pequeño desequilibrioproducido en Ia fuerza electrom otriz inducida qu"áa compensádo po.el§rannúmer.ode.bobinas..,..,....

En Ia figura 414, se ha supuesto que la máquina es un motor;por consiguiente, Ia corriente entra por la.s escobillas positivas y salepor las escobillas negativas. Resumiendo, los datos de este devanadoson los siguientes:

*y2-3+3-6

Cabe todavía hacer una observación. En los devanados onduladossolamente se necesitan 2 escobillas, ya que a partir de una J"lg" á"fcolector, el' devanado se va desarrollandó en i ramas solament"l pa.uterminar en Ia delga opuesta; por ejemplo, el devanado de la figura414, se desarrolla según se expresa en la figura 415: puede compro-barse que basta con 2 escobillas, una positiva y otra negativa. Sinembargo, en la práctica se siguen empleando tantas escobillas comopolos, para repartir mejor Ia corriente; pero debe tenerse en cuentaque, a diferencia del devanado imbricado, en el devanado onduladosóló se necesitan 2 escobillas.

Ejemplos de devanados en máquinas construidas

Como ejemplos de devanados existentes en máquinas ya construi-das, hemos representado los de las figuras 416 y 417. La figura 416es un devanado imbrica.do para un generador hexapolar; las caracte-rísticas de este devanado son las siguientes:

Fig.415.-Desarrollo del devanado de la ligtra anterior.

lt -81

'r :. y :-l :'

lcol : I

En Ia figura se ha señalado, con trazo más grueso, la forna d.:una bobina. También se han dibujado las conexiones de las esc',billasy Ios sentidos de las corrientes en los lados de'bobina. Nótese qr:ela situación de las escobillas coincide con las delgas del colector quereciben a la vez, corrientes de dos lados de bobina (escobillas posi-tivas) o con las delgas del colector que enr,Ían a la vez, corrientes aa dos lados de bobina (escobillas negativas).

La figura 417 es Ia representación de un devanado ondulado paraun generador tetrapolar, con las siguientes características :

B -13c -13K:13lt -3lz -3Y :Yrlcol : 6

B -48c -48K -48

B -31C :31K:31lt -7lz -8v -15lcot - 75

506 507

Sent¡do de giro del generodor

Fig. 116.-Devanado hexapolar imbricado, d.e 48 bobinas.

Fig. 117.-Devanar.lo tetrapolar ondulado, de 3l bobinas.

50950E

En Ia figura se ha señalado con trazo más grueso, la forma de unabobina. Se notará que solamente se precisan 2. escobillas, la com-prendida entre las delgas 4, 5 y 6, por Ia que entra la corriente (es-cobilla negativa) y la comprendida entre Ias delgas 27,28 y 29, porIa que sale la corriente (escobilla positiva).

Condicionesdesimetría.deun.devanadodeinducido.

Con objeto de que la conrnutación se realice en buenas condiciones,toda máquina de corriente continua debe estar construida de formaque bajo cada par de polos se repita la misma figura de distribucióndel devanado. Además, es necesario que en todas las ranuras hayael mismo número de lados de bobina, que todas las bobinas tenganel mismo número de espiras y, finalmente, que se engendre la mismafuerza electromotrtz en todas las ramas del inducido, Io que quieredecir que todas las ramas del inducido han de tener el mismo númerode bobinas. Estas exigencias de construcción traen como consecuenciaque no pueda realizarse un devanado con cualquier número de espirasy de bobinas: deben cumplirsé determinadas condiciones de simZtría,sin Ias cuales, cl devanado resulta inapropiado.

Las condicicnes de simetría de los devanados imbricados, son lassiguientes:''.......--.,.

p

B- número entero

p

C

p - núntero entero

Además resulta preferible, aunque no necesario que

número impar

Para que el devanado resulte simétrico también es necesario quetodas las ranuras sean igtrales y que tanto el número ¿¿ de bobinaspor ranura como el número Na de espiras por bobina, sean siemprelos mismos para cada ranura.

510

O sea que resulte necesario:

N¡':

= núntet'o entero'

,: ftúntet'o entero

siendo N¿ el número total de espiras que queda fijado en el cálculode Ia máquina, en función de la fuerza electromotriz que la máquinadebe desarrollar.

Veamos si se cumplen las condiciones de simetría en los devanadosimbricados de las figuras 413 y 4L6. En la figura 413:

K12p2

812- 6 + ent'erop2

c12p2

B 12

- 1 + enteroK12

B

K

NiB

N¿ 12NB- B: n -1+entero

Por Io tanto, el devanado es simétrico.En Ia figura 416:

K48:_p2

B

p

K

-:p

= 24 + entero

24+

pero no tnTpar

entero

ente¡o

48

2

48-24->

511

2 a-2

y, por Io tanio

a-l

resulta que todos los devanados ondr-rlados son simétricos. Como quie-ra que los devanados onduledos no se deben cerrar al clar una solavuelta alrededor_ del inducido, nunca son simétricas debajo de losdistintos pares de polos, es decir, que los lados de bobiná ,riao, ",cada caso entre sí, no se encuentrán frr:nte a puntos homólogos delos polos sucesivos, sino que quedan algo desviados.En los devanados ondulados, también debe'conseguirse que

Conexiones compensadoras

A pesar de cumplirse minuciosamente todas las condiciones desimetría, en los devanados quedan siempre algunas irregularidadesdebidas a defectos de construcción, eu€ resultan imposibles de rerne-diar. Esto provoca pequeñas diferencias de tensión entre puntos deldevanado que teóricamente deberían estar a la misma tensión, sufi-cientes, sin embargo, para prodr-rcir una corriente eléctrica de circu-Iación a través de las escobillas que, por este motivo, pueden sobre-cargarse y averiarse.

Para evitar estas corrientes circulatorias, se disponén conexionesco.mpensadoras, Ilamadas también conexiones equipotenciales, queunen los puntos del devanado que debieran estar a Ia misma tensión,es decir, los puntos situados en todo momento a la misma distanciarespecto a los polos o a las escobillas de igual polaridad.

El paso según el cual habrá que unir entre sí los puntos de igualtensión, resulta para las conexiones compensadoras:

o : también

Blcomp:

- - ntbnero entero

p ,,

cp

Lás conexiones compensadoras pueden conectarse de varias formasal inducido. Por ejemplo, en Ja figura 418 las conexiones compensa-doras se han soldado a las delgas del colector, mientras que en lafigura 419, se han soldado a puntos del mismo devanado de inducido.

En ambos casos, se trata de un devanado imbricailo, de las si-guientes características :

B-C:16

16lco^p =8: , :ntimefO entefO

L

Los devanados ondulados no necesitan conexiones compensadoras,ya que los conductores de las 2 ramas frente a los distintos polos,

848u--:__1+enteroK48

entero

Este devanado tambiin es simétrico.En los devanados ondulados, las condicioncs

siguientes:

K- nlimero entero

a

B- núntero entero

a

C

;: número entero

..

Io , 'ie cbrrcsponde a las mismas condiciones deIos devanaclos imbricados, 'sin más que sustituirtodos los devanados ondulados sucedé que

N¡ 48

848

de simetría son las

simetría exigidas ap por a. Como en

BLt=:=ntimero enteroK

N,Nr-+:nrimeroenteroB

512

60.02 - 3+

513

I

Fig. 418. - Conexiones contpensadoras parq utla las delgas del colector.

devanado intbricado, soldadas

están conectados en serie y las eventuales irregularidades de la ten-sión quedan compensadas por sí mismas.

Generalmente, las conexiones compensadoras se aplican a rnáquinasdc gran potencia, tanto generadores como motores; en las rnáqr-:inasde pequeña potencia, el gasto de instalación y de material cl: l¡rsconexiones compensadoras, no justifica la mejora que puciiei r ob-tenerse en el funcionamiento de la máquina

,

Normas para Ia elección de un de¡ranado de indt:cido

Desde el punto de vista eléctrico, el devanado imbricado es el rnjsventajoso; por Io tanto, se elegirá un devanado de este tipo siem::: eque sea'posible y cuando su aplicación no origine inconvenientes pcrotros conceptos.

En general, en las máquinas para altas intensidades de ccrrientey bajas tensiones, se utilizará siempre el devanado imbricado, i'a queel gran número de bobinas en paralelo, permite recoger muchas co-rrientes parciales.

Por el contrario, en máquinas para bajas intensidades de corrientey altas tensiones, debe emplearse el devanado ondulado, purs el grannúmero de bobinas en serie permite .cumar Ias fuerzas electromotricesproducidas en cada bobina.

En los'casos intermedios resulta casi siempre más ventajr;so eldevanado irnbricado. Como norma general para la elección de un de-vanado resulta decisiva la corriente por rama del inducido que no serásuperior a 250 A en máquinas sin polos de conmutación y no exceC*ráde 500 A en máquinas provistas de polos de conmutación.

Fig.4l9.-Conexiones cotttpensadoras para un devanado intb¡.icado, sold.adasa las propias bobinas del devanado.

514

Y.o''p

515

3 Conexionado y excitaciónde las máquinasde corriente continua

Generalidaclesr.:.

I lHasta ahr,,ra, hemos supucsto sin'rplementc la existencia cle un de-vanado o arrollamiento inductor, llanrado también arrollamiento deexcitación y cu)'a misión es producir la corriente de excitación, quese necesita para conseguir el flujo magnético inductor, )' de un de-vanado o arrollamiento de inducido en el que se produce la fuerzaelectromotriz inducida. No se han dado más detalles sobre la fuenteque proporciona la corriente inductora. En el presente capítulo se

estudiarán los diferentes sistemas para producir esta corriente induc-tora o de excitación, en generadores y en motores, 1' el conexionadode las máqr-rinas de corriente continua para las diver§as formas defuncionamiento que en Ir práctica pueden presentarse.

Designación de bornes en las máquinas eléctricasde corriente continua

'

Desde hace bastantes años, se ha normalizado la designación debornes de las máquinas eléctricas en los diferentes países. En lo quese refiere a las máquinas cle corriente continua, en España, a faltade una normalización oficial, ha prevalecido la designación propuestapor las Normas alemanas DIN, que es la que utilizaremos en el pre-scntc l,olun'lcn.

5t7

I

Al abrir Ia caja de bornes de una máquina de corriente continua,se encuentra que cada borne está señalado con una letra. Aprendiendobien las letras que designan cada uno de los bornes, se pLreden conocerdatos interesantes, tales como las conexiones entre bornes, Ia clasede excitación de Ia máquina, su sentido de giro, etc..., así como lasposibilidades y limitaciones para cambiar el funcionamiento de la má-quina (sentido de giro, excitación, servicio, etc...)

:

A cohtinuac]én, se expresan las más importantes designacionesde log bornes de las máquinas de corriente Continua. A lo largo delpresente capÍtulo, se estudiará el significado de las designaciones in-dicadas.

Designación de bornes ( Generadores y ntotores )

Notas:

a) En el arrollamiento de polos de conmutación

- El borne G se conecta siempre al borne B.

b) ,En el arrancador,

El borne L puede conectarse al borne N o al borne P

- El borne M puede conectarse al borne C o al bc,rne D (o bien,al borne t, si hay regulación de tensión)

- El borne R puede conectarse a los bornes A, B, E, F, G, H,según sea el esquema utilizado.

c) En el regulador de tensión

- Arrollamiento de inducido A-B - El bome s pued.e conectarse a los bornes coD; o bien a los

- Arrollamiento inductor en derivación o shunt C-D bornes J o K, segÚrn sea el esquema utilizado.

- Arrollamiento inductor en serie E-F.

- Arrollamiento de polos de conmutación o compensador . G - H

- Arrollamiento inductor de excitación independiente.

Arrancador. L-M-R

Regulador de tensión s-t-q

Recordamos, además, que en corriente continua, los bornes gene-rales están designados de la siguiente forma:

- Polo positivo

- Polo negativo

- Neutro (en líneas trifilares)

518

'ñ'RLM

Gr==JR, ffó,atsq'T.=?

tq

J_KArrancador

Los arrenca.:dóres se emplean exclusivamente en lgs motores, noen los generadores. Como veremos al estudiar el funcionamiento cleIa máquina de corriente continua como motor, en el perír,,.io de arran-q-tte, Ia máquina absorbe una corriente muy elevada de la red que, enalgunos casos, puede alcanzar 2A ó 30 r'eces el valor de la corrientenominal del motor. Una corriente tan elevada produciría calentamien-tos inadmisibles en los devanados de Ia máquina, eu€ están diseñadospara Ia corriente nominal; debe, por lo tanto, limitarse esta corientede arranque, Io que se consigue conectando, durante el período dearranque, en serie con la red y con el inducido una resistencia quepuede desconectarse gradualmente del circuito, a medida que el motoradquiere velocidad, hasta suprimirse totalmente cuando há terminadoel _perÍodo de arranque y la máquina marcha a plena velocidad. Gene-ralmente, esta resistencia de arranque está enceirada en una caja que,en su exterior, lleva una s'erie de contactos recorridos por una mánivelacuyo accionamiento es manual y, muchas veces, automático.

El aspecto exterior de un arrancador es el representado en Iafigura 420, donde se han indicado los bornes, con las letras corres-pondientes. En la figura 421 se representa el esquema de conexionadode un arrancador r .rót"se que el torne I\[ es el que corresponde a lamáxima resistencia en el arrancador, es decir, el que .ori"rponde a

P

N

o

519

I

la posición inicial de nrarcha, 1' que el borne R es el de mínima re-sistencia, o sea, el que corr".io,d" u lu ftsición final de marcha.Los arrancadores se denominan tambiéÁ reostatos de arrattqlte yse estudiarán con más detalle en el capÍtulo dedicado al funciona-miento de la máquina de corriente coniinua .;;;-;",*.

Regulador de tensión

Los reguladores de tensiór¿ se denominan también regtúadores decampo y están cons-tituidos, como Ios anteriores, por .;;; serie deresistencias que pueden conectarse mediante derivá.i;.-;lontactos.Se montan en serie con el circuito de excitación de generadores y mo-tores, tal como se indica en Ia figura 422.

Con una regulación de esta cláse, varÍa la corriente de excitacióny, por lo tanto, el campo magnético inductor, el cual J"p"a" de dichacorriente; por eso se denomina a estos dispositivos, ieguladores decampo. De esta forma, en los generador", ,. consigue una regulaciónde Ia tensión en bornes, ya q-ue la fuerza electrom otriz inducida esproporcional al. campo magnétic9 ¡1$uctor, y en los motoo"r, ,. .or,-sigue una regulac¡ón de lJ velocidad q"e, cámá ,"-¿¡¿;r* ;;'; ¡r;:ximo capÍtulo, l:imbién depende del camlo ",,ug"¿tt."^

i"d;;;o... . En Ia posición represeniada en la figriá i)2, lu corriente de excita-ción será máxima, puesto que no hay résistencias intercaladas; por Io

o

Fi*.422.-Esquema de conexiotrudo d_e yn regulador ,:: ccuttpo: a_4ircuítoprincipal. blircuíto de exciteción. t-aegrrliáir" ¿" ,o,,rpoj.'i_fesistenciasde regulación. 3-Arrollamiento cle excitaciin. 4-lnduc¡ao áii g"ri)oaor.

Fig. 420. - Arrancaclor.

2

\

Fig. 42! - Esquerrta Cc

stsleflcns de arruttu¿te.flt'.-14 indica el sc.)ti¿lo

5:0

521

conexionado de un arrencad.or: l_Arrancador. 2_Re-3-Manívela de arranqre. 4-Indrciio áil'iri,á^'rode accionantiento cle -la

*o"¡uili".

I

tanto, la fuerza electromotriz del generador (y también la tensión entreIos bornes P- y N) será máxima. A medidu q.r. se van intercalandoresistencias, haciendo girar la manivela del i.griáao.--"rr'.t sentidode Ia flecha, disminuirá el valor d. Ia .o..i.rrt" de excita.ru"";;';;;Io tanto, también el de Ia tensión en b;r;;;. Al llegar al borne q, cesaIa corriente de excitación.

-Puede parecer extraño que el borne q no esté desconectado deltodo' si tal cosa ocurriera, al infero"Ápii la corriente de excitaciónv debido a Ia elevua. u.,itinducción d;1a..áil#ffi;'lnii.ro. (cons-:tituido por varias bobinar ;;;-;;i.;;;^h].rro), se producirÍan ere-vadas corrientes de autoinducción que poa.i"" perjudicar dicho arro-llamiento inductor. con el dispositir o aá Ia figuñ i22, ,,.

"o.rrig.r" qo"la corriente inductora desaparezcapoco a poco con er campo, ar quedarel devanado en cortocircuito.

-Paia .o"ig"ir este efecto con los 3bornes s, t, I deben realizarse Ias .o""*io"?t exactamente de acuerdocon- Ios esquemas de conexiones; sobre todo, no deben confundirseIos bornes s, y t porque, de Io contrario, rro ". "t arrollamiento inductorel que queda en cortocircuito sobre el contacto q sino la red, conIas desastrosas consec,encias que el lector puede ,,rpor"..En el caso dé motores, se prescinde d"f bo.""-;-;;-;uesra encortocircuito ya que para motorés solamente deben-.ripl"ur're regura_dores que no puedan conectarse, por las razones que veremos en unpróximo capÍtulo.

SistemasdeexcitacióndeIasmáquinaseIéctricasde corriente continua

Los distintos sistemas de conectar los arrollamientos de excitaciónde las máquinas de corriente continua, constituyen ra base para podermodificar ampliamente las formas de funcionamiento de estas má_quinas. según sea Ia conexión elegida, los generadores y io, motoresreciben nombres especiales. A continuacióri, exponemos los sistemasde excitación más utilizados en Ia práctiiá , que estucriaremos enel presente capítulo.

- Excitación independiente

( Excitación shunt

- Autoexcitación ( Excitación serie( Excitación compound

- Excitación mixta

- Excitación propia

522

Fig. 423. - Rept'esentación esqtte ntatica cle utta

quhru con exciÍación ilúepeidiente.nla-

It[áquinas con excitación independiente

El sistema de excitación más fácil de entender es c,l que suponettna fuente exterior de alimentación para el arrollamientó inductor.,es decir, el señalado muy esqucmáticamente en la figura ¿z¡. rn estafigura, y en las siguientes que se trazar-án; se rep.resenta el incji:,:irjt,por

-un cÍrculo;'la flecha recta interior r.pr"r.nta el senticlo cle l¿rcorriente principal v Ia flecha ctrn'a, cl scniido de giro dcl i,ra,,.ierlel arrollamiento inductor o cle excitación, se representa esqllc¡¡ári-camente, 1'el sentido dc Ia corriente cle excitació., po. meclio cle otr.aflechita. Los sentidos cle giro, de la corriente principal ), dc la co-rriente de excitación, se determinan siempre, utilizancto ia .egla cl,:la mano derecha si se trata de generadores, o Ia regla d; la manoizquierda si se trata de motores. Pára que el lector tenga una idea másclara del sistema de representación einpleado, en la figura 424 a seexpresa la representación detallada del iircuito de exciáciJn de trnamáquina tetrapolar, y en la figura 424b,la representación abreviadaocl mlsmo circuito de excitación; esta repr-esentación abreyia¿a, esIa q.ue se emplear'á en el presen¡s 1, próximos capítulos.. Además, las figuras 423 y

-424 .itá,, mu), simplificaclas ),a quetienen p.or objeto mostrot oi lector el fundamento de Ia excitacióntnoependiente. Para que el csquelna rcsulte cornpleto, ha], que situarel regulador de rensión, no ,l¡urudo en ras figuras; ;,i";;s se hasupuesto una máquina sin polos de conmutación, sie,do así que mu-chas máquinas están proviitas cle clichor p;ür. Durante el curso crenuestra explicación, irernos paso a paso, hasta clar el esqLlema corn_pleto, con lcl que csperanros consegtrir. que cl lector r,,u1,r, oiimilando

s23

HJKoooAo

BGCEf)AB.,Ko ooo

Fig. 421.-Circuito de excitación de urct rrttic1rúrru tetrctpolar: a*EsqLtettruconexiones. b-Representación esqttetnúticct.

relacionaclos con el tema que estamos de-:

De acue ..:, con. el par.ágrafo dedicado a i:r designación dc bornes,en la placa dr bornes de una máqtrina con exiitación independiente,sea ésta generador o motor, estarán marcados los siguientes bornes:

como la máquina tiene un arrollamiento de indlcido

de

Fig. 425.-Placas de bornes deuna mdquina de excitación inde-pendiente, sin polos de connurtación.

FiS. 426. - Placas de bornes deuna nttíquína de excitaciótt ittde-pendientc, con polos de connurtación.

gradualmente lcls conceptossa.rrollando.

Bornes A - B

Como la máquina liene un arrollamiento de excitación indepen-diente:

Bornes J - K

- Además, si la máquina tiene polos de conmutación, estarán señala-dos los bornes del correspondiente arrollamiento, o sea:

Es decir, que Ia placa de bornes cle ,-,nu máquina de corientecontinua de excitaclón independiente (generador o motor), sin polosde conmutación, tendrá trna de las formas indicaclas en la figura 425.Y la placa de bornes de una máquina de corriente conti.,ru de exci-tación independiente (-eenerador o motor) con polos de conmutación,tendrá una de las formas indicadas en la figurá 426. Recuérdese que

524

en las nota.s complementarias del parágrafo dedicado a la designaciónde bornes, se decÍa.que el borne G estará siempre conectado al borneB; por esta razón, en la figura 426, haTt un puente de conrrxióo entrelosbornesByG.

Además, existe el regulador de campo, que lleva marcado sus pro-pios bornes s, t, q, los cuales no aparecen en la placa de bornes dela máquina sino en el propio regulador.

Finalmente, si se trata de. un motor, llevará tembién el corres-pondinte arrancador, con sus bornes L, M, R, que tampoco aparecenen Ia placa de bornes, sino en el propio arrancador.

Es decir, que con la sola observación de la placa de bornes de unamáquina de corriente continua sc puede decir, inmediatamente, quéclase de excitación lleva la máquina y si lleva o no polos de conmu-tación. Además, conectando los bornes de una u otra forma, se puedeconseguir que Ia corriente suministrada por un generador tenga unou otro sentido o bien, que el sentido de giro de un motor sea a de-rechas o a izquierdas.

Debemos recordar que para el conexi.onado de los polos de con-mutación, deben t.rr".rá en'cuenta las siguientes indicaciones, r.álidaspara todas las máquinas de corriente continua:

- En generadores, si se sigue el sentido de giro, a cada poloinductor o principal, corresponde un polo de conmutación dedistinto nombre ( a un polo N principal corresponde un polo Sde conmutación, etc...).

525

\

- En ntotores, si se sigu-e el .sentido de giro, a cada polo inductoro principal, correspclnde un polo de conmutación det ntistttonombre (a un polo N principár .o.."sponde

"" páio ñ de co,-

mutación, etc...).

Generador de excitación independiente''.1

\/jase en Ia figura 427 el esquema completo de funcionamiento deun senerador con excitación ináependt"",;; ;;;";l;á;';;;^;o existeplaca de bornes, es decir, qr. .áda borne está señalado en el Iugarque realmente Ie corresponde ¡ en Ia figura 42g está dibujado el es-quema de conexic nes con Ia placa de bornes incluida.- La línea principal o línea a la que el generador suministra energía

eléctrica, está marcada con las lefras p, N. La lÍnea á" "..itación oIÍnea que alimenta el sistema inductor del generador, produciendo

Ia corriente de excitación, está marcada po. iu, letras pi ¡.i;.En Ia línea principal p, N, Ia corrienti entra por el páto positivo,

Io que equivale a decir que sa'le de Ia escobilla positiva del generador;

Fig. 427.-Esquema de funcionanúento deun gefierador con excitación independ.iente:l-Línea

- priytcípal. 2-Inducido áet get.tera-

dor. 3-Arrollantiento de polos de contnuta_ción. 4-Línea de excitaiión. S_Regulad.orde tensión. í-Arrollanúento d.e excltación.

esta misma corriente sale del polo negativo de la línea principal, lc:que es Io mismo -que decir que entri po, Ia escobilla negatir.a deigenerador. Sin embargo, en la lÍnea de eicitación sucede lo

-contrario,o sea que Ia corriente sale del polo positivo y entra por el polo ,"gu-tivo. Esta contradicción sólo es apirente: ia máquina u.iú" comogenerador de corriente en la línea piincipal (produci corriente), mien-tras que en Ia línea auxiliar de excitaiión actúa como receptor d.ecorriente (consume corrietúe), proporcionacla por otra máquina.

Teniendo en cuenta el sentido dé giro del generado, (i*p""sto por11.má-cuina motriz: rurbina hidráuriá, *átti oi"r"l, ett... j-y .l ,en-tidci de la corriente de excitación, se puede determinar el ser:tido dela corrienJe principal, aplicanclo la 5,, .o.ro.iau regla á" -i"

manooerecha. obsén,ese que, en este caso, el borne A es1á conectado alpolo positivo de !a linea principal y el borne H al polo n-egativo; I,que el borne K del arrollamientó de-excitación, está Conectadá al polánegativo de la línea de excitación y el borne t, del regulador át tensión,al polo positivo de la propja línéa de excitación.

Fig. 428.-Esquenru deconexiones de un gefie-rador con excitaciótt it.-dependientc: l-placsde borncs

526527

Si ahora conservando el mismo sentido de giro, se quiere invertirel sentido de la corriente principal, se opera como muc-stran las figu-ras 429 y 430, que representan respectivamente, el esquema de fun-cionamiento y el esqttema de conexiones de la misma máquina anteriorpero con la corriente principal en sentido contrario. Obsérvese loscambio,; de conexiones que se han realizado: ahora, el borne A estáconectado al polo negativo de la línea principal y el borne H al polopositivo; el borne K, al polo positivo de la lÍnea de excitación y elborne t al polo negativo. Es decir, que se ha conseguido cambiar elsentido de la corriente principal de la máquina, accionando exclusi-vamente sobre la placa de bornes y sobre el regulador de tensión.

- En la placa de bornes se puede realizar una simplificación (véasefigura 431). Como los bornes B y C están forzosamente conectados entodas Ias placas de bornes y para todas las máquinas de corrientecontinua, se pueden suprimir de la placa de bornes, realizando laconexión en el interior de la máquina. En este caso, la placa de bornes

P'

N.

Fig. 430. - Esquenta de concxiones de un generador de excitaciótt irúepertdiente,invirtiendo cl sentido de la- corriente prrncipal.

de una máquina con excitación independiente consta solamente de4 bornes, gue se marcan como indica la figura 431 ; el borne B, Hviene a sustituir a los bornes B y G anteriores, indicairCo, al propiotiempo, que el puente de conexión entre B y G se realiza en el interiorde la máquina. En lo sucesivo, se utilizará siempre el borne B, H, conlo que se simplificarán los esqtremas de conexiones.

Fig. 131. - Sirnplilicaciónindepettdiente.

de la placa de bornes de una mríquina con excitacióttÍ'ig. 429.-Esquema depettdiente, invirtiendo el

528

funcionantiento de un generador desentido de la corriente principal.

&Ho

JKooAo

excitación inde-

529

I

Motor de excitación independiente

- En Ia figura aJ2 y expresa el esquema de funcionamiento, sin cajade bornes y en la figura 433 _el *ir*o esquema pero con placa debornes,

-en Ia que ya se ha aplicaclo Ia simplifi.a.iá" ..pfi.^aa en elparágrafo anterior. En ambos esquemar r" hu añadido

"i u.r".r.ador,nec,esario para el buen arranque del motor; además ahora, tal comose ha dicho en qn parágrafo precedente, ei regulador cle i"-f.ñ^^;;denom,ina,'regllad2,'(r-ietociiad pues, .¡*t veremos en un próximocapítulo, Ia velocidad de un motor de corriente .o.rtirrrá, á"pende deIa tensión de excitación. Hacemos ra advertencia de q.r", .rr-motoressin regulador de velocidad, se conecta el borne J del árrollamientode excitación, directamente sobre la línea de exciración (al borne p,o al N' según los casos).

En Ios motores está impuesto el sentido de la corriente, que pro-cede de la línea principal y, mediante el oportuno cambio de cone-xiones, se puede elegir el sentido de giro del motor y el sentido dela corriente de excitación. Teniendo eñ cuenta, por lo tanto, Ios sen_

Fí5. 432.-Esquema dede un ntotor de excitaciótt7-Arrancador.

Borne KBorne t (o J si no hay regu-

lador).

Fig. 433. - Esqrrcntct de co,¡.te-xiones de un tnotor ti¿ e.:ci-tación indepedíente.

Polo negativo de línea principal

Polo negativo de Ia Iínea de excitación

Polo positivo de la línea de excitación

tidos de la corriente principal y de excitación y aplicando en este:,o.o. Ia regla de la *áno izquieida, se ptrede determinar el senticlouc grro del moto.. Er Ias figuras 432 y 433, el motor gira a derechas,habiéndose conectado Ios bórnes como se indica a continuación

Borne ABorne B-H

Polo positivo de línea principal

f utrcionantientoindependiente:

531

530

L

R

Fig. 434.-lnrersión ttel sentido degiro de un nrctor de excitación'in-clependiente, cambiattdo el sentidode la corriente del índucido.

Si ahora se quiere invertir el sentido de giro del motor, se puedeoperar de 2 maneras. O bien cambiando el sentido de la corriente enel inducido del motor, tal como se expresa en la figura 434, o biencambiando el sentido de la corriente cle excitación, tal como está re-presentado en la figura 435. En ningúrn caso, se debe cambiar simul-táneamente el sentido de ambas corrientes, la principal y la de exci-".ición, pues entonces el motor no cambiaría su sentido de giro.

En el primer caso (figura 434), bastará con cambiar las conexionescle los bornes A y B, If,res decir, que ahora

mente, el sentido de la corriente en la línea de alimentacic¡ permanece

invariable.En el segundo caso (figura 435), bastará con cambiar las cone-

xiones de los bornes K y t (o J, si no hay regulador); o sea que, esta

vez

Polo positivo de la línea de exciiaciónPolo ne-ativo de la linea de excitación

Fundamento de Ia autoexcitación

El sistema de excitación independiente, que se ha estudiad<¡ enparágrafos anteriores, solamente se emplea en la práctica en casos

érp"óiul.s debido, sobre todo, al inconveniente de necesitar una fuenteindependiente de energía eléctrica.

Fig. 435.- Inversiótt.del sentido degiro de un nlotor de excitaciótt in-áependiente, carnbiando -él sentidoúe la corriente de e.r,citación.

Borne KBorne t

Borne ;lBorne B-H

Polo negativo de la línea principalPolo positivo de la línea principal

Téngase bien en cuenta que sola.mente se cambia el sentido de lacorriente en el inducido del motor pues, como se ha dicho anterior-

532

(o J)

533

I

Este inconveniente puede eliminarse con el denominado prhtcipiodinamoeléctrico o principio de autoexcitación, que ha hecho posibleel gran desarrollo alcanzado por las máquinas eléctricas de corrientecontinua en el presente siglo.

En las máquinas que utilizan este principio, la corriente de exci-tación procede del inducido de Ia propia máquina; por eso se deno-minan ntáq.uinas autoexcitadas.

Para .á-pr"rder bien el principio de autoexcitación, ,..orá"*o,gue en los materiales' magnéticos, la inducción magnética no se anulacuando el campo magnético se hace nulo, sino que el material mag-nético en cuestión conserva una pequeña inducción residual, que se

denomina magnetisttto rernanente. También se debe recordar que enuna bobina ya construida, el campo magnético solamente dependede la corriente que atraviesa dicha bobina; por lo tanto, variando estacorriente se puede variar a voluntad el campo magnético de la bobinay, por consiguiente, la inducción en el núcleo magnético de dichabobina. Aclarados estos conceptos, podemos pasar ya a explicar elprincipio de la autoexcitación.

En las figuras 436 y 437 se han representado esquemáticamente2 generadores con giro a derechas. Supongamos que Ia máquina enreposo conserya Lln magnetismo remanente en sus polos inductoresque, como ya sabemos, están construidos de materiales magnéticos;la polaridad de los polos inductores debida a este magnetismo rema-nente, se designa por N,"- y S,"-. Fl arrollamiento de excitación, enambas figuras; está conectado diiectamente a los bornes del inducido(bornes A y B); las conexiones están realizadas de tal manera quela corriente de excitación que se produzca cuando la máquina estéen movimiento, refuerce Ias polaridades N,"* y S."^.

Al poner la máquina en movimiento, el pequeño campo magnéticocreado por N."- y S."- produce, en el inducido, una f.uerza electromo-triz muy débil; es decir, que en los primeros instantes, el funciona-miento de la máquina es idéntico al de una magneto. A consecuenciade esta débil fuerza electromotriz inducida, circuldrá una pequeñí-sima corriente por el arrollamiento de excitación (y, también, por elcircuito del inducido); esta corriente produce un flujo magnético delmismo sentido que el producido por el magnetismo remanente yque, pür lo tanto, lo refuerza. Esto trae como consecue¡cia un aumen-to de la fuerza eleCtrom otriz inducida, un nuevo aumento de la co-rriente de excitación y un nuevo refuerzo del campo magnético in-ductor. Los efectos se van acumulando hasta que, al cabo de ciertotiempo, se alcanza el valor de la fuerza electromotriz nominal de lamáquina lo que representa, en el circuito magnético, que el materialque lo constituye ha llegado a Ia saturación magnética (recuérdese

534

FiS. 436, - Generador a:úoe.rcitadocon giro a derechas.

FiS. 437. - Generador autoexcitadocorl giro a dereclrcs y polaridadcantbiada de magnetisttto renra-nente.

53s

que en la zona de saturación de la cLlrva de rnagnetismo, la induc-ción permanece prácticamente constante aunque

"f .u-po magnéticoaumente de valor).

- El tiempo que precisan las máquinas autoexcitadas para alcanzarla fuerza electromotriz nominal, oscila entre unos ,.grrrdo, para lasmáquinas de pequeña potencia y algunos minutor puiu las máquinasde gran potencia.

Las figuras 436 y 437, son dos casos diferentes que se pueden pre_'§entar en el- giro a derechas de una máquina; en arnbos casos, lasconexiones del circuito de excitación a los bornes A y B del inducidoson las mismas y el resultado, en los dos casos, es correcto puestoque el scntido de la corriente de excitación es tal, que el flujó mag-nético por elia producido, refuerza el flujo de los iolos indüctoref.

Pe_ro, si partiendo de Ia figura 436, se hace girai la máquina enserltido contrario, es decir a izquierdas, sin cambiar las conexionesdel circuito de excitación, obtenemos el resultado

"*p."rudo en Iafigura .138, que. puede comprobarse por aplicación de iu ."glu de lanlsr'lo derecha (puesto que se trata de un generador); ahoia, Ia co_ri'iente de excitación se opone ar flujo magnético producido por eln, rgnetismo remanente de los polos inductores. La máquina pJrderá,en r'§te caso,:el magnetis¡no remanente, y no podr,á seguir arto"*.i-tán.lose con Ia'misma polaridad; se dicelq,r" la máquii" ,"iiii"iá.

P;,ra evitarlo, hay que cambiar las con-exiones áár li..llr;-¿-;;:citación, tal como se representa en la figura 439, y entonces la má-quina puedc seguir autoexcitándose po, Ji misma.

obser"r'ando las figuras 436,437, +¡g v 439 se pueden deducir lasconclusiones siguientes:

l. La polaridad de los bornes A y B del inducido, depende dela polaridad que tengan los polos con magnetismo remanente(compárense las figuras 436 y 431).

2. solamente puede existir autoexcitación, si para cada sentidode giro, se adopta Ia conexión apropiada para el arrollamientode excitación.

F,xteriormente, no se puede apreciar en una máquina de corrientecontinua, cuál es el sentido de rotación con er que Je autoex.ite*,

"icuál será la consiguienre polariclad'de Ias e..ouiiiá.. E;';;;"1ñ¿;de esta obra, dedicada a lá reparación y conservación de las máquinaseléctricas, se estudiará el procedimiénto que se debe ."g.ri, paraconocer el sentido de la autoexcitación, uri .o*o los métJdos parau.rcitar nuevamente una dinamo o un motor que hayan perdido sumagnetismo remanente.

536

Fig. 438. - Conexionado erróneo delarrollamiento de excitación de ungenerador aut oexcitado.

FiS. 439. - Conexionado correcto delarrollamiento de excitación de ungenerador autoexcitado.

537

I

Máquinas con excitación shunt

A la excitación slumt se Ia conoce con el nombre d,e excitaciótten deriuaciótt. Las máquinas que emplean este sistema de excitaciónse llaman, respectivan:cnte, tllnantos shunt y ntolores slt41t. Las fi-guras 436,437,438- y 439 representan máquinás shunt; en la figura 440se expresa el fundamento de Ia cxcitacián shunt para.el caso de ungeneradorlyenIafigura41|paraelcasod".,,;;;...

En ambos casos (Íiguras +40 t! 44r ), ei .i;.;it"'a1""*.irución estáconectado en paralelo con el ciróuit, principal. En "r g"".rudor (fi_gura 410) la corrienrí-, en el inducido li"a se á;uid"

", dá, ui ll"gui ula escobilla positiva: je- corriente de línea I y Ia corriente de excitación1"-, d" tal manera qlle la corriente que p,rLd. suministrar el senera.oor es: -

Fig. 4:42. - Placas debornes de utta rndqui-na shunt, sin polosde conututación.

A B G HC DocE3000

Fig. 413. - Placas debornes de una rnáqui-tta slutnt, con polosde conittutaciótt.

A B-Hoo CDoo

Fig. 414.-Placas debornes sirrtplilicadasde ut'ta máquinasltttrlt, con polos decottttuúación.

I : I¡,,¿ _ 1".,

En el caso del motor (figura 441),la corriente cle lÍnea I, se bifurcaen dos al llegar a Ia escobilla positiva: la. corriente del inducido Ii"¿1' Ia corriente de excitación I"*; por lo t.anto, en este caso Ia línea tieneque suministrar una corriente

I:1i,,¿*1..

El valor de la corriente de excitación I"* oscila entre I y 2 por100 de Ia corriente del inducido, correspondiendo los valores ma\¡ores(2 por 100) a Ias máquinas de pequeña potencia.

Corno suceCe con Ia máquina de excitación independiente, la di-namo shunt va equipada con un regnlador de tensión ¡, cl motor slluntcon un arrancador )', si cs preciso; también co-n un icgulaclor de ye-locidad. " :

En Ia pla.ca de bornes de una máquina shunt, sea generador omotor, estarán marcados ]os siguientes bornes:

Como la máquina tiene un arrollamiento de inducido

Bornes A-B

Como la máquina tiene un arrollamiento inductor en derivación

Bornes C-D

Además, si Ia má-quina ticne polos de conmutación, estarán indi-cados

Bornes G-H

La placa de bornes de una máquina shunt sin polos de conmu-tación, tendrá una de las formas señaladas en la figura 442 y si tienepolos de conmutación, Ias de la fi*rura 443; en este último caso, sise tiene en cuenta la simplificación realizada en un parágrafo anteriorcon los bornes B, G y H, puede presentar también el aspecto de lafigura 444.

Fig. 410. - Represetttación esquenui-tica de tnt generador shunt.

s38

Fig. 111. - Rapresc,ttación csquurtá-tica de utt tnolor slrunt.

ABCDoooo

539

Aclcmiis, está el regulaclor de campo qlrc lleva marcados sus pro-pios bornes s, t, q, que no aparecen en la placa de bornes de la há-quina propiamente dicha.

Finalmente, si se trata de un motor, llevará también su arrancadorcorrespondiente, con los bornes L, M, R, que no están tampoco in-cluidos en la placa de bornes del motor sinó en el propio ariancador

Gene;'ador shunt

_ La figura 445 es el esquema de funcionamiento de un generaclorshunt, con sentido de giro a derechas; dado el sentido de la corrienteprincipal, las conexiones del circuito de excitación son las represen-

F:g. fi.-Esquema de funcionamiento de un generador shunt:ci;;ctl. Z-lttducidc del generador. 3-Arroilamiento de poros cle4-Arrollatniento de excitación. S-Regulador d.e tensión.

540

l-Línea prin-corunutación.

FiS. 446. - Esquenta de conexiones de ungenerador sltu¡ti: l-Placa de bornes.

tadas en la figura y, cle esta forma, la coriente de excitación produceun flujo magnético que refuerza el producido por el magnetismo re-manente de la máquina. La figura 446 es el esquema de conexionesdel mismo generador representado en la figura anterior. Si ahora, se

quiere cambiar el sentido de giro en la misma máquina, el borne Dhabría de conectarse al borne A,'y el borne t al borne B'H, es decir,se cambiarían las 2 conexiones del circuito de excitación.

541

.I

Motor shunt

La figura 447 .es el esquema de iuncionamiento de un motor shunt,con sentido de giro a derechas. si se compara con er esquema corres-pondiente de un seiir.rador (figura a+5), se apreciará eu€, para elmismo sentido de giro, Ias coriienter

"l el incluciclo tienen sentidocontrario ; ), r- tam_bién, que para el mismo sentido de las corrientesen el inducido, el sentido de giro es opuesto ;; "i;";;u¿o. t ;;el motor, r --- -

En los motores shunt provistos de regurador de verocidad, el bor-ne q de este regulador se deja sin coneiión, y el borne t se conectaal borne M del arrancado.. d" esta form u, ál desconectar el reostatode arranque, Ia corriente de excitación se va extinguiendo gradual-mente, al pasar por la resistencia de dicho reostato, sin originar co-rrientes de autoinducción que, de otra forma, resurtarían ar desco-nectar bruscamente el arrollamiento de excitación.si el motor shunt no está provisto de regulador de velocidad, Iasconexiones que deben efectuarse están señiladas a ,.u^, en Ia fi-gura 447, es decir que, en este caso, el borne M del arrancador, seconecta al borne c del arrollamiento de excitación f , "r

ü";ne n, parael sentido de giro a izquierdas).La figura 448 e^s el esquema de conexiones del mismo motor re_presentrlco en la figura 447. para el cambio de.sentido de giro, es

::li1l::do lo que se ha dicho ar t.atar Ji-*irr"r";;;; ""-.r?.";r;-qor rs.nunt. -.

Máquinas de excitación serie

En esta clase de máquinas, el arrollamiento de excitación estáconectado en serie con er arroilamiento del inducido. Er.á""i., gu€el arrollamiento de excitación está atravesado por toda la corrienteprincipal.Si llamamos

I,rd : corriente en

f r, : corriente de

I - corriente de

en Ias máquinas con

542

el inducido

excitación

Iínea

excitación serie

f¡nd=L"r:I

Fig'-447.-Esquema de funcionantiento de tot ,ltotor shunt: l-Atrancador.2-Inducido del ntotor. i-Regutador de velocidad.

En la figura 449 está gráficamente expresado el fundamr¡rto de laexcitación serie para el caso de un generador y, en la fi¡rui-a 450,para el caso de un motor. Las máquinai correspondientes ,. ilu*orán,respectivamente, dínanrc serie y ntotor serie. En ambos casos, comoel arrollamiento de excitación está atravesado por una corriente ele-vada (recuérdese, la corriente total de la líneá), este arrollamientoconsta de hilo c-onductor muy grueso (de la misma sección qr_r.: losconductores de lÍnea) v con pocas espiras o vueltas.

543

Fig. 449. - Representación esque.tncítica de un generador serie.

Fig. 450. - Represetúación esque-mdtica de u¡t tnotor serie.

Fig. 118. - Esc¡uenru de

5,lrl

Antes ,de seguir adelante, conviene hacer dos importantes obser-vaciones sobre las máquinas con ex_citaciónlserie , , .

1. La dinamo serie nunca va montada con regulador de tensión ;y el motor serie nunca va montado con regulador de velocidad.Es decir, que en una dinamo serie no nos es posible regular sutensión; y en un motor serie no es posible regular su velocidad,por el procedimi,¿nto que se ha indicado hasta ahora.

2. Las máquinas con excitación serie apenas se emplean comodinamos. Por el contrario, el motor serie es muv utilizado enciertos casos.

La razón de estas observaciones, se estudiará en próximos capítu-los, cuando se considere el funcionamiento de las máquinas de co-rriente continua como generadores y como motores. Pero conveníaadelantar estos conceptos para que el lector no se extraña de la faltade regulador de campo en los esquemas que se estudiarán a. conti-nuación. :'

Estudiaremos, como siempre, algunos esquemas prácticos de co-nexiones, pero limitándonos al estudio de los motores serie, dada lapoca importancia práctica que tienen las dinamos serie. En la placade bornes de una máquina con excitación serie estarán marcados,necesariamente, los siguientes bornes:conexíones de un motor sluutt-

ó0.02 - 3ó

545

\

como Ia máquina tiune arrolramiento de inducido

Bornes A-B

como Ia máquina tiene un arrollamiento inductor en serie

Bornes E-F

,{de.mír, ,-i Ia miiquina tiene poros de conmutación, también es-

::ri:.,fdicados los bornes

"orr"ipondientés a dicho,iliffi¿;;;

Bornes G-Ftr

La placa de bornes de una m_áquina con excit.ación serie, sin porosde conmutación, rendrá una de Iu, fo.*u, i"ái.uáá;-"ñjigura 451.si lleva polos de conmutación, presentará una de las formas de lafigura 452 o bien, teniendo "; ;";;;;l; imprificación que puederealizarse con los bornes B, G y H, p""¿" fresentar también el as-pecto de Ia figura 453.Además, si se trata de un n;*tor, llevará también su arrancadorcorrespondiente, cri)¡os bornes L, M, R, no aparecen en la placa debornes sino en el propio arrancador.

Fig. 453.-Placa de bontes sirrtplilic.ttda de unamáquina serie, con polos de conmutación.

Motor serie

La figtira 454 es el esquema de funcionamiento de un motor serie,con sentido de giro a izquierdas, y la figura 455, el es::ueina de co-nexiones de la misma máquina. Nótese que, por no exi,..tir reguladorde velocidad, el borne M del arrancador está desconeci..jo. sil dadaslas condiciones de funcionamiento expresadas en las figuras 454 y455, se quiere cambiar el sentido de giro de Ia máquina, háy que cam-biar el sentido de Ia corriente de exiitación, o bián, "í r"ntiáo de Iacorriente del inducido; siempre es preferible este último procediririen-to, pues el cambio de sentido de la corriente en el ar.oila-iento deexcitación puede provocar la pérdida del magnetismo remanente de iamáquina.

AO GO EO

80 Ho ro

Fíg. 451.-Placas de bornes d.e unarttciquina serie, sitt polos de conmu-tación.

546

Fig. 452. - Placas de bontestnáquina serie, con polos detaciótt.

de unaconnlu- FiS. 454.- Esquema

tniento de un motorde 'funciona-serie.

Fig. 455.-Esquenta de conexionesde un tnotor serie.

A B+IE Foo oo

ooooABEFA B GH E Foooooo

547

Máquinas con excitación compound

A la excítación cotnpoutzrl se la llama tanrbién excitación compuestay las máquinas provistas de este sistema de excitación se las deno-mina, respectivamente dinamo compouncl y motor contpound.

Este sistema de excitación resulta de sumar, en una misma má-quina, los efectos de la excitación shunt con los de la excitación serie.Es decir, eue las máquinas comporlnd estrin provistas de 2 arrolla-mientos de excitación: un arrollamiento dc: c'xcitación serie, atravesadopor la corriente de línea y constituido por algunas espiras de conduc-tor de gran sección, y un arrollamiento de excitación shunt, atra-vesado por una pequeña parte de Ia corricnte total y constituido pornttmerosas espiras de conductor de pequcria sección. Ambos arrolla-mientos van montados en los mismos polos inductores, o sea que,cada polo inductor, lleva una parte de arrollamiento serie y otra partede arrollamiento shunt.

Debe tenerse en ctrenta que en las máquinas compound, el efectodel arrollamiento shunt, ha de ser muy superior al efecto del arrolla-mir'nto serie. Recordemos que la causa de la circulación del flujomagnético es la fuerza magnetomotriz que, expresada en amperios-

En nuestro, caso, llamaremos

I¿ = corriente que pasa por el arrollamiento shunt

ltd = número de vtreltas o de espiras del arrollamiento shunt

I, = corriente que pasa por el arrollamiento serie

ns : número de vueltas o de espiras del arroilamiento serie

si el flujo magnético producido por el arrollamiento shunt, ha deser mayor que el flujo magnético producido por el arrollamientoserie, también Ia fuerza magnetomotriz del arrollamiento shunt, habráde ser mayor que la fuerza magnetomotriz del arrollamiento serie.

Ia na ) I, ¡t,

pero sabemos que

548

luego la desigualdad anterior, sólo es posible si

Las conexiones de los 2 arrollamientos de excitación qge tienenlas máquinas compound, pueden realizarse de 2 formas:

a) haciendo que los efectos del arrollamiento serie se sumen alos efectos del arrollamiento shunt, es decir, qtre la corrienteque atraviesa ambos arrollamientos tiene el mismo sentido.Se obtiene entonces la rrtcíc1ttittct contpotuld adicioneil.

b ) haciendo que los efectos del arrollamiento serie se opongan alos efectos del arrollamiento shunt, o sea, que la corriente queatraviesa ambos arrollamientos, tiene sentido contrario. Eneste caso se habla de mtíquina contpound diferencial. Claroestá que en las máquinrs compound diferenciales, el sentidoque tenga la corriente que atraviesa el arrollamiento shunt,puesto que se ha dicho anteriormente .que los efectos de estearrollamiento son supcriores a los efectos del arrollamiento.,: serie.

En la figura 45ó está representado el esqltema de un generadorcompound con las conexiones como máquina adicional y en la figu-ra 457, como máquina diferencial. Nótese que para obtener uno uotro tipo de máquina, basta con cambiar las conexiones de los bornesdel arrollamiento serie.

F ig. 456. - Representaciótt esquenui-tica de un generador compound adi-cional.

Fig. 457. - Representaciótt esquenui-tica de un generador contpotutd di-'f erencictl.

I'> I¿

519

ooooooAB C DE F

A BG H C D E FooooooooE¡ la figura 458 se repre.senta el esquema de un motor compound.

con las conexiones como-máquina adicíonal, y €r Ia figura 459 comomáquina diferencial.-Comparando estas figuias con lát figuras 456y 457 puede comprobarse que las mismas conexiones del leneradorcompound adicional corresponden al motor compound dife-rencial, yvice,ersa; esto, para el mismo sentido de giro de la máquina.

'Lá

razón de esta circunstancia, es que Ia corrie.ri" qr" atraviesá "i ário.

I lamien to shu n t,. ti.n" "i * t ;; ¡;;rl a, -¡el;t-;;";;'á;;;

;.ái;' :imotor, pero no Ia corriente de línea qr'.r. it.aviesi, como saúemos, elarrollamiento serie.

Naturalmente que por tener un arrollamiento shunt, en lasnas compound es posible montar un regulador de campo, quec-onro regulador clc tensión en el c.aso de generadores

^o .-oodor de velocidad en el caso de motorcs.

En la placa de bornes de una máquina compound estarándos los siguientes bornes:

como Ia máquina tiene un arroiramiento de inducido

co Ao Eo

Do Bo ro"máqui-actuaráregula-

indica-

Fig. 460. - Placas dettuiquina corttpouttdconntutación.

bornes de unasitt polos de

Fig. 461.-Placas de bornes de unarrtciquina contpound con polos decontttutaciótt,

Bornes A-B

Como Ia máquina

Bornc.s C-D

Como Ia máquina

Bornes E-F

tiene un arrolJamiento shunt

tiene :también un arrollamiento serle

Fig. 458. - Represetúación esquerttd-tica de tut tttolor compotutd adicio-nal.

550

Fig. 459. - Representación esquentá-tica de un nlotor compouná d,ife-rencial.

Fig. 1ó2. - Placas de bornes simpli-ficada de una ntáquü;a compowtdcort polos de conntutación.

Si Ia má.quina tiene polos de conmutación, tambie<n estarán mar-cados los bornes correspondientes a dicho arrollarnie r'o, o s('a

Bornes G-H

La placa de bornes de una máquina compound sin polos de con-mutación, será semejante a una de las representadas en la figura 460y, si tiene polos de cr¡nmutación, a una de Ias expresadas en la figu-ra 461; en este último caso, y si se tienen en cuenta las simplificaclo-nes relativas a los borr-res B, G y H, Ia placa de bornes será semejantea una de las representadas en Ia figtrra 4ó2.

A B GHooo'oE FC Dooco

A B-HC D E Foooooo

FAEoooH.BDCooo

551

fi.¡. 163. --- Esqitema de -lunciona-ttti,::tto d{ fiy¡ generador compoundad,-:icnal.

Generador compound

La figura a{3 es el esquerna de funcionamiento de un generador;oinpound adicional con §i.o r derechas y provisto de ."giludor de¡ensión; Ia figura 464 es el esquema de c-one*iones del mi-smo gene-r-aclor. si en las mismas condicio.r.s de sentido de giro y sentido de]a corriente del inducido, queremos transformar la- máquina en ungenerador diferc,ncial, bastará con cambiar las conexiones de los bor-nes E y F del arrollamiento serie; o sea, conectar el borne F con elborne B-H y el borne E, con el polo negativo N de la línea principal.

532

Si a partir de las figuras 4ó3 y 461, se quiere cambiar el sentidode la corriente pringipal, conservando la máquina sus característicasde generador adicional, se opera de la siguiente forma:

Se cambian las conexiones de los bornes de entrada y salida. Enla máquina de las figuras 463 y 464, los bornes de salida son el A,conectado al polo positivo P de la línea principal, y el F conectadoal polo negativo N de la línea principal. Para cambiar el sentido cle

la corriente principal, bastará con unir el borne A con el polo ne-gativo N y el borne F con el polo positivo P.

Motor compound

La figura 4ó5 muestra el esquema de funcionamiento de un motorcompound adicional; la figura 46ó es el esquema de conexiones delmismo motor que, como puede apreciarse, está previsto para el giroa derechas, lo mismo que el generador compound de las figuras 463y 464. Pero ahora, como ocurría en los casos de excitación indepen-diente y de excitación shunt, la corriente en el inducido del motortiene sentido opuesto a la corriente en el inducido del generador. Sinembargo; como puede apreciarse en los correspondientes esquemas,la corriente en el arrollamiento de excitación 'shunt tiene el mismosentido en ambos casos; y, como la corriente en el arrollamiento deexcitación serie tiene sentido opuesto (ya que se trata de la propiacorriente del inducido), para conseguir que la máquina trabaje comomotor compound adicional, tendremos que, para un mismo sentidode marcha:

a) el arrollamiento shunt del motor tiene las mismas conexionesque el arrollamiento shunt del generador

b ) el arrollamiento serie del motor tiene las conexiones cambia-das respecto al arrollamiento serie del generador.

Es muy interesante tener en cuenta estas observaciones para elcaso en que un motor co-mpound adicional tenga que funcionar cemogenerador o viceversa y puedan 'cambiarse las conexiones correcta-

Lo mismo que en el caso del motor shunt, el borne M del arran-cador, está conectado al borne t del regulador de velocidad y, si noexiste este último, el borne C, o bien, al borne D, según sea el tipode conexión empleado. En las figuras 465 y 466 se representa conlÍnea de puntos la conexión del borne M al borne C.paia el caso deque no se instale regtrlador de velocidad.

Fie.detrul.

461.- Esquema de cone.rionesun generador compound adicio-

llevará marcados sus propiosmotor, en el arrancador apa-

- Como siempre, el regulador de campobornes s, t, e. Además, si se trata d-e unrecerán los bornes L, M, R.

553

Fig. 465. - Esquenza de f unciona_nttento de wt tnotor compound. ad.i-cional.

F.ig. 466. - Esquenta de conexionesde un tttotot corttpottttd ad.icional.

Ilamientos se suman en la máquina. El efecto del arrollamiento deexcitación indepe¡; liente es muy superior al efecto del arrollamicntode excitación serie. Las máquinas con excitación mixta pueclen sertambién adicionales si se suman los efectss de ambo, urro]Uamientos,o dif erenciales cuando dichos efectos son opuestos; en este últimocaso, el efecto del arrollamiento de excitación indepcndiente, resultadeterminalte plrl decidir sobre el scntido de, gi.á:J. l;-,lr:j,;;;;;.. ,P" Ia placq. de bornes de una máquina con exciiac;¿n miir;; ;";;;;indicados los siguientes bornes:

como Ia máquina tiene un arrollamie,to de inducido

Bornes A-B

Como la máquina tiene un arrollamiento serie

Bornes E-F

Como la máquina tiene también un arrollamiento de e.r;itaciónindependiente

Bornes J-K

Y, en el caso en que tuviera iambién polos de conrnutacion

- -Con lo que la placa de bornes tendría un aspecto semejante al ¿eIa figura 467, en donde ya se han real izado lai pertin".,tÉ, ,implifi-

caciones sobre los bornes G, H, B.Además, si se emplea el regulador de campo, hu), que tener eil

cuenta los bornes s, t, q sobre el propio aparato.Este sistema de excitación se emplea, sobre todo para generadores,

por Io que solamente tendremos en cuenta esta aplicació-n. \,éase enla figura 4ó8 el esquema de funcionamienro y en ia figura 469 el es-quema de conexiones de un generador con eicitació., iri*tu.

oA oE Jo

oB+l oF Ko

si se quiere cambiar el sentido de giro del motor compound, puederealizarse de una de estas clos forma"s:

a) cambiando las conexiones de los dos arrollamientos de exci-tación

b ) y preferibrpmente, cambiando Ias conexiones de los bornes deentrada y salida del inducido.

l\fáquinas con excitación mixta

Estas máquinas llevan un arrollamiento dete y un arrollamiento de excitación serie; ]os

554

excitación independien-efectos de ambos arro-

Fig. 4ó7.-Placa de bornes de routexcitación nixta.

trluquula con

555

?.: r{ffi

Fig. 468.-Esquetna de ftm-cionatniento de un generadorde e.rcitación mixta.

Fig. 469.-Esquutru de cone-xiones de un generador de ex-citación mixtct.

556 557

Máquinas con excitación propia

Este sistema de excitación se emplea casi exclusivamente parageneradores. Véase en la figura "170 el esquema de funcionamiento yen la figura 471el esquema de conexiones de un generador de este tipo.

En las máquinas con excitación propict, la corriente inductora ode excitación es suministrada por una máquina excitatriz acopladadirecta o indirectamente a la máquina principal y que se utiliza so-Iamente para este objeto, es decir, que exceptuando el arrollamientoinductor de la máquina principal, la excitatriz no alimenta ningúnotro punto de consumo

En las máquinas con excitación propia, la máquina principal esde excitación independiente puesto que su corriente de excitaciónprocede de una fuente exterior; la máquina excitatriz es, casi siempre,de excitación shunt.

La gran ventaja de este tipo de excitación es que la regulación detensión se efectúa sobre la máquina excitatriz; por lo tanto, el regu-lador de tensión será de menor tamaño que si la regulación se efec-tuara sobre Ia máquina principal y la regulación puede ser muchomás fina. Por lo tanto, cuando la potencia de excitación hay de sergrande y no se disponga de otra fuente'de corriente continua, estesistemadeexcitaciónresultamtl}'apropiado.

Fig. 470. - Esquema de 't'uncionantiento de un generador de excitacién propia.

I

Fig. 471.- Esquenta de c,-:tic.riones de Ltn generador de excitación propia.

4 Di*:posición constructiva d elas máquinas de corrientecontinua

Conceptos generales

.Va.mos a.clescribir Ios c'lementos estructurales que corlsiitul.e,i lasmáquinas eléctricas de corriente continua.'RogaÁu, al lector riur,antes de iniciar la lectura del presente capítul,o, repase el capíiulo"Elementos constructi'os de las máquinas éléctricur,,,

"r, este mismo

volumen.

Eje

veamos en la figura 473, un eje montado sobre el r<¡tor" ..-i rJc.cir,el inducido) de una máquina de corriente continua. Se h¿rn ;'i.pr€-sentado esquemáticamente Ias partes del inducido que sustentan eleje, así como algunos de Ios más importantes elementós constructivos.S-" -hT supuesto cojinetes de rodaclura de Ios que el correspondienteal lado del accionamiento es m¿is robusto puesto q,-r" p.,"áe rcsistirmayores esfuerzos mecánicos: el cojincte del lado ael cotector es deltipo llamado de bolas y el dcl lado del accionamiento del tipo clerodillos. En la figura 474 está representacla una pcrspectiya del .ri.,oueje_. se apreciará que hay diferentes diámetros, siéndo el ma¡,or detodos, el señalado en la figura 473 con la letra G si^,e para impedirque el cuerpo sustentador del núcleo (o cubo) se -,r^".,u hacia la

!n Ia figura 472 se t.epresenta las clos placas deponden, respectivamente, a Ia máquina piincipal ycitatriz.

bornes que corres-a la máquina ex-

Fig. 472.-Placas de bornes de

558

Ao

JKoo

B.Ho

una rrtáquina co¡t e.rcitaciótt propia.

559

rig' !73.-Reptesentación esqueltdtica del rotor de una nuíqtúna de corrientec;oi.::"'ttrc, pura que p.ueda ap.re.ciarse.'l.a disposiciótt ctel eje, t_ii,iriá á, ."¡i¡iiádci :oiltiete, !-Coiinet¿ dt:i 'laclo del colictor. 34oteátor:.

"-iáiirte ,clel co,-l¿c'ior' L't-Delga del colector. c-Cuerpo srisrentadoi ail ioir"tr¡"("-",iá¡.-4-i;-duciclo. d-Soporte del deuanado. e-Toma d.e corriente, f-Devanado del ind.u-giri?,.g-Zrutcltos de sujeción der d.evanado. h-paqttete d.e chapo.i d"t rotor(ru.ic.leo). }=Cuepo sustentador del indttcido (cttbo). 5-Ventiladár'. G*Cojinetedel lado del accionamiento. 7-Tuerca de ajusie det cojinete. 8-nxi:trimo det ejepara acci,;t«miento.

derecha, es decir, que sirve de tope ar citado cuerpo sustentador.Desde este resalte se parte para ,ealira, el montaje de las diferentespartes que constituyen el rotor.

comparando las figuras 473 y 474, se observará que el colectortambién está fijado al eje, que en esta parte tiene un diámetro menory que también hay un resalte que impide el movimiento del colectorhacia Ia derecha; por el lado libre del eje, el colector está fijado pormedio de una tuerca de sujección, otrar u""er por un aro de iujecciónentrado en el eje en caliente, etc...; se verá., co, más detallé estosprocedimientos cuando se estudie el colector,

"r, "rt" ."iriro capítulo.

A continuación del colector se monta el conjunto corresponáiente,utilizan{o otro resalte en el eje para evitar su movimiento hacia laderecha; por el otro lado, el cojinete se sujeta por medio de unatuerca roscada en el extremo del eje, o por otros procedimientos quese estudiarán en momento oportuno. La parte del eje donde se asientael cojinete, se llama gorrón o también, asiento de coiinete.

El cojinete situado en el lado del accionamiento ie sujeta al ejepor procedimientos análogos.

EI _cuerpo sustentador del núcleo se fija al eje, utilizando variosprocedimientos : en máqtrinas pequeñas, introdtrciéndolo a présión;en máqufnas mayores, por rnedio de tuercas de sujección o llantasintroducidas en caliente y euei al 'enfriarse, fijan rálidu-.nte dicho

Por lo general, tanto el cubo del colector como el cubo del núcleose fijan al eje por medio de una chaveta, para que su sujección seamayor; muchas veces, se emplean dos chavetas desplazad"l 90" sobreel eje.

En el espacio del eje que corresponde al colector, se puede apreciaruna disminución de su diámetro desde D a c (véase figura +il); lomismo sucede en la porción de eje correspondiente al inducido, dondeIa reducción de diámetro va de F a E. Á continuación, explicaremosIa causa, teniendo en cuenta que en las figuras esiá algo exageradaIa reducción, para mayor claridad del dibujo; en nuestra explicaciónnos limitaremos al inducido aunque el razónamiento también resultaválido para el colector.

P9{ lo general, el material que constituye el cubo del inducido esmás bl-ando que e! materia! del eje. En la .parte F se hace un ajustesuave, o sea'que el diámetro del eje es unas centésimas de milímetrornayor que el diámetro del agujero del cubo. Cuando se introduce elcubo, éste penetra sin dificultad hasta F puesto que el agujero delcubo es bastante mayor; a partir de aquí, él cubo en su puñ" E debeentrarse a presión y, a Ia vez, se deslizá sobre la parte F; el conjuntoqueda sólidamente sujeto al eje: si toda la presián de eje que corres-ponde al inducido fuera de ajuste suave, el conjunto nó qúedará fir-

Fig. 471.-Perspectiva del mismo eje representado en la figura anterior.. l-Ros-ca pí:ra tuerca de aiuste. 2-Gorrón o asiento de cojinTte. 3-Chav'et"ro- áitcatector. 4-Chavetero del inducid.o. 54havetero para accionamiento del eje.

560561

@.02 - 37

I

memente sujeto. si, por el contrario, todo el ajuste fuera fuerte, ade_más de precisarse de grancres esfueár ;;.; introducir er cubo, existeel peligro de deteriorárro -va que, ar ,.i ,r. materiar más brando queel del eje, puede estropeuri". óon el p.o..jái*iento descrito, se evitanambos peligros.En el eje no deben e.xistir cantos 'i'os. En Ias figuras 473 y 474,

¡e ha ¡eñ1la{o con cantos vivos pero en Ia mecanización deben evi.tarse. Es decir, que roi resartes o tr-uiá, J"';i#;t;;;L.;-ffi;;como se indica án Ia figuri ¿is-v-r"l"irJ"r;;;;;;;.;;";; ili;;l:ra 476. Esto se hace así, porque Iá .*p"ri.l,r.ia ha ;";;:;;"át qq" tu,aristas vi'as en Ias piezas dÉ máquinas, p.áár."., una concentraciónde esfuerzos que. pueden llegar a pro\-ocar su rotura, cosa que nosucede con Ias aristas rruu.rl

Cojinetes

Los cojinetes son elementos mecánicos destinados a Ia fijación delos ejes a las partes fijas de las- máquinas. Debe e'itarse que er Íoza_miento de Ios ejes sobre estos "rem".,to, á;fiju.ión pued"" dü;;;a.dichos-"j9r,ya que entonces,.ar.ná r.. "i uj.,rr" perfecto, Ios entre.hierros de las máquinas se reducirían ;";; rado, u,rÁLírundo porel otr:o, de tal forma que los rotores potrÍan llegar'" ,o.u. il, p".r",fijas de las máquinas, desrru¡,enao io, ái;i;;;;^r'r*,li,já. seria-

Por esta razón, cl asiento de cojinete o gorrón se mecaniza conmucha exactitud y se Ie somete a tratamientós especiares que re dandureza. por Ia misma causa, ros materiares que constituyen los coji_

casi todos los cojinetes existentes en las máquinas eléctricas decorriente continua, son de estos clos tipos:

FiS. 475. - Mecanizadotut eje.

562

FiS. 47ó. - llecani¿ado incorrecto d.eurt eje.

Fig. 477.--Coiinete de resbalamiento: l-Casquitlo. 2-Anitto de engrase. 3-Ra-nura colectora de aceite. 44dmara de aceit^e.

a) cojinetes de resbalamiento, b ) cojinetes de r.odadura ,

- Los coiinetes de resbalantiento se denominan también coiinetes/isos. Se ha represent-"dg el aspecto general de uno de estos cojinetesen Ia figura 477; en la figura 478 se han dibujado dos vista, á"

"rt"mismo cojinete, en corte longitudinal y en corte transversal, respec-tivamente.

EI gorrón del eje gira en el interior de un casquillo, en cuya partesuperior se abre una escotadura (véanse figural 477 y azgj; ár, Iaescotadura se aloja un anillo de engrase, .,ryo diámeiro es muchomayor que el del eje y está colgado sobre éste de tal manera que esarrastrado por su movimiento de giro; Ia parte inferior clcl anillá estásum_ergjda en aceite, contenido en la cámara de aceite. AI girar elanillo de engrase, arrastradg por el g-iro del eje, se le adhiere una capade aceite, que eleva hasta Ia escotaá,r.u del tasquillo donde lo vieitesobre

_el eje, extendiéndose sobre dicho eje por *"dio de',rnas ranurasIáterales situadas a Io largo del casquill,o y vertiéndose á"rf"er nue-vamente en Ia cámara de aceife; de esta forma se establecá una cir-culación continua de aceite. En la figura 479 puede apreciarse un cas-quillo de cojinete con su anillo de engrase, lai .u.,r.á, longitudinales

corrccto de

563

F ig. 478. - Secciones longitudinal y transversalllasquilto. Z-Anillo de engrase. 3-Ranurai¿ acehe. S-Eie de la mdquhn eléctrica.

de un cojinete de resbalamiento:colectora de aceite. 4-Cámara

3,ia es:eiadi,ra a que hemos hecho referencia anteriormente. Las 2cscotacuras rnás peqtreñas situadas a ambos lados del casquillo re-cogen la. ma-v*or parte de aceite, que tiende a deslizarse por el eje, fueradel cojinet¿ y que podría constituir un peligr., para los aislamientoscle la máquina; se denominan ranuras colectoras de aceite y tambiénestán representadas en las figuras 477 y 478.

Íig. $79.-Casquillo y anillo de

56.1

I

coj inete de resbalamietúo.

Fig. 430.-Escudo portacoiinete de una mcíquinanrta, con coiinete de resbalamiento.

Ya sabemos que existen máquinas con escudos portacojinetes y

máquinas con sofortes de cojinetes. En la figura 480 se representa la

aplicación de un cojinete de resbalamiento a un escudo portacojinete,

í"r, la figura 481, Ía aplicación de un cojinete de resbalamiento a un"soporte

dle cojinete. ¡,n la figura 480, puede apreciarse en la parte

inferior del có¡inete, el tornillo que se utiliza para vaciar la cámatade ace,ite, cuando éste se ha ensuciaclo con el tiempo. El cojinete de

la figura 481 está provisto de un nivel de aceite, que permite vigilarla cátidad de est; lubricante alojada en la cámara de aceite.

Los cojinetes de rodadura llamados también rodanientos, son

cada vez más utilizados en las máquinas eléctricas, ya que.su coste

dá ,ourrienimiento es mucho menor- qu: el de los cojinetes lisos' En

la figura 482 puede apreciarse un cojinete de rodadura, montado:está

-constituid; po. trn anillo 1, fijado al soporte del cojinete. Entreambos anillos hay t na serie de bolás que los separan y al girar el eje,

arrastra al anillo fijado en é1, que rueda sobre las bolas y éstas, a su

vez, ruedan sobre el anillo exterior, que es fijo.Las bolas y los anillos se constrryé., de acero muy duro y con las

superfici", *Ly pulidas, cle forma que ofrezcan buenas condiciones

eléctrica de corriente conti-

engrase de un

565

!

Fig. 481.-Soporte de cojinetecon coiinete de resbalamiento.

de una máquina eléctrica de corriente continua,

Fig. 463.-Cojinete de bolas.

de resistencia al desgaste y un rozamiento mu1, pequeño. Los anilJ._.,sforman una acanalaá,rru po. donde ruedan Iás^ Uál"t; . *o p:caeapreciarse en Ia figura q$, donde r" -u.irra un .;jir;;" ;";i=;;,para que puedan verse los detalles constructir,os.

Los rodamientos pueden ser de diierentes tipos, se;un las cc¡ndi-ciones de utilización. En máquinas de pequeña potencia, se empleancoiinetes de bolas, semejantes al representado en la fi¡:r.r"a 4E-1. Enmáquinas de mavor potencia y, por Io tanto, expuest:ls a nra\-oresesfuerzos, se utilizan cojinetes de rodillos, como el de la figura 1g.1.También existen cojinetes con dos o más hileras de eleme¡rtós rc;dan-tes (bolas o rodillos), empleados para esfuerzos mayores.

El lubricante empleado en los cojinetes de rodadura es la gr..l.saconsistente, qpe queda recogida en cámaras laterales; se eyita el des-lizamiento de la grasa hacia las partes interiores de Ia máquina, pormedio de anillos de obturación que, generalmente, son de fi..- .:; \'e;aseen -la figura 485, un cojinete de bolas con su cámara de grasa I' dosanillos de obturación.

Como ejemplo de aplicación cle los cojinctes de rodaciura a lasmáquinas eléctricas de corriente continua, r'éanse en Ia figura 486,los dos cojinetes de un motor de corriente continua de ló CV. Elcojinete del lado del accionamiento (parte izquierda de la figura) esde rodillos; el del lado del escudo portacojinete, es de bolas, ]-a queeste cojinete está sometido a esfuerzos menores que el anterior.

Fig. 482. - Rodamiento tnontado enun eie: l-Anillo líjado at eje. 2_Attillo fiiado al soporte.

566567

Fig. 484.-Cojinete de rocliilos.

Fig. 485. - Cojinete de bolasntontado en una mdquina.

Fig' 48ó.-Cojinetes de roclaclurc¿ tle tm motor de corriettte cotttinua cle t0 Cv.

Inducido' : .. :,,El inducido de una máquina de corrientc continua, está constituidopor los siguientes elementos estructurales:

1. Núcleo magnético dc hierro.2. Organos sustentadores del anterior.3. Arrollamiento del inducido.4. Organos de sujeción del anterior.

- En la figura 487 se ha representado la sección longituclinal del rotorde un motor de corriente iontinua, y están indicados los elementoscitados anteriormente. A continuación, se procecler:i al estudio de cadauno de ellos.

El núcleo magnético del inducido, es atravesado por el flujo mag-nético producido en los polos inductores. como prád" apreciarse enIa figura 487, está constituido por llumerosas chapas magneticas su-perpuestas, de Ia calidad denominada chapa cle intittcido { de espesorde 0,4 a 0,5 mm; en una de las caras de cada chapa, uá p.guao unpapel aislante de 0,02 a 0,03 mm de espesor o, en otros casos, se ex-

568

569

\

Fig. a8§.- Segntento5ntina: nntriz.

para' núcleo nugttético de inducido, cortados sobre ld-

FiS. 487.-Rotor de una rttaquürct de corriente continua: I-Nticlco rnagnético.Z4rgano sustentador del núcleo (cubo).3-Arrollantiento de inducido. 4-Or-gano de suieción del arrollalnie,Tto de inducido.

tiende una delgada capa de barniz aislante. El núcleo no se constru)'emacizo porque aparecen corrientes inducidas parásitas que, por efectoJoule, podrían llegar a recalentar el material magnético; construyendoel núcleo, en forma de chapas supgrpuestas, -se reduce el valor de di-chas corrientes parásitas yr por lo tanto, el calentamiento, hásta límites:tolerables por la máquina.

Las láminas de chapa magr-rética suelen tener I x 2 D y, en estasmedidas, se las encuentra en el comercio. En los inducidos cuyo nú-cleo magnético tenga un diámetro inferior a 1 m, se pueden obtenerdirectamente las piezas anulares completas que constituyen dichonúcleo; cuando el diámetro del inducido es superior a 1 m, cada anillode Ia plancha está constituido por I'arios segmentos que se cortanen la lámina matriz, en forma semejante a la representada en lafigura 488.

Sobre la periferia., o parte exterior de las chapas se estampan lasranuras que deben alojar el arrollamiento del inducido; estas ranuraspueden adoptar diferentes formas, de las que se representan algunasen la figura 489.

Las chapas de una sola pieza se montan y se sujetan por mediode bridas, como \¡eremos en el próximo parágrafo. Las chapas de seg-mento se montan apilándolas a solapa, es decir, formando capas desegmentos en Ias que éstos están montados de tal manera, que lasjuntas de cada tapa quedan tapadas por los segmentos de encima, talcomo se indica en Ia figura 490.

570

Fíg.489,-Fonnas de ranuras para alojar el arrollatniento de inducido.

o olo

Fig.490.-Morúaje de lus clrupas nrugnétictts de scgrrrcntos.

571

'r' I t\'

i: @:i\r." Y o/\9./

-)----¿\l-/Fig. 491.-iltorttaje de paquete cleclnpas del núcleo ruagnétiéo, clirec-tatnente sobre el eje de la mdquina.

Fig. 492. - Aníllo contrcictil.

Fig. 493. - Fijaciónde pernos pasantes

del paquete de clmpas del núcleo nrugnético, por medio,¡. roscados.

Organos sustentadores del núrcleo magnético: ,:

En m¡quinas cle pequeña potencia, el paguete de chapas del núcleose munta directamente sobre el eje (figüri +gt), sujetándolo il.;;mente por medio de 2 bridas o platillos compreto..i laterales; estasbridas pueden utilizar como elemento de sujóción de las chapas, unanillo contráctil (representado en la figura igt v corr más detalle enla figura !92), que tiende a cerrarse *br" sí mismr¡ y que se hacerleslizar a lo largo del eje, después de comprimir

"l paq.retÉ á" .hupur,

i.asta llegar a una entalla circular realizada sobre "l *ir-o eje y enla que enc:ija debido a su tendencia contráctil; con esta dispósióión,se n¡ontan 2 anillos de este tipo, uno para cada brida.

El paquete de chapas del núcleo tambi¿n se puede fijar, empleandopcrnos pasantes y roscados en número de 6 u .g, que atraviesan elpaquete de chapas y se sujetan por tuercas a amboi extremos (figu_ra 493); cstos pernos .han de ir aislados del paquete de .hup"r"j,adernás, clc las bridas láterales. Algunas veces, se suitituyen los pernospor relrl-,ches, peru este último procedirniento tiene el inconvenientefe que el paquete cr; chapas ya no se puede volv-er u d.r-o.rru;,ti;:bién en e.ste caso, lt,s remaches deb.., i. aislados del núcleo t aé h,bridas Iaterales.

l-as mii,¡uin;:s de potencia media tienen el paquete de chapas cons-tituido pclr aniilos superpuestos que se montan iobre un órlano sus-tentador especial, denominado estrella y formado por un f,rbo convarios ner'ios longitudinales, c*yo númóro oscila .nt.. 4 y g.En Ia

572

figura 494 se representa, en perspectiva, una estrella de inducido de8 brazos -v en la figura 495, un inducido montado, con estrella dc 4brazos. Por lo general, la estrella lleva un chavetero longitudinal quesirve de guía para montar las chapas del inducido y, además, llevatambién varios chavetc'ros transversales. Las chapas se montan talcomo se indica en la figura 49ó: cuando el paquete de chapas ticneIa longitud necesaria, se monta un anillo de presión y se comprimeel núcleo en una prensa hidráulica; bajo la presión de la prensa, semontan las chavetas transversales, las cuales fijan el anillo de presiónal paquete de chapas y éste queda firmemente sujeto.

de I brazos.

573

Fig. 494. - Estrella

'l

Fig. 495.-Inducido con estrella de 4 brazos.

Fig. 49ó.- l[ontaje de lasmagnético en una estrella.

Fig. 197.-Paquete de clrupasltof cttcia.

riel tuicleo nngrútico tle una mdquina de gran

. En las máquinas de gran potencia, deben emplearse paquetes dechapas de segmentos, como se ha dicho anteriórmente. r,l cuerposustentador del nírcleo está tambión constituido por una estrella e¡rla que, generalmente, se montan 2 bridas con pernos pasantes y ros-cados para Ia fijació, _d:l paquete de chapar. Véur" ", Iu figura 497el paquete de chapas d,el induiido de una máquina de gran lotenciacon Ia estrella, el anillo, el anillo de presión y brida Jxteriár y lospernos de fijación.

En todos los tipos menci<¡nados (excepto en Ias máquinas de muypc'queña potencia), el paquete de chapas está subdividido en varioipaquetes parciales por medio de hendiduras que se utilizan comocanales de ventilación para evacuar el calor engendrado durante Iamarcha de Ia máquina. Los canales de ventilación se forman mediantediscos espaciadores semejantes a los de Ia figura 49g, con tantos se-paradores como ranuras tenga el núcleo -ugñéti.o clel inducido y se-parados entre sí de igual forma que Io .itán dichas ranuras. por

574

clrupas del núcleo

s75

Fig.499.-Bobinas de varias espiras para. arrollctmiento ondtúado.

ejemplo, el núcleo magnético: de3 paquetes parciales por ,medio

indicado en la figura 498.

Fig. 498. - Disco espctcictdor y detallc deun espaciador.

figura 49V, .está subdividido err2 discos espaciadores como el

lade

Arrollamiento de inducido

Los arrollamientos para máquinas de pequeña potencia están cons-tituidos por bobinas de una, dos, tres o más espiras de hilo de seccióncircular que se encintan y se impregnan de barniz aislante; véase enla figura 499, dos ejemplos de bobinas de este tipo para arrollamientoondulado.

Los arrollamientos para máquinas de gran potencia, están consti-tuidos por bobinas de una sola espira, de conductores rectangulareso pletinas, de gran sección y se denominan arrollamientos de barras.F,l conductor se curva como se muestra en la figura 500 para seralojado posteriormente en las correspondiEntes'ranúras; la bábina dela figura 500 pertenece a un arrollamiento ondulado. Para arrolla-mientos imbricados se utilizan bobinas como la de la figura 501, dondese ha sustituido la pronunciada curvatura de la figura 500 por unapieza soldada entre las 2 barras que constituyen la bobina. Montados,estos arrollamientos adoptan una forma semejante a la de la figu-ra 502, que se ha supuesto en la parte opuesta al colector.

576

Fig. 500.-Bobina de una sola espi'ra, para arrollamiento ondtúado.

Fig.501.-Bobina de una sola espi-ra para arrollatniento imbricado.

Fi* 502. - Arrollamiento de barras, encurso de montaje sobre el rotor.

60.02 - 38

577

Fig' 503'-Disposición de los conductores en las ranl,u-as, para rtuiqttilas depotencia: l-Condl,tctores de sección circular. ?-1.; ,rpo áe'prrrri,p,o,í aceitadopara aislantiento entre el bobinado ¡,el hierro ctel htd.ttcido.3-4apa de presspanpara aislatnietúo eftle -bobú.tas. 4--Teta cle atgo;,_,,i'i,rrpr.rg,tado col laca paraaislanúento entre el bobínado y el'ltiet,ro aet"ináti,iiicto.'5,J2., ;;p;-;" presspanaceitado para a,istantiento entrL ,t iii¡,ii;;^; ;; i;rrro det útducído. 6_capade leat-h'eroid para .aisfamiento genera.t. l-1íuia i" ,rioii,lo' prr"'á|tantiertogeneral y "fijació, de los co,duclores c,l la ranrtra.

Fig. 501.-Disposición de los conductores en las ranuras, para ntriquinas de gratpotencia: l-Barras de cobre.T-Capa de presspan para aislanúento entre cott-ductores. 3-Capa de presspan para aislantiento. entre bobinas. 4-Citua de algo-dórt inipreguado .con laca para aislatltiento- Pr;JOio del cottd¿tctor. 5-Cap,.i depresspan .para arslantict|to'enf re bobilrus. 6-Capa cle pr'esspan octitado ¡taractislantiento entre bobinado y el lúerro dcl inducido. 7-1apa de leathct'oid pcrri.aislamiento general. 8-Cuña de nrudera pard aislantiento general v "fiiaciórr delos cottductores en la ratfl4ra,

Organos de sujeción del arrollamiento de inducido

Además de las cuñas de madera citadas en el parágrafo anteriory que se utilizan para fijar los conductores en las ranuras, en casi todaslas máquinas de corriente continua, se fija el conjunto del arr«:llamicn-to del inducido por medio de dos o más bandajes (también denomi-nados Tunchos/, constituidos por alambres de acero de 0,5 a 2 mmde diámetro y cuya fonna general puede apreciarse en Ia figura 505.

Antes de zunchar, se coloca sobre Ia superficie exterior del indu-cido, una tira de presspan de 0,2 a 0,5 ** -r, sobre dicha tirar, searrolla el alambre bien tensado; bajo las capas de alambre tensado,se colocan tiras delgadas de hojalata o de chapa de cobre, separadas

Los conductores que forman las bobinas, se alojan en las ranurasdel indugid! v deben estar aislados entre 'sí;

también deben esraraisladas las bobinas entre sí y respecto al inducido. LIna ,., *o"üáJ,Ios conductores con sus aislámientos en las ranuras correspondientes,se incrustan en las partes superiores de las ranuras, cuñas de maderaimpregnada, de fibra o de otro materiar aisrante, para evitar la ten-dencia de Ios conductores a salirse de Ia. ranura a causa clel movimientode giro de Ia máquina. como ejemplos de montaje de conductores ensus ranuras, r'éase en Ia figura 503 una ranura de máquina de pequeñapotencia, con Ios conductores y aislamientos correspondientes, y enJ,a

figura 504,otra ranura, para máquina de gran potencia, con arro-llamlento de barras.

578579

¡lM

Fig' 505' - Ztrtcrtos de f i jaciótt crer arrorat,ie,to crer incruci^o.

Fig. 507.-Ittducido de una nuíquina de corriente cotúiruta.

enrre sí de 20 a 30 cm '

de un ancho de 10 I 15 mm; cuando se::'ffi;:;l::':l:,ff| 'j':i,T, esras tirlI ." aouran sobre ra capairn Ia miiquinas peq*..ñas, se dc-jan Iibres las cabezas de bobina;pera máqirinas de rnediárn y,-g.un, pál"n;;,-ir. cabezas de bobina se;::i".: ]loili,I"

soporte do a-rroll;tT;;0,_,", *".,eralmente es sori_

f *rL'"'f ,i:li:t?""'ü:;',T",;'JJ;l;";,;fl l.T,r:i:r*T-:;"i;

Véase en Ia figura 507, un indtrcido dc máquina de corriente con-tjnua, 9n el qu.e se puede apreciar muy 1i.", ülri,;.1ó. áJi;; ;;;-g.lt:: r:.'1,i..:ió", así com, lu airpori¿i;;-;;".ral det ;;.;ú;;i;il:nucleo magnético, etc...

Barnizado del inducido

El inducido de las máquinas de corriente continua. se impregnafácilmente con varias .upui de barniz aisrani", ;;;^l;'g.i"rur negroy secado a la estufa.Pero antes 9: 1". impregnación, er inducido debe secarse compre-tamente, sometiéndolo durante 3 ó 4 horas a temperaturas moderadas(de 40 a 50" c), en el interior de la .it"á ó"

"rru forma, queda pre_parado para su posterior impregnación con barniz, .1ryo=.o*eticlces, precisameirte, aislar el iná,rcllo de la humeda.l circundante. Sino se efectúa el secado previo a que hemos aludiclo, lu h,r*.Jud qrr"dadentro. del inducido y como no pu"d. ;i;;;;;;-;;;;;il;l ü."t;exterior, ataca aqgellas partes del aislamiento' rpáp"1,,el;r;rh";;;etcétera...) que son higroicópicas;

"., ,"rrá.r,-qr" sin er secado previo,el barniz aislante exterior puecle i"*rrr.--ir.üo contraproducente.

Después del secado previo, el induciclo se introduce en una cubaIlena de barniz aislant., hasta qu-e éstb llegue a cubrir-.o¡¡pürumenteel inducido; seguidamente, po; tu purt" r-"p.rior se introduce barniza presión, para hacerlo Ilegar a toclos Ios hlecos clel inducido.5E0

Fig. 506.*Soporte clel arrollantiento clel inclucid.o.

581

-.I

una vez secado y barnizado er inducicro, se procede a su secadodefinitivo: pol cada capa de barnir, ,.- ,..a de 6 a g há.ur, a unatemperatura de 80 a 90'c. N,e'a impregnación de barniz y nuevosecado. Por Io general, 2 ó 3 capas de -bainiz

son suficientes, aunquelas máquinas peqlreñas se impregnan una sola vez.- La impregnación debe .omp.é.rcrer los arroilamientos y zunchosde sujeción. Además de aisrarrás de ra h"-;;;á, ;;;;;u' Iu resis_tencia mecánica de dichos elementos constructirás.t-

-'-^'--1 .:

l

Equilibrado del inducido

Los inducidos de las máquinas de corriente contintra deben estarbien equilibrados para que durante er gi.á- "o se procru zcan vibra_ciones ni golpeteos que deteriorarían rápúamente Ios cojinli"r. Ahorabien, salvo excepciones casuales, toclos lá, i.rarciclos quedan a)godesequilibrados después de bobinar los u..áilu..,;;ar, ffir"gnu. .rinducido, etc... desequilibrio que solamente puede ser eriminado me_diante máquinas especiares de compensación dinámica

Estas máquinas de equiribrar inducidos están provistas de apoyoscon rodamientos sua\¡es, do,de se colocan los extremos del eje delinducido. EI inducido, empujado. suavem"rrt", gira hasta que se para.1n eI punto donde tiene exceso de masa situad-o .n la ;";; inferior.,l::u ._o*pens.ar e,stos excesos de masa, sel ,".r.gu el lado contrariocon un peso igual, lo que se consigue soldando -i.oro, J"

"rtuno, orecargando la soldadnra de los zunóhos.

Sistema inductor

En el capítulo dedicado a Ios elementos estructurales de Ias má-quinas eléctricas en general, se decía que en las máquinas de corrientecontinua, el sistema inductor está constituiclo funda*."iul-Jnr", po,.Ios siguientes elementos:

a) culata o carcasab ) polos inductoresc ) polos de conmutaciónd ) arrollamientos

A continuación, se clescribirán estos elementos estructurales.

s82

Fig. s08.-Sistema induclor de una mdquina eléctrica de corriettte coniiruta.

Culata o carcasa

Generalmente, la carcasa es de forma circular (figura 50g); sola-mente en los casos en que el espacio disponible pará la instalaciónd9 Ia máquina es muy reducido y es necesario áprovecharlo hastael máximo, como sucede, por ejemplo, con los motores de traccióny para grúas, su forma es poligonal (figura 509). Se construye de hierroo acero fundidos, o bien, de acero laminado; en máquinas especialesse realiza de chapas apiladas.

Con relación a Ia fundición de hierro, el acero laminado tiene me-jores cualidades magnéticas y, además, una gran resistencia mecánicay una uniformidad perfecta en su estructura. para máquinas de pe-queña, Ias culatas de acero laminado se cortan a Ia longiiud necesariade tubos del diámetro y espesor convenientes; tratándor" ¿. máquinasde gran potencia, la iulaiu r. arrolla, partiendo de acero laminacloplano, y se suelda después, reforzándoi. u veces mediante nen'ios.

En Ia figura 510 se muestra un ejemplo de carcasa de acero lami-nado; a ambos lados de la culata, propiamente dicha, van soldados,

583

ffiw3

ffiru4

@@ffimffiFig.'509.-Carcasa d.e un motor de tracción.

Fig. 510.-Cc,casa de acero laminad.o.

Los pies de sustentación de Ia culata suelen ir, por regla general,fundidos con ella o soldados. según .l ta-aRo, el peso de la máquinay Ias necesidades. de montaje, presentan distintas disposiciones. porejemplo, en máquinas de grán.tamaño, puede intereruiq,r. 1u .u..urusea giratoria alrededor del inducido con oü¡"to de faciliiu.lu, repa-raciones.; esro se resuelve, (figura

-514); uto.;iiru;á; b, ;i"r, u unassuper,ficies especiales de ajust, rabraáás "; i" ;ü;";"; ii*r¡,*[.4 roclillos como apoyo inferior. n"rtárniii;j., ros pies, ra carcasaqueda apoyada sobre los rodillos y puede hacerse girar hasta Ia posi-ción deseada.

qr ¡rqrLa

Fig. 511.- Diversos tipos de seccio_nes de a¿lata.

Fig. 512.-Otrus formas de seccio_nes cle aúata.

Fig. 514. - Carcasa giratoria sobrerodillos.

en este modelo, unos anillos más delgados, que cubren el espacioocupado por lc,s arrollamienros. de los ;;i;; y er corector, pudiendoemplearse, de csta forma, escudot pu.tl.álir"t., pranos.La sección de Ias curatas sue_re_'& .;;;;ie"ru. (i ;;-i; figura 5r)o algo curvada (? {. Ia figura 511) y,..ro.rd=o se considera necesariopor el diámetro de^Ia máqirina, se,rei'e,riin ro, bo¡á;ii3 y + a" t.figura 51 1). otras formas ^d" r¿;ir;;;;;t;J*,r.r,o *.r,oi "árrientes,son Ias representadas en la figura Sl;.--:-" ''

En grandes ^má.quinas

y "ñ ro, Áoto... de tracción y de grúas ycon objeto de facilitar su construcción, su transporte y el montaje ydesmontaje del ilducido, sin necesidad de quitar los cojinetes, Iaculata se construye bipa.iidu (figura ilsl --

s84

Fig. 513. - Carcasa bipartidarrtáquina de gran potencia.

para

58s

Polos inductores

Solamente en máquinas de pequeño tamarlo se funden los polosinductores en una sola pieza con Ia-cnlata; casi siempre se construyeni,dependientemen!", y se fijan a Ia culata mediante tornilr"r.-

-EI núcleo puede ser macizo, de hierro dulce o de acero fundido;solamente las pequeñas máquinas bipolares llevan polos- de hierro

Las piezas polares se ccnstl-u'en cle chapas magnéticas, de unespesor de 0,5 a 1 mm. Estas chapas se estampan por separado, dán_doles la forma conveniente y después se unen^fo.,ri*a;illaquete;este paquete se_ taladra y se fija con tornillos al núcleo ,ru.iro.- Para simplificar la construcción de los polos, sus nricleós suelenhacerse también de chapa de sección rectanlular, rorrru.,áo una solapieza con los expansionamientos polares. seluperpone el número ne_cesario de chapas y se prensan; después, se sujetan con remaches,de forma que el paquete no pueda afiojarse. como placas de apriete,se- utilizan planchas especiales o, en otros casos, .hupu, magnéticassoldadas entre sí.

- La fijación de los polos inductores Iaminailos a Ia culata puedeefectuarse, lo mismo que si se tratara de polos macizos, es decir, pormedio de tornillos. Los taladros para el álo¡amiento de Ios tornillosse gonstrü5'en paralelamente al plano de Ias chapas (figur.a 515); yalgo más profundas en el caso clé polos macizos. ---," ',

FiS. 515. - Polo prütcipalconstruido de chapas ntag-néticas.

Fig. 51ó.-Disposición de los polos principales y d.e conmutación, conpectit'os arrollanúentos, de un motor de lracción.

sr{s ?'c.;-

La culata lleva tornead-as las superficies de apoyo para los polos.En algunos casos, se interponen unas capas a.igáaai de chapa, Ioque permite acercar o alejar, según las necesidades, el polo ináuctor

Polos de conmutación

Los polos de conmutación se construl'en casi siempre de hierr.omacizo, y se fijan a la culata de Ia misma forma que loi polos induc_tores- o principales. Para máquinas con fuertes y continuas variacio-nes de corriente, suelen construirse laminados.

. La Iongitud de los polos de conmutación, en sentido axial, co-rrientemente es igual a la de los polos principale, y, algunas \.eccsmenor, con objeto de reducir la dispersión entre los polos principalesy los de conmutación.

Muchas veces, se construyen de mayor anchura junto a Ia culata,por razones constructivas de mejor apoyo en la culata y, también, porrazones magnéticas.

,. ,Po. Io feneral, no \ran provistos de piezas polares pr-opiamentecltchas, sino que llevan aplanadas o redondeadas las aristás iirferiores,es decir, Ios cantos polares situados frente al inducido.

Véanse en las_ figuras 516, 5lT y 518, distintas disposiciones deIos p.olos principal"t y d" conÁutación, con los correspondientes arro-ttamtentos; todas estas disposiciones tienden a lograr un buen apro_

586587

Fig.. 5.17..-Disposición de los polosprutctpales y de cotunutaciótt ertuna tttáquitn tle corriente contituta.

Fig. 515.-Otra d.isposición de lospolos principales y cle connuttaciátten una truiquiln de corriente con-tinua.

algodón. Los cc¡ndtrctorcs cre criánlctros supcriorcs a r mnl, 1, ros cresección rectangular, sttc'len llc'var .los ".,r'olfuras <Ie hilo cle algocló.,arrolladas en sentido contrario.

Los arrollamientos inductores se construycn scparadamente r¡e lamáquina, formando bobinas ar-rtoportantes, es clecir, fijadas por sÍmismas, o bien .bobinas qtrc han áe sosten".r" po. medio de piezasauxiliares. Las..bobinas autoportantes sc emplán .ln -áqui.ru, depequeña y mediana potencio, y se clevanan gcneralmente en moldesespeciales de madera (figura 5t9¡ q.,",se mántan en er prato cre untorno o de una devanadera. cuandá se ha arroilacro la üobina, éstase ata (figura 520), con cuerdl. Rasadas por las ranuru, -Árp,.restas

para este objeto en el morde. Finalmente,^ la bobinu ,. ".,.inta y seimpregna con barniz aislante. En la fig.,rá izt se muestra Ia bobinaterminada v enciiltada con una capa d! argodón barni zado v otra decinta sin barnizar.

cuando se han aisladtl debiclamente, las bobinas se introducen di-rectamente en los núcleos polares desnuclos, tal como -.,"rt.u Ia fi-gura 522.Las bobinas no autoportanteE_ p.ropias para grancle-s máquinas, secomprimen en una caja (figura 523) á entie marcos adecuados (figu_

vechamiento del espa.cio disponible, especialmente la cle Ia figura 516,que corrrsponde al sistema indr.rctor dL un motor J. l;;rón. ,

,lrrollamientos del sistema inductor

Están constituidos por los arrolramientos de ros poros principareso ar;'ollamientos de excitación y los arrollamientos de Ios poros deconmutación.Deben di'st¡¡t,,¡rse entre arrollamientos de e.rcitación shunt y arro-li'rmientos de excitación serie. Los arrollamientos shunt están consti-tuidos por muchas espiras de conducto. d" i.cción relativamente pe-queña, mientras que los arroilamientos serie r,, también, los arrona_mientos de los polos de conm,tación, están constituidos por pocasespiras, con conductores de sección relativamente grande.Para los arrollamientos de excitación, suele utilizarse alambre decobre o de aluminio, de sección circular, Lasta un dir,metro áá 4 mm;cyan{o. Ia -sección ha de ser ma)/or, se emplea alambre de cobre oalrminio de sección'recrangurar,- es decir, ;;];;;";; lir,u o depleti::a y, algunas

'cces, coniucto."rl.uüüaol. gr concructo.ln fo..ude pletina o de cinta, puede arrollarse de canto o de plano, segúnconl'enga.

Hasta conductores de 1 mm -de cliámetro, el aislamiento consisteen una capa de laca, en una envortura de hiro'de argciJJ" ."r1ilra o, roque es preferible, en una capa de laca y encima una envoltura de

s88

Fig. 519. - Motrle para arrollamien-to de bobinas inductoras autopor-tatttes: C-{uerclas para atai elarrollantiento.

Fig. 520. - Ljobilru incluctora auto-portante, arrollada con el molde d.ela ligura anterior.

589

Fig. 525. - Apol'obobüu ittductorantediante capasdias.

del tnarco de lasobre la culata

aislantes húerme-

FiS. 526. - Disposiciórt de una bo-büu inductora para tnotor de trac-ción, apol,ada con ntArcos.

ra 524). Tanto las cajas como los marcos de bobin¿r se fabrican co-rrientemente de chapas de acero recubiertas de presspan o de otromaterial aislante sirnilar'.

Algunas veces, para el apoyo de Ios marcos de bobina, contra laculata se disponen capas intermedias entre cada bobina ). la culata(figuras 525 y 526). Menos freclrentemente, se emplean tornillos espe-ciales de apriete (figura 527). Generalmente, el marco inferior se apoyaen los resaltes de la pieza polar.

Fig. 521. - Bobina inductora auto-portante, dispuesta para su tnontq-je en el núcleo polar.

Fig. 523. - Bobüru htd¿tctora tno,t-tada sobre caja.

590

Fig. 522. - Bobüru inductora aulo-portatTte, ntontada en el núcleo po-lar.

Fig. 521. - Bobitru ütdttctora tno,t-tada sobre nTarcos.

Fig. 527.-Apo1,o del ntarco tle t,tbobhru inductora sc¡bre la culatutnediante lornillos especiales.

Con objeto de reducir los efectos de la dispersión magnética, hayque acercar todo Io posible las bobinas de los polos de con¡nutaciónal inducido, lo que obliga, si hay falta de espacio, a retrasar el arro-llamiento de los polos principales (figtrra 528).

En máquinas de excitación compound, el arrollamiento serie sedispone casi siempre cerca del inducido, también con objeto de dis-minuir Ia dispersión en su campo magnético. En la figura s29, semuestra una bobina inductora para máquina de excitación compound,en Ia que se han devanado poi r*pu.odo los 2 arrollamientos que laconstituy€o y, después, se han adosado y encintado conjuntamente.La bobina debe montarse en el núcleo polar, de forma que el arro-llamiento serie vaya a situarse más próximo al inducido.

591

Fig. 528. - Disposición del arrollamiento de tm polo de corunutaciótt entre dos

polos principales.

solamenrr en máquinas de excitación compguld de pequeña po-

r"r;;,1;;i arrollamiÉntos se disponen como .l lu fieyla 530,'es {ecir,;;;-;';;;"il;i."to Serie en la parte exterior del arrollamiento shunt.

Véase en la figura 531, la misma bobina inductora, dispuesta para

su montaje.

Fig. 531.-Bobina inductora de la figura atúe'

riór, dispttesta Para su montaie'

Colector

Este órgano (figura 532) está constitr-rido po¡ varias^ láminas de

cobre de forma'.ri-..iuf d".,o*i.,adas delgas (figura 5-i1), aisladas

entre sí y con respecto al cuerpo que la susñnta (figura 53a); en cada

delga se conecá^"I final de una bobina del inducido y el principio

á.-Ziru, por lo ;";-; ;n colector hay tantas delgas como bobinas en

el inducido."t ;;; d.igu, ," fabrican de cobre. E11re 'cada 2 delgas, en los co-

leótores de peqr-reñas rdimensiones, se dispone una gapa.de mica na-

tural y en to, 'á"- giand"s -dimensiones, una capa de mica prensada

conten.iehdo una Parte de laca'

Fig. 529. - Bobina inductora com'polttul, para su montaie en el nú''m"ru pótar: l-Arrollantiento serie.Z-Arrolluttiento shtmt.

592

Fie. 530.-DisPosición de [as ar.rattltnientos de una bobína íttdttctoracompound, plra una mdqtúna depeqieña potencia : |-Arrollantietúoseí¡e. Z-Arrollamiento slumt. 3-Aislamiento entre los 2 arrollamien'tos.

Fig. 532.-Coniurto de colector pa'rl nitquina de corri¿nte contintta'

ó0.02 - 39

Fig. 533.-Delga de un colector Pa'ra" mcíquina db corriente continua'

593

o

Fig.^531--CorÍe parcial de un colectot' para nuiqtúna dc cottiente continua:l-Cucrpo del colectctr. Z-Anillo frontal. 3-TuerZa de apriete. 4-Anitto pos-ferior. S-Aislatniento del anillo. 6-Delga. T-Aislatnientó det cuerpo del co-lector. 8-Aislantiettto entre delgas.

ffi'de utr colecior: a-Aitilto y tuerctt ttto¡tt«clos. b---Ar;i/lol-Tuerca dc apriele. 2-A¡tillo. 3-lvÍtutquito aisíet¡te.

Fig, 535. - Attillo lrontaly fuerca destttontados.: : ..

Las delgas se aprietan en sentido radial hacia adentro, por mediode 2 anillos cónicos; estos anillos, lo mismo que el cubo áel colector,se aislan con manguitos de presspan, con revestimiento de micanitapara máquinas de ba.ja tensión, y sólo de micanita, para máquinasde alta tensión (véase Ia figura 534).

En algunos colectores, el anillo frontal va sujeto mediante unatuerca de apriete que se rosca al cubo (figura 535). En colectores depequeñas dimensiones, el ajuste de dicho anillo se efectúa rebordeandoel cubo (figura 536); el colector se aprieta con fuerte presión y des-pués se rebordea el cubo en una prensa.

Para colectores mayores, se emplean tornillos con cabeza (figura537), o pernos pasantes de gran Iongitud (figura 53g). con objetó derepartir uniformemente la presión, a \¡eces ie *orrta un anill,o com-presor especial (figura 539), delante del anillo cónico.

lara que las delgas estén bien comprimidas Iateralmente entre sí,no deben dejarse en contacto con Ias superficies exteriores del cubo

594

Fig. 536. - Colectoranillo lrontal se lru

de ntúquina de corriettle conlittua,efecluado rebordeando el cttbo.

en el que eI ajuste del

595

F is. 510. - Colector ett lorrna tlcrttetlu cott rctdios.

Fig. 511.-Colector iiiado lateral'¡nánte al. cuerpo del inducido Por¡nedio de bridas .v- tornillos.

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2- . \,,,, r r,',' i',',',1,,,',',,'' lr,',,

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I'tt' ,1,'atttll,, 1,,,,i,,.,i ,"',''.'lt)t, tll ttttít¡ttittu.tle corriente conlinua ctt el qtrc el ajttste de:ltll,, li,,it:,,t','."':, ttt' tilúqttitta de eorriente confituia.en el qtrc el ajuste del

,,,,1t,,',',',',',,,', ,,'!,', ::,,! tttcdi(u¿te tornillos cott.cabela: l_Cuirpo del'co.lector. o ci¡l anilio de presión, sitto quc es nscesario que e,xistl "? pequeño

¡rü; á" ulg,rr,ás décimas.de^milíme¡ro con el anillo (, de la figu-io l:Z) 1', sils posible, otro cle 1 mm con el cubo (b de la figura 537)'

Si el j;.g. á puede ser mayor de 5 mm, se suprime el aislamientocntre las delgas y el cubo.

Con objeto aá evitar que entre deiga y cubo se introduzca polvo,

cl colectoi ha de estar herméticamente cerrado; esto se logra con

trn zunchado (8 de la figr-rra 537), pintado con blanco de zinc con

barniz de bakelita.Debido ai desgaste natural que sufren los colectores y a la nece-

siclacl de torneu.lor de vez en cuando, su diámetro se va reduciendo

1' la altura de las delgas es cada vez menor. Para que no resulte afec-

iacla la resistencia mJcánica, la altura de desgaste (ft en la figura 537),

no ha cle pasar de cierta medida. El lírnite admisible se señala con una

cscotadura en la parte anterior de la delga o, en otros casos, con

pequeños orificios.' ^EI cueryo sustentaclor del colector,. se construye d¡ tun¡licign 9 d:"

a'iert¡ laminado y' soldado. Para'grandes diámetros" de inducido (má-

quinas lentas), tiene forma de rueda (figura 540), o bien s'-' sujetalateralmente al cuerpo del inducido mediante bridas y tornillos (fi-glrra 541).

Para colectores de gran velocidad periférica se adopta una cons'

trr-rcción especial (figuá 542): el cuerpo cilíndrico formado por las

lu. ,t, t,. ','i lt¡l¡4u. 4..l.únúnct da nnteriul ais-lante. 5-.4islar-,r¡rrrti i,rtrc',"', t' ,i!,'.',,i1,1,,t lrotrtrtl. 6-Aislcttttiettto ctúre las clel¡gas y el ctterpo delL'(tt. ,t j t.. .' I

tttttt.t(t ¡rttttlrtl. 6-Aislcttttiento ctúre las delgas y el cuerpo delIt,t ttrll,, ,',,,,'.'.'.':."' ¿/t' r'r.rllc.ri<ttt 8-Bandaje tle xjeciótt de los áislanlientos. 9-ttll 1'1¿,trrr,,.r¡.

ttttit¡ttittu tlc.ltt( tl uius-t'lL,<.ttitt tttc-

Fig. 539. - Anillo contpresor pararepartir uniforrttetnenle la presiótt.

597

lís..sa.lr -Colector para nuiquina de corriente continua de gran velocid.ad:A-Anillo elástico. Fig. 543.-Fijación del colector nle-diante nrunguito roscado.

Fig. 544. - Unión por soldadura d.elos cabos de las bobinas del indu-cido a las delgas del colector.

delgas, se sujeta media.nte anillos contraídos de acero, aislados delas delgai por otros anillos de micanita de 3 a 5 mm de espesor. Lafijación del conjunto cilíndrico al eje, se efectúa de forma qL" p.r"audilatarse por un extremo; de Io coitrario, Ias delgas se .,rrua.ia¡ ulc.alqnt11s. y .l. colector -dejarÍa cle ser cilindrico, -Así, .., "l colector{:, Iu figura 542,, el anillo elástico A, permite que

-i"rl á"lg* ;.,!*j;;

I a fijación de los colectores para máquinas de pequeña potencia,se-efectúa, introduciéndolos a piesión en- el eje ¿" l" Ááq"i"". Loscolectores de ma)'or tamaño, se sujetan al eje por medio de una cha_veta, o de 2 cha'etas desplazadas sobre el e3e en un ángulo de 90..

La fijación lateral se efectúa, por un lado mediant. ,rr" resalte deleje, que evita el deslizamiento del colector sobre el núcleo magnéticoy, por el otro fado, es decir, por el lado del cojinete, introduciendoun anillo metálico calentado, cLryo agujero tengá el mismo diámetrodel--eje, y presionando este anilio .órri.u "l cáector; .rrrráo dichoanillo se enfría, queda sólidame,te afirmado al "j" í ,il;-;" placade tesado para el colector. En colectores ma)'ores, la parte aát

"¡"adyacente al cojinete se rosca y se introduce un manguito roscadoque presiona el colector (figura 543).

conexión del colector con las bobinas der inducido

cuando el diámetro del colector no es mucho más pequeño queel del rotor, los cabos de las bobinas del inclucido, se rr.láu., direc-

598

tamente a las hendiduras fresadas en las delgas (figura 514). si, porel contrario, el diámetro del colector es mucho *"rroi que el del roior,o si el grueso de los cabos de bobina no lo permite, ia conexión delcolector con las bobinas del inducido, se ,.^iiru por medio de piezasespeciales, algunas de ]as,'cr-rales se han representado cu las fieri:-as

Escobillas

- En las máquinas eléctricas de corriente continua, se utiliza"n zclases de escobillas; las metálicas 1, las de carbón.

Las escobillas metálicas están constituidas por un tefido de latóno de cobre, o por planchas muy delgadas cle cobre, aliernadas conotras de grafito. Las escobillas metálicas se emplean solamente enmáquinas para bajas tensiones y aun en éstas, cada vez se sustituyenmás por escobillas de carbón con cierto contenido de metal.

Las escobillas de carbón se fabrican en forma de bloques de sec-c.ión rectaagular, con carbón amorfo, carbón grafÍtico y iolr-o metá-lico, mezcladas estas sustancias en distintas proporcior.r. Se han nor-malizado 4 clases de escobillas de carbón

H - Carbones durosG : Carbones grafíticosMG : carbones con contenido de metal inferior a 50 por lc|O¡vI - carbones con contenido de metal superior a 50 por 100

599

EPo

ffiH$ Fig. 5a7.- Eicobitla cle carbón.

En las escobillas duras, el contenido en carbón amorfo es el máselevado. Se desgastan poco, pero tienen elevadas pérdidas por roza-mientos y contacto. A medida que alrmenta el contenido de carbóngrafítico, las escobillas se hacen más blandas y se desgastan más,pero sus pérdidas por rozamiento son cada vez menores. Las másblandas y de menores pérdidas son las escobillas con contenido demetal (polvo de bronce o de cobre, finamente dividiclo).

véase en la figura 5-17 un tipo de escobilla de carbón, dispuestopara ser colocado en el portaescobillas.

.:Los portaescobillas se utili:¿an para mantener las escobillas en

la posición adecuada. Se montan rígidamente sobre la periferia delcolectot', mediante pernos y soportes especiales. Existen muy variaclasformas de escobillas allnque, fu.ndamentalmente, todos elios llevanuna caja de guía (r'éase figura 5-18) en la que se desliza la escobilla,

FiS. 5J8. - Disposiciótt de un.3-Perno o anillo cle presiórt.

2,portaescobillas: l-Caja de guía. 2-Escobilla.

4-Pie:.n de bornes.

ffiffiffiffi ffiffiffiH'-h-tr' Ó

u#F:g' 5J5.- P;¿:as pttru lct sttiaciótt tl¿ lus bobitu¿s dcl intltrcitlo 4 lt¡s tlel colec.tt¡r

ffi=5

F ig. 516. - Diversos proceclintientoslas delgas del colector.

600

dc lijaciótt de kts bobinas clel htcltrcido u

601

alojadas las cscobillas dc forma fija cn un taladr:o del escudo porta-cojinctes.

En Ia figura 552 se representa un puentc portaescobillas del tipomás sencillo. Consiste en una corona que puede hacerse girar alre-dedor del eje de la máquina, y efl la que se disponen tantos brazoscomo escobillas se necesitcn. Esta corona se fija, mediante el tornilloque se aprecia en la figura, a la superficie de la caja de cojinete, quese ha torneado con este propósito; aflojando el tornillo de fijacióny dando unos golpes sobre uno de los brazos del puente, puede des-plazarse ésie a Ia posición qlle convenga. En el puente portaescobillasde Ia figura 553, se ha dispuesto un mango para dar este movimientode giro.

En el caso de qrre los pernos de escobillas sean muy largos, seunen por sus extremos por medio de un anillo de refuerzo convenien-temente aislado (figura 55.1).

Fig. 551.-Anillo de refucri.o parapernos portaescobillas de gratt lon-gitttd.

FiS. 555. - Putttte portaescobillusp«ra tndquina d¿ gratt potcttcia.

Fie. 55-., - Puente portaescobillaspura tndquina de corriente continuatet r:i pctlur.

604

FiS. 553. - Puentecot't nlango para el

p.ortaescobillasgtro.

Si Ia caja de cojinetes es bipartida, se dispone un anillo que sctijzr solamente a la parte inferior del cojinete, para qrre pueda qui-tal'se la tapa superior del mismo. A cste anillo va fijada la coronadel puente portaes,,obillas.

En máquinas de gran potencia, la corona se fija sobre una sl¡per-ficie torneada en la culata (figura 555).

No es posible describir aciuí lc--. numerosos tinos existentes depuentes portaescobillas; con los ejemplos citados, puede el lector tencruna idea bastante clara de la disposición constructiva cie estos ele-mentc¡s.

605

Y

D CaracterÍsticasde funcionamiento de losg:enerad.ores de corrientecontinua :

Generalidades

Hasta ahoia, se han estudiado las máquinas eléctricas cle corricntecontinua, en. slts cara.cterísticas generalqs y en su col:,:rio:i:r]r,, ,ii..tener en cuenta sus características de funciónamiento al cons;J"r*,iu.icomo generadores o como morores. En cr pi.'r""i"-.ápit"l" ;;;;;ji,,remos las características de funcionamiento para los dlferen:es r;posde máquinas de corriente continua (excitacién independic¡tc, sh::nt,serie, compound), considerándolas como generador"i d" ener-gía eléc-trica, asÍ como los campos de aplicación a" dichas máquinás ' lasposibilidades de acoplamiento entre ellas.

Fuerza electromotriz en vacío de un generador de corriente continua

Si un conductor en forma de espira gira en un campo magnejticouniforme (figura 556), el flujo magrrético abrazado por eite conductores, en un momento cualquiera O, cos a, designando por a el ángulode giro de Ia espira el punto de origen en que el it,.,¡o n-ragnéticoabrazado por ella era o,.

Si el movimiento circular de Ia espira es uniforme su r.elocidadangular vale

)-¿. tl

T

óLt7

= ta cos o¿

Como la fuerza electromotriz inclucida en

¿/ O.

una espira vale

espira que gira con velocidad

N

dt

la fuerza electromotriz inducida en unaconstante en un campo uniforme será

es decir, a un ángulo

y que vale

Si la espira gira

y, por lo tanto

d(a"cosut)

senut = 1

ut :90o

En,=: a@, voltios

a c revoluciones por segundo, tendremos que

IT--l-

c

2r, 2n--2nc

dt

donde e vendrá expresada en voltios, si el ftujo magnético @, está

expresado en rvebers.Por lo tanto, con el moyimiento giratorio de una espira en un

campo magnético uniforme se obtiene una fuerza electrom otriz senoi-

dal cuyo valor máximo corresponde a

e\)

Fig. 556.-Flttjo rnagútico abra«do porgir; en Ltn catnpo magnético unifornte.

utt conductor en lortna de espira que

una vuelta o revolución. Si lla-espira en describir el ángulo oc,

reprcscntando pornlamos r al tiempose tu rdrá

T la duración cle

empleado por la1T

&=wt

y cl ilujo magnético abrazado en ese momento vale

O-.:Qucosa:ércos@t

óc,3

de donde

c

E^,r:2¡cQ. voltios

ó0.02 - 40

609

si se unen los extremos de Ia espira con los segmentos de un co-Iector, de forma que su comunicación con el circuito exterior cambiecuando la fuerza electrom otriz inducida en Ia espira sea nula, lafuerza electrom otriz en el circuito e.xterior variará, según las ordena-das de una senoide, desde cero hasta el valo- máximo -E-,*.

Recordan-do que el valor medio de todas las ordenadas de una iánoide, com-prendidas entre 9'y 180" en 2/r del valor máximo, la fuerza electro-motriz media inducida valdrá

22¡L /1,

E,rred:4c@" voltios

Si, como ocurre con el arrollamiento uniformemente distribuidode una máquina de corriente continua, las bobinas conectadas enserie se hallan a distancias iguales, los valores medios de las fuerzaselectromotrices inducidas se suman, y como el número de espirasconectadas en serie que existe entre 2 puntos fijos del colectoi, esdecir entre las escobillas, es prácti.u-"rri" constante y Ia fuerza elec,tromotriz inducida en cada

-espira es E-.¿; se obt".,á"a

""u, fuerzaelectromotriz total casi constan-te que ,uiára

Eo:4cm@,voltios

en donde rz designa el número de espiras en serie entre 2 escobillas.Es.ta fórmula se aplica, no solam"rrte a los inducidos que giran en

un campo magnético uniforme, sino también a los que giran en uncampo_magnético cualquiera, cuyo flujo @o atraviesa las lobinas delinducido, en el instantante en que las- escobillas las ponen en corto-circuito (figura 557). Mientras una bobina se mueve para pasar deuna escobilla a la siguiente, es decir, durante medio períádo, quecorresponde a un tiempo l/Zc, el flujo que la atraviesi varía deide: o: I * @o,'es decir, 2 @o. Por Io tanto, la fuerza electromotriz in-ducida durante este medio perÍodo vale

es decir

2a

N:-co,a

4a

voltios

Fig. 557. - Fuerza elec'trotnoi:l:producicla e,7 uia babina C¿ i,:-ducido. 1

lo que demuestra que la fuerza electromotriz total inducicla, es ir.le-pendiente de la ley de variación del flujo.

Si llamamos

N : número total de conductores del inducido2 a : número de circuitos derivados del inducido

el número de espiras en serie será

N

2N

d@, 2o,trt::4cntQo voltios1

2"

I\

I

I

610

p-_dt

y, por lo tanto,

Eo

ó11

Durante una revolrrción complcta de una b«¡bina en un campobipolar, la fuerza electromotriz pira por un ciclo dc valores, cluranteun tiempo equivalente a un pcríoclo complcto. Si cl número de paresde polos de la máquina cS p, el número clc perÍodos será p veces, ysi el número de revolucioncs por minuto es n, eI número áe revolú-ciones por segundo para una miiquina bipolar será

n

ó0

y para una máquina dc p pares cle polos

ptl

60

y sustitul'endo este valor en la fórmula anterior, se obtiene la fórmulafinal

Como en un generador, su velocidad está impuesta pc;r la máquinamotriz, la podemos considerar también constantc y, clt estc caso, tcn-dremos:

Eu : Kz Q',

es decir que, con velocidad constante, las fuerzas electromotrices pro-ducidas en el inducido, son proporcionales a los flujos magnéticosrespectivos, o sea

E'u é',

Por lo tanto, para aumentar o disminuir la fu,:rza electromotrizinducida en un genL.rador que gire a velocidad constante, bastará convariar el flujo magnético inductor, aumentando o disminul'endo laco¡'l'ientc de excitación. NIás adelante, cuando se estudien las cur\:ascaracterÍsticas de los generadores, se volverá sobre esta cuestión.

Si la máquina motriz que acciona el generador de corriente con-tinua no tiene una marcha regular (por ejernplc, en el caso en quedicha máquina motriz sea un motor Dicsel), la velocidaci del generador

]'a no ,".á constante. Si, en estc casc, suponemos qtle la éxcitaciónes constante ',', por lo innto, tambión el flujo magnitico inductor, se

puede deducir entonces

En: K: n

o sea que las fuerzas elcctromotrices inducidas son proporcionales alas velocidades. Es decir qr-re

o,Eu

¡/ Dtt

o60,:

qtr-: cia la fuerza electromotriz inducida en vacío en unade corr:ienie coi-]tinna. En la fórmtrla antc.rior:

¡ú - núalero total de conductores del inducidop - número de pares de polos de la máquinaa = número de pares de ramas en paralelo

- en arrollamientos imbricados a _ p,n arrollamientos ondulados 3 : 1

n - veiocida.d de la máquina en r.p.m.Oo = flujo magnético en vacío, en webers

r.naqurna

Eo tx:-t1'8",

como I ..r,eb-'r - 103 maxivells, si, en la fórmula anterior, el flujoes;;i e;;presaCo en maxwelis, la fuerza electromotriz en vacío valdia

D N PnEo: _ _: O, X l)_E yoltios

como en una máquina ya construida, los valores de N, p y a sonconstanit^s, tendremos que

lo que quiere decir que si la máquina motriz sufre oscilaciones ensu velocidad, la fuerza electromotriz del generador sufrirá tambiénlas correspondientes oscilaciones.

.

Fuerza electromotriz en carga de un generador de corriente continua

Cuando el generador está en carga, es decir, que por su inducidocircula una corriente, el flujo magnético irtil ya no es igual al flujomagnético en vacío, Efectivamente, en la :narcha en vacÍo, el flujo

6t2

Eo: Kt fl Qu

613

magnético @o depende exclusivamente del sistema inductor. pero siuna corriente atraviesa er inducido o, dicho de otra forma, si el gene_rador funciona en carga, er flujo- magnético útir, es decir, er que pro-duce fuerza electrom olriz inducicra, d;;;;á; Jr,u ,", simultáneamenredel .flujo magnético del sistema.rnduÉ-tor v á.r flujo magnético pro_ducido por el campo magnético del i"a".iaf,ls decir, por Ia reacciónmagnética del inducido. La consecuencia es un debilitami"nto cel flujoinductor; o sea, que si llamamo, o-ri ii";; ;;;;;il" ^ini".ror encarga, tendremos que

o<@,

se demuestra experimentalmente que, para un mismo generador,con Ia misma excitación y Ia misma u.lo.iáuá, lu f,r".ra electromotrizen carga es inferior a Ia fuerza electrom otriz en vacío; tenemos que

Eo: Kt fi @o

E:Ktn@

y además que

Li <- r-,^E<E,.,,

como, en ambos casos, Ia velocidad rz es Ia misma, forzosamente

@(@o

Llamarem os fuerza electrontotriz de reacción del inducido e, alvalor

€,:Eo_ E

o sea

reacción consta, en realidad de dos factores, pues dos son las causasfundamentales que Ia provocan:

a) si las escobillas están situadas en la zona neutra, el campomagnético debido a la i'eacción del i;rducido provoca una de-formación en Ia forma de onda de la fuerza

-electromotiz in-

ducida, de lo que resulta que el .,alor *.c.á-á. lu f,r..roelectrom.otriz inducida es rrrenor del que se calculó teórica-mente en un parágrafo anterior.

b ) si, para evitar los inconvenientes de Ia conmutación. se cles-plazan las escobillas fuera de la línea neutra en un ángulo B,se añade a la anterior, una nueva fuerza electrom oiriz dereacción, debida al decalado de las escobillas ya que, en estecaso, el flujo magnético que entra en el inducido, entre dosescobillas, es inferior al flujo magnético producido entre dospolos.

Si Ia máquina está provista de polos de conmutación, las escobillaspermanecen siempre en 7a zona neutra geométric? y, por lo tanto,desaparece el factor expresacl o en b ),' la firerza electró*át.i, en cargase reduce solamente a consecuencia de la reacción del inducido.,, S,i, además de los polcs de conmutación, la máquina il,_.r.a tan:bir:r

arrollamiento de compensación, queda completa*"nt" an., ,dall; .;;.-ción del inducido- y, en este cuio, la fueiza electromotliz en cargatiene el mismo valor que la fuerza electrom otriz en vacío.

Volveremos sobre este cuestión al tratar de la curva caracterÍsticaen carga de los generadores de corriente continua.

Fn general, Ia expresión de la fuerza electrom otriz en carga, es Iasiguiente:

p nNE - @ roltiosct ó0

p nNe --

-

(O,-(D/a ót)

La discusión completa de las causas que producen esta fuerza elec-tromotriz de reacción der indr-rcido, nos ilevária muy lejos .., .rr.rtropropósito, máxime cuando aún no se conocen exactamente estas cau_sas. Podemos decir, sin embargo, eu€ dicha fuerza "l".tro.notriz rde

614

Tensión en bornes y caídas de tensiónen un generador de corriente continua

El valor de Ia fuerza electromotriz ende corriente continua debe cubrir Ia sumael circuito, es decir, Ia tensión en bornesinternas en el generador. De esta forma, enuna tensión en bornes igual a Uu.

carga E de un generadorde tensiones presentes en

Uu y las caídas de tensiónla red se tendrá disponible

ó15

O sea que, tenclremos

es decir, que

E : Ut, + E R /

(Jt:E-ER/

El térnrino r R I es diferente segúrn el tipo de generador: shunt,s-erie, etc..., I segírn que este generador esté provisto o no de polosde conmutación, arrollamiento compensaclor, etc... A continuación exa-minaremos el valor de I R I para los distintos tipos de generadores.

En uñ generador éon excitación independiente, (figura 558) la co-rriente que atraviesa el inducido Ii es igual a la corriente en el circuitoerterior, o sea

I:I¡

En este tipo de generadores tendremos que.,

IR/=[(R;*R"*Rr) *2ue

R; : resistencia del arrollamiento del inducidoR. : resistencia del arrollamiento de los polos de conmutaciónRp : resistencia ciel arrollamiento de compensación2 ur - caída de tensión debida a un par de escobillas, que depende

C: la resistencia de contacto del colector con las escobillasque rozan sobre é1, del material qlle constittrye las escobi-lias, etc...

En términos generales, se puede aceptar

2tte-2V

Nói - se qtle en I R I hemos inclurido todos los arrollamientos co-nect¡dt s en serie en la máquina 51 atravesados por la .o¡.i.nr" á"línea. Naturalmente, si en ,na ..,aquina falta unó o rnás d" I"; ;.;llamientos citados, bastará con suprimir el factor correspondiente.Por ejemplo, en máquinas sin polos de conmutación ni arróllamientode compensación

Y en máquinas con polos de cc¡nm,-rtación, perocompensación

Fig. 558.-Caídas de tensión en un generador de excitaciótt itúepetrdiente.

IR/ : I(R¡ + R.) ¡ 2ur

En un generador con excitación serie, (figura 559) solamente existeun circuito. También en este caso, se tiene qne

r:,y la suma de caídas de tensión vale, en

IR/:I(R¡+R,+R,

sin arrollamiento de

cl casc-r más general:

¡ Rr) * 2ur

del inducidode excitación serie

R¡R,

- resistencia del arrollamiento

- resistencia del arrollami,.ntr.r

6t6

XR/-IR¡{2ur

617

RaR,

arrollamiento shuntregulador de tensión

funciona en carga, Ia corriente en el induciCo

: T._I+IA. rt -

funcionando el generador en vací«_l

I¡: Ia

La suma de Ias caidas de tensión vale, en el caso nrás general

resistencia delresistencia del

v

Cuando el generadorvale

R¿

R"

XR/:1,(R¡+R"+Ro)+2ut

resistencia del arrollamiento del inducidoresistencia del arrollamiento de los polos de conmutación

Fig. 560.-Caídas d,e tensión enLot generador con excitaciónslrunt.

Fig. 559.-Caídas de tensiótL en r4n generadorcon excitación serie.

R. : resistencia del arrollamiento de los polos de conmutaciónRp - resistencia del arrollamiento de compensación2 ue - caída de tensión debida a un par de escobillas

Como en el caso anterior 2 uu - 2 V

También en este caso, si falta alguno de los arrc¡llamientos citados,bastará con eliminar el término .ó.r.spondiente. por ejemplo, paráuna máquina serie sin polos de conmutación ni u.roilu*ientó decompensación

:R1: I(R¡ + R,/ * 2ue

Si se trata de un generador con excitación sltunt (figura 560), exis-ten dos circuitos: Llno, principal, recorrido por Ia .o..f"nte áel indu-cido Ii y otro, en derivación, por el que ciicula una corriente I¿. Lacorriente I¿ r,ale

Ut

618

I¿:R¿*R,

619

Fig. 5ói.-Ctíii :s de tensión ett Lut generador con excitctciótt cotttpound,

R,, - resistencia del arrollarliento de compensación2 u¿ : caÍda de tensión debida a Lln par de escobillas. Como siem-

pre2tru-2\,

En ur-t generaclor con excitctción contpotutcl (figura 561), tambiénexisten 2 circuitos recorridos, respectivamente, por la corriente deindtrcido Ii y por la corriente en derivación I¡. Como en cl caso an-t,:rior, tcndremos :

I¿:R¿*R,

I¡: I * I,t (ett curga)

I¡: I¿ (en vacío)

En el caso más general, la su¡na clc las caiclas de tensión vale:

IR/ : I¡(R¡ + R, + R. * R») * 2tte

R¿ - resistencia del arrollamiento del inducidoR, - resistencia del arrollamiento de excitación serieR, - resistencia del arrollamiento de los polos de cc¡nmutaciónR¿ - resistencia del arrollamiento de compe'nsación2 ue - caída de tensión debida a un par de escobillas y que vale

2ue-2V

Tensiones en bornes normalizadas,para generadores de corriente continua

La tensión Uu a que hemos hecho referencia en el parágrafo ante-rior es la tensión notttinal de la máquina, es decir, la tensión parala que ha sido proyectada. Pero no es la tensión de servicio que de-penderá, en cada caso, de las caídas de tensión exteriores a la máquinay debidas a los aparatos receptores. Para las tensiones normal¿s deservicio reglamentadas en España,'se cor,=tru)'en generadores ctryatensión nominal es, aproximadamente, un 5 Yo mayor. De está forma,tenemos ios valores presentados en la siguiente tabla.

Tasle 19. TrNsroxrs ¡qo\TTNALES DE

CONTINUALOS CENERADORES DE CORRIENTE

Par resistente de un generador de corriente continua

El concepto de par resistente se aplica, sobre todo, a los gene-radores. P¡-rdemos tener una idea, si suponemos que una máquinamotriz acciona un generador; n¡rturalmente, tend'ir que vencer laresistencia que opone el ge-nerador al girar y habrá de desarrollar,

Ut

Tensiones nominales de Ios generadores 110 V 220 V 440 V

Tensiones normales de servicio 115 V 230 v 460 V

620621

por Io tanto, un par motor determinado. La resistencia opuesta porel generador en este caso, vendrá a.t..Áirru¿a por un par resistente,lll::,",:l 11 motor de Ia.máquina motriz; "t'rál*-d;-;r;; úttimo,naDra de ser mayor que el par resistente pues de Io contrario, eigenerador no pod.iu j"".rr"'.r, *"r.hr.

La potencia mecánica de ra máquina motriz se transforma en po-tencia eléctrica en el inducido del generador cuando l, *áá"ina mo_triz (motor eléctrico, turbina de rup-o., etc..-)ulr." er par resiitente Md"", lt:llille, el generador cuanat eirá i ,r,u 'elociilad en ;";.;;:La expresión del momento resistente es

M-F.r kgtn

F = fuerza con que el generador se opone a la acción demotriz en kg

r : radio de Ia polea del generador en m

En el movimiento circular, la potencia, o trabajo por segundo estáexpresada por

2r,rnP = F kg_m/seg

60

que podemos poner de la siguiente forma

2xnO:TF.r kg-m/seg

es decir que

tendremos que

M - 716 P'" kg-rrr

tt

En los generadores, Ia potencia acostumbra a expresarse en vatios;recordando que

o sea que

y como

75x60 P"uM_

la máquina

2¡

75x602¡r

_ 716

tcv_736W

la expresión anterior, tenCrerr:os

716 P*

2nnP__M60

kg-nt/seg

y sustitul,endo este valor en

M_

Por otrovale

y como además

tendremos que

736 n

M - 0,975 P"'

lado, Ia potencia total suministrada por un

Pu,:E Ii vatios

E:Ktn@

recordando que

tendremos que

1 CV - 75 kgtn/seg

2r,Dfcv :

-

rr rll CV60x75

generador,

622

P*- Kt n @ I¡

623

Curvas características de los

El funcionamiento de unde 4 variables:

corriente continua

y llevando esta expresión a la del par resistente

it'I :0,975 [{1 @ Ii

Si ahora hacemos

c - 0,975 Kt

tendremos, finalmente

lvI-CQI¡

o sea, que el par resistente de un generador de corriente continua, es

p.opór.ional ál flujo magnético inductor y a la corriente del inducido,io óuat quiere clecir q,r", .runto mayor carga exterior tenga el gene-

rador (ptr lo tanto, cuanto más corriente consuma), ma¡'or será el

pu. t.tittente y, Por lo tanto, rnayor habrá de ser el par motor pro-porcionado por la máquina motriz.

generadores de

mas industriales relacionados con los generadores de corriente conti-

;r". ilta, iu-itiut de ctt*'as son: '

1. Característico de carga I'Jt = f (l.'')Función: Tensión en bornes U¡

Variable: Corriente de excitaciótr /'''Parámetro: Corriente de inducido /

2. Cctracterísticu exterior IJ ¡ : f ( I )Función: Tensión en bornes U¡

Variable: Corriente de inducido IParámetro: Corriente de excitación 'I"'

3. Característica de regtiación 1,, - f (I )Ftrnción: Corriente de ercitación /"''

Variable: Corriente de inducido 1

Parámetro: Tensión en bornes L/¡

Estas son las Curvas características que interesan al usuario' es

d..i., át qr.r" d.ú" utilizar el generador. Pero el proyectista, o el técnico

encargado det rno"tu:" debá deducir las curvas anteriores' a partir

de' la fu,-rza "É.;";otriz del generador. Eg decir' que, :además de

las *anteriores, es necesario conocqr también':

1. Característica en Yacío Eu: Í (1")Función : Fuerza electrom otriz en vacío Eo

Variable: Corriente de excitaciótr /'''Se suPone I -0

2. Característicainterior P-f (I)Función: Fuerza electromotriz en carga E

Variable: Corriente de inducido 1

Parámetro: Corriente de excitación 'f"

3. Característica de caída de tensión A'(J - f ( I )

Función: caícla de tensión en el inducido, o sea au - E - u t

Variable: Corriente de inducido /Parámetro: Corriente de excitacién /"

Las familias de curyas características que hemos reseñado tienen

forma diferenil fu.u cada tipo cle g..,".udor: de excitación indepen-

diente, shunt, serie y .o,,,po,rnd. Alemás, dependcn, en su trazado'

de las constantes de la máquina, fijadas por el constructor : fuerza

electrom otriz en vacío, ,".,.i0n .,oáinul é.t bornes, etc"' Se puede

generador de corriente continua depende

a) la velocidad nb) la corriente de excitación I,'c) la t'nsión en bornes Uu

d ) la corriente en el inducido /

Es decir, que cada generador tiene su función

f (Uu, I, 1"", n) : 0

Si se toma una de estas magnitudes como constante, otra comoparárnetro, la tercera cqmo varíable, y la última como funcíón, se

bbti".r" una lamília de curvas características que expresan las coll:diciones de funcionamiento del generador.

Generalmente, en los genera"lores de corriente continua, Ia veloci-dad está impuesta por la máquina motriz. Por 1o tanto, se considera,en todos los casos ,Ia velo,cidad constante,' de esta forma, se obtienen3 famiiras de curvas, que permiten la resolución gráfica de los prlble-

624

60.02 - 41

625

obtener gráficamente una familia de curvas características a partirde otra familia. Cuando se estudien Ias características de funciona-miento de cada uno de los tipos de generadores, estudiaremos tam-bién las formas que presentan sus curvas características, de las quese deducirán gráficamente los campos de aplicación y las limitacionesde cada uno de los distintos tipos de geneiadores existentes.

^:.Sin emba-rgo, la característica en vacío.E,: f (I",) tiene la misma

forma en todos los tipos d-e máquinas y constituye'ei puntota¿ p;riil;para Ia determinación de las reitantes".,rrrur-.á.u"t.iir;;;.. p;."riárazón, estudiaremos ante todo esta curva característica.

Característica en vacío

Por característica en yacío Eu: f (I..-) se designa una curva querepresenta Ia fuerza electrom otriz engendrada en el inducido, en fun-ción de la corriente de excitación, siéndo nula Ia corriente del indu-cido, y constante Ia velocidad de la máquina (preferiblemente iguala Ia velocidad nominal)

Como la f,uerza electrom otriz de un generador de corriente continuaes proporcional al fiujo magnético inductor, o sea

esta cuñ'L, 4 distinta escala, expresa también la característica ntag-né'tica a circuito abierto de la máquina, es decir, sn csrva de nTagtTe-tisttto. Por Io tanto, la característica en vacío da a conocer las [ro-piedades magnéticas de un generador de corriente continua._ Por otra parte, como el flujo inductor es proporcional a la corriente

de excitación, es decir

O:KzI"*

tendremos que Ia fuerza electromotriz en vacío es proporcional a Iacorriente de excitación, o sea

Eu: K¡ 1,,

Esta curva se obtiene experimentalmente, observando la tensiónen Ios bornes de Ia máquina y cumpliéndose estas condiciones:

a) velocidad n constanteb ) posición de las escobillas constante

626

02 0Á 0§

Corriente de excitocidn

Fig. 562.-Característica en'vacío E. = f (I"r) dethu¿a.

un generador de corriettle catr

c ) corriente en el inducido nula (circuito abierto)d ) corriente de excitación .I".. r,ariable

Se hace crecer Ia corriente de excitación desde cero hasta un valormáximo y se lee la tensión en bornes que, en este caso -v por funcio-nar la máquina en vacío, es igual a la fuerza electromotriz inducida.En estas condiciones, se obtiene una curva como la representada enla figura 562.

La curva no empieza en el origen, sino algo más arriba, de formaque, aun cuando la corriente de excitación sea nula, se produce unapequeña fuerza electromotriz en el inducido, debida al magnetismoremanente de la máquina. En esta curva se distinguen 3 partes:

,fr

tI

,00

uJ§

-9(Jo

qoN

o§o(,(¡,

o§N\q,5(L

A,8 .... l.- , B U 1,6 1,t A

t-.er?

L]( (1c

(

//

//

/7

/I

///

627

1. Una casi rectilínea, de inclinación muy pronunciada, que co-rresponcle al estado de débil saturación cle las partes de hie-rro que constituyen el circuito magr-rético; en ella, la tensiónaumenta proporcionalmente a Ia excitación.

2. otra parte muy curvada, Io que quiere decir qlle va saturándosepoco a poco el hierro, aumentando más rápidamente la exci-tación que la tensión.

3. Finalmente, otra parte ta.mbión casi rectilínea pero muy de-primida, que corresponde al estado fuertemente saturado delcircuito magnético, de forma que el flujo magnético tiende aun valc¡.r constante; cn esta zona, solamente es posible conse-guir un apreciable aumento de tensión, mediante un conside-rable aumento de la excitación.

Caracterís:.ica en carga

Se denomina carercterístíca en c«rgu uu: [(I".) a la cur\fa.que re-present.r Ia ter¡:ión en borne: en función de Ia cc¡rriente de excitación,pei'mane'-iendo constantes Ia velociclad cle Ia máqtiina y la posicióncle las escobillas. Para cada valor de la corrientc. de inducido I, habrát.ia característica en carga, siendo la más intcresante, la que corres-p:,nde a la intensidad nominal de la máquina In, y o la que nos refe-1 . cmos mientras no se diga expresamente otr a cosa.

La tensión en bornes Uu, de un generador de corriente continuaresulta, para r-url misma velocidad de la máquina, una misma corrienlede excitación r,' una misma posición de las escobillas, siempre inferiora la fuerza electromotriz en vacÍo E,. Esta caída de tensión está pro-vocada fundamentalmente por 3 cansas distintas:

1.o Estanclo las escobillas en la zona neutra geométrica, la cur-va representati'"'a de la fuerza electromotriz de la máquina en cargaE - f (I"-) no coincidirá con la curva de caracterÍstica en vacío8., = f

(I.*), debido a la reacción del inducido, según se ha r-isto en

2." Decllanclo las escobillas dc la zona netrtra ger-lmótrica en elvalor del arco (3, con objeta de evitar el chispeo en el colector, habráotra disminució¡r de la fucrza electromotriz como hemos visto en unparágrafo anterior. A la nueva fuerza electromotriz llamaremos E'.

628

Corriente de excitocion

Fig. 563.-Característic,; ett curga Un: f (1",) cle uttinua.

generudor cle corriettte con'

3.u Finalmente, la corriente de indr-rcido I provoca una caída de

tensión en los arrollaiilientos clcl inducido y de los pplos de conmu-

tación, así como entre las escobillas y el colector, cle fr-rrma que latensión en bornes en el generaclor Ur, queda reclucida, respecto a E"en el valor

: A,(J : E' -'lJ¡:IR + 2'!,,.

Por lo tanto, a partir cle la curva característica cn vacío (véase

figura 563) ."p..."ntu.lo pi,,l' E,,, primercl decluciremos la caída clc

tÁsión debida a Ia reacción cn el inducido, con lo que obtenemc¡s E;después, se resta la caída cle tensión debida al clccalado de las esco-

t4ocoaco

.§ov,

(¡¡

\N\

!oEo

oo([,

orr\oü

A

I Eo={ (Iex)

2E=[(Iex)3 E'. { (tr, )I ut= [ tt", )

629

billas, obteniendo Ia curva E' y, finalmente, se resta el valor de au,obteniéndose Ia característica en ca.rga Uu : f (I",).

En Ias máquinas con polos de conmutación, Ías escobillas perma-necen siempre en la zona neutra geométrica y la fuerza electrom otrizen carga se reduce solamente a consecuencia de la reacción áel indu-cido; es decir que, en estos casos, la curva e, : f fi*j-.oin.ia" .onIa curva E - f (I"-).

si, además de polos de conmutación, Ia máquina 'a también pro-vista de un arrollamiento de comp.nruóiór,'r; *";;t¿; J;i^;nducidoqueda totalmente anulada y coincidirán iu, curvas E, : f (I"_) yE' : f (I"-); es decir que, a partir de la curva característica en vacíoEu = f (I",), en estos casos, sólo ha1- que deducir los valores de au,para hallar Ia caracterÍstica

",r .a.gá Ui : f (I"_).

Característica de caída de tensión

4U = f (I) es la cun,a que ex-Ia corriente de inducidó, per-

máquina. Entre ciertos límites,para distintos valores de Ia

AU'I

clo:9vtcen 2uE

I (R¡+RSPo.Pr¡

La característico de caí;la de tensiónpresa la caída de tensión en función demaneciendo constante la velocidad de laesta curva es sensiblemente la mismacorriente-de excitación f"".

EI 'alor -de au está constituidg Ror Ia suma de 2 términos: uno,proporcional a Ia corriente de indu'ci.do-r, v ¿oorri*ia-r^pár';i ;;;:ducto de dicha corriente por suma de las iesistencias cle todos losarrollamientos que atraviesa dicha corriente; el otro término, apro-ximadamente constante, es la caída de tensián en Ias escobillas quedepende de su resistencia de contacto, der materiar empr"ááo, etc...Generalmente, se toma

ue:1V

Es decir, que tendremos

' Corriente de inducido I ->

Fig. 564.-Característica de caída de tensiótt AU = f (I).

R. - resistencia óhmica del arrollamientoohmios (sólo para máquinas serie y

2 ttp : caída de tensión en los dos grupos decon lo dicho anteriormente

de excitación serie, encompound)escobillas; de acucrdo

AU: I (& + R" * Ro + R,/ * 2ue

R¿ - resistencia óhmica del arrollamiento de inducido, enR" = resistencia óhmica del arrollamiento de los poio,mutación, en-ohmios (sólo para máquinas provistastipo de arrollamiento)

R¿ = resistencia óhmica del arrollamiento de compensación enohmios (sólo para máquinas provistas de "rt. iiñ J" u.r*llamiento)

ó30

2ur - 2 V

I = corriente de inducido, en amperios

El aspecto de esta ctrrva caracterÍstica está expresado en la figu-ra 564, en Ia que al término

I (R¡ + R' * R¡, + R,/

proporcional a Ia corriente de inducido I, se Ie ha sumado el términoconstante

ohmiosde con-de este

2ue - 2 V

631

Característica de regulación

La cctrercterísticct de regtúaciótt 1", - f (I) es la curva que expresaIa cc¡rriente de excitaaión en función de la corriente de inducido, per-rnaneciendo constantes la velocidad de la máquina y la posición de

las escobillas. Para cada valor de la tensión en bornes Uu se obtieneuna caracterísiica de regulación; pero es particularmente importantela característíca de regulación normal, que es Ia referida a la tensiónnominal de la máquina.

Si tenemos a la vista la característica en vacío Eu : f (I".) y unafamilia de características en carga Uu : f (I".) para diferentes corrien-tes de induci,.lo Ir, Ir, I, (figura 565, lado izquierdo) se pueden hallar,para cada una de las características, los valores correspondientes de Iy de I"*, para ttna tensión en bornes Uu, ConSiderada constante y de-

ducir la curva de regulación, representada en la parte derecha de lafigura 565.

De acuerdo con la figura 565 para obtener Ia tensión en bornes Uu

a cualquier carga, se encontrará el valor correspondiente de I"., quehabrá que regular en el circuito de excitación, intercalando más omenos resistencia en dicho circuito, con ayuda del regulador de ten-

Se dcnom t.'ta tensión de excitació,r LJ"* a Ia tensión necesaria paraque circule la corriente de excitación I"* por el circuito de excitación,cuya resistencia óhmica es R"*. Es decir, eu€

U r' : R".. /...

En l,,rs rnáquinas autoexcitaclas, la tensión de excitación es iguala Ia tensión en bornes, o sea

Uo-r: Ut,

pero en las máquinas de excitación independiente no ha de sucedernecesariamente así; precisamente, una de las ventajas de este tipo deercitación es la posibilidad de excitar un generador de alta tensiónmediante una baja tensión de excitación.

a§

\.i)q)

L

\q)

§!

il

(.)

§0§)Lq)

U

ta

:\§.U\U

tto\oto§4

F¡.

v, u't§§oo()rJllllC{¡trUa.

U "* : R.., /"'.

el valor clc la resi*stencia de excitación R*.. está determinadosuma de 2 factores: el primero, de valor fijo, es la resistenciacircu'to en derivación y el segundo, variable, es Ia resistencia

632

por laR¿ deldel re-

x'Oltrr \

ll

-a

f§,tsr

x*q¡\\.

Il+I*l

iltttf

Lr'

\=t

5+

633

!

I

gLrlacl'r clc Lcrsióo R.. Véase en Ia figura 566 Ia apricación ar caso deurr gcnc, ackr shunt. Es decir, que tendremos

U"* = R"* 1", :Dc csta rcl:rción, se deduce

(Ra * R,) 1",

u",

Voltios

y la corriente depongamos que

. fer en omperios,..de regulación R, : f ( 1,,) de utz

y si hact.rr¡(rs

tcndrcm<).s quc

Rr* = r,,

I,*-l A

^,,1 ñ Y"*r,.

;:ii,l:. c¡uc Ia resistencia se podrá contar en orrmios a ra escara de

- Es muy importante deducir ]a curva característica R. : f (I",) quecxprcsa cri valor necesario de r^ ."ritt."Jr-Zrr*ica der regurador detcnsitin para *uni.r,á.-;;";;;i;;";;-t;;r""J un, constanre.cl ca'so dc un g.n".uáor de e-xcitación ilá.p..raiente, en er que raten.sión n<rminaf.n bor.rerl, Uo : l15 V y Ia tensión de excitaciónes u"' = 100 v' En Ia figura 5ó7 se ha representado Ia caracterÍstica

Fig. 566. - Resistetrcia en eI circuito deexcítación de un generador struii.-

Fig. 567.- Determinación de la c:aracterísticagenerador de corriente contiruta-

en vacío E. : f (1"-) y Ia característica en carga U6 : f (I".), para Iacorriente nominal I,. La tensión de excita;ó" que se supone de valorconstante e isual a 100 V, está representada por lu .".ií ú", pu.ul.tual eje de abiisas.Cuando el regulador de tensión está en cortocircuito, la resistenciadel circuito de excitación se reduce a la dei arrollamiento de excita-ción, es decir

R".. : R¿

cortocircuito alcanza su valor máximo f"" -o*. Su-

634f ", ,u,r., : 5 A

635

Tomandoque corta

hasta O', cle forma que

ñ'-rAy levantando una vertical en O', resultará también que

ñ [J,,-d-íg o: /*,*^ -R¿

Como ÓT' equivale a I A, el segmento OT será igual a la resistenciaR¡ del circuito de ercitación expresada en ohmios, pero a la escalacle voltios; como puede apreciarse en la figura 567, tenemos que

R¿:20A... : :

Es clcci ', er-:.: Ia vertical cn o'representa el cje de <-¡rdenaclas indicadorde resisteniias, sobre el cual, cualquier recta que parte del origen omarca, en e-l punto de intersección, la resistencia total en el circuitode excitacic:r. Se puede deducir de esta forma el valor de la resistenciade regulacion en vacío y a la ca! ga nominal de la máquina, que co-rresponde, como hemos dicho anteriormente a

Uu: l15 V

Para ello, se baja una vertical al eje de abscisas desde el punto c,que corresponde al valcr de 115 V, en la característica en r.acío ; enia ; ecta U"*, se obtiene el punto E. Se traza la recta óE 5, se obtieneel punto G en su intersección con el eje de resistencias. Levendo enla escala tle voltios, la resistencia total del circuito cle exciiación envacío, resulta ser de 63 ohmios; tal como hemos visto anteriormente,la resistencia de las bobinas excitadoras es de 20 ohmios; por Iotanto, ]a ru.;istencia del regulador cleberá ser

Rr: R"' - R¿R,:63-20:43O

equivalente ;rl s.'smento BE en la figura 567.

636

Para hallar la resistencia del circuito de cxcitación a Ia carga no-minal de la mirquina, s€ realizan las miimas opcraciones anteriorespero operando esta ve'z a partir de Ia característica cn carga. El pun-to D corresponde al lalor de la tensión nominal de 115 V sobre lacaracterística en carga; la vertical desde el punto D, corta a la rectaU"* en el punto F y uniendo este punto con el origen por la recta OF,se obtiene el punto de intersección H sobre el eje dc resistencias; elvalor obtenido, es de -15 ohmios, es decir qr-rc la resistencia del regu-lador de tensión habrá de ser

R,:15-20-259

que equivale al segmento ÉTi "n la figura 567.De esta forma, se puede obtener la resistencia en el circuito de

excitación para cualqtrier valor de la tensión en bornes del generadorv trazar la caractcrÍstica de regulación R"* - f (I".), tal como se ex-presa en la figura 567. Si la tensión en los bornes del generador hade ser invariablemente igual a 115 V entre la marcha en vacío y lamarcha a carga nominal, Ia resistencia en el circuito de excitaciónhabrá de variar de acuerdt¡ con el arco de curva comprendido entreR y R'. Las características de regulación R"* : f (I"-) se utilizan, sobretodo, para determinar los escalonamientos de resistencia cicl reguladorde tensión. . ,

Característica exterior

La ma¡roría de los generadores funcionan con carga variable y sóloen raras ocasiones puede variar la tensión con la carga. Por este mo-tivo, se exige que Ia tensión de trn senerador sea lo más constanteposible, a diferentes cargas J'con una excitación consta¡1,-'. Para apre-ciar las cualidades de.un generador segirn este criterio se utiliza lacaracterística exterior Uu : f (I), definida como la curva qlle represen-ta la tensión en los bornes en función de ia corriente de carga, siendoconstantes la velocidad de la rnáquina y la posición de las escobillas;la corriente de excitación se considera como parámetro, es decir, quepara cada valor de Ia corriente de excitación se obtiene una caracte-rística exterior distinta.

En Ia figura 568 se muestra el aspecto de la característica exteriorde un generador tÍpico. Si el generador está provisto de polos deconmutación y de arrollamiento de compensación, la fuerza electro-rtrotriz resulta constante, cualquiera que sea la carga, siempre que seanconstantes la velocidad de la máquina y la corriente de excitación.Por lo tanto, dada una velocidad y una corriente de excitación, la

¡-'ste l,alor desde e,l origcn O y trazando unaa la recta IJ"* en c'l punto M,

-tc'nclremos que

rrertical en A,

AM

úDespl. ¿;ulci.', e-l ongen O

u,.,-tg d.-- -R¿

f ", ,,,u,

637

Fig. 568.-Característica exterior [Jt: f (I) de un generador de corriente con-tinua.

a medida que aumenta Ia carga; Ias orderr¿rclas A E entre Ia curva 2y la recta horizontal repret..rtatiuu de Uu. (o de E"), inJ;can Ia caíclrde tensión provocada por Ia reacción del inctucido.'g" la-figura 56gesta caÍda de tensión está expresada para la cor'iente nominal I,,.La curva 4 es Ia característica de iaída de tensión a u _ f (I), quehemos explicado anteriormente. si se restan de Ia curva E _ f (I) los' t'alor€§ correspondientes de a U, obtendremos lu ,ornirlrísríca cxtc-rior ul: f (I) según Ia curva 3; en la figura 56g;'h;;.;;;.;j;'"rvalor dg 4 U para la tensión nominal en birnes Uu y puro Ií ccrrie¡tenominal de Ia máquina In.

Aunque la característica exterior se determina, por lo general,experimentalmente, también puede hallarse, de forÁa'áp.o*i*uda, apartir de las características en vacío y en carga. En la parte derichade Ia figura 569 se ha representado .rna famiia de *.i.ár,

"n vacÍo,a distintos regÍme-nes ce iargur, es decir, para diferentes valures d,rI¡ corriente de inducido I. L;ordenada qrr"'r"p.esenta un yalor da,:iode la corriente de excitación f.*r corta a la familia de'.cun,as en dis_tintos puntos de intersección; por estos puntos se trazan líneas ho-rizontales, hasta Ia parte izquieida de Ia misma figura áona. apareceIa característica exierior Uo : f (I), trazadá por interseccit,;t de lasIíneas horizontales anteriores con las ordenadas representatilas clc losdistintos valores de I:- Como hemos indicado anteriormente, a cada valor de'la corrientede excitación, corresponde ;; ¿;;;;¿;rñ;-;;;oil Ta"*is dela característicá exterior correspondiente al valor I.*r de Ia cor.i"nléde excitación, en Ia figura 569 se ha expresado también Ia caracte-rística exterior que corresponde a t.r., ülo, I"*z de la corriente deexcitación, menor que el urt.rior.

Variación porcentual de tensión

, L" característica exterior proporciona una idea perfecta de la formaqe conduclrse un generadpr al aumentar la carga; como Ia tensióndecrece casi propoicionalmente a Ia carga, basta con determinar Iavariación de Ia tensión en bornes u¡ desd! vacío a plena ;;;u. Estasvaiiaciones de tensión no se expresan directamente en voltios sinoen tanto por ciento, puesto que solamente la variación porcentual daun concepto clarp de Ia importancia de dicha variación. La variaciónporcentual de tensión vale

recta I de la figura 568 expresa la tensiónIa fuerza electromotriz a cualquier carga deque tendremos

e nbornes en vacío Uu" yeste generador. Es decir,

Uu : Eu = f ( I ) _ constatTte

Por regla general, Ios generadores solamente llevan un arrollamien-to de conmutación, por lo que la reacción de inducido no se anulacompletamente. Como Ia reacción de inducido aumenta con la carga,también aumenta el efecto de la reacción de inducido, que es unapérdida de Ia fuerza electromotriz., que llamaremos a E; de forma quela fuerza electromotriz real vale

E: Eo - AE

La curva característica E - f (I) que expresa como varía la fuerzaelectromotriz de un generador en función de la carga, se denominacaracterística interior y está expresada por la curva 2 de la figura 568.Como puede apreciarse, esta curva se inclina hacia el eje de abscisas

638

Uu-Ut

tAU =f U)

u%-Ut

100

639

\q *rc *rc s§§8R S§§q!Ci*-q*lll tt tt tr ¡t tr

\"§.i r.,§ r*? xr* r*?

U

oV1

§

r\L

ovq)

q)

L\o§q)

o

Lq)

q)bO

§)

oLq)

Rq)

b1

L§o

()

§

$§0-§-()'Oeoc)§_§<\

L§§)§§>a5l,n

ü5§v1

§o'§F¡. §

xq,\

xO¡\

Fig.570.-Deterntinación de variación porcetúuql de tettsión a partir de lacaract erística e.rt erior.

Éhii\lLT=\a

o:)

' | *tIIG¡

-- 1É

ll.o2

En la característica exterior,se determina (véase figura 570)que expresa la diferencia

la variación porcentual y de tensiónmidiendo en voltios el segmento a

de lasfigura

&: Uto - Ut

y la variación porcentual vale

qtt%--100

Ut

También se puede hallar esta variación porcentuql, a partircaracterísticas en vacÍo y en carga, tal como se expresa en: la571. Para obtener la tensión

(Jto : -AC

('l()

60.02 - 42

64t

-_\

de la variaciótt porcentual de tensión a partir d.e laser7 carga.

excitación I"*,,; en carga, el valor de Ia

Uo:Ñ

tensión con carga

plena carga, es necesarioel valor I"*r. Si en este

momento descargamos Ia máquina, la tensión en bornes sube al valor

Urt : DF

Por lo tanto, la variación porcentual dedescargar Ia máquina, vale

DEu9/o-*100EF

aumento de tensión ¡rl

Fig. 57 I. - Det erntinacióncaracteríslicas en tacío t

se necesita una corriente detensión baja hasta

Por Io tanto Ia variación porcentual de caída deserá

ABu % -:100AC

Para mantener en bornes la tensión Uuo aaumentar la corriente de excitación hasta

642613

6 Tipos de generadoresde corriente continua

Generalidades

En el presente capítulo, esttrdiarenros los diferentes tipos eristen-tes de generadores de corriente continua, con su conexionado, carac-terísticas de funcionamiento, propieclades )' campos de aplicación.Nuestra explicación abarcará los siguientes tipos de generadores:

l. Generador de excitación independiente.2. Generador shunt.3. Generador serie.4. Generador compound.

Generador de excitación independiente. ConexionaC,r

En la figura 572 se representa el esquema de conexiones completode un generador de corriente continua con excitación independiente.Se supone que el sentido de giro de la máquina es a derechas, lo que,por otra parte, es el que corresponde a casi todas las máquinas mo-trices. Si hubiere que cambiar el sentido de giro, bastará con in','ertirlas conexiones del circtrito principal, sin tocar las concxiones delcircuito de excitación pues, cle lo contrario, Ia mírquina perderÍa sumagnetismo remanentc y se descebaría.

645

Fig. 572.-Esquema de conexiones de un generador de excitación iidependiente,

La instalación de un generador de excitación independiente, com-prende ios siguientes elementos (1,éase Ia figura 572):

En el circuito principal:

- 2 barras generales conectadas, respectivamente, a los bornespositivo y negativo del generador.

- I interruptor bipolar principal, para abrir y cerrar el circuitoque une Ios bornes del generador con las barras generales. Hade ser de apertura brusca y nunca debe desconeciu.r" estandoIa máquina bajo carga, porque puede provocarse un arco pe-ligroso producido por la corriente de autoinducción.

- 2 fusibles generales, cntre ]as barras generales y el interruptorprincipal o entre éste y Ios bornes del generador.

646

- 1 amperímetro para el circuito principal del generad,r.

- 1 voltímetro para este mismo circuito, que debe montarse tarcomo está indicado en Ia figura, es deóir, en Ios bornes delinterruptor correspondientes al circuito del' genern :r.; de estafor'ma, se puede medir Ia tensión en bornes á"1 g"rr*iudo., aun-,.,, , !|| es:!é descongctad"o.el interruptor, cosa muy importante,' como se verá más adelante. En el circuito del voltíá"i.á,'L,

conveniente instalar f"riÚt;¡, ;;;-"Jir", Ia formación de cor-tocircuitos, en caso de un contacto eventual cntre los hilos delaparato de medida.

En el circuito de excitación:

- I regulador de tensión, provisto del correspondiente dispositivode cortocircuito (borne q), para cerrar en cortocircuito el cir-cuito de excitación, antes de interrumpirlo; de esta n:anefa, laextracorriente de ruptura_ que se forma, se cierra y se extir::uesobre el propio circuito de excitación, sin prodrcii

"f"cJ;il;:judiciales.

- 1 amperímetro para medir Ia corriente de excitación.

2 interruptores unipolares, no automáticos, antes dr las b;:rras: de excitación, para aislar ia máqui"; J;;í.h;;-ú;;;-..,*i;está en reposo.

En el circuito de excitación no deben instalarse fusibles porquesi, por cualquier causa, se fundiesen, se produ.ciría una elevada extra-corriente de ruptura, que podrÍa averiai Ia instalación.

En el caso de elevadas intensidades, conviene sustituir el interrup-tor principal y los fusibles, por un interruptor automático de máximaintensidad,'que sustituye véntajosamente u di.ho, "I"*"ri*, con Iaventaja adicional de reducir la duración de las irrt.irrp"iorr", delservicio, ya que resulta mucho más rápido volver a ...'ru, el inte-rruptor que se ha disparado, que sustituir uno o los dos fusibles fun-didos.

Generador de excrtación independiente. puesta en march" y parada

.Para Ia puesta €n marcha, antes que nada debe excitarse el gene-rador, para lo cual se realizarán las .igui""i"s maniobras:

647

1. Se intercala todo el regul:rclor de tensión,,pero sin llegar a

tocar el bornc de cortocirctrito q.

2. Se cierran los interruptores unipolares del circuito de exci-tación.

Después de estas maniobras, se aumenta de forma gradual la ve-locidad de la máquina motriz hasta alcanzar el valor de la velocidadde régimen para el que está ajustaclo el regulador de la máquinamotriz. A medida que crece la velocidad, aumenta también la tensiónindicada en el voltímetro. Si faltare el tacómetro en la máquina mo-triz, se regulará la velocidad por medio del voltímetro, pocurando que

Ia ten.sión quede algo más baja que la tensión nominal del generaclor.Ahora ya está el generador en disposición de conectarse al circuito

exterior. Pero deben distinguirse dos casos, según que las barras esténsin tensión (por ejemplo, si el generador trabaja independientemente)o que las barras estén bajo tensión (por ejemplo, si hay baterías deacumuladore*s en el circuito exterior); el caso de un generador quedebe acoplarse a una red ya alimentada por otros generadores, serátratada más adelante, cuando se estudie el acoplamiento cn paralelode generadores de corriente continua. .

éuando las ba¡'ras están sin tensión, se acopla el generador, ce-rrando el interruptor general; después, de forma gradual, se \/a co-nectando la carga, maniobrando al propio tiempo el regulador detensión, aumentando gradualmente la corriente de excitación paramantener, en Io que sea posible, constante la tensión en los bornesdel generador.

Cuando en la red están acopladas baterías de acumuladores, se

. ierran primero los interruptores de alimentación de las baterías,pero el interruptor general del generador, se cerrará solamente cuandoéste ha1'a alcanzado una tensión en bornes igual a la tensión de lasbarras, para Io que debe instalarse un segundo voltímetro que midaesta tensión o, por lo menos, proveer al voltímetro del generador delcorrespondiente conmutador de voltímetro; si no se tomase esta pre-caución, Ia-s baterías podrían descargar sobre el generador el cual,fu;tcionando como motor, tendería a arrastrar Ia máquina motriz. Siel generadorestá provisto de interruptor automático de mínima (loque es :conveniente para que las baterías no descarguen sobre é,1), esnecesario con¡ctarlo antes de la puesta en marcha y desconectarlocuando la máquina está todavÍa en funcionamiento, antes de la paradade ésta.

La pai ada se efectúa con los mismos cuidados prescritos para lapuesta en marcha. Recuérdese que resltlta muy peligroso abrir el in-

648

terrttptor general cle la mtíqtúnu urundo éstct sc e,rcuenlra toclat'ía en

,nrgi, o .á,-,ro cle Ia elevadi extracc.lrric'nte de rr-rptura qLle se produ.

cirñ, lo que provocaría la fc¡rmación clc chispas en el interruptor yen el coleitoi del generador, y una brusca variación de los esfttcrzos

mecánicos, lo que puede ocasionar graves averías en los elementos

mecánicos de la máquina.Por lo tanto, y d¿ acuerdo con lo dicho en el párrafo anterior,

resulta esencial .lát.o.gur la máquina de forma gradual, maniobrandolentamente el regulador de tensión, cle forma qlte se vayan interca-

lando resistencias; se observarán las indicaciones del amperímetroy cuando la carga Se aproxime a Cero, se abrirá el interruptor general

de la máquina.Ahora, la máquina está descargada pero no desexcitada, es decir,

que todavía existe tensión entre sus bornes. Para desexcitarla, se cie-

rra el circuito de eicitación sobre sí mismo y, simul.táneamente, se

abre su conexión con una de las barras de excitación, dejando cerradaIa otra conexión. Con el regulador de tensión provisto de borne de

cortocircuito, esto se obtiene llevando la pa.lanca hasta el último con-

tacto q. Después de esta operación, se abren los interruptores unipo-lares de las burrur de excitación, con lo que el circuito de excitaciónqueda aislado de la alimentación y la máquina queda desexcitada.

Generador de excitación ind,:pendiente. Cambio del sentido de giro

El sentido de giro está indicado por una flecha o por la rotaciónde la máquina *ótri, y también puede hallarse observando el des-

plazamienio de las escobillas respecto de la lÍnea neutra, que "t-t4lirigido hacia a.delante, es decir, en el sentido del movimiento del

generador.Puede ocurrir que sea necesario invertir el sentido de giro, sin

invertir la polaridaá del gencratior, por ejemplo, cuando hay acopla-

das en paralelo, baterías de. acumuladores u otros dispositivos de

polaridaá obligada. En este caso, habrá que invertir el sentido de

ia corriente en el circuito de excitación, es decir, la polaridad de los

conductores que alimentan dicho circuito desde las barras de exci-

tación; con "ito, el generaclor se clescebará pero se cebará inmeclia-

tamenie con poiarida<l contraria. Naturalmente, en máqüinas sin po-

los de .o.rm1rtución ni arrollamiento de compensación, al invertirseel sentido de giro, se tendrá que invertir también el decalado de las

escobillas de fórma que siempre queden en el sentido del movimientodel generador.

649

Fig. 573.-Característíca exterior de utt generador de excitaciótt independiente.

Generador de exeitación independiente. condiciones de servicio

El comportamiento en servicio de un generador de excitación in-dependiente, puede deducirse de sus curvas características, sobre todo,de su característica exterior.

La característica exterior de un generador de excitación indepen-diente puede obtenerse experimentalmente, por los procedimientos queestudiaremos en otro volumen de esta obra al hablar del ensayo demáquinas eléctricas o, en otro caso, por el procedimiento giafi.oa partir de las características en vacÍo y en carga expuesto en elcapítulo anterior de este volumen.

La característica exterior tiene la forma expresada en la figura 573,siendo Ia variación porcentual de tensión

Uu-Uru%-

la carga, lo que no sucede en los generadores autoer:-itaclos, que

estudiarcmos más adelante. Lo que quiere decir, natut'almente qLlc,

dentro de ciertos límites, la característica exterior Uu : f (I) es total-mcnte independiente de Ia corriente de excitación I",,.

Por lo tanto, se deducen las siguientes consideraciones:

La característica'exterior es muy poco inclinada. Incluso pue-de llegar e ser casi l'ecta si la .áidu de'tensión debida a Ia,.u...1ón de inducido se anula por medio de polos dc conmu-tación o de arrollamientos de conmurtación.

Dentro de estrechos límites de valor de la corriente de exci-tación f",, la característica exterior se desplaza paralelamentea sí misma. Efectivamente, como la tensión en bornes vale

Ut,:Eu-e-IRI

y tanto e como I R I son independientes de la corrientc deexcitación I"*, resulta que la tensión en bornes Uu vería cumola fuerza electromotriz en vacío E,.

. 3. Dentro de estr,-:chos límites de lelocidad, las ordcnaclas de lacaracterística extel'ior, Son propofcionales a la lclocidad.

Efcctivamente (r'eiase figura 571), si se reprcsentan por Uu Y Ela tensión en bornes y Ia fuerza electromotriz en carga que cCIrres-ponde a la velocidad ,?, y por U'u Y E' la tensión en bornes y Ia fuerzaelectromotriz que corresponden a la velocidad t7', para una mismacorriente suministrada I, se tiene :

U

t

Uoo

ub

I.

2.

U't, : E' - I R / -

teniendo en cuenta que

E : U¡ + I R /

tendremos que

nU',,- (Ur,* IR1)

- -n

t1

E -

- IRI,t

Ut,

Estos bajos valores de variacióna que la corriente de excitación es,

650

100-3a7%

porcentual de tensión, se debepor completo, independiente de

R1

651

Por ejemplo, si ,se stlpone

valor que apenasvelocidades

TR1- 0,05

Ut

se sobrepasa a plena carga, con Llna relación de

el término

»R1U¡

en valor absoluto, es

- 1,1

t't'(I _ _) _ 0,05 x 0,1 _ 0,00517

Fig. 571. - Característícas e.rteriores cle un generttdor cle e.r.cituciótt inclepen-d!,:ttte,adiierentqsv9locictades.'..

o sea que

n ¡t'[J't:IJt, '- -IRf

(t - )ttn

cle clonde

decir

= 0,00451,1

o sea el 0,45 % en valor reJativo

Veamos ahora los valores de la corriente de excitación que sonnecesarios para mantener una tensión en bornes constante, cuandoaumenta la corriente de carga I. Si el punto P representa sobre la'caracterÍstica exterior (figura 575), el punto de funcionamiento a plenacarga, la tensión que es preciso añadir a U para obtener el valor Uuy, por Io tanto, para que la tensión permanezca constantemente igual¿ Uu, está repre;entado por el segmento PA.

La f.uerza electromotriz en vacío E, estaba representada por laordenada en el punto M, de la característica en vacío. Si se suma aesta ordenada, el valor ñ, el nuevo valor E'o de la fuerza electromo-triz, está representado por la ordenada en el punto M'. Es decir, quela corriente de excitación debe pasar del valor I"* (que correspondea E") al valor I'"* (que corresponde a E',).

Por lo tanto, iásrlta fácit el cálculó de los sucesivos escalonesdel regulador de tensión, teniendo en cuenta que está conectado enserie con el arrollamiento de excitación, a la tensión constante IJ"*que puede o no ser igual a la tensión en bornes Uu. En el capÍtuloanterior se ha estudiado la forma de obtener los sucesivos valores

U't, ll' IR1:-Uo n {Jt,

términoy dado que el

n(1 -

-)n

es muy peqtreño, tendremc¡s, finalmente

rR/_____ _ ( I

Ut

U'T

Ilt

' lt'- ----- ).tl

n'=-

t7

6s2 653

Fig.575.*Valor ttecesario dc l« corriettte de e.rcitación d.e Ltn generaclor deexcitaciótl indepertdiente, par(t mantener una tensión en. bontes coltslatTte cuan-do autnenta la corriente de cattga.

.: .

de las resistencias dcl regulador de tensión, mediante las caracterís-ticas de regulación I"* - f (I) y R, = f (I"-).

Expuestas las consideraciones anteriores, se pueden ya exponerIas siguientes condiciones de servicio para los generadores de excita-ción independiente:

1. La tensión en bornes es casi independiente de la carga de lamáquina y de su velocidad, ya que Ia tensión se puede regularseparadamente por medio del regulador de tensión; sin embar-go, esta tensión ticne un límite superior, )/a que la excitacióndel campo inductor no puede aumentar más allá de lo quepermite la saturación magnética del material.

2. Durante cl funcionamiento bajo carga del generador, hay quetener en cuenta que, cualquier variación en la carga, conducea una variación de Ia tensión en bornes del generador, que es

654

necesarro compensar, actuando sobre el regulador cle tensión.Recuérdese que intercalando resistencias * dic:ho ,"g,riuáá.,se disminuye la corriente de excitación, por lo tanto, iornúli"Ia tensión en bornes del generador y, .oiro consilcuencia, clis-mi_nu¡'e Ia corriente de línea; eliminando resistc' rcias ,lél re-gulador de tensión, se consiguen los efectos contrarios.

EI regulador de tensión debe maniobrarse gradualmci:te, node forma brusca, para evitar fluctuaciones áe tensid ;; i",aparatos consumidores. Es conveniente parar la maniobra delregulador de tensión, cuando la tensión en bornes del genera-{o¡ ¡ea algo inferior a la tensión nominal, porque los ifectosdebidos a las variaciones de la resistencia á.1 circrito cle e,x_citación, tardan cierto tiempo en manifestarse; como col e-cuencia, Ia tensión seguirá variando algo, a pesar de habci.seterminado la maniobra.

r a carg_a del generador no ha de superar el límite máximo parael que ha sido construida Ia máquina; por ello, es. aconse¡ableinstalar un amperímetro para vigilar constantemente el eitadode carga del generador y, ademái, como comprobación a" á".Ia máquina suministra éfectivamente corrienie.

Esjas máqtrinas nunca deben trabajar en cortocircuito, piiesexiste el peligro de averiarlas ¡n-uy ieriamente; esto es ;ár;r;-c,uencia, como puede comprenderse fácilment", d. l" l;J;;:.;-dencia entre el circuito dei inducido y el circuito de e*citación.

Generador de excitación independiente. campos de aplicación

La cualidad más interesante, del generador de excitación indepen-diente es su estabilidad de marcha,

"r"4..i. á.r" *"aiante Ia excitaciónpuede controlarse la tensión en bornes desde su valor máximo hastaun valor mÍnimo solamente limitado por la tensión debida al flujoremanente. Por esta razón, se emplean estos generadores para alimen-tación de motores que, a causa de ros esfuérzos muy variables quehan de suministrar, necesitan tensiones que varíen entre límites mu\.amplios: por ejemplo, motores de accionámiento de laminuao.l!,;;:tore_s para máquinas de extracción, etc...- Otra caracterÍstica interesante es la independencia existente entreIa tensión en bornes y la tensión de excitalión, lo q,r" p".*ite em-plear excitación a bala tensión para máquinas de alta tensión enoornes.

3.

4.

5.

ó55

I

El mayor inconveniu-nte de la excitación inclependiente es que pre-cisa de una fuente exterior de corriente .ontinr-r" para su circuito deexcitación. Por esta r.azón, los generadores de excitáción independientesólo convienen en máquinas dJcierta potencia, en las que la

-necesidad

de disponer de esta fuente exterio. á, solamente un pequeño incon-venjente; o, también, para los generadores de gran potencia instalaclosen las centrales genetádoras dJ_energía eléctriia aonae, !".r..ut-.nt",se dispone de una red auxiliar de coñiente continua paiu"la excitaciónde los generadores y pueclen así aprovecharse sus ventajas, es decir,Ia regulación de Ia coiriente de excitación entre límites i"", ampliosy su independencia de las condiciones exteriores de ,.*i.io.

Generador de excitación shunt. Conexionado

En Ia figura 576 se expresa el esquema de conexiones de un ge_nerador de excitación shunt. El circuitó de excitación no lleva fusibles

'T1re,'/ l\-,'#

iA

LL

{r-]->q rÓAI

I

H ¡&-J D c

^

(cE-H

\

Fig. 577.--Esquenta .de conexioncs cle ungetterador de excitación shrmt, tonrundola corriente de excitación de la,s barrasgenerales.

Fig. 576. - Esquema de cone.riones de ¿tngenerador de excitación shwú.

por las razones ya indicadas en el caso clel generacior de excitaciónindependiente; en este circuito no es necesario un intcrruptor porque,para excitar Ia máquina basta con ponerla en marcha y pará deiex-citarla no hay más que pararla. El amperímetro en el iircuito deexcitación puede suprimirse, aunque resulta conveniente su instala-ción para comprobar si, por alguna avería, er generador absorbe unacorriente de excitación distinta de la normal.

Para la regulación de la tensión a las distintas cargas, se disponetambién 'un regutrador de tensión provisto, como

"., .I caso anteiior,.

Cuando se dispone permanentemente de tensión en las barras ge-nerales, muchas veces se prefiere tomar la corriente de excitaciónde estas barras y no de las escobillas clel generador, es decir, tal comose indica en la figura 577. De esta forma, si al poner en marcha elgenerador, hay tensión en Ias barras generales, ia máquina se com-porta como generador de excitación independiente y si no existe ten-

656

657

I

Fig. 578.-- Condiciones de cebado de

=f0)

un generador de excitación sltunt,

sión en dichas barras, Ia máquina funciona como generador de exci-tación shunt.

Generador de excitación shunt. condlciones de cebado

Las condiciones de cebado de un generador shunt, pueden deducirsede Ia característica en vacío. Efectivamente, si se traza la caracterís-tica en vacío (figura 578) y sobre ella Ia recta representativa de

E, = R"* I"*

que pasa por el origen y forma con el eje de abscisas un ángulo a talque

Esta recta cortará a la característica en vacío en el punto p, dc-nominado punto de funcionamiento en vacío ya que ás el que co-rresponde al valor que adquirirá la fuerza electromotriz

"r, ,alío d.l

generador. Recuérdese además que se podrán leer los va.lores de Iaresistencia de excitación directamente en ohmios, sobre Ia escala envoltios correspondiente a la ordenada representativa de I A (recta ABde la figura 5TS). . i

Para que -el generador produzca :u¡r, fuerza electromotriz impor¡tante, es evidente que Iá recta representativa de

Eo : R"* I"*

ha de cortar a la característica en vacío; es decir, que Ia resistenciaR"* del circuito de excitación sea inferior al valor R" d.firrido en Iafigura 578 por la relación

tg a" - R"

Esta resistencia _R", que es la máxima compatible con las posibi-lidades de cebado de la máquina, se denomin a resistencia crítica delcircuito de excitación.

Por lo tanto, Ia condición necesaria para el cebado de un ge:re-rador shunt; es que Ia resistencia del circuito c1e exci:ación sea infe-

' como consecurncias de esta condición, podemos indicar:

1. El cebado, resulta imposible en cortocircuito. Efectiyamentr..casi toda Ia corriente de excitación pasará por el circuito ex-terior, sin resistencia, mientras que por el circuito de excitaciónpasará una corriente muy pequeña; por lo tanto, la recta re-presentativa de

Eo = R"t I"*

no cortará a la característica en vacío.

2. EI cebado se realiza bien en circuito abierto. como por elcircuito exterior no puede pasar corriente, toda la corrienteproducida por el magnetismo remanente, pasa por el circuitode excitación, con lo que Ia. recta representativa de

Eo : R"" I"*

cortará a la característica en vacío.

fl

ü

lrloE€o5It

ó58

tg a=R,*

659

BIEN MAL

Fi: 579.-Irtt'lucncia de las cone.riones etl el cebado de wt génerador de exci-tGt' \lt S ":il:1.

Pero allnque la condición anteriorque el cebado sólo puede obtenerserotacirin son los convenientes.

Vear¡rrrs r..rimero como influ¡'en las conexiones. En la parte izquier-cla de la figr-rra 579, al circular la corriente por la bobina inductora,se refuerza el flujo remanent. )', por lo tanto, el generador se ceba.Si ahora, tal como se indica en la parte derecha de la misma figura, se

in,,'ierten las conexiones entre el inductor y el inducido, sin cambiarel sentido cie rc¡tación de la máquina, resulta que el sentido del flujoproduciCo r )r la corricnte qtre atraviesa la bobina inductora, es opucs-to al sentir.,-.¡ dcl flujo debido al magnetismo remanent" y, como con-secuencia, el generuáo. no se ceb-a. :-

-

Por io t¿rrrL, pu.o trn cleterminado sentido de rotación, es necesarioquc las concxiones sean las convenientes.

Si al:,¡ra (figura 580) r'olvemos a las conexiones iniciales (parteizquierda de la figura) para invertir el sentido de giro de la máquina,sin camhial las conexione, (parte derecha de la figura), en este último

660

Fig. 580. - [rtfluenciae.rcit aciótt sluutt .

MAL

det s;inticto cLe gíro en e! cebacto de tm generarlor de

es necesaria, no es suficiente, yasi las conexiones y el sentido de

caso, también sucede que el flujo debido al magnetismo remanentey el producido por la corriente de excitación tienen sentidos opuestosy, por consiguiente, el generador no se ceba.

O sea que, para unas determinadas conexiones, es necesario queel sentido de giro sea el conveniente.

Finalmente, debemos advertir que, a diferencia de l, ; generadoresde excitación independiente, los generadores shunt solamente puedenexcitarse si están en movimiento )'a que, como sabemos, la excitaciónprocede de la misma máquina

,.Generador de excitación shunt. Puesta en marchu y parada

Para la puesta en marcha, debe cuidarse de que el interruptorgeneral esté abierto y que el regulador de tensión tiene todas lasresistencias intercaladas en el circuito. En estas condi:iones se poneen marcha la máquina motriz, aumentando paulatinamente su velo-

BIE N

661

I

cidad, hasta que ésta alcance su valor nominal; al mismo tiempo,aumenta Ia corriente de excitació.,, ..iorrándo ei .i".lo -a"r

magne-tismo remanente y cebando Ia *áq"i";, lo q". provoca un aumentode Ia tensión en bórnes del generadá., *ru-que indicará el voltÍmetro.si en Ia red no existen baterÍas de acumuradores, se acopra el gene-rador a una tensión argo inferio, á i" ""*i"al, por ras rázones indi-cadas al estudiar. ros generadores de .*.iiu"io".independiente; paracolsesuir esra tg,¡rsión,"; ;;;b* Ii.ü;i';cror de tensión eriminandoresisrencias paulatinámente. No resulta"c;;;;il;r.,".;ol";:i;.;;rador a la red antes de excitarro o ; ;;;"nsión muy baja, porquesi Ia resistencia exterior fuera muy pequeña G;-¡.";;''JJ Ia red es-tuviera en condiciones próximas ui .o.io.i..rito), la corriente de ex-citación sería ryuy pequeña e insuficiente para e>:citar Ia máquina.si en Ia red hubiere conectadas baterias de u.r_ri"aores, secerrará el interruptor general, solament. ."u"ao Ia tensión en bornesde Ia máquina sea iguar a Ia tensión de Ia red. conviene atender aque Ias baterías de acumuladores

"; á;r;;rguen sobre Ia máquina,para Io cual es conveniente que er circuiio-á.r"g..r.ráá;;r;;" provistode un inrerruptor de mínima tensión, q". áé'ü" "il}]iJ;J

rar comose indica e, Ia figura 5gr. 1-- ¡¡rJLC'rarsE

cuando se necesite parar er generador se descargará, disminuyendoIa excitación por medio der regulador de-tensión, teniendo cuidadode que las baterÍas, si ras hubIer., .rL ," á"r"urguen sobre er genel'rador y, por Io'tanto, manreniendo'ri;;;;.];á:io,,""rrrn"r. si nohay baterlas acopladas -a la lr.a, pr.,"a"'dir*i.r,^rirse Ia velocidad deIa máquina motrt. En cuanto er;;";i*;;;; indique una intensidadde corriente nula o casi nula, se abre er i.ri.rrrptor principar y se paraIa máquina morriz. por .fecto de la l;;;;;;; .^l g".,l"ruJáI seguirá gi-rando durante.argún tiempo y se desexcitará l";;;*;;l li nrui"."necesidad de desexcitarto rapiaamente, t" uü.i.á el circuito de exci-tación con Iu: debidas preciuciones i se

-fienará el vorante de Iamáquina motriz.

Generador de excitacrón shunt. cambio del sentido de gfro

En Io que se refiere al cambio del sentido de giro, es necesariocambiar Ias conexiones del circuito der inducido -(figura sg2), porquehaciéndolo así, solamente se inviérte Ia pJ".ia^d del circuito del in-ducido pero no la del circuito de ...ioi;;;^con Io cual ," Lritu q.r"Ia máquina se descebe. No deben tocarse las conexiones de Ios polosde conmutación, pero sÍ el angulo-á;¿;;i"do de las escobillas enIas máquinas no lrovistas de foros d" .;;;;tación ni arrolramientode compensación.

662

Fig. 581.-Esquenru de conexiones de ungenerador de excitación shunt, cuat:do ela red esttin conectad,as bateiiai"á" ,r. -muladores :

Fig..582. - Conexiones para el cantbioexcitación shunt.

del sentido de gíro de un generador de

R¿R,

- resistencia

- resistenciadel arrollamiento inductordel regulador de tensión

fórmula anterior puede expresarse de esta forma

U"* : Ut: Ir*(R¿ + Rr)

como función, I"* como variable y R"* como pará-anterior es de Ia forma

!:bx

Fig. 583.-Circuito de excitación deL¿n generador de excitación shunt.

GeneraCor de excitación shunt. Condiciones de servicio,

Conro pueclc apreciarse en la figura 583, un generador de excitaciónshunt no trabaja nunca en vacío, pues siempre consumirá la corrienter.:cesaria para la autoexcitación. Pero la corriente de excitación f"*e s muy pequeña y vale

1., : (1,5 9'ó a 4,5 9í) ) I

por lo que se considera que el generador shunt sin carga exteriorfunciona en vacío.

La caÍda de tensión debida a la autoexcitación viene dada por

U r., : R".. 1"..

pero, por trn lado

:..)'a que en caso de autoexcitación, la tensión en bornes es igual a latensión de excitación.

Por otro lado

]', por lo tanto, la

Si tomamos Uu

metro, la expresión

o sea la ecuación de una recta cuya tangente es b; es decir, que

D U.'ñ¿'r :

I"' : tg d'

Esta recta corta a la característica en vacío en un punto denomi-nado, como hemos dicho en un parágrafo anterior, punto de funcio-namiento en vacío. :

En la figura 584, Ia curva 1 iepresenta la característica e.n vacío deun gerierador shunt, en la 'cual, debido al magnetismo remanente,cuando la corriente de excitación es nula, se induce una pequéña fuerzaelectromotriz. La recta 2 representa la caída de tensión en el circuitode excitación de resistencia

R"r:R¿*R'

y se determina, marcando sobre el eje de abscisas los valores de I"*y sobre el de ordenadas, los correspondientes valores de U.*. Recuér-dese que en la ordenada que corresponde a la abscisa de I A, se puedeleer directamente en ohmios, a la escala de voltios, los valores de R....

Poniendo en marcha el generador, si concuerda la conexión de1

arrollamiento de excitación con el sentido de giro (véase un parágrafoanterior), el flujo debido al magnetismo remanente inducirá una fuerzaelectromotriz en el arrollamiento del inducido que, a su vez, produciráuna corriente que, circulando por los arrollamientos inductores, re-f.orzará el campo; por lo tanto, la fuerza electromotriz inducida y lacorriente de excitación, actuando entre Sí, irán creciendo cada vezmás, hasta el límite impuesto por la saturación del hierro en los polosinductores. La corriente de excitación solamente p,rdrá aumentar mien-tras la fuerza electrom otriz del inducido sea mayor que la caída detensión U"* en el circuito de excitación. Por lo tanto, la máquina al-canza el valor de la fuerza electromotriz en vacío que corresponde

664

Rr.r:R¿*R,

665

oU

(,

'T

rectilínea de la característica en vacío, la tensión ya no podrá regularsea un valor preciso pues si la resistencia R. crece algo más, la tcnsi,irbajará prácticamente a cero, a causa de que la recta de resistencia ¡. ano corta a la característica en vacío. Es decir, que los genertidorcsshunt no son apropiados para regular bajas tensiones.

Con objeto de que sea posible una regulación segura con tensionesbajas, debe procurarse que Ia característica en vacío presente ya una

: curvatura marcada. en su parte inferior (figura 585). Para conseguiruna característica en vacío deiesta fornia, es necesario que la satu-ración del circuito inductor comience enseguida, eliminando de estamanera la parte recta de la característica. Se han ideado varios p;c-cedimientos para conseguir este propósito; por ejemplo, la firma Srp-I\{ENS construye los polos inductores con un istmo magnético (figura586), de forma que se reduzca considerablemente la s,:cción de hieri'oen sentido perpendicular al flujo magnético; la firma BRowN BovERrconstruye polos inductores dentados (figura 587) con lo que el entre-hierro es variable y se consigue de esta forma zonas con fuerte sat:,-ración magnética. Con estos polos inductores especiales, se obtiencitcaracterístidas en vacío con puntos de intersección bien definidos paraIas rectas de resistencia, incluso con reducidas corrientes de excita.ción o, lo qué es lo mismo, con tensiones bajas.

:;ri""t:'-característica en vacío E":f (I-) de u, generad.or de excitación

al punto de intersección ce las Iíneas r y 2.si se quiere obtener unatensión en bornes más erevada, habrá que reducir Ia resistencia enel regulador de tensión; de esta forma, iu-rr.r.u" recta de resistencia3 está menos inclinada y la fuerza electio*ot.i, del inducido aumentahasta el punto de intersección de Ia .^.u.t*istica en vacío con estanueva recta de resistencia. El valor máximo a. f".rra'"1"*.o* otriz,se alcanzará cuando Ia resistencia del ,.g.rtáaor de t..rrürr-re anule,es decir, que valdrá

E: I"rRa

Si, por el contrario, se aumenta Ia resistencia R. deltensión, de forma que Ia recta de resistencia 4 coincida

666

regulador decon Ia parte

Fig. 585.-Característica enpiada para la regulación de

yacío de un gctrcrador debajas tensiones.

f*-ex

excitaciótt slrunt, apro-

667

E

I

Fis' 5E0'*Disposición s.ienrc.ns para rrtod.ific«r la característica en vacío detttt getrcri.d.. de excitación shtmí.Fig. 588.-Características ett vacio d¿ t¿n gcneraclor dcdif er ent es velocidades.

I

1,,

l--- o Seccidn A-B

e-tcitación sÍuutt, farct

Fig' 587'-Disposlción Brotvn Boveri para ntoclificar ra característica encle un g.;te;.atlor d.e excitac¡¿"1li,nt.

668

_Sin embargo, debe indicarse que las máquinas provistas de estospolos inductores de ri:gulación, requie.., ,.rá corriénte de excitaciónmucho mayor. Por esta razón, los generadores con polos i¡ductoresde regulación solamente se utilizan en casos especiales; por ejemplo,en las excitatrices para alternadores de gran potencia, 1ru qu. paraque un alternaclor funcione debidamente, .i ,r".érurio que-su óorrientede excitación ptreda variar entre amplios lÍmites que, prácticamente,están comprendidos entre una corriente casi nula hasta una corrientemáxima.

blemas de estabilidad en sll regulación, cuando varía li r i:locidu.i d"Ia máquina motriz. En efecto, sabemos que la fuerza ei;ctrom otrizde un generador cle cort-iente continLra ., proporcional a la velocidadeie este mismo generador. por lo tanto, at diiminuir la velocidad, Ianueva característica en vacío presenta un curso más bajo. En la fi-gura 588, la curva I representa la característica en vacío para la ve-

/lt/l!

7,(trl

ii

iiffiu,,i]

vacto

669

Si, en estas c-ondiciones, se traza larresponde a cuando ]a resistencia en elo sea cuando: , -- -

recta de resistencia 3 que co_regulador de tensión es cero,

E: I",R¿

se deduce que a Ia velocidad n'- no es posible conseguir una autoex-citación estable para el generador, ya qr" ,, característica en vacÍono tiene punto de intersección con la iecta d. .esisi";;i;; si la ve_*Iocidad disminuye todavÍa más, el generadár no se excitará.Mientras que en los generadorei de excitación independiente, Iatensión en bornes es proporcional a ra vero.iduá,-;;

-ñ;;".radoresshunt, una Yez estabieciáa Ia autoexcitación, la tensión en bornesvaría más rápidamente que Ia velocidad, ya que, a resistencia cons_l1ltt e.1 el circuito de excitación, la corrie.rt" á. excitació,

-...." "o,ra tenslon en bornes.

En Ia figura 589, se representan las características en vacío 1,2;3, 4,correspondientes, respectivamente, .? -las

velocidai"r-i,,i), "r,

n+. Larec-i? de resistencia 5 de Ia misma figura corresponde a É"náilrJ"en el circuiro de excitaci-ón-p"r^ ";; ;;-r;;".t"^;;;;;;;;.:ios puntosde intersección_ a, b, c, d, dán Ias t".rrio.r"r-.orr.rpondientes a las ve-Iocidades citadas anteriormente. si se trasladan

-"rtor- p""ro, a unsistema de coordenadas, con las fuerzas electromotrices E como or-d9n-a.das, y las velocidades n como abscisar, ;I;;;;.iiár"ro, puntosa', b', c', d', po_r los- que puede trazarse la curva representativa de IacaracterÍstica E" , f (n). Esta curva indica Ia variación de la fuerzaelectr-omotriz (o de Ia tensión en bo.n"sf i" "" generador shunt mar-chando en vacÍo, en función de Ia u.rá.iáuá dJ i;;;;iü , supo-niendo constante Ia resistencia R"* del circuito de excitación.

Para el trazado de Ia característica en carga Uu : f (I".) hay quetener en cuenta que Ia condición

I¡: Constante

no es posible en este caso, ya que en la excitación shunt se tiene

Iocidad n y la curva 2, lasiendo

I¡: I * I,*

por Io que, aun manteniendo constante

670

característica en vacío para la velocid ad. n,

tt>n'

II

a;I

I

I

F

§

L

q.

!1

,§

L

§q)

li

t.!

\(J§¡\§

q)

§r

I r\li

o\§ooLra§.a§¡ -.

l\§

I\\U

671

f, no Io Será fr, y? que f",

\

varía con Ia carga. Sin embargo, como Ia corriente de excitacióo f"*e-s lluy pequeña y representa solamente un pequeño tanto por cientode Ia corriente f, se puede trazar la curva .o.r r.rfi.iente apáximaclOnsuponiendo que

I¡=I=COnstct¡tte

La característica exterior Uu : f (I) es muy interesante para juzgarssbre las condiciones de servicio de un geneiaclor shunt. pero en estecaso no es posible obtener la condición

I"* : constante

ya que, colno se ha dicho varias veces, la corriente de excitación f"*,varía con la corriente de carga I. En nuestro caso, no se toma comoconstante la corriente f"* sino la resistencia del circuito de excitación,o sea

Rr' : R¿ * R,: COnStante

Por: Io tanto, en el caso de ¡.n generador shunt, se puede definiria c¿u'acter'Í, iis¿ exterior U¡ : f (I) .;;;' iu-.r'r."u ql,. i.p.esenta latensión r:r bornes en función de i" .oi.i."a; ;. .urgá, p"ráu""ciendoci:r¡5¡¿rrrcs la velocidad de Ja rrráquina, la posición de las escobillas1' la resistencia del circuito de excitación.

-En I-a figura 590 se expresa Ia característica exterior de un gene-rador shunt, cbtenida a partir de la característica en vacío y áe lacaractenstlca rn carga. Por comparación con la característica exterior{e- un generador de excitació., ird.p"ndiente, presenta las siguientesrliferencias esptcíficas :

a) cae más rápidamente que la de un genelador de excitación in-dcpendiente. Esto se debe a que la óorriente de excitación dis-minuye al crecer Ia cal'ga. Efectivamente, la tensión en bornesdisminuye con la cargal según puede apreciarse en la fórmula

Ut=E+»R^f--2lte

pero, como además, Ia corriente de excitación f"* es propor-cional a Ia tensión en bornes, de acuerdo con la expresión^

I

U

v}{c)q)

Lo§\q)

q)§o

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L

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Ut¡.{-

ffi.02 - 44

¡('oE\tl\

672

rr* :R¿*R. ¡a

673

Esta circunstancia se refleja en la variación porcentual de tensión,que en un generador shunt vale

Ut" - Ut100-15a25%

siendo así- que, como hemos visto al estudiar los generadores de exci-tación independiente, en estos generadores, Ia variación porcentualde tensión está comprendida entre 3 % y 7 %.

b ) como puede observarse en la figura 590, el valor de la co-rriente de carga no sobrepasa un valor máximo f-u*, I partirdel cual vuelve a retroceder. En el momento del cortociicuito,es decir, cuando

Ut:0

r"r: uu - o

R,,

y, pcr lo tanto, la f',:arza electrom otriz E también será nula,puesto que depende del valor de I.,; lo que quiere decir que

I"r:0

, En realidad, Ia corriente de cortocircuito f." ro se anula totalmente,debido a la pequeña fuerza electromotriz inducida por el magnetismoremanente de la máquina.

La corriente f-"* se llama algunas veces corriente de desconexióny su valor es

I^o*:2 a 2§ I"

siendo I" la corriente nominal de la máquina

674

también disminuye I.* cuando aumenta I; esto se traduce enuna disminución de la fuerza electromotriz en carga E y, porIo tanto, en una disminución de la tensión en bornés uo (véaseIa expresión anterior).

De Io dicho anteriormente se deduce que un generador shunt puedeponerse en cortocircuito sin peligro para la máquina, puesto que, comohemos visto, Ia corriente de cortocircuito es muy pequeña. Si¡ er¡-bargo, hay que tener en cuenta estas consideraciones:

a) que el cortocircuito sea franco, es decir, que R : 0 prics Ceno ser así, la recta Uu : R I cortaría a la característica en carga

i ,' como se ha üsfo anteñormente, puede Ilegar a valer i-;; -'2,5 rn.

b ) que Ia máquina sea de pequeña potencia pues en las máquinasde gran potencia el arrollamiento de excitación tiene una in-ductancia elevada, lo que ocasiona que la corriente de e>:,,:i-tación, al comenzar el cortocircuito, sólo baja relativamentedespacio y se mantiene un flujo inductor muy superior al fiujoremanent€, y por lo tánto la corriente iniciál de cortocircuiicrpuede llegar a valores mrly elevados capaces de perjudicar muyseriamente Ia máquina a causa de los bruscos esfuerzos me-cánicos que produce y al chispeo en el colector.

Del examen de la característica exterior, se deduce que en un ge-nerador shunt, a cada valor de la corriente r, le coriespor de disvaloles de Ia tehsión en bornes Uu. Solamente tiene importanc.a pi';.:-tica Ia parte-:superio¡ de Ia caracterÍstica, pues apart; de su ines;a-bilidad (que estudiaremos más adelante), ia máquina suminisrraríamucha menos potencia en la parte inferior de la curva, ya que slrtensión en bornes es mucho menor.

La característica exterior puede hallarse experimentalmente o de-terminarse a partir de las características en vacÍo y en carga; vamcsa estudiar este último procedimiento (r'éase nuevamente la figura 590).

La curva I de Ia figura 590 es Ia característica en vacío; la cu¡,a 2es Ia característica en carga Uu : f (I.-) siendo constante la corrientedel inducido I¡. Si se traza la recta de resistencia 3, para la resistenciaconstante R"*, se obtienen los puntos de intersección a, b, c. El puntoa expresa la tensión del generador en vacío ; el punt o b, la tensióndel generador para una corriente de inducido I'i y una corriente deexcitación I'.*; y el punto c, finalmente, expresa la tensión del gene-rador para la misma corriente de inducido I'i pero para una corrientede excitación I,,.*. por lo tanto, se podrán deierminar 3 puntos en Iacaracterística exterior Uu : f (I), representada en la figura por Ia cur_ua4 el punto dpara I-0, el punto epara I: I'¡ - I'ex yel puntoh para I: I'i - r"ex. De Ia misma forma, se pueden trazai otras ca-racterísticas en carga Uu : f (I.,), para otras corrientes en el inducido,

Ut

675

obteniéndose nuevos puntos de la curva 4, representativa de la ca-racterística exterior. Para la determinación del punto f, representa-tivo de I*u* en la característica exterior, se traza la característica encarga 7, tangente a la recta de resistencia 3; esta caracteristica encarga corresponde a Llna corriente de carga igual á f."*; se trasladael punto de tangencia a la característica exterior y su punto de inter-sección con la ordenada levantada a partir de In,"* es el punto en queIa característica exterior empieza a retroceder hacia el origen.

El punto e, de la característica exterior que corresponde a losvalores nominales de la tensión en bornes y de la corriente de carga,se denomina punto de fumcionatniento en carga. Para el estado decarga correspondiente al punto e, la resistencia del circuito exteriorvale

R...r: L:tga'lu

AI pasar gradualmente del funcionamiento en vacío al funcionamientoeti cortocircuito a' variará de 98 a 0' Si se disminuye la resistenciaexterior a nlenos de lo que corresponde a tg I ( resistencia exteríorcrítica),la corriente de c-arga I disminuye,en vez de aumentar. En laparte inferior de ja curva, por ejemplo en el punto h, una peqtreñavariación de la resistencia exterior provoca una gran variación de laco:::iente de carga y de la tensión en bornes, es decir, que en estaparte ic la característica exterior, el funcionamiento de la máquinaes inestable. La resistencia exterior crítica corresponde a la tangentea la cun,a de trazos en el origen.

La c';rva ó de la figura 590 representa la caída de tensión óhmicaAU en los bornes del inducido que vale, como sabemos

A,U - I,(R, * R. * F.o) ¡ 2ue

Sumando tos valores de AU con los valores correspondientes dela característica exterior Uu - f (I), se obtienen los valores de la ca-racterística interior E - f (I) que representa la fuerza electromotrizdel inducido en función de la corriente de carga, permaneciendo cons-tante la resistencia de excitación.

En resumen, podemos decir que las condiciones de servicio deun generadt¡r shunt, son las sigtriJntes: :

1. E.:tabilidad límitada, cuando el punto de funcionamiento está

a) en vacío, sobre la parte rectilínea de la característica envacío

b ) en carga, sobre la parte inferior de la característica ex-

terior.

Una dismintrción de velocidad que cause una caída de estas carac'

terísticas puede provocar el descebado de la máquina. Por otra parte

las variaciones á" velocidad provocan grandes desplazamientos del

punto de funcionamiento sobre la característica en vacío y la carac'

terÍstica exterior.Un generador shunt no puede funcionar con una tensión mucho

menor que su tensión nominal.

2. Tensión regtrlable, dentro de los límites de estabilidad pormedio' de tm regulador de tensión. Actuando sobre la excita'ción, se modificá la fuerza electrom otriz Y, por lo tanto, la

tensió¡ en bornes. De la misma forma, el regulador de tensiónpuede mantener constante esta tensión. A partir de_ las c3rac-

ierísticas en vacío y en carga, es fácil determinar los límitesen que debe variar la resistencia del regulador de tensión (véase

el capítulo anterior).

Generadordeexcitaciónshunt,CamposdeapIl:ación

El generador shunt suministra energía eléctrica a una tensión aprG'

ximadamente constante, cualquiera que sea la carga, aunque no tanconstante como en el caso del genera.dor con excitación independiente.Cuando el circuito exterior está abierto, la máquina tiene excitaciónmáxima, porque toda la corriente producida se destina a la alimen-tación del circuito de excitación, por 1o tanto, la tensión en borneses máxima. Cuando el circuito exterior está cortocircuitado, casi todala corriente producida pasa por el circuito del inducido, Ia excitaciónes mínima, la tensión disminuye rápidamente y la carga se anula. Porconsiguiente un cortocircuito en la línea no compromete la máquina,que se desexcita automáticamente, cesando de suministrar corriente;ásta es una importante ventaja sobre el generador de excitación in-depeqdiente,. en 91 qtle ,qn, cortocircuito .9n .la lín.ea g,uede pro\-ocarg"áu"i ,averíás, al no existir este efecto de desexcitación automática.Y

Los generadores shunt se recomiendan cuando no haya cambios

frecuentés y consiclerables de cEr,ga. Sobre todo, en el caso en que

existan elementos de fuerza contraelectrom otriz conectados a la línea,

tales como generadores auxiliares, baterías de acumuladores, etc...

Los geneiadores shunt son particularmente adecuados para la car-ga de balerías de acumuladores a tensión constante y, también, cuando

áeben trabajar conjtrntamente con dichas baterías en tampón, )'a que

676 677

\

en ninguno de estos casos existe el peligro de que la máquina inviertaIa polaridad de su circuito de excitación. En efecto, y tal como seindica en la figura 591, cuando el generador carga la batería, lá co-rriente tiene el sentido de la flecha de lÍnea continua y atraviesa labatería desde el polo positivo al polo negativo. Si por una causa ac-cidental (por ejemplo, una pérdida de velocidad en el generador), dis-minuye la tensión en bornes de la máquina y queda inferior a !atensión de la batería, la corriente suministradá pbr la'batería, atra-viesa Ia máquina en sentido opuesto (flecha de iÍnea de trazoi¡,

"r-trando por el borne positivo de la máquina y saliendo por el bornenegativo, pero en el circuito de excitación circula en el mismo sentidoque Ia corriente producida cuando la máquina funcionaba como ge-nerador; en consecuencia, Ia máquina funciona ahora como motor ycontinúa girando en el mismo sentido que tenía anteriormente. Delo dicho puede deducirse fácilmente que el generador shunt puedeacoplarse en paralelo sin peligro con otros generadores, aun en elcaso de que por causa de una avería accidental en el regulador dela máquina motriz, un generador sea conducido como motor por otrogenerador.

Cuando el generador shunt funciona en redes con elementos defuerza contraelectromotriz (motores eléctricos, baterías de acumu-la-'dores, etc...), la característica de la red está expresada por una ecua-ción del siguiente tipo

E' : fuerza contraelectromotriz del receptorR - resistencia del receptor

Fig. 591.-Ef ecto de la descarga deuna batería de acumuladores sobreun gefierador de excilación shunt.

J -..-Fig. 592. - Punto de 'funcionamiento en carga de w generador de excitaciónslrunt cuando funciona en una red con elententos de fuerza contraelectromotriz.

o, en términos generales por una ecuación

!:a*bxque es la ecuación de una recta siendo a la ordenada en el origen ¡, !'Ia tangente.

En este caso, el punto de funcionamiento ennado (figura 592) por la intersección de esta rectaexterior del generador shunt.

Generador de excitación serie. Conexionado

carga está determi-con la característica

-En la fi*eura 593 se muestra el esquema de conexiones de un gene-rador de excitación serie. Como ya sabemos, el circuito de excitációnes el- propio circuito de carga de la máquina, por Io que no puedeinstalarse un regulador de tensión, ya que éste áctuaría directameniesobre Ia corriente de carga es decir, ,rru .o.riente relativamente ele-vada por lo que el regulador habría de ser voluminoso.

tgq-- R

<----+

lrl'lrlrlrlrlrlr

ó78 679

.I

Fig. 593.- Esquenta degenerador de excitacióndor de tensión.

conexiones de unserie, sin regula-

Fig. 591.- Esquen;ta degener.;ior de excitaciónlador cle tensión.

cone.xioucs de uttserie, corl reglt

Lo que se hace muchas veces (figura 594) es instalar un regul¿rdorde tensirin conectado en paralelo cón el arrollamiento de excitación.Dc-esta forma, cuando se eliminan resistencias en el regulaclor aumc.n-ta Ia corriente que pasa por él y disminu)'e la corrienie que pasa porel arrollamiento de excitación; por lo tánto, disminuy. tu-ui¿n elflujo -magnético y, también, la tensión en boi,nes de la máquina. si,por el contrario, se intercalan resistencias, disminuye la corriente quelo.atraviesa y aumenta la corriente de excitació.r, Ll flujo magnéticoy la tensión en borne-s de la máquina. Nótese que, para un generadorseric, el regulador de tensión no está provisto-del born.,d"".á.i;t.-

Generador de excitación serie. Condiciones de cebado

En el generador serie existen las siguientes condiciones para elceb:rclo:

ó80

El cebado de un generador serie es imposible en circuito abier-to, ya que no circula corriente ni por el inducido ni por elcircuito inductor, porque el circuito exteric¡r está interrumpido.

El cebado no es posible mientras el circuito exterio:.' no tengauna resistencia mínima suficiente para qlle ia intensidad decorriente alcance un rralor capaz de reforzar el ma_snetismo re-manente dcl circuito inductor (esta resistencia mÍnima se deno-

El cebado tampoco es posible mientras Ia velocidad no alcancecierto va.lc¡r (velocidad crítica), capaz de originar una fuerzaelectrom otriz suficien te.

4. El sentido de rotaci,;n de la máquina ha de ser tal que la co-rricnte inducida refuerce el magnetismo remanente.

1.

)

3.

681

Generador de excitación serie. cambio del sentido de giro

Las conexiones para el cambio del sentido de giro de un generadors-erie se expresar en la figura 595. para mantener el mismo sentidode la corriente de_excitación, evitando así el descebado de la máquina,deben cambiarse las conexiones de los bornes A y F.

Generadordeexcitaciónserie.Condicionesdeservicio

La corriente de excitación es la propia corriente de carga, es decir,que se tiene

I : I¡ : f c.r

I, por lo tanto, el arrollamiento de excitación estará atravesado porla corriente de línea; se precisará, por consiguiente, un arrollamientode excitación de -pocas espiras y considerab-le sección de hiro, paraevitar que Ia caída de tensión sea elevada.

En el generador serie no puede hablarse de funcionamiento en va-cío, ya que tal cosa no es oosible pues al ser Ia corriente de excitaciónla misma corriente de carga, si no hay carg" no hay excitación, nohabrá ftuio jnductor y, .or.ecuentemente, tampoco se inducirá fuer-za electromotriz. sin ennbargo, se utiliza una caracterÍstica e^n].;;;

E

t

Fig. 596. - Característica en vacío E" : f ( 1,,)para dif erentes velocidades.

,I ex*

un generador de excitación,

Eo = f (I""), para diferentes veloc-idades (figura 596), que se obtienemediante una excitación independiente; ,. Eo*prende fá.il*.rrte que]a característica en vacío de trn generador serie, coincide con la mismacaracterística de un generador de excitación ihdepe"di."i*. -'

La característica en carga Uu : f (I"") es análogu "

ll- á" ,., sene_rador shunt. va que, como puede up.".iáír" ."-1" fü.,Á !gz, "r

.t.ilii;de carga cte'in generador serie es semejante al circuito de excitaciónde. un generadoi shunt, sin más qr" ,,rrtituir la resistencia del resu-lador de tensión de .rt" ,irtimo, por la suma de resist.n.iu"iá;r?;1 11 TIea v de la resistencia del arroilami;;;, *'*";;ill a" .o,r-mutación.

Fig. 595.-Conexiones para el canúioexcitación serie.

682

de sattido de giro de un generador cle

ó83

I

J+-

q)

L§)4

§

oR§)

§)§

o§§§)

vo0

§,

lt

trl

oLq)

U

v)

§)

o

§()ñ

il

oq)

Hq)

§§t¿1

L,§o§l\U

I

o<io\to

b¡F¡.

Fig. 597. - Esquenutde un getterador de

del circuito de c«rgae.rcitaciótt serie.

En la figura 598 se expresan la caracterÍstica exterior u¡ : f (I) deun generador de cxcitación serie (curva 4), la característica interiorE: f (I) (cun,a z), obtenida a partir de ra anterior por suma de losvalores correspondientes de la cLrrva 3, que expresa la característicade caÍda de tensión au - f (I); como sabémos, en un g.nerado. ;;r;;

AU _I/?I_I (Rr*R,+R.+ Ro)*2u,

Si a ia car acterÍstica. interior: se slrman las caidas de tensión AEdebidas a la reaccirir¡ ¿"1 inducido se obtiene la earacterÍstica'E. _ f 1t¡(cun'a I de la iigtrra 598).

Prescincliendo del magnetismo remanente, todas las curvas carac-teristicas anteriores deben partir del origen del sistema de coorde-nadas.

Dadas Ias especiales car¿icterísticas de l,-.¡s generadores sc.i-ie, laco:'l'icnte Cc excitación no puede permtinecer constante al determinarIa característica exterior de Ia máquina. Por consiguiente, en nuestrocaso, la característica exterior uu : f (I) de un generador serie re-pr esenta la tensión en bornes en función de la óorriente de carga,permaneciencio constante Ia velocidad y la posición de las escobillás.

como puede apreciarse en la figura 59g, al contrario que en elgenerador sllunt donde a I : 0 corresponde el valor máximo de latensión en borncs Uu, en el generador serie para una corriente decarga I : 0, también Uu : 0 puesto que no exis,te corriente de erci_tación, Al crecer la carsa, aumenta iambid'n al principio to t."rünen bor¡es,- llega ésta a un valor máximo y después deciece h^;;;;;p?ri: el valor de la corriente de cortocircuito I.. tenemos Uu - 0.

|'ara complender la marcha de la característica exterior, recorde-mo. qlie

684

Ut:E-AU685

t\§t¡

pero, para rt _ cofistante

y además,

..Por lo tanto, tendremos

E:Ct@

h,U-CzI

U¡=CtQ-C¿I

En la parte ascendente de la curva, por lo tanto para valores pe-queños de I"* y del flujo, las partes rnagnéticas de la máquina no estánsaturadas y a un pequeño aumento de I"* corresponde un gran aumentodel flujo magnético @; es decir que el primer término de la expresiónanterior aumenta más aprisa que el segundo término

Cr@)CzI

5, el valor de Uu crece.Llega un momento en que si I"* (y por lo tanto I) sigue aumen-.

tando, se llega en las partes magnéticas a zonas próximas a la satu-ración y el flujo O aumenta con menos rapidez, hasta que se:obtiene

Cte:CzI

y la característica exterior se hace casi horizontal.Cuando se llega a la satu-ración, el término Cr @ apenas crece aun-

que aumente f"*, pero el término C: I sigue creciendo con I, es decir,que

Cr O 1Ct I

y los valores de la tensión en bornes van disminuyendo, lo que co-rresponde a Ia parte descendente de la característica.

El pwúo de funcíonatniento en carga. de un generador serie (figu-ra 599) se traduce gráficamente por la intersección de la característicaexterior con Ia recta de resistencia

U¡ : Iu R,.,t

siendo R"*, la resistencia exterior del circuito e I. la intensidad nominal del generador.

68ó

uu

Fig.599.-Puntoserie.

de funcionantiento en carga de utt generador de excitación

En todos los casos

y el ángulo c¿' oscila desde

Rr¡l : :tgd.Un

un va.lor dado por

R. : tg a'"

que se denomina resistetrcia crítíca de la red, hasta el valor

tg a'-o

que corresponde a las condiciones de cortocircuito, es decir U¡ : 0ef:I"..Para ángulos superiores a cr'., la máquina no se ceba, o sea, que

es condicióu necesaria para cebar un generador serie que la resistenciade Ia red sea inferior a su resistenciá crítica.

687

Obsen'aneio el curso de la característica exterior de un generadorserie, puede comprobarse qrre en la parte ascendente de dicha carac-terística, el fr:ncionamiento de la máquina es inestable, por Ias mismasrazones ya e.tplicadas en el caso de rin generaclor shunt ]' en la parteinferior de Ia característica en carga de dicho generador. En efecto,si por una causa cualquiera (por ejemplo, una disminución de la re-sistencia exterior), aumenta Ia corriente, la tensión en bornes tambiénse eleva, lo que provoca Lln nuevo aumento de la corriente, y asísucesivamente. Si, por el contrario, la corriente disminu¡'e, tambiéndisminuye la tensión en bornes lo que provoca una nueva disminuciónde la corriente y así hasta pro\ ocar el descebado de la máquina.

En la parte superior de la característica exterior, la tensión enbornes permanece aproximadamente constante, cualquiera que sea Iacorriente producida, pero esta zona no es utilizable debido a su pe-queña amplitud.

La parte descendente de la ca.racterística exterior puede resultarinteresante en ciertos casos, que veremos luego, yá que si la corrientetiend.: a aumentar, la tensión en bornes disminu),e y frena el aumentode corriente y si la corriente disminul'e, aumenta la tensión en bornesy evita que Ia máquina se descebe.

.. ,.:,,

Gtnerador de excitación serie. Campos de aplicación

Debido a su funcionamiento inestable, el campo de aplicación delos generadores serie es muy limitado. Efectivam".rt", si lá red constasclamente de elementos pasil'os, el peligro de descebado es mu),grandep :s no solamenie depende de una eventual disminución de la velo-c; iad en la nráquina motriz, sino también de una disminución de lapoiencia (pc: lo tanto de la corriente de carga) pedida por la red.

Si a la red están conectados elementos de fuerza contraelectromo-triz, el peligro es toclar'ía ma}'or, como vamos a demostrar seguida-mente.

- supongamos que vamos a emplear un generador serie para la cargade una bitería de acumuladores (figura ó00). A la fuerzl contraelec-tromotriz Je la batería, Ia designaremos por E' y a la resistencia deIa red por R.*,- En estas condiciones, tend..mor.

(J¡ = E' +.fR"..,

y el punto de funcionamiento estará representado por la intersecciónde la recta representativa de Ia ecuación anterior, cón la característicaexterior del generador (fig. 601).

688

Fig. ó00. - Ef ecto de la descarga de unabatería de acumuladores sobre un gene-rador de excitación serie.

Fig. ó01.-Ptutto defunciottatniento en carga d¿ un generador de excitaciónserie, cuendo ftutciotttt en urta red con elementos de luerg contraelectromotriz.

60.02 - li

689

I

Supongamos ahora que ha¡r, bien un aumento de Ia fuerza con-traelectromotriz E', bien una disminución de la velocidad del gene-rador. En ambos casos, puede suceder que la recta representativá dela ecuación

Ut = E' + IR",t

no'_corte a la característica exterior y el funcionamiento del generadorse hace inestable. Pero es que,:además, y tal como r" .*pñü ;;. i;figura 601, la recta cortará a la caracterísiica en su prolongación haciaIas corrientes negativas. En este sentido, la recta corresponde a Iaecuación

- Ut : E' - IR"*,

o bien

IR"*r-Ut+E'

Io que quiere decir que, como Ia fuer za contraelectrom otriz E' se hahecho mayor que la fuerza electrom otriz del generador E, Ia corrienteha cambiado de sentido y se dirige ahora deide la batería al gene: -r-dor. Pero como esta corriente es también Ia corriente de excitacióny el sentido de rotación de Ia máquina no ha variado, al invertirse elsentido de la corriente, se invierte también la polaridad del generadorque, desde este momento, funciona en seri" .J, iu uái"rr:'

Por Io tanto, la corriente que circula (abscisa del punto p, en lafigura ó01), es muy elevada puesto que está producida por dos gene-radores en serie, en un circuito de pequeña resistencia. ior otro Iado,aparece muy bruscamente, en el momento'en que

E'>E

y no solamente es peligrosa porque puede Ilegar a quemar los arrolla-mientos del generador, sino también porque provoca un frenado me-c-ánico muy brusco, con peligro de rotura del acoplamiento o, incluso,del eje de Ia máquina

En resumen, aunque sea posible, actuando sobre la velocidad osobre el flujo, mantener constante la tensión entre los bornes de ungenerador serie, este generador no debe utilizarse nunca para alimen-tación. de una red a tensión constante.

El generador serie encuentra aplicación como máquina adicionalpara compensar la caída de tensión al final de líneas de alimentaciónde gran longitud. Para ello, se conecta como se indica en la figura ó02

690

l¡s-- éfr?.-Esquema de la conexión de un generad.or de excitación serie insta-lado al final.de una línea de alintentación-de gran rongitud.

y se aprovecha Ia parte ascendente de la caracterÍstica exterior. Debeaccionarse por medio de un motor de velocidad constante (por ejcm-plo, un motor shunt). El generador serie suministrará u,i¡ tcnsiónadicional !.a _

que será tanto mayor cuanto mayor 'sea Ia corri,3ntede carga de la alimentación. Si el generador eitá dimensionado deforma que la tensión adicional r"o upio*imadamente igual que la caíciade tensión de la línea, se puede conseguir que al finál de ésta eristauna tensión constante, casi independiénte áe ra carga.

También se puede aprovechar la parte descendente de la caractc-rística e,xterior, utilizando entonces el generador serie para la aliineii-tación de redes de corriente constante ya que, como ráb".rror, en esaparte de Ia característica, cualquier aumento de la corriente provocauna disminución de la tensión que frena dicho aumento y, támbiér:,que cualquier disminución de la corriente provoca automáticamenteun aumento de la tensión que estabiliza el valor de diclla corrienie.En los generadores serie previstos para alimentación de redes de co-rriente constante, esta regulación automática sólo se produce dentrode ciertos límites, por lo que, casi siempre, es necesario pre'er unsistema de regulación aparte, mediante Ia instalación de un ieguladorde tensión, en paralelo con el arrollamiento de excitación.

También se utiliza el generador serie como freno eléctrico en losvehículos accionados por motores serie, como veremos en un próximocapítulo.

6e1

I

exte.rior-' dc un generad.or d.e excitación serie en elcaída de tensión por reacción d.e inducid.o.

Fig. ó04.-Generador de excitacióncompound de shunt corto.

Fig. ó05.-Generador de excitacióncompound de slunt largo.

Finalmente, se utilizan los generadores serie para alimentación de'receptores que precisan de una caracrerÍstica .xt..io. ;;;';é;ájé*tc, tali's coino proyectores de arco, p""r*r-á" soldadui; ;;;;r.o, etc;..se aumenra la reacción de induciá; t, po, ütunto, Ia caída d;;".ió"con Io que se obtiene una caracterÍstica exterior, semejante a ra dela figura 603 que, en su parte d.r."rd."i" ti..r. .rna foráa muy apro-piada para Ia alimentación de un ur.á-"i¿;i.i.;.'-v;rr.;;;", sobreesta cuestión en er capíturo dedicado a Ias máquiná.'áü".iu1", decorriente continua.

Generad,¡r de excltación compound. Conexionado

se di -re que un generador es de excitación compound o compuesta,tyu'199 se disponen sobre sus polos induciores arrollamientos de ex-citación serie.se dice de un generador compound que es de shunt corto, cuandoel ar¡ollarniento shunt está corectado u Iu, escobilras (figura 6a4),es decir, ent.e los bornes A-B d.l i;á;;¿o.^lr' generado, óo*poundse llamá de shunt largo,.r"rdo

"r ";;;iü;i".,io shunt esrá conectadoentre uno de los bornes del inducido y el finai del arrolru-i."to serie,es decir, como indica- l_a figura 605, éntre el borne A (o, en su caso,el B) del inducido y el borie E (o, ;" ;; ";; el F) del arrollamientoserie. Estos dos montajes son sensiblemente equivalentes, aunque en

692

el caso de generadores se prefiere la máquina de shunt largo; en losucesivo, y mientras no se diga

"*pr"ru*ente Io contrario,-hur"*o,sielp{! referencia a generadores cómpound de shunt largá.sellama generador compotmd adiciánal o,también, ei"Zi"aor conr-pound aditiuo cuando la fuerza,magnetomotiiz del arrojlamiento serie

actúa en el mismo sentido q.re Ia fuerza magnetomotriz del arrolla-miento shunt; es decir, que las corrientes de excitación tienen el mis-mo sentido en ambos arrollamientos. En Ia figura 606 se L*presa elconexionado de un generador compound adicional con sentido cle giroa derechas.

Fig. 603. - Característicacltrc se ha aunt::ntado la

693

Fig. ó06. - Esquemade un generador depound adicíonal.

de conexionesexclitación com-

Fig. 607. - Esquetnade wt generador depourtd di/erertcial.

de conc::iot;etci: ticíóii t::. ,

Se denomina generador cornpound diferencial o, también, genera-dor cotttpowtd sustractivo cuando la fuerza magnetomotriz del arro-llamiento serie tiene sentido contrario a la fuerza magnetomotriz delarrollamiento shunt; por lo tanto, las corrientes de excitación en am-bos arrollamientos tienen sentido contrario. En la figura 607 se ex-presa el conexionado de un generador compound diferencial, con sen-tido de giro a derechas. Al generador compound diferencial se le llamatambién generador anticotnpowtd, por las razones que explicaremosenseguida.

Generador de excitación compound.Relaciones entre Ios arrollamientos serie y shtrnt

Las características de funcionamiento de un generador compounddependen de la acción conjunta de los arrollamientos de excitaciónserie y shunt que lo constituyen. Hemos visto anteriormente que en

691

una máquina serie la corriente de excitación aumenta cuando aumentaJa corriente de carga, mientras que en una máquina shunt, Ia corrientede excitación disminuye cuando attmenta la carga. Es decir, que laacción de ambos arrollamientos es compensadora. Eligiendo conve-nientemente el número de espiras de ambos arrollamientos puedeconseguirse varias formas de funcionamiento, que citamos a conti-nuación:

1.o Generador hipercontpound, ctrando Ia acción del arrollamientoserie es superior a la acción del arrollamiento shunt para cualquiercorriente de carga. En este caso, cuando aumente la corriente de carga,aumentará ligeramente la tensión en bornes de la máquina.

2." Generador contpound, propiamente dicho, cuand<¡ la acción deambos arrollamientos se compensa exactamente, con lo que se obtieneuna tensión en bornes sensiblemente constante, cualquiera que seaIa carga.

695

3'" Generador hipocomporutd, si Ia acción clel arrollamiento shuntes superior a ra acci?r-á;i';;;;;í";,;;;"rerie, en cuyo caso cuandoaumente Ia corriente de óarga, disminui.a lu- ,".rior-áI io.r"r, aun_' que no en er mismo grado qre en er caso d.r t.;;;;;; ,hrr.,t, preci_samente por Ia presencia der u..oru..riá,o serie que compensa enparre Ia acción dil arrollami".,to--Jh;;r. ""

4'" Generador anticompottnd, en er caso que, como hemos dichoanteriormente, la corriente. de "*.iru.ioi*ii"n. sentido contrario enambos arroilamientos, pá. l. q". ru-',"irio., en bornes disminuirá sifii:*x"'á":'f;L"fJ: de carga, más rápidamente que si se tratara de

volveremos sobre estas cuestiones cuando estudiemos Ias condi-ciones de servicio de lor-g"r".adores compound.

Generador de excitación compound. puesta en marcha y paradaUn generador compounr.^"i:i:jo es,equivalente a un generadorshunt' puesto que aún ,o ," ha- manifestudo ia acción del arrollamientoserie. F-¡r Io tanto, rur mu.rJobras;.hrt;;'a Ia puesta en marcha v.parada sor: ii- :ticas

" IrJt;éalrárráá;^;;i, ,n s;;;;u?¿-r,rrr,rnt, porIo qu! remiri¡nos ar leciái "r

p*ág*i"'Já"..rpondiente.

Generador de excitación compound. cambio der sentido de giroPara invertir el sentido d:;1.o sin suprimir er magnetismo rema-nente de Ia mii.quina (figura 60É), es ;.;;;;i, invertir las conexiones

5l,,iJtl::1oii,ff ro.*u'ü"",,1á-*;;;" inverrida ra poraridad

Generador de excitación compound. condiciones de serviciocuando un generador compound funciona en vacío, no hay corrien-te de carga ,, iol:" ,*io,'Li ur.ottu*i..rio sgrie no funciorrr; sola-menre funciona eI arror^"ii""r, ,!;;;'*r ubro.be Ia corrienre deexcitación corrcspo.,di"nie. il a".i;;;;,:; vacío, el funcionamientode un generador compound es ia¿ntto ;i'd. un generador shunt, o

ii"o"n1"':.:11iff:1,',ff* 'u"io e :] Ci".I",".a tambiéridéntica aLa característica

"' ru.gu uu r f- (I".) de un generador compoundse puede clererminu. pu.riJ.r.to d. I;;;*.tJ.irtica en vacÍo. En Ia696

Fíg' 608'-conexiones para eI catnbio cle sentid.o tle giro tle un ¿4erteratlor deexcit ación compourtcl.

serleshunt ,

correspondrente a una

los valores de Ia caídacaso más general:

figura 609,la curva I representa la caracterÍstica en racío y Ia cu^,a 2Ia característica "n

.u.gu esrando d".;;;;;uáo .l arrollaml""i; .L.i"lesta curva 2 se determinará de ra misma forma que si se tratara deun generador shunt.Cuando se conecta la carga, entra en acción el arrollamiento seriey se obtiene Ia característicá en. carga E _ f (I"_) según la curva 3;Ios amperivueltas comespondientes dJben sumarse a los ya existentesque se deben al arrollamiento shunt. para

"f".to, prácticos es comosi el origen de coordenadas se hubie.u tárioaoao hacia Iá irqrie.daen un valor

¡y',

I'?,'N" - nirmero de espiras del arrollamientoN¿= número de cspiras del arrollur"i;;;;I¡ _ corrienre gue .i.."la p;;'iil;.i;;,

corriente de carga I.

Restando de las ordenadas de la curva 3,óhmica de tensión en el inducido, o ,"u,

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^U - I¡(R¡ + R., + R" + Rr) * 2tte

697

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Frs. ó09.-Caracteristtca en pacío E.:Í (I"x) y característica en carga Ut:f(I*) de ufi generador de excitación contpound.

obtendremos para el generador compound cuya corriente de carga esI, la característica en carga Uu : f (I*), según .la curva 4.

como siempre, el punto de funcionantiento en carga (figura 609),estará expresado por la intersección del valor nominal de la tensiónen borne5 uu, con la recta representativa de la ecuación

U"* : I"* (Ra + R,/

Para determinar Ia característica exterior uu : f (I) (figurase parte de una serie de características en carga, determinádasdiferentes corrientes I¡, Iz, It (curvas 1,2,3, dela figura 610); la

698

6ro),paracur-

5 <--

699

va 4 de Ia misma figura es Ia característica en vacío. Trazando la rectaoe resrstencia

U,* : 1," (R¿ + R,)

marcada con el n-úmero 5, para resistencia constante en el circuitoshunt, obtenemos los puntos de intersección indicados en la figura 610,cuyas ordenadas representan las tensiones en bornet a.i generadorcompound para las corrientes fr, f2, 13 y cero. Fácilmente puede dedu_cirse ahora la caraCterística exterior ú _ f (I) para ,"ririÁ.ia cons_tante en el circuito shunt.

En Ia figura ó10:

Curva a-Característica U¿: f (I) de un generador hipercompound

Curva b-CeracterÍstica (Jt: f (I) de un generador compound

Curva c - Característica Uu : f (I) de un generador hipocompound

Curva d - Característica Uu : f (I) de un generador compound conel arrollamiento serie en cortociriuito, es decir, .o*o si la

_ Ei generador compound tiene Ia ventaja respecto al generadorshunt, de que apenas disminuye en tensión .o., iu .urga ]a q,r" erarrollrmiento serie sirve para compensar la disminució"n'de tensiónprolocada por el arrollam^iento shrirt, ur,

"., "t ..ro Lr, il; la resis-tencia exterior descienda más allá de cierto límite._ El generador compound, a diferencia del generador shunt, no puedefuncionar en cort-ocircuito porque en ese caso, Ia acción á"i a..olta-miento serie puede llegar a ser superior al efecto a.t

".rottamientoshunt-y, como consecuencia, Ia corriinte en el inducido p".áá alcanzarun valor de 2 a 3 veces mayor que Ia corriente nominil, con el con-siguiente peiigro para los airolramientos de la máquina.- Un generadt)r compound no iebe utilizarse para cargar bateríasde acumulado;'es. Veamos la figu ra 611 ; si la iuerza .J.,iru.l.ctro-

motriz de Ia batería es mayor que !a tensión en borner a.l g."erador,la corriente en elrcircuitoltiene er senrid" i"ái;á;-;;;;'ilecha de,¡untos, es decir, g,r" se. dirige de la ú"t".i"li ñJ;;; ;;;;;;tantó, atraviesa el arrolramiento serie en sentidó ,pr.,to ál de ex-citación normal. Si el flujo producido por esta corriente resulta mavorque el produciclo por la coriiente que atraviesa

"t urroiiu;il;; ;ü;;

sucederá que se in,v'ierte ra poraridá¿ a.t inducicro, *i."irá, llr*ur"."in'. aiiable el s;rrtido de rotación, por lo que el generador funciona en

700

Fig' 611'-Electo de..la d.escarga cle utra batería de ac¿unrúadores sobre rmgenerador de excitación compotind.

serie con la batería, con consecuencias parecidas a las ya tratadas al::y1ti:-la imposibilidad de la carga de baterías mediánte un sene-raoor serte.

Generador de excitación compound. campos de aplicación

Los generadores compound adicioneles, tienen aplicación en lascentrales para tracción eléctrica, que precisan en todos aquellos casosen qy" se -haya de contar con variaiiones bruscas d" .u.tu, conrosucede en los talleres con grúas de gran potlncia, trenes de ramina-ción, etc... suponiendo que .ro r. disfonga^de sistema compensadoresy que se desee Ia mayor constancia -posible

en las barras colectoras.En centrales ce pequeña potenóia donde trabajen g.""rudor",shunt, resulta que al conectar o desconectar aparatos receptores decorriente se producen fuertes oscilaciones de caiga lo que p'.ouo.u, usu vez, oscilaciones de la tensió, "1 bornes que precisan de una vigi_lancia especial, para la maniobra de los .ejrladores de tensión. Enestas centrales es preferible Ia instalación d! generadores compoundporque en estas máquinas Ia tensién permanece aproximaclamente

constante a pesar de las bruscas v'ariacián"s d" ;rg;;;;;;;;;;por Io tanto, de .r'igilancia especial. si además se quiere ..;;;;;;;la caída de tensión en la recr (por ejemplo, en IÍneas cre arimentaciónde gran longitud) es conveniente la "insialacion

de generadores hiper-compound, con los que Ia tensión en bornes en la cintral ..e.erá conIa carga pero los receptores ,Je Iínea t.aba:aJ, a una tensión prácti_camente constante

701

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Fig. 612. - Característica exteriorU¡:'Í (I) de un generador de ex'citación cotnpouttd dif erencial.

por el contrario, en centrales de gran potencia deben preferirse losgeneradores shunt, en primer lugar porque, en estos casos, la autorre-gulación de los generadores Compound ya no-es tan perfecta, e-n Segun-

áo l,rgu, po.q.rá en los generadores shunt de r ran potencia Ia varia-ción forcintual de tensión es pequeña y, finair:iente, porque las osci-

laciones de tensión en la red ya no son tan importantes puesto que

la potenciá de los generadores es muy superior a la potencia de los

aparatos receptores y pueden absorber fácilmente las variaciones de

carga.Lor g"r,.radores compound diferenciales tienen una característica

exterior muy inclinada, (figura 612), es decir, favorable para alimentarreceptores con efecto de resistencia negatit'a, especialmente los arcos

eléciricos (puestos de soldadura, proyectores, etc..'), para los que se

precisa una corriente constante a pesar de las variaciones de tensión(longitud del arco) y una corriente de cortocircuito poco superior ala normal.

Corriente de carga y tensión en bornes de un generador,

en'función de Ia resistencia exterior

En Ia figura 613 se han trazado, para los diferentes tipos de gene-

raclores, la iorriente de carga I y la tensión en bornes U¡ en funciónde la resistencia R del circuito exterior, deduciéndose de estas curvas

702

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5 )'/

I

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K fi\ \ lt

\ 5 (t,

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743

Ias diferentes formas de comportarse los distintos tipos de genéra-doies al variar la resistencia exterior, es decir, la resistencia de-carga.

En el generador de excitación independiente, al disminuir la ."tir-tencia exterior, la intensidad de la corriente crece rápidamente, mien-tras que Ia tensión en bornes disminuye. Cuando R : 0, se tiene queI-ru : 0 y Ia corriente alcanza su valor máximo

fr":I*o*:31,,

A consecuencia del gran aumento de corriente en el cortocircuito,el arrollamiento del inducido se quemaría rápidamente. Por lo tanto,un generador de excitación independiente no debe permanecer mucho

. tiempo en cortociicuito._ En el generador de excitación shunt, .la curva representativa deIa tensión en bornes Uu tiene una marcha semejante a lá'del generad.orde excitación independiente, pero Ia cun,a representativa áe la co-rriente I tiene una forma completamente distinta que en los demástipos de generadores. Al disminuir la resistencia exierior, esta curvacre-ce al principio lentamente, para aumentar después con mayor ra-pidez, alcanza un má4imo que es sólo de 40 o/o del valor nominal ya partir ,-'te valor decrece rápidamente. para'R - 0, se tendrátambién Uu : 0 mientras que Ia córriente- f." se hace muy p.q;;;

f r" = 0,25 I"

En el generad.or de excitación serie,la marcha de la curva que re-presenta I es casi idéntica a la-del generador de excitación indepen-diente. Para R : 0, se tiene que

Ir":f^o*=41,,

y por lo tanto, este tipo de generador resultará también seriamenteperjudicado si se le somete a un cortocircuito prolongado.

En cambio, la curva que representa la tensión en bornes uu tieneir,1? In?rcha completamente distinta de la correspondiente al gene-r idor de excitación independiente, Para R : 0, se tiene también uo-- o,como en todos los generadores, pero al aumentar la resistencia Ia ten-sión crece al principio con gran rapidez, para disminuir después dealcanzar un máximo.

- En el generador de excitación compound, para grandes valores deIa resistc,-lci.. ext'-rior, Ia curva represéntativa de Ia tensión en bornes

704

Uu es casi horizontal, pero a partir de plena carga, clcsciencle raipicla-mente al disminuir la resistencia. Con resistencias decrecientes, lacorriente I aumenta constantemente y para R : 0, alcanza su valormáximo

I r" : I ^o., = 2,5 1,,

de forma que el generador compound tampoco puede permanecer mu-cho tiempo en cortocircuito.

60.02 - 46

705

7 Acoplamiento de&:enerad.oresde coruiente continua

Conceptos generales

' En las centrales generadoras de energía e]éctrica, resulta co;ri'c-

niente disponer siemfre varios generadorEs 'd. corrient" .o"tio,ru. Sise trata de una central autónoma de corriente continu;r, porque unsolo generador que cubriera la potencia total de la red, habria detrabajar durante largos períodos de tiempo a cargas parciales, ;i.)rIo tanto, a bajo rendimiento; disponiendo dos o más generadores, enlas horas de pequeña carga solamente funcionan una o dos unidacles,acoplando las restantes a medida que lo exigen las condiciones delservicio. Además, periódicamente, se han de parar las máquinas deIa central para su revisión, limpieza y, si fuere necesario, pu.u sureparación; una central con un solo generador, durante estas opera-ciones no podría suministrar energía eléctrica: por el contrario, sihay instalados varios generadores, éstos pueden inspeccionarse y lim-piarse uno a uno en las horas de menor carga y, mientras tanto, Iosdemás generadores pueden seguir suministrando energía eléctrica alos usuarios.

En el caso de centrales de corriente alterna, donde es necesariala corriente continua para Ia excitación de los generadores principalesde corriente alterfl? y, en muchas ocasiones, para la carga áe bateríasde acumuladores dé reserva, cabe hacer análogas consideraciones, so-bre todo, en los casos en que la central dispone de barras de excitacióncomunes a todos los generadores: un solo generador de corriente con-

747

tinua, si se &','uría, puede significar el paro total de la central, mientrasque si se ciispone de varios generadores, Ia avería en una de ellossignificará, como máximo, el paro de uno solo de los generadoresprincipales de corriente alterna.

De acuerdo con estas consideracicnes, es fácil comprender que, ade-más de los generadores de corriente continua que se consideren ne-cesai'ios, conviene instalar también uno o más generadores de reservapues, de esta forma, se facilita la inspección y limpieza de los gene-rador,-s, sin necesidad de que ia central haya de funcionar a una partede su carga.

Como sabemos, existen dos tipos fundamentales de acoplamiento:

1. Acoplarniento en paralelo, cuando una sola máquina no puedesuministrar toda la corriente de carga necesaria.

2. Acoplantiento en serie, cuando una sola máquina no puecle.pro-ducir ia tensión en bornes suficiente.

El acoplamiento en paralelo es, con mucho, el más empleado, porIo que est'udiaremos este tipo de acoplamiento con más detalle; elacoplamiento en serie solamente se utiliza en casos especiales, que

Con,liciones generales de estabilidad

Para el funcionamiento conjunto de dos o más generadores aco-plados, deben asegurarse dos clases de es+abilidad:

1. Es ebilidad electromecd,ttic:a. El funcionamiento de los gene-radorqs acoplados es estable si se cumplen estas condiciones:

ct) cuando aumenta su velocidad, la máquina toma una cargasupei'ior

b ) cuando disminuye su velocidad, la máquina es aligeradade una parte de .su carga.

Evidentemente, en ambos casos, el grupo máquina motriz-generadortiende a adquirir nuevamente la velocidad primitiva.

2. Estabilidad eléctrica. Para un funcionarniento estable de ge-neradores acoplados, deben cumplirse estas condiciones:

708

u) todos los acoplamientos sLrponen una polaridacl dctermi-nada de los generadores entre sí. No debe invertirse la po-laridad de un generador si no se invierte la polaridad delos demás

b ) como el sentido de rotación de los generadores es inva-riable, no se puede invertir el sentido de Ia corriente deexcitación de una máquina independientemente de lasdemás

c) adecuado reparto de cargas; es necesario que una cargaque afecte al conjunto de máquinas, se reparta entre ellasproporcionalmente a sus potencias nominales, con objetode que todas las máquinas acopladas alcancen simultánea-mente su potencia nominal al crecer la carga.

Sistemas de acoplamiento utilizados prácticamente

El número de sistemas de acoplamiento que teóricamente puedenrealizarse, es muy elev:ado. Si los generadores acoplados son todosdel mismo tipo, como ha1, 2 sistemas fundamentales de acoplamiento(paralelo y serie) y 4 tipos distintos de generadores (excitación inde-pendiente, shunt, serie, compound), se pueden obtener

2x4-B sistemas distintos de acoplantiento

Pero es que además pueden realizarse acoplamientos entre máqui-nas de diferente tipo (máquinas shunt con máquinas de excitaciónindependiente, por ejemplo) y, también, acoplamientos mixtos (porejemplo, máquina -shunt acoplada en serie con 2 máquinas shunt aco-pladas a su vez en paralelo).

Naturalmente, no todos los sistemas posibles cumplen ias condi-ciones de estabiliciad citadas en el parágrafo anterior. Y aun cum-pliendo dichas condiciones, la mayorÍa de estos sistemas no tienenaplicación práctica.

En el presente capítulo se estudiarán solamente los sistemas deacoplamiento que, de una u otra forma, tienen lrerdadera importanciaprá;tica. Estos sistemas son:

1. Acoplamiento en paralelo de generadores de excitación indepen-diente.

2. Acoplamiento en paralelo de generadores shuni.

709

3. Acoplamiento en paralelo de generadores serie.

4. Acoplamiento en paralelo de generadores compound.

5. Acoplamiento en serie de generadores shunt.

6. Acoplamiento en serie de genera.dores serie.j....:

7,Acoplamientoen.seriedegeneradoresshuntyserie.

A continuación, estudiaremos estos sistetnas de acoplamiento. Peroantes, por su especial importancia, trataremos de las condiciones ge-

nerales para realizar el acoplamiento en paralelo ya que, como se hadicho anteriormente, es el tipo de acoplamiento más empleado enla práctica.

Características generales del acoplamiento en paralelo

Se dice que 2 ó más generadores están acoplados en paralelo, cuan-do están conectados entre sí sus terminales de la misma polaridad(figura 614). Se dice .que el conjunto funciona en vacío, cuando nosuministra corriente a la ned exterior.

FiS. ó14.-Generadores acoplados en paralelo.

710

Supongamos (figura 614) que el generador Gl suministra corrientea una red exterior y sea Uu la tensión entre los terminales de acopla-miento M-N. Designemos por Ez la fuerza electromotriz del gencra-dor G2 y por rz su resistencia interior.

Según que Ia fuerza electromotriz Ez seá superior o inferior a U6,la máquina G2 funcionará como generador o como motor, respecti-vamente, en el momento de cerrar el interruptor de acoplamiento Q.Tendremos las siguientes relaciones

i

Ez- U¡Si Ez ) Ut,, Ez = Ut * rzl,, I - ,,

( genct .¿dor)

Si Ez 1Ut,, Ez: U¡,-rzl,,Ut- Ez

I - (rnotor)fz

Como, generalmente, Ia resistencia interior de un generador es muypequeña, para una diferencia suficientemente grande entre Uu y E:,la corriente I puede tomar un valor bastante grande, Io que ocurrcbruscamente al cerrar el interruptor Q.

Esta corriente provoca un par resistente brusco (caso. en queEz ) Uu) o un par motor brusco (caso en que Ez ( Uu). En an'li:i-siasos, el, c-onjunto de las. dos máquinas sufre una violenta sacudidamecánica, eue puede resultar perjudicial para los órganos mecánicosde ambas máquinas. Por esta razón, cuando se conecta un generadr-:ren paralelo con otros que ya están en funcionamiento, antes de aco-plarlo (es decir, en vacío) se da previamente a su fuerza electromotrizun valor igual a Ia tensión Ur existente en las barras de acoplamiento.

Cuando se ha realizado el acoplamiento, existe el problema del re-parto de cargas entre los generadores Gl y G2, es decir, del repartoentre ambos generadores de la potencia pedida por la red exterior.Para determinar la caracterÍstica Uu : f (I) del conjunto, basta conobservar que por estar acoplados en paralelo, los generadores Gl yG2 tienen Ia misma tensión en bornes y que las corrientes correspon-dientes Ir e rz se suman para dar la corriente total I en el circuitoexterior. Por lo tanto, y tal como se expresa en la figura 615, la ca-racterÍstica exterior del conjunto U¡ : f (I) se obtiene por suma, paracada ordenada, de las abscisas de las características Uu : f (Ir) y Ur : f(Iz) de ainbas máquinas. No debe olvidarse qué, según se ha estudiadoen el capítulo anterior, estas características corresponden a valoresbien determinados de los parámetros de regulación (velocidad, exci-tación) de cada uno de'los generadores.

7tl

\

uo= f ( t)

I= 11+12

exterior del conjttnto d.e 2 gerteradores acoplados en

e-ntre los ejes de las tensiones Uu sea igual a la con'icntc total cle cnr-gade Ia red.

Con esta representación, el pllnto de intcrsección P cl., Ias clc¡scaracterísticas exteriores expresa el ptrnto de funcionamiento ). lasabscisas correspondientes determinan las corrientcs Ir e I: suminis-tradas, respectivamente, por los _qeneraclores G1 y G2.

Se dice que la marcha en paralelo dc 2 generac'lores cs establccuando cualquier aumento de Ia corriente en uno cle los sc.neraclores,provoca una reacción en el conjtrnto que tiende a dismintrir el lalorde esta corriente, es decir, a l-olver al prirnitivo valor.

vamos a demostrar que, pora que lo ntctrcha etr pctralelo de 2 ge-neradores de corriente contínrm sea estable, es necesurio que st$ ca-racterísticas exteriores (Jt:f (I) sean decrecientes.

Vamos a suponer primero que ambas características son, efectiya-mente, decrecientes (figura 617) y supongamos que, por una razóncualquiera, el generador Gl proporciona .-u .o.riente Ir' tal que

Ii>It

Fíg. ó16.-Representación de las característicaspara el estudio de la ¡narclm en paralelo.

exteriores de 2 getteraclores

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I

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.F,g. ii5. - Característicaparc,ielo.

Por Io tanto, el punto de funcionamiento del conjunto está dadopol. la intersección de Ia característica Uu : f (I) V d" ia "u.u.t.risticade Ia red. Para una tensión cuarquiera roor ejemplo, la iensión no-minal U"), las abscisas de los prnlo, p,,'i. .oirerpondientes a Ia or_denada representativa de dichá tensión, ro., lu, corrientes Ir e Iz en_tregadas a la red por los generadores y la abscis" á;l;;;iá p es Iacorriente tot rl f, suma de las corrientes Ir e I:.

Veamos aiora Io que se refiere a Ia estabitiiqd del funcionamientoen paralelo. Para ello, vamos a suponer una .u.tu ;;r";;;=;'H;caso, es más cómodo representar las características exteriores Uu - f(I) de los dos generadoies tal como se expresa en la figura 61ó, esdecir, de forma que los ejes de las tensio.rá, en bornes u"o sean para_Ielos, Ios ejes de las corrientes de c::irg" i

"rt¿" sobre la misma líneahorizontal y sean de senticlo opuesto y, finalmente que ra distancia 00,

712

rJ t,l

713

y si se supone que Ia cargasuministrará una corriente

exterior no ha variado, el generador G2

Ir' : I - It'

El punto P de funcionamiento queda sustituido por los puntos pr ), p:.Pero, a partir del estado de equilibrio (punto de funcionamiento p),en el generador Gl un aumento de la corriente deierminu tuoUi¿íun aumento de Ia tensión en bornes q,je, a su vez pro\roca ,r, nr",.oaumento de Ia corriente y así strcesivámente, hasta que el g..r"rod¡,1.Gl toma toda la carga, si antes no han entrado en acción los élementosde protección contra sobrecargas del generador. A su vez, el genera-dor G2 va perdiendo carga. En resumen, los puntos de frrncionaniientose van alejando cada vez más del punto de equilibrio p ],, por lo tanto,en este

"áso, Ia maicha en paralelo es inestáble.

- Ahora, \ramos a hacer algunas consideraciones sobre la sensibiíidactde un generador a las variaciones de la carga total. se dice que un

Fíg. 617. - Características cxteriores desccnd.enles,clru en paralelo estable.

que propot'ctonatL una nTar-

Si la carga en la red no ha variado, tampoco habrá r'ariado la corrientede carga total I y el generado r G2 suministra la corriente

Iz' : I - Ií

El punto P de funcionamiento, queda sustituido por los puntos pr y pz.Puede apreciarse gue ha bajado Ia tensión en boines del generudoi Cl,lo que tiende a disminuir su corriente; ), que Ia tensün en bornesdel generador G2 ha aumentado, Io qr'r. ii..,de a aumentar- tambiénsu corriente. Por Io tanto, en ambos generadores existe la tendenciaa vo-lver a su primer reparto de corrientes, es decir, a volver al puntode funcionamiento P. Por consigtriente, en este caso, la marcha enparalelo es estable.

- Ahora supongamos el caso en que Ias características exteriores delos generadores acoplados en paralelo son ambas crecientes (figura 61g)y- I¡amos a aplicar el mismo razonamiento. Por una causa cualquiera,el generador Gl suministra una corriente Ir, tal que

Ii>It

711

Fig. 618. - Características exteriores ascertdentes,

en paralelo inestable.que proporctonan una tuarcha

715

generador es sel? sible a estas variaciones cuanclo los cambios de Iacorriente total cle .carga nrocrificá;;";rtbrlilente er varor de ra co-rriente suministrada por r,l generador.se puede demostrar que u, gr,rorctclor es tanto tu(ts sensible a lasvariaciones de la. carga total, cuaitto ttt¿is horizonteil es su cctracterísticcte.rterior Lru: f (I).si, tal como se erpresa en ra figura 6lg,lacorriente de carga totalvaría desde

I -OO',hasta el v¿llor

I' : OO"

el punto de funcionamiento de los generadores Gl y G2 acopradosen paralelo, pasa de p a p'. El generadlr G2,que tiene ra característicamenos inclinada soporta casi todo el aumento cle .u.gu, yu qr. tu ,u"_

Fig' 619'-fufarcltt en paralelo cle 2 generadores con carctcterísticas exterioresde distinta inclinación.

716

va corriente Ir'suministrada por el generador Gl es algo ma),or.qlrela primitiva corriente Ir, mientras que la nueva corriente I:, suminis_trada por el generador G2, es mucho mayor que la primitiva corrien-te I:.

Por otra parte, sucede que si las características exteriores de am-bos generadores están poco inclinadas, una pequeña modificaciónaccidental en cualquiera de ellas, provoca un importante desplaza-miento del punto de funcionamiento ]', por Io tanto, una gran varia-c.ión en el reparto de cargas. Como consecuencia, el conjunto resultademasiado sensible a cualquier perturbación.

De lo dicho se deduce fácilmente que los tipos de generadores concaracterística exterior ascendente (generadores serie, generadores hi-percompound) tienen una marcha en paralelo inestable si no se adop-tan precauciones especiales, que estudiaremos nrás adelante. y queIos generadores con caracterÍstica exterior descendente pero po.o 1.r-clinada (generadores de ercitación independiente, generadores com-pound) resultan excesivamente sensibles a las variáciones de carga.La mejor marcha en paralelo se obtiene con generadores shunt puessu característica exterior es descendente y suficientemente inclinadapara que el reparto de Ia carga entre 2 ó más generadores acopladosen paralglg no presente problemas importahtes:

Las condiciones necesarias para qr. dor o más -'neraclores de co-rriente continua puedan acoplárs"

"á pu.á1"1, tr" ,*^rig;i¿¡"t,

--

l. Las máquinas y las barras colectoras han cli: tener la mismapolaridad. La conexión a barras colectoras ile diferente pola-ridad, provocaría un cortocircuito.

2. conexiones apropiadas del circuito de excitación.

3. Las máqninas h;in de tener-la misma tensión nominal.

4. Reparto de la carga proporcionalmente a I.i potencia de losgeneradores acoplados. Para ello, debe procr:.á.r" que, en loposible, Ias características exteriores de las máquinas sean se-mejantes.

En el caso de varias máquinas acopladas en paralelo, las maniobrasque deben efectu-arse para conectar o desconectar una máquina sobreIa red, mientra:; las restantes unidades están paradas, ro., idérticas aIas ya estudiadas para el caso de una sola uniáad. Pero las maniobrasson diferentes, cuando se trata de conectar o desconectar un generadora las barras, si a éstas ya están conectadas otras unidades.

717

Fig. ó20.-Esquelrla para estudiar las concliciones del acoplantiento en paralelode 2 generadores.

Veamos ahora cuales son las operaciones generales para acoplaren paralelo dos o más generadores de corriente continua (figura 620);supondremos que el generador I está 1,a trabajando sobre las barrascolectoras y que, para atender al aumento de carga, es necesario aco-plar en paralelo el generador 2. Deben realizarse las siguientes ope-raciones:

1. Se pone en marcha el generador 2, con su interruptor generalabierto, y se Ie excita haciéndole funcionar en vacío. Se com-prueba que la polaridad de los conductores se correspondanen las 2 máquinas, para lo que se instala un hilo fusible pro-visional entre los bon:es a y c del interruptor general, y unvoltímetro entre los bornes b y d del mismo interruptor. SiIas conexiones están bien realizadas, el voltÍmetro marcarácero, de lo contrario, el aparato indicará la suma de las ten-siones en bornes de ambos generadores. Esta comprobación sehace de una vez para siempre cuando se realiza el primer aco-plamiento en paralelo.

718

se regula Ia excitación del generador z, de forma que su tensiónen bornes sea igual o casi igual a Ia del generadór 1.

Se cierra el interruptor principal.si las tensiones en bornes de las dos máquinas no son exac-

tamente iguales, circula una corriente compensaclora entre laparte, de Ias barras que'unen ambas máquinas; es, decir, queel generador que tiene Ia tensión mas erÉ"u¿u'suminisiru io-rriente al otro generador, el cual funcionaráicierto ti";;; ;o*omotor, ayudando a su máquina motriz y, corilo consecuencia,aumentará su tensión, suministrando después corriente a lasbarras. Más adelante veremos que esta corriente compensadoraprovoca dificultades para el accionamiento en paral-elo de ge-neradores serie y compound y las formas de ioluc:cnar ei:einconveniente.

se reparte Ia carga total entre los 2 generadores. si ambos sonde la-misma_potencia, se buscará repartir la carga por igual,P-ara Io que debe aumentarse Ia excitación del g"rr.rudo, : .or.objeto de cargarlo y, simultáneamente, se reducirá la excitacióndel generador 1, para descargarlo.

cuando el generador 2 vaya cargando, su máquina motrizdisminuirá la velocidad y el iegulador de dicha ááqurna n, -triz, que tiende a mantener constante o casi eonstante €slvelocidad, aumentará de forma ""iááaii;-;"-;irrJ,

"LJi,_.

(vapor de agua, gas, petróleo, etc...). En Ia máquina motriz ci¡lgenerador I sucederá Io contrario, es decir, qu¿ este generador-aumentará su velocidad hasta que el regulador de Ia máquinamotriz haya graduado de forma conveniente la admisión defluido motor. si es necesario, puede aumentarse gradualmenteIa excitación del generador 2, hasta trasladar toda la carga delgenerador 1 al generado, 2 y, entonces, cuando el generidor Ifuncione en vacío, es decir, iotalmente descargado,

-se Ie poa..

desconectar de Ia red, abriendo su interruptoi general.De Ia forma descrita, se puede también conseguir el reparto

a voluntad de la carga de la red entre varios geñerador.q "onsólo variar la resistencia de su circuito de exc]tación: el g..r"-

rador con mayor tensión en bornes, cederá más intensida? decorriente a Ia red, y viceversa. En el lenguaje de Ios electricis-tas, esta operación se denomina pasar la carga entre los gene-radores acoplados y es particularmente interesante cuanJq setrata de acoplar dos o más generadores de distinta potencia, encuyo caso, la carga debe repartirse proporcionalmente a la po-

2.

3.

4.

719

tencia cle dichos gcnet'adol'cs. Para paser Ia carga entre 'ariosgcneradores-, se procecl.' de iguel -in".n que para el caso declos *eeneradores, quc acabn-Iu. de explicai.

Acoplamiento en paralelo cle generaclores de excitación independiente

En Ia figura 621 se muestra el conc-xionado de 2 -seneradores dee'rcitación independiente, dispuestos para su acopla.ni"rito en paralelo.No importa que cada generador tenga una potencia diferente aunque,en este caso, la carga debe repartii's" p.opoicionalmente a Ia potenciade cada generador.se puede observar en la figura quc-, tanto las barras colectoras ogenerales, como las barras de excitáción, son comunes a ambas má_quinas. cada máquina está pror-ista de r-oltímetro, amperímetro, regu_Iador de tensión, fusibles, interruptor unipolar general, e interruptortrni¡;;lar automático de contracorriente pá.u er-itar que se invierta Iacor': iente en un generador, en cuyo .uio funcionaría como motor.cu¿rtrdo ias máquinas son cle gran potencia conviene sustituir los fu-sibl':s-por rril interruptor automático de máxima intensidad. l- l-,",^*I)sb.' instalarse ta¡nbién un

'oltímetro de lÍnea, ]-u ;;-n las ma_niobras ce aconlamiento es necesario .áÁpurar Ia tensión en la líne:,c'- ir I;, tc',sión cn bornes de la máquina q.r. ," pretende acoplar, paraconoccr el rn-.mento en que debe iearizaise er acopla*i".-tJ sin em_bar, r, resulta p;eferibl. ál ,rontaje de la figura 621, es clecir, un vol_tímr- i'o en cac a máquina, micliéndose entJnces la tensión de líneameciante c(rn¡¡¡¡¡'dores instalados "r,

cada uotti-"t.o, á. "rta

forma,al medirse con el mismo aparato la tensión de rÍnca v lu t-ensión enb' 'iles de Ia m.áqtrina, cuaiquier error de medida "rát" ig-uarmentea ambas medicionL's y er acópramiento

", furul.ro p,r.á. -Ei".t.ru.r"

sin riesgr-,.L¿rs maniobras para la conexión, desc<-¡nexión y reparto de carga-'ntre le.-s generadores se han explicado en un parágiafo anterior. Sola-mentrr clebe advertirse que, como estos generado.; ;;; ;;; sensibresa las variaciones de cárga clebido u rii carácterÍ:;tica extárior poco

'^::lt:10_rl q'n,el momenro- del acggJami*to, ru tensión'd;-i;t*aq,ri.,ugu€ se la a a.coplar,'ha de ser iáéntica a ia tensió"-a. u"¡.^r,;;;;

Lrna pequeña diferenciá de rensión pued" ;r"1,;;^'b;;J;; cambiosde carga de una unidad a otra. sin imba.jo, .n ra práctica convieneque la tensión en borne-s del generado. q,r"" ," ,,u a acoplar sea algoma)"rr que Ia tensión de barras, para evitar un ligeríriilo clescensode tcnsid;n en la red.

720

Fig. ó21.-Conexionadocit ación i, :dependient e.

Borros

del acoplamiento en

de excitocidn

paraleto de 2 generadores d.e ex-

Acoplamiento en paralelo de generadores shunt

En Ia figura 622 se representa el conexionado d.e 2 generadoresshunt, dispuestos para su iuncionamiento ".,

p"rurero, que "¿^

iiri"r"del esquema co*eipo"dient; ; ü;;;.."d'i"; d" ;;;it;;tó.,^ind"p.r,-diente (véase figurá ó2r) más qo" Z.,ti;;;".iones de los circuitosde excitación.Las maniobras de conexión, desconexión y reparto de carga entreIos generadores se han estudiacr, ;; ;-fu'.ag.uro anterior, p,or roque no insistimos sobre esta cuestión. sorament" d.b"*os añadir queIos generadoies shunt, a causa de su .u.u.i".istica exterior, descen-

Borros generotes

60.a2 - 47

721

Borros generolesBorros generoles

T.i

I

I

S

ilff]óq t&-l

r

I

ttI

D ¡#r.ilóq til

E H A L D C B H A L D c

IA A(G2\-Vq2Fíg.622.-Conexionadg det acoplamiento en paralelo de 2 generadores sltunt. Fig. ó23.:Conexianado para

shunt, tonnndo la excitációqtel acopl.ar¡¡i¿ttto en paralelo de dt ; ga.tet.;iortsde las barras colectoras.

dente y bastante inclinada, son las máquinas más adecuadas para lamarcha en paralelo, en Io que a estabilidad y sensibilidad se refiere.

Cuando en las barras colectoras se dispone de una tensión cons-tante por estar conectadas a ellas, por ejámplo, una batería de acu-muladores, en vez de tomar Ia corriente dé

"*óitu.ión de Ias escobillas,

se toma directamente de las barras, tal como se expresa en la figurá623. De esta forma, se pasa de Ia excitación shunt a Ia excitaóiónindependiente. con esta disposición se puede efectuar con mayor rapi-dez el acoplamiento en paralelo; efectivamente, Ios generadorés shunt,especialmente si son de gran potencia son relativamente lentos en ex-cjtarse y si, como se inclica en la figura 623, la excitación se tomadirectamente de las barras, desde el piincipio'se dispone de Ia tensiónnormal en el circuito de excitación y no hay que esperar a que lamáquina esté en movimiento: es decir, que el generadór se excita conmucha mayor rapidez que en el caso .., que la excitación se tomarade las escobillas de la máquina.

722

Acoplamiento en paralelo de generadores serie

El acoplamiento en paralelo de generadores serie no se utiliza nun-ca en las centrales eléctricas porque, como veremos más adelante,es inestable. Solamente tiene aplicación en el frenado eléctrico demotores serie de tracción en cu)'o caso, éstos pasan a funcionar comogeneradores serie acoplados en paralelo; durante el frenado eléctrico,Ios motores se desconectan de la red de alimentación y se conectana los bornes de una resistencia para suministrar corriente: como ve-remos, esta disposición sólo es posible mediante algunas variacionesen el circuito en paralelo.

Veamos a continuación lo que sucede cuando dos generadores seriese conectan en paralelo (figura 624). Desde el punto de vista electro-mecánico, este acoplarniento es estable puesto que, como sucede con1od,gs los generadores de corriente coniinua,

"r, ,r., generador serie,la fuerza electromotriz es proporcional a Ia velocidadl Pero este aco-

723

plrttnic'nto es mllf inestablc descle cl punto de vista eléctrico comovllrrlos a ver enseguida.

. s; amb,s -seneradores son cle la misma potencia I. tienen la mismafucrza electrom otriz, Ias corrientes que suministran a la red son:

It: I:- I2

supc',rgamos que, por tina raz-ón- cuarquiera (por ejempro, una li_ge' 'r disminución d.' Ia r erocidad de lu *aq,riná moiriz), áLsciend"la l'uerza electrom otriz E: del generado r G2. ^En

estas circunstancias,se originará una corriente .o,ip".,radora J desde E, ; E; irr" ual"

i:,iirÍ:i';i:.qtrcttut ittcorrccto pttru el ctcopltuttiarto e,t pttratero cre dos gene-

t- Et-E,R¡r*R.r*R,:*R.:

Entonces, el generaclor G2 suministrará a la red una cr¡rriente

Ii =

y el generador G2

Fig. ó25.-Cone.rión ett cruz para el acoplarniento en paralelo de clos gene-rudores serie.

es decir que tendremos:

En el generador GlEtt el generador G2

Pero esta corriente I:' es también la corriente de excitación de G2 yal disminuir esta corriente, disminu¡'e también la fuerza electrom otrizde G2, con lo que irún se hace -uyoi la corriente cle circulación J, queprovoca una nueva disminución de Ia corriente de excitación du ó2,y así sucesivamente. Llegará un momento en que se tenclrá

I,,7en cuyo caso, Ia corriente del generado r G2 se hace negativa, es decir,cambia de sentido.

Al invertirse el sentido de su corriente de excitación se inviertetambién la polaridad del generador G2; en este momento, está co-nectado en serie.con el generador Gl sobre el circuito locá de muypoca resistencia, lo que constituye un cortocircuito violento q". pu.áádañ'3rse'iiamenteambasmaquinaS.--._-

Para rcsolver esta inestabilidad elóctrica se utilizan dos procedi-mientos:

1." Conexiótt en cruz, representada en la figura ó25 que consisteen conectar el arrolla:niento del inducido de .oáo uno de los genera-dores serie, supuestos cle Ia rnisma potencia, .o., "i urráiru*iento de

Ii > ItI¿' 1'Iz

I +l2'

If-, _

a)-2

724

-t

725

I

oe-v

Iiig. 626.7E.f ecto de la barra cle'equilibrio endos generadores ieríe.' ,'

excitación del otro generador; de esta fonna, cualquier aumento enIa corriente del inducido de un generador se traduce en un aumentode la excitación y, por lo tanto de Ia fuerza electromotriz, en el otrogenerador y, en estas condiciones, la marcha en paralelo es eléctrica-mente estable y puede realizarse sin peligro de perturbación. Este esel procedimiento utilizado en el frenado eléctrico de los motores seriede tracción al que anteriormente hemos hecho referencia.

2." Barra de equilibrio o cottductor de contpensaciór?, representadoen Ia figura 626, que es un conductor de gran sección (25 a 30 por100 mayor que la sección de los conductores de las rnáquinas) y, porlo tanto, de pequeña resistencia eléctrica. Esta barra no está en comu-nicación con el circuito exterior, sino que a ella van conectados todoslos arrollamientos de excitación serie de las máquinas acopladas enparalelo, de forma que estos, arrollamientos quedan conectados en

726

paralelo. De esta forma, si uno de los generadores suministra unacorriente más elevada que el otro generador, a causa de una acciilentalsubida de su fuerza electromotriz, el exceso de corriente de este ge-nerador se reparte entre los arrolla.mientos de excitación serie, en razóninversa a sus resistencias : si se consigue igualar las resistencias detodos los arrollamientos, la carga se repartirá exactamente entre arrr-bas máquinas J{a que, a conseóuencia de la instalación de la barrade equilibrio, la corriente de excitación es la rnisrna en todas lasmáquinas conectadás en paraleló. Este procedimiento se emplea, comoveremos enseguida, para el funcionamiento en paralelo de generadoresde compound, puesto que, como ya sabemos, estos generadores llevanun arrollamiento de excitación serie.

Acoplamiento en paralelo de generadores compound

En la figura 627 se representa el esquema de conexionado de 3generadores de excitación compound, preparados para su marcha eiiparalelo. Como estos generadores llevan arrollamiento de excitaciónserie, es necesario unir por medio de una barra de equilibrio los bor-nes que, en todas las máquinas, son comunes al inductor -v al inducidoLas resistencias R son dá ajuste y están destinadar, .o*á ,e ha dici.,en el parágrafo anterior, a igualar las resistencias de los arroilamientosde excitación serie de todas las máquinas. Los interruptores I. sollde conexión a la barra de equilibrio.

Las operaciones de conectar, desconectar y pasar la cai'ga en Iosgeneradores son esencialmente las mismas, ya explicadas en un pará-grafo anterior. Pero en este caso y dada Ia existencia de los ariolla-mientos de excitación serie que, eventualmente, pueden provocar con-diciones de funcionamiento inestable, son necesarias algunas precau-ciones, que vamos a enumerar.

AI efectuar el acoplamiento en paralelo de generadores compound,es necesario cerrar los interruptores I" de acoplamiento a la barrade equilibrio, antes de efectuar el acoplamiento en paralelo y abrirlosal parar los generadores. Para evitar el olvido de esta p...r,r"ión, con-viene disponer los interruptores de acoplamiento tal como se repre-senta en Ia figura 627, es decir, mecánicamente solidarios con losinterruptores generales de línea, con Io que se conecta o desconectala barra de compensación, al mismo tiempo que el generador se co-necta o desconecta de las barras colectoras.. Si hay 2 máquinas y alternativamente deben utilizarse para cargarbaterías de acumuladoies, deben tener su arrollamiento dé excitaciónserie dispuesto de tal forma que se Ie pueda poner en cortocircuito

+-comilensocron

o- Sln conductor de compensocidn b-Con conductor de compensocidn

el uéol.:i.cttttietúct en paralelo' de

727

oT)

oo

-(Doo(:"

{cccf)

c)oL

ofD

|/¡ r I I

L

IÉ.

E_r i tiJI

lut_i

-(+-+ I'{i {:}fI

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§§

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oo§§)

§L

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oH§)

oU

I

ñc\¡\ci

ioa.

Fig. 628.- Esquemantietúo en serie de 2

incorrecto para el acopla-generadores slnmt.

qar? interrumpirlo posteriormente, porgLre, en este caso, la regulaciónde la tensión debe realizarse exclusivamente por medio'del-arrolla-miento de excitación shunt (recuérdese que la eicitación compound noresulta apropiada para cargar baterÍas de acumuladores). Durante lacarga de baterías, debe interrumpirse la conesión del arrollamientode excitación serie de la segunda máquina (es decir, la que no cargala baterÍa), con la barra de equilibrio.

Acoplamiento en serie de generadores shunt

Este tiiro de acoplamiento se repres,rnta esquemáticamente en lafig''rr-a 628; se utlliza solamente en las instalaciones trifilares puesprescnta los siguientes inconvenientes:

a) peligro de un mal cebado; supongamos que el generador GLse ceba antes que el generador G2. Como éste no tiene todavíafuerza electromotriz,lu arrollamiento de excitación está atra-vesado por una corriente de sentido inr,"rso ál á"- l" .;;.i;;i.normal y, por lo tanto, el generador G2 puede llegar a cebarsecon una polaridad inversa a la deseada.

b ) mala estabilidad; efectivamente, si un generador adquiere ve-locidad, resulta un aumento de fuerza electrom otriz lo queprovoca un aLlmento de la corriente de excitación y un nuevo

728729

aumento de la fuerza electrom otriz; y así sucesivamente, loque hace crecer la sobrec arga. Pero estos fenómenos no tienenrepercusión sobre Ia carga de los demás generadores. Ademássi Ia máquina motriz d; Lrno de los g;".uáor;;;il"

^;;;avería y el generador funciona, por lo tanto, como rnot'or, ésteno puede recibir energía de los otros generadores conectadosen paralelo, ya que Ia corriente de su inducido no cambia desentido.:

_ , )uede mejorarse la estabilidad .v resolverse el peligro de un malceb\de, conectando los arrollamientos de excitación de ambos gene-raclg¡ss en serie, tal como se expres3 en la figura 629; entonces ]osind\sts¡ss están sometidos a Ia tensión total tenienrdo necesariamentesus se¡¡ientes el mismo sentido y, por lo tanto, ya no se puede ma-nife5¡¿¡ ningún desequilibrio "rrir. 1", respectivas intensidades deam§as corrientes de excitación.

Acoplamiento en serie de generadores serie

, Este acoplamiento está representado en la figura 630. cuando unooe le5 generadores no está en servicio, se cortocircuita por medio deun tond¡rctor de gran sección. para acoplar un generador se le hacegira¡ hasta alcaniar Ia tensián en bornls nomiñat y, desp"é;, ;- I;Pone en carga, :suprimiendo el cortocircuito.

Fig. 630.-Eiquertia d.'t. aco-planúento en serie de J gerte-radores serie.

El acoplamiento es completamente estable, ya que la misma co-rriente atraviesa todos los arrollamientos de excitación y un generaclorque adquiere velocidad, toma carga sin influir sobre los dem.,s.

Este acoplamiento se empleó en el transporte de energía a corrienteconstante. Actualmente, se empiea en el frenado eléctrico de *ofo."tserie de tracción.

Acoplamiento en serie de generadores shunt y serie

Este acoplamiento se reprcsenta'en la figura 631 y se ui:.iza a,!i:. .sveces para obtener un conjunto equirralente a un generador compoundadicional. El generador serie interviene para proporcionar una tens!ói:complementaria y siempre es de potencia mucho menor que el gene-rador shunt.

FiS. 629. - Esquemanúento ett serie de 2

correcto para el acopla-gerteradores shunt.

Fig. 631. - Esquetna delde un gerterador sltunt

acoplantiettto ett seriey un getterador serie.

731

\

Para e'itar el pcligro cle trn mal ccbaclo, el arrollamiento de exci-tación shunt ha de ."-. d" .on"*i¿., irüirl .o-o se expresa en Iafigura ó31 ; si cste arroilamiento fuese- áe conexión corta (lÍnea depuntos en la figura 63r), en el caso de qtre"l g".r"rudor serie se cebaraantes que el generador shunt, Ia .oi.i".rt"-"r, er arroilamiento dee'xcitación shunr tendría r"rrtiju. áp;;r;;^;i previsto y las máquinasquedarían conectadas ."" o;;;jción en t.rgu.-a. estar conectadas enserie, como se pretende. err ¡qécrr

8 Característicasde funcionamiento cLe 1osmotores de corrientecontinua

Funcionamiento'como motor de Ia máquina eréctricade corriente continua

Los motores eli'ctricos cle corriente cc¡ntinua ricncn trna clisposiciónmuy similar a Ia de ros gencrac{ores .!" .o..i"nte continua, \,a que estánbasados en el hecho de- q,e los fenóm.no. á" conr.ersión cle enersÍamecánica en energÍa elerctiica qlre se procltr."n-."""r¡llilü.ff:";,jreversibles, es decir, que si cn lugar a" u..ionar mecánicamente elinducido de un g".r".utor, para pr-oducir una corriente eréctrica, su_minisrramos al arroilamienfo cre este ;ir;; inducido una corrienteeléctrica, el inducicru girará y Ia miq.ri.,o ,*iuu.a conr.ertido de estaforma en un motor. Vámos i examinar el principio de funcionamientocle una máqtrina eléctrica cle corriente continlla corro mctor.consideremos el campo magnético indr-rctor de ,na máquina enIa qtre no circtrla corficnt. pui lr,¡s concrr.,á.", de srr incrucido ; IasIÍneas dc' fucrza se distribuiren .t-*o'rJ-;;i.; ;; t^'f,;;; 632. sise hace circular una corri.nti pu. l;r;;ái,.,or". ¡;i';;;.,d;;, ó;cada uno de ellos se producirá un ."-po magnc,tirio quc, al super_ponerse al campo principal, provocirra una clistribuuión de las líneasde fuerza como se lndica

"., io figura oil, J'.o.,rpu nragnético se hadistorsionad,, puesto q.e ras ríncal de f,erza ).a no sigtrcn trayectoriasaproximadamente rectilíneas conlo en ra ñ*;;-o¡i.'"-^r

rrc'-)

732

733

==---}:II

F'ie. 632. - Distribución detiiua, debida solamente al

laslíneasd.eluerzaenufintotordecorrientecott'cornpo nngnético inductor.

Fig. 633. - Distribución de las líneas de luerzanua, debida a la interacción entre el c,atnpornagnético de los condtrctores del inducido.

en un tnotor de corriente conti-magnético inductor y el cantpo

Ahora bien, estas líneas de fuerza tienden a acortar su trayectoria'

por lo que pueá; considerarse que están sometidas. S tensión' Cada

;;; ;. ior .o"¿üctores de la fi§ura 633 está sometido .1 '1u fuerza

;;; ;;r;;;r "l'giro del inducido; tal como se há explicado en un

Éupit,rfo anteriorl-.i r""tiao de giro está determinado por la regla de

la'ma.ro izquierda, es decir que, en nuestro caso, el inducido girará

a derechas.- -¿";;áá gi.u el inducido, los conductores que contiene cortan las

líneas de fuérza del campo magnético, de tal forma, que inducen una

fuerza electroÁI.i, "" "t i"a,i.ido. Según la ley de Lenz, el sentido

de una fuerza electrom otriz inducida és opuesto a la causa que lo

frá p-a"cido, en nuestro caso la tensión en bornes. Por esta razón

," á.¡o* ina'fuerla contraelectrontotriZ y es una magnitud muy im-

;;r;;;" á" "i funcionamiento de una máquina de corriente continua

como motor, como veremos en los parágrafos siguientes.

Fuerza contraelectromotru de un motor de corriente continua

La fuerza electromotriz indtrcida en un motor, que hemos llamado

fuerZa contraelectrontotrí¿ porque es de sentido opuesto a la tensión

734

en bornes del motor, se deduce de la misma forma que se hizo parala fuerza electromotriz de un generador. por Io tanto, Ilama::do:

N : número total de conductores del inducidop : número de pares de polos de Ia máquinaa. = número de pares de ramas en paralelo

- en arrollamiento imbricados a : p

- en arrollamientos ondulados ? _ 1

,7 = velocidad de la máquina en r.p.m.oo = flujo magnético en vacÍo, en webers

La fuerTa contraelectrotnotriz en vacío vale:

NDnE ' @, voltiosLo- "

60

También en el caso del motor caben hacer las consideraciones res-pecto a la influencia de la reacción de inducido y a la disminucióndel valor de Ia fuerza contraelectromotriz que provoca; por esa razón,si llamamos

1- -q.

l--:Í-

Q - fluio ntagnético en carga, en webers

735

'!

la fuerza contraelectronrctriz en carga vale:

NDnD-"-T 60

En una máqtrina ya construida,p y a, por lo que podemos expresar

O voltíos

son constantes Ios valores de N,que

E - KnQ

Tensión en bornes y caídas de tensiónen un motoi. de corriente continua

El valor de Ia tensión en bornes Uu de un motor de corriente con-tinua, debe cübrir Ia suma de tensiones presentes en el circuito, esd'-'cir, Itr fus¡2¿ contraelectromotriz E, y las caídas de tensión internasen el nrotor. Por lo tanto tendremos que, en carga

cle ,jonde .

E : Ut - E R /Como e r el. caso de los generadores, el término I R I es diferente

según el tipo de motor: shunt, .serie, "1t....

y según que dicho motoresté provisto o no d'. polos de conmutación, airoliamiento de com-pensación, etc... A continuación, se estudiará el valor de r R I paralos dir,tintos tipos de motores.En un t¡rctor con excitación independiente (figura 634),la cor.rienteqtie atraviesa el inducido es igual a la corriente á" .u.gu,'es decir, eue

I:I¡

»R I _ I (Rr * R" + R.p) ¡ 2ue

R¡ : resistencia del arrollamiento del inducidoR. = resistencia del arrollamiento de los polos de conmutaciónRo : resistencia del arrollamiento de compensación2 un : caída de tensión debida a las escobiilas

736

Fig.634.-Représentaciótt esquetnritica de rut n¡otor con excitaciótt i¡l¡lspen-diente.

Se notará que en I R I se han incluido todos Ios arrollamientosconectados en serie en la máquina y atravesados por la corriente decarga. Naturalmente, si en un motor falta uno o más de los arrolla-rriientos citados, bastará con suprimir el factor correspondiente, igua-Iándolo a cero.

En un motor con excitación serie (figura 635) solameilte existe uncircuito. En este caso tendremos también

I:Ii

RD

¡, la suma de caidas de'tensión vale, en el cáso más generarl :

I R/ : I (R¡ + R, + R. * Ro) | 2ue

R¿ - resistencia del arrollamiento del iri.iucidoR, - resistencia del arrollamiento de , tcitación serie

ó0.02 - 48

n,lrt,v

737

Ro

Fig. 635.-Representación esquemtitica de un ntotor con excitación serie.

R" : resistencia del arrollamiento de los polos de conmutaciónRo : resistencia del arrollamiento de compensación2 ttB : caída de tensión debida a las escobillas

En un motor con excitación shunt (figura 636), existen 2 circuitos :uno principal, recorrido por Ia corriente del inducido Ii y otro, enderivación, por el que circula una corriente I¿, que vale

r. - uo."_T;:ñl

R¿ = resistencia del arrollamiento shuntR, : resistencia del regulador de velocidad

Cuando el motor funciona con carga, Ia corriente en el inducidovale

738

ris' ó36.-Represelttación esquemática de un ntotor con excitaciün st::tt.

I¡: I _ I¿

y funcionando en vacío

I¡=Io-I¿

1o = corriente en vacío del motor

En el caso más general, la suma de las caíclas de tensión es:

IR/ : I¡(R¡ * R" * Rn) * 2ue

R¡ = resistencia del arrollamiento del inducidoR" : resistencia del arrollamiento de los folos de conmutaciónRo : resistencia del arroilamiento de compensación2 u, - caída de tensión debida a las escobillas

739

Ilg. ó37.-Repr,'sentación esquenuhica de un tnotor con excitaciótt cortrpound.

R¡ - resistencia del arrollamiento del inducidoR, - resistencia del arrollamiento de excitación serieR. - resistencia del arrollamiento de los polos de conmutaciónRo - resistencia del arrollamiento de compensación2 un : caída de tensión debida a las escobilias

Suponiendo el caso teórico de que en un motor en funcionamientono existan rozamientos mecánicos que dificulten la rotación del indu-cido, no se precisará fuerza alguna para mover el inducido y la co-rriente será nula. Por lo tanto, se tendría

ERI _ O

Para este caso de marcha en vacío teórica, se tendría que

Ut: E

En realidad, en un motor que funcione en vacío hay que vencer roza'mientos en los cojinetes y por esta razón, un motor trabajando enestas condiciones siempre desarrollará una fuerza para vencer dichosrozamientos, es decir, por el inducido pasará una p-'queña corriente Io.

Por lo.tanto, con el motor funcionando en vacíc,, se tendrá:-

uo:E+Ir,Ry como I I. R es muy pequeña, se puede desdeírar en muchos casospor lo que se puede admitir que en un motor que funciona en vacío:

Ut=E

Corriente de carga de un motor de corriente continua

Recordando la expresión general

y haciendo

XR: R¡,r

R¡,r : resistencia interior del motor

En un nrctor con2 circuitos recorridos,y por le corriente endremos

exc it aciórr corttpour tdrespectivamente, porderivación Ia. Como

(figura 637), también hayla corriente de inducido /¿

en el caso anterior, ten-

UoI¿:

R¿*R'

I:=I-lu(en:carga)

I¡ = Iu - I¿ (en vacío)

En el caso más general, la suma de las caídas de tensión vale:

710

xR1: I¡(R¡ + R, * R. * Ro) { 2ue

74t

.T

Podemos deducir el valor de I de Iasterior, teniendo en cuenta que

fórmulas del parágrafo an-

I-I¿

ya que fa es muy pequeño.Efectivarnente, tendremos eue :

U6:';- PI_R¡n,

y como en esta expresión, tanto U¡ Co[ro Rint soo térfninos constantes,solamente podrá aumentar la corriente de carga I si disminuye elvalor de la ftterza electromotriz E. Si el flujo (D es constante, tenemosque

E = Kn

Como al aumentar Ia carga de un motor, disminuye su velocidad,disminuirá también el valor de la fuerza cbntraelectromotriz E, Iopreciso para que circule Ia corriente necesaria para vencer las resis-teneias mecánicas. Es decir que un motor de corriente continua so-larnente absorbe la corriente necesaria pora la carga.

Velocidad de un motor de corriente continua

Del valor encontrado anteriormente para la fuerza contraelectro-motriz de un motor de corriente continua

E: Kn@

se puede deducir directamente el valor de Ia velocidad

Por otra parte, sabemos que

E -Ut - »R/

y por lo tanto tendremos

Ua - » R 1n--Kt

o

De los valores consignados en esta ecuación, para un motor dado,solarnente son v4riables Ia corriente de carga I y el flujo magnético o.Por,lo tanto, la velocidad dependerá,

"r..r.Iá[*énte, a" .Jrr=J;; ;rs-

nitudes. Si crece Ia carga, aurnenta Ia corriente de carga I I' disminuiIa velocidad del motor'; si crece el flujo o, también dismi¡u}-e lnvelocidad del motor. Por consiguiente, a consecuencia de un aumentode carga, la velocidad disminuye pero puede volver a su valor anteric;,-debilitando el flujo de fuerza O.

si, por una causa cualquiera, el flujo magnéticc¡ @ del motor scniciera muy pequeño, como ocurre, por ejemplo, desc<.lnectando elarrollamiento de excitación, en cuyo caso el flujo magnético estaríaproducido solamente por el pequeño magnetismo remanente, entoncesaumentaría exageradamente la t,elocidad: este aumento exagerado yrepentino de la velocidad se denomina entbalanúento. Al embalarsLIos- motores, Ios zunchos que sujetan el arrollamiento al cuerpo clelinducido, quedan sometidos a un gran esfuerzo provocado po. lafuerza centrífuga I' existe el peligró de que se rompan. p, r consi-guiente, en ningtin. caso debe interrútítpir'se Ia excitaciói dc i:,r r1" i?.t"en funcionantíento. Por regla general, cuando un motor se c'l¡bai:, Jacorriente de'carga r crece extraordinariamente, ya que al desapar,.- :rprácticamente el campo magnético, la fuerza contraelectromotriz cis-minuye considerablemente; por lo tanto, actuarán las proteccioi'rescontra sobrecargas del motor y éste se parará.

corriente de arranque de los motores de corriente continua

Hemos visto que el valor de la corrienfe en un motor es

Ut-EI_Ri,,,

Ahora bien, en el momento de arrancar, el inducido está parado v nohay, por consiguiente, producción de fuerza contraelectromotriz; csqecrr que en el arranque

EKr_o

742

E-0

713

)', entonces, la corriente r-alc

I¡ -

It -R;n, * R¿

, A medida que aumenta la velocidad del motor durante el períodode arranque, y va desarrollando una fuerza contraelectromotriz cre-ciente, se va redtrciendo poco a poco Ia resistencia de u.ru.rq,r" hastaque cuando el motor alcanza Ia velocidad nominal, se d"sconecta to-talmente Ia relistencia de arranque, y er inducido queda-conectadoal valor total de la tensión de la ie¿. fuas adelante, uilu"."*os sobreesta cuestión y estudiaremos los distintos tipos Ce resistencias dearranque que se utilizan en Ia práctica.

Potencia y par motor de un rnotor de corriente continua

La potencía absorbida de la red por un motor de corriente conti.nua vale

744

Po:UoI vatios

y la potencia suntinistrada, es decir, la potencia en el eje o en la poleadel motor vale

D-EI yatíos

esta es, por Io tanto, la potencio mecánica.Como, por otra parte, tenemos que

E: Ktn@

Ia potencia mecánica vale también

voltios

P: Ktn@I yatios

La expresión del par motor es

M:Fr kg-nt

F == fuerza con'que el motor arrastra la máqurna acclonaqa, enr - radio de la polea de la máquina accionáda'en m.

En el movimiento circular, la potencia o trabajo por segundo estáexpresado por

Ut

R¡n'

Por otro lado Rrnt s€ hace muy pequeña con objeto de reducir, en loposible, las pérdidas por efecto Jouie. Como .ori"cr.ncia, la corrientede arranque I¡ tiene un

'alor muy elevado, Io que préd" provocaruna sobretemperatura excesiva en el aislamiento det airollamiento delinducido que acabaría por quemarlo.

A medida que el motor va adquiriendo velocidad, la fuerza con-traelectromotriz E va aumentando hasta que al llegai a la velocidadnominal del motor, la fuerza contraelectrómotriz la adquirido tam-bién su valor nominal y la corriente de carga I adquiáre tambiénsu valor normal. Por lo tanto, hasta que la-velocidad adquiere suvalor rominal, la corriente es más elevada de lo normal u*q=.r., comodeci¡-.:.-,s, se va reduciendo de valor.

La corriente que absorben los motores en el arranque se denominacorriente de arranque y el intervalo de tiempo que transcurre hastaque el motor adquiere su velocidad nomináL r. llama período de

Para eriitar que Ia corrient. d9 arranque alcance valores elevados,en serie con el inducido se intercala una iesistettcia d;;;;;;qr;; R;,-i;cual absorbe una parte de la tensión en bornes. El valor de la co.rriente de arranque es, entonces

kg

It2¡rrnP:F

60

que se puedé poner de la forma

2ttnP -

-

F.f60

o sea

2nnP_ M60

kg-m/seg

kg-m/seg

P : Kzn lvl

kg-m/seg

745

Igualando con la expresió' hallada anteriormente

KttL@-I = KznM

de donde se puede despejar el valor de M

KtnQIM_

Ios motores de corriente continua

un motor de corriente continua depende de

solamente 4 variables, las curvas características de un nlotor, se de-ducen a partir de una función de 4 variables

f (tlu, I, n, M) :0

Como en el caso de los generadores, para definir las i rlrvas carac-terísticas se toma una de estas magnitudes como cons!dnre, otra cornoparántetro,.. la tercera como variatle'y la última como furicíón obte-niéndose las correspondientes familias' de. curvqs carccierísticas, queexpresan las condiciones de.funcionamiento del motor.

Ya vimos en el correspondiente capítulo que, en cl caso de ge-neradores, se tomaba generalmente la velocidad como rnagnitud cons-tante, ya que estaba impuesta por la velocidad de Ia máquin;r ¡'.ctriz.En el caso de motores, se considera \a tensión en born¿s cotTstatfie, yaque esta magnitud está impuesta por la compañía suministradora deenergía eléctrica. De esta forma, se obtienen 3 familias de curvascaracterísticas.usuales, que permiten la resolucrón gráfica de los pro-blemas relacionados con los motores de corriente continua. Estas fa-milias de curvas son las siguientes:

l. Característica de velocidad n - f (I)

Función: velocidad nVariable: corriente de carga IParámetro: par motor M '

_

2. Característica de par ntotor lf : f ( I )

Función: par motor MVariable: corriente de carga IParámetro : veloci dad n

3. Característica mecánica M-f (n)

Función: par motor MVariable : velocid ad nParámetro: corriente de carga .I

Puede obtenerse fácilmente una familia de curvas característicasa partir a las otras 2. Por ejemplo, en Ia figura 638 se expresa cómopuede obtenerse una característica IU - f (n) a partir de las caract.'-rísticas n: f (I) v M - f (I), que corresponden a los mismos valoresde Uu y de I"*. Se fijan diferentes valores (tales como I,) de la co-rriente I y a este valor Ir se Ie hace correspondér el par M1 y Ia

es decir, que

M _ KAI

o lea que el par ntotor es proporcional at ftujo inductor y a la inten_sidad de carga, e independieite de la vetáciáad del motir.

'

Curvas características de

El funcionamiento de5 variablés:

a) la velocidad rz

b ) Ia corriente de excitación I",c ) Ia tensión en bornes Urd ) Ia corriente en el inducido Ie ) el par motor M

O sea, que cada motor tiene su función

f(Ut, 1",,f,n,M)-0

es decir_que en los-motores aparece una variable más, el par motor M,que en los generadores. como, por otra parte, el pai ,.róto.

lÍ:K1", I

es proporcional a Ia corriente de excitación y a Ia corriente de cargay, para el caso de un motor, esta magnitud és más interesante que Iacorriente de excitación I"* y como, para definir Ia máquina se prácisan

746 747

velocidad ,,. ?9 esta manera, se obtienen tantos puntos de la carac-terística M - f (n) como ," d.r""rr.una car:acterística cualquiera: de Ias citadas anteriormente, se de-no:nina c:aracterística noritar ;";;j;- ;;;ü;;;"^;"ilr" ri;;;;;

'aiores: -::---

Ut - tc¡5i¿1, nominal de la máquina U,,n = velocidad nominal de la maquina" n,,

Mientras no se diga expresamente Io contrario, siempre nos referiremosa características normalesAdemás de las características trsuales a que hemos hecho referen-cia' en casos especiales interesan ademas ciÉrtas características espe-ciales, entre las que podemos citar, como más interesantes:

1. Característica (Jo : f (1,.)

Función : tensión en borne s [JtVariable: corriente de excitacióÍt f ,,Constantes:corrientedecarga:li.-u.locidadn

2. Catractelrística (Jo:f (tl

Función: tensión en borne s [JtVi.'iable: corriente de carga IConstantes: corriente de e,xcitación I"., y velocid ad, n

748

3. Característico I - t' ( 1",)

Función: corriente de carga IVariable: corriente de excitacióo 1,.,Constantes : tensión en borne s U o y velocid ad n

4. Característica ¡7 - f (tlt)

Función velocidad rz

Variable : tensión en borne s U u

Constantes: corriente de carga .I y corriente de excitación .I...

Característica mecáni-ca de u¡r motor de corriente continua

sabemos que la potencia que puede desarrollar un motor de co-rriente continua, es proporcional al par motor y a la velocidad, o sea

P - Ktlvln

M-K, P

n

La característica meccíníca de un motor M - f (n) e-,.ilresa la re-lación entre el par motor y la velocidad. Existen tantas característicasmecánicas como valores de las variables que afectan al funcionamientodel motor (tensión en bornes, resistencias en serie con los arrolla-mientos, excitación, etc...). La característica ruecd.nica normal es laque corresponde al régittten normal del motor es decir, para

Ut : U,: COnStante

En los motores de corriente continua, Ias características mecánicaspueden ctrasificarse en 3 grupos (figura OSq).

- -

1.o Característica shunt o característica derivacíór,, en la que lavelocidad permanece sensiblemente constante a las difcrentes cargas.Por lo tanto, la potencia es sensiblemente proporcional al par motor,es decir

p;=KtM

Il I,

característica l[ = f (n)

I

a partir de lasFiS. 0SA.-Obtención d.e laticas n=f (I) ! M:f (I).

n,

caracterís-

749

3." Característica contpound, íntermedia entre las 2 anteriores ypropia de los motores de excitación compound. Conviene, por ejcmplo,para los motores de las máquinas herramientas que exigcn rin parenérgico en el arranque.

CSracterÍstica m3cánica M. : f ( n,) de las máquinas accionadas

Es lu'l.r.r.uu caracterÍstica del par resistente M. en función de Iavelocidad, que una máqtrina opone a su motor de accionamiento. Sedistinguen 2 tipos principales (r,éase figura 640):

1. Característica de par constante, o que crece ligeramente con lavelocidad (curva 1 de la figura óa0); como ejemplo, se pue,Jencitar los aparatos de elevación, las máquinas herramientas,etcétera...

2. Característica de par que crece fuertemente con la t,elocidad(curva 2 de la figura 640), como ejemplos, se pueden citar losventiladores, los compresores, etc...

Fig. ó39.-Tipos de característicasrriente contiiua : l-laract eríst ica

tnecdnicas M: f (rt) de los motores de co-c ont htua. 2-C ar ac t e r í s t ic a s e r i e. 3-C ar ac t e-

Esta es Ia característica que conviene para el accionamiento de lamayor parte de máquinas herramientas. Se denomina de esta formaporque, como veremos, es propia de los motores de excitación shunt.

2." Característica serie, en la que la potencia perr?tanece sensible-tnente constante a Ias diferentes cargas. por consiguiente, Ia velocidades inversamente proporcional al par motor, o sea

In=K¿

l,I

Esta es Ia característica más conveniente para los motores de tracción,Ios cuales deben desarrollar Llna potencia constante en todas las situa-ciones. se llama de esta manera porque es la propia de los motoresde excitación serie.

750

Fig. 640.-Tipos de característicascionadas : l-larqcterística cle partnotor creciente con la velocidad.

n

mecrinicas M,: f (n) de las rtuiquit¡ai ac-,notor cotlslanfe. Z1aracÍerística de par

75t

Fig. ó41.-Pwtto de funciortanúento de un ntotor de corriente contütua.

Por Io tanto, el punto de funcionamiento p del motor (figura 641)estará situado en Ia intersección de las características representati-vas de

M,, : f (n)M' -f (n)

Este punto de funcionamiento P nos da la velocidad del grupo enrégimen de marcha normal, así como el par motor que debe-deiarro-Ilar el motor de corriente continua.

La marcha de régimen normal puede quedar modificada, si sedesplaza una de Ias características r.p..s".,iadas en Ia figura 6ll, osea, actuando:

a) sobre un elemento de regulación del motorb) sobre la carga de la máquina accionada.

754

Estabilidad de funcionamiento de un motor

Se dice que un motor funciona en régirrten estable cuando cual-quier variación de una de las variables que fijan su régimen, provocauna reacción correctora que tiende a restablecer el régimen ir:icial.

Teniendo en cuenta que en el régimen de marcha normal, se tiene

.M*¿M,

Mñ_M,:O

un motor de corriente continua tendrá un funcionamiento establecuando:

a) una deceleración corresponde a

M*-M,>0

b ) una aceleración corresponda a

ya q-ue, en cada uno de estos casos, existe una reacción que actúaen el sentido de volver a la velocidad primitiva o sea a la óondición

M,n- M,-0

Como Ias características M. : f (n) de las máquinas accionadas,suelen ser crecientes, se puede decir que un motor tiene un régimende marcha norrnal probablemente estible, cuando a una deceleiacióncorresponde un aumento de su par motor.

se denomina grado de estabitidad de un motor, a la relación

dM^dn

estabilidad de un motor está expresado por Ia re-

par ntotor ntdxittto

y el coeficiente delación

par motor nornrul

755

\

Debr-n hecerse las siguientes observaciones:

a) para una.misma máqtrina accicnacla hay tantas característicasM. = f (n) como ca_rgas en dicha má.quina (peso del gancho deun montacargas, chapas colocadas entre lós rodillo-s de unalar¡inadora, etc...)

b ) el par a Ia velocidad nula, se denom ina par resistettte en vacío

Regímenes de funcionamiento de un motor de corriente continua

En el funcionamiento mecánico de un motor de corriente continuase pueden distinguir 3 regímenes de funcionamiento:

1) Rcjgimen de puesta en marcha.b ) P.égimen de árranque.c ) liégimen de marccha normal.

En el régímen de puesta en fttercha y desde el momento en que seaplic:l ia tensión en bo*., Li¡, s€ enfrántan 2 pares:

a) e! par resis;tente cn vacío M,o, constituido por el rozamiento entrs cojinetes v en Ios .r.*éltá; ;;-;;""smisión y, sobre todo,.l par resistente en vacío de Ja máqrina accionada por el motorb) el par rnotor en vacío hl,,o g't.--es el par en reposo representa.iopor Ia ordenada en el origán de la c¿tracterística mecánica delmotor.

Evic'lte¡'-rente, para que er grupo se ponga en marcha, es necesario.iUe

Mrro ) Mro

El régimen de arrctnqlrc es er período de puesta en verocidad delmc]¡or, es decir, el intervaro comprendid,-¡ entre una velocidad nuray la velocidad nominal der motor. Durante este intervalo se exige alrnoii.'¡r cl par máximo ya que se tienen iái ,rgli;;;;;;ái.i¿.,",,1' EI par de resistencias pasivas (rozamientos, esfuerzos en lastransmisiones), tiene el mismo

"ulá. -q"e

en reposo.

2' EI par resistente de ra máquina accionada o par útir crece casisicmpre con Ia velocidad áel motor, --

7s2

3' El motor debe 'cncer acremás er pur de inerci¿¿ crc tc¡da ra parteque gira, o sea

hT¡_ K d,dt

K = rnorlento de inercia de las masas giratoriasEs decir, gu€ tendremos:

Par tnotor - par pasivo + par resístente tttir + par d.e inercia

La velocidad del motor va acererando durante el período de arran-que, hasta que llega a su valor nominal, en ."vo momento pennanececonstante, por lo que tendremos

du-0

Par ntotot = par pasivo + par resistente útil

M, = par pa:;it,o + par resistente útil

Si llamarnos

^Í* - par ntotor

en el régimen de marcha normal, tendremos

M^=M,

ó0.02 - Jq

dt

El régilnen de marcha nornrur se alcan;ra cuando su velocidad derotación no sufre variaciones, en cuyo caso, como hemos visto en elpárrafo anterior, el par de inerciu rá u.,,rl;; ;". ro tanto tendremosque, durante el régimen de marchu .ro.*ul- ' '

A Ia suma del par pasivo y el par resistente útil Ia podemos llamarpar re:,istente; por lo tanto, tendremos :

753

En régime n inestabrc ptrccle n suceclcr clc¡s cosas :

a) el motor se entbrtlr¿r'¿í ha.sta un nuevo punto cle funcionamientoestable o nuelo pttttto clc intcrseccián cle las caracterÍsticasde par motor l' d" par resistente a una velocidad generalmentepeligrosa desdc- el pLinto de: 1,¡5¿u "_,".a"i.áv¡eL'q

eY'urrLr

b ) el motor se- par(trd, es clecir, queclará sometido a una decele-ración que Ie lrevará hasta e-r estacro de reposo. *'^-

De todo lo dicho, puede deducirse qlle, en regímenes estabres demarcha normal, el ntótor eléctrico cle iorlriente cotttitttn pttecle res-ponde.r a cualqttier cletnancla de potencict ), que la tittica litttitación laco,stittrye la corriente cre cargct, ya que si ésta aumenta, er carenta_miento de los concluctores pJr eiectt Joule puede alcanzar lÍmitespeligrosos. r -

Consideraciones sobre el funcionamientoy de excitación independiente

. . El Ia figi: ra 612 -se L'xpresa el cone.rionado de un motor de excita-ción indepe;.jicnt" 1, "n

)n figura ;;j;';l'':;;exionado a. * ;r;;;shunt. como nuecle Lp...iu.r. ", ambos ..[,r"-us, Ios dos tipos demoto:'es están alimentados a tensión constanie, sin influir en er régi_men cie, tr¡bajo g:l motor por Io q.," *.riiu,

"qrivarentes desde erpunto de',;sta eléctrico. En lo que sigue, se estudiarán las caracte_rÍsticas d.' funcionamiento der -oto.-ih.,ni ,i.,rao también válidoeste estudio para el motor de excitación ináependiente.

Nlotor de excitación shunt. Conexionado

En la figura 614 se expresa Ia forma de conectar- los diferenteselementos que constitul'.., L, motor de excitación shunt. como puedeapreciarse, el arrancador se conecta en serie con er inducido v er re_gulador de 'elocidad se .o.r".*.^e4 serie cón el arroilamiento á.:¿;-tación.

P

N

P

n

de los motores shunt Fig. 642. - Esquema simplif ícado deun ntotor de excitación indepetrdiente.

La expresión gráfica deEn realidad el flujo

FiS. 613. - Esquema simplif icadoun motor de excitación shunt.

no-n!00_¿

/1 ,

esta ecuación es la curva I de la figura ó-15.inductor O no es constante sino que l,aría

de

Uo-IR¡un: Kt

o

Para una excitación deterrninada, el flujo @ puede considerarseconstante y podemos poner la expresión anterior en la forma

n - K (Uu - I R¡,,)

Como f Ri,,, es muy pequeña comparada con la tensión en bornes yncrmalmente sólo llega a un 1% del valor de Uu, la variación de ve-locidad también est¿rrá en Ia misma proporción; es decir, que si lla-mamos tto & la velocidad en yacÍo y n a la velocidad a plena carga,

Motor de excitación shunt. Característica de velocidad n - f (I)Anteriormente, hemcs obteniclo Iamotor de corricnte continua

756

expresión de Ia velocidad en un

757

Fig. 611.-Esquenm de conexiones de un ntotor d.e excitación shut:t.

\TFig. ó45.-Características de velocidad. n = f (l) tle tut ,notor de e.rcitacióttsluutt; l-Sirz tener en cuenta. la reacción áe inducido.2-Si'et-i¡eito de lacorriente de carga conlpensa la reacción de inducido. 3-Si la t.eacci'ón de indu-7id9 e.s- may-or que.el electo de la corriente de carga.4-Si la reacción deittducido ittfluye solamente para cargas fuertes.

758

U¡-IR¡nn: Kt

o

el incremento de la corriente de carga compensa la disminución del

flujo inductor,'la curva característica-t" .ot-ri.rte en la recta 2 d,elafigura 645, es decir que, en este caso, la velocidad permanece constantecualquiera que sea Ia carga.

Puede ocLlrrir también que el efecto de la reacción de inCucido sea

muy fuerte y la velocidad del motor crezca entonces con la corrientede carga (curva 3 de Ia figura 645), ya que, entonces, el efecto de ladisminución del valor del flujo debido a la reacción de inducido puedeser mayor que el efecto debido al aumento de la corriente de carga.

Un caso intermedio sería aquél en que el efecto de la reacciónde inducido fuese muy acusado solamente para cargas fuertes, de for-ma que Ia característica de velocidad sería creciente solamente a partirde cierto valor de I; este es el caso de la curva 4 de la figura 645. cul'¿primera parte se confunde con la curva 2. En este caso, la marci: a delmotor resulta inestable aunque solamente para cargas fuertes (carac-terÍstica creciente).,, Como la velocidad es sensiblemente constante con la carga, el rcicr

shtuú. es autorregu.lador de velocidad.

Motor de excitación shunt. Característica de par motor M - f ( I i

Recordemos que la expresión del par motor es

M_KOIy, por Io tanto, si el flujo inductor @ permanece constante

con la carga debido a Ia reacción de inducidoporcional a dicha carga. Por lo tanto si en la

M - KzI

por Io tanto, la corriente de carga varíamotor, de forma que su característica de(recta 1 de la figura 646).

Pero en la realidad ocurre que, dgbidoel flujo disminuye con la carga, por Io queporcionalmente con la corriente de carga,Ia figura 646.

y es inversamente pro-expresión

proporcionalmente al parpar motor sería una recta

a la reacción de inducidoel par motor no crece pro-sino según Ia curva 2 de

759

Fig. 611.-Esquenta de conexiones de un ,notor de excitación shut;t.

\IFig' 645'-Características de velocidad n = f (I) cle un ntotor de e.rcitació,slu¿nt.' l-Sir¿ tener en cuenra la reacciór, á"' inducido.z-Si'et*i¡elio de lacorriente de carga contpensa la reacción de induriii. l-si la reacción de ind.u-c.id9 e.7 may-ar que el electo de la corriente d.e iarga. 4-Si ta reacción deittducido ittlluye solamente para cargas fuertes.

758

Ur - I R¡n,n: Kt

o

el incremento de la corriente ,de carga compensa la disminución delflujo inductor, lá curva característica-se .orrii"tt" en la, recta 2 de laiigii"'á+í, "r

á.óir que, en este caso, la velocidad permanece constantecualquiera que sea Ia carga.

Puede ocurrir también que el efecto de la reacción de incl'.¡,:ido seamuy fuerte y la velocidad del motoÍ crezca entonces con Ia corrientede carga (curva 3 de la figura 645), ya que, entonces, el efecto cle ladisminución del valor del flujo debido a la reacción de inducido puedeser mayor que el efecto debido al aumento de Ia corriente de carga.

Un caso intermedio sería aquél en que el efecto de Ia reacciónde inducido fuese muy acusado solamentq para cargas fuertes, de for-ma que la caracteristica de velocidad sería creciente solamente a partirde cierto valor de I; este es el caso de la curva 4 de la figura 645" cu5'¿primeraparte se confunde con la curva 2.En este caso, la marci,a delmotor resulta inestable aunque solamente para cargas fuertes (carac-terística creciente)., Como la veloCidad es sensiblemente constante con la carga, cl ncicr

shtnú.esautorregu1adordevelocidad.

Motor de excitación shunt. Característica de par motor M - f ( I t

Recordemos que la expresión del par motor es

M_K@I

y, por lo tanto, si el flujo inductor @ permanece constante

con Ia carga debido a Ia reacción de inducidoporcional a dicha carga. Por lo tanto si en la

M: KzI

por lo tanto, la corriente de carga varíamotor, de forma que su característica de(recta 1 de la figura 646).

Pero en la realidad ocurre que, dgbidoel flujo disminuye con la carga, por Io queporcionalmente con la corriente de carga,la figura 6.4ó.

y es inversamente pro-expresión

proporcionalmente al parpar motor sería una recta

a la reacción de inducidoel par motor no crece pro-sino según la cL¡.rva 2 de

759

M= f (n)

Fig. 616.:.Característica de par!:t¿:it: i-.Sirz t¿ircr en "u"nto lale reacción tle indtrcido.

tttotor M=Í(I) de ut rnotor d.ereacción de. inducido. 2-Teni¿nd.o

Iexcitaciónen cuenta

Fig. 617. - Caract eríst ica

nonmeccínica M = f (n) de un tttotor shutzt.

trIotor de ex.:itación shunt. caracterÍstica mecánica M _ f (rr)Por eliminación gráfica de los valores de I entre Ia caracterÍsticade 'elocidad n: f (I) y Ia característica de par motor M - f (I) sepuede obtener Ia caracierística mecánica M - f (n), la cuar tiene Iafornra representada en la figura 647 ; ra abscisa en er origen es Ia ve-]ocidad en vacío no.Recordemos que el grado de estabiliclad de un motor está expre-

dM

dn

Y como dentro de los límites normales.característica rnecánica está débilmente

760

r:rdenadas, resulta que el grado de estabitidad d.e un motor shunt esntlty elevado,

ItrIotor de excitación serie. Conexionado

En la figura 648 está representado el conexionado de un motor deexcitación serie. El 'arrancador se monta en serie con el inducido 5rel regulador de velocidad se monta en derivación con el circuito dáexcitación. Cuando se estudie Ia regulación de velocidad en los motoresde corriente continua, se verá la razón de que, en este caso, el regu-Iador de velocidad se monta en paralelo con el arrollamienio de áx-citación y no en serie como en los demás motores de corriente con-tinua.

de utilización del motor, lainclinada respecto al eje de

761

Fig. ó48.-Esquema de conexiones de un ntotor de excitación serie.

Motor de excitación serie. Característica de velocidad n - f (I)

En este tipo de motores se realiza siempre

I"'': I¡: I

o sea que Ia corriente que el motor toma de Ia red es la misma quecircula por el inducido y, también, la misma que atraviesa el arro-llamiento de excitación. Por Io tanto, el flujo inductor ya no perma-nece prácticamente constante como en el caso del motor shunt, sinoque varía con la carga ya que de ésta depende el valor de la corrientede carga y, por lo tanto, también el valor de la corriente de excitación.Es decir, que tendremos

Si en Ia expresión de la velocidad

(Jt - I R¡,,

n--Kto

ponemos .la expresión anterior, tendremos

A¡ - I R¡,,tx: K¡I

Tanto el numerador como el denominador de esta expresión, r'arÍancon la corriente de carga. Pero el numerador varía poco ya q..re eltdrmino f Rin, es sólo de 3 a 5 %o del valor de U5, mientras que eidenominador varía mucho con la carga; por lo tanto, es el denomi-nador el que tiene una marcada influencia sobre la variación de velo-cidad. Si tenemos en cuenta que la tensión en bornes Uu es constante,de una manera aproximada podemos expresar

o sea que la velocidad es inversanrctúe proporcito,nal a la corriente Cecarga.

La forma de Ia característica de velocidad podemos deducirla iela expresión anterior, poniéndola en Ia forma

n I = constante

es .decir, que Ia c-urva n : f (I) es, muy aproximadamente, una hipér-bola equilátera (figura 649).

El motor serie puede embalarse; efectivamente, Ia corriente devacío fo €s muy pequeña y, por lo tanto, en estas condiciones

tl=K 1

-) oo

Iu

es decir, la velocidad se hace muy grande; lo mismo sucede, aunqueen menor grado, para corrientes de carga muy pequeñas.

Es decir, que un ntotor serie ,7utlce debe dZsácoplarse de la carga.

In=K I

762

Q: KzI

763

Iig.649.-Característica de'ttelocidad:n- f (I) de un ntotor de excitación serie.

Illotor de excitación serie. Características de par motor M = f ( I )

El par motor viene dado por la expresión

M _ KOI

o sea que depende del flujo y de la carga. Ahora bien, para valorespequeños de Ia corriente de carga I, el flujo varía proporcionalmentea esta corriente de carga de forma que para esta zona de carga redu-

. M-KI2

Por lo tanto, la característica de par motor será, al principio, unaparábolr que pasa por el origen (figura 650).

Al ir aumentando la carga, el flujo ya no crece proporcionalmentea la corriente de carga, hasta que al llegar a la saturación, el flujo

764

:otor lti = f ( I ) de tm rnotor de excitaciónFig,.ó50.-Característica de Par mserie.

es práciicamente constante aunque siga aumentando la corriente de

carga. F.n estas condiciones, y tai comó puede apreciarse en la figura

650"1a forma de la característica de par motor se aproxima a una línea

recta.

Motor de excitación serie. característica mecánica M - f (n)

Esta característica está representada e_n la fig'-rra 651, y se obtiene

pri #;il"¿i¿rr:ae la lcorrienie de carga I entre las características de

velocidad n = f (I) v de par rnotor i,I - f (I). También comprende

2 partes, según q,r" LI *oio. esté o no esté saturadopara cargas pequeñas y, Pof lo tanto, para regiones alejadas de

la saturación, son válidas las siguientes expresiones:

I nI - Kt\u - Kz Iz

765

\

n

etccito.ciórx serie.

Para Cargas elevadas, o sea en zonas próximas a Ia saturación, se

aplican las siguientes expresiones:

I nI = Ktlu-Kz'I

v.eliminando]acorrientedecargaI

nM o Ks'

cs decir

IM=K4-

tx

o sea que en la región saturada, el par es inversamente proporcionala Ia velocidad. En esta zona, la característica mecánica tendrá, [1ü]r¡

aproximadamente, Ia forma de una hipérbola equilátera.En conjunto, se puede decir que en un motor serieFig. 651.-Característica ntecánica y: (t! de un ntotor

y si de estas ecuaciones se elimina I, queda

es decir

nz M -Kjo, eliminando M

M- Kr+tt'

es decir que, en esta región, el par es inversamentecuadrado de Ia velocidad.

766

de

y recordando que la potencia de un motor de corriente conti::' ¡a vale

P - KnM

tendremos que, en un motor serie

P : COttStante

o sea que, un ntotor serie es autorregulador de potencia.Por la observación de la curva que representa la característica

mecánica, se observará que el grado de estabilidad

dMproporcional al

dn

767

es menor en un motorde estabilidad decrecevelocidades.

serie que en un motor shunt. Además, el gradocon la carga hasta hacerse mu]- débil a grándes

Comparación del motor serie con el motor shunt

Vamos a realizar una comparación de las características de fun-cionamiento cle ambos tipos de motores, de la que podrán deducirsealgunas aplicaciones específicas de cada uno de estos motores:

a) el motor serie se decelera con la carga y viene a constituir unmotor con cambio automático de velocidad, el par aumentamás rápidamente que la velocidad. para un mismo aumentod-e par, la demanda de corriente es menor que para un motorshunt, lo_ cual constituy'e una evidente ventaja del motor serie.Soporta bien las sobrecargas.

b ) el par del motor serie no depende de Ia tensión de alimenta-ción. al contrario de lo que ocurre con el motor shunt, en elque la corriente de excitación está relacionada Con la'tensión'

I'a qrie un motor serie puede alimentarse, sln inconveniente,{on una tensión bastante inferior a Ia nominal. En estas con-diciones, el motor serie permite strbir una pendiente, mientrasque el motor derivación se quemaría, yu qr" tendría que ab-sorber una corriente excesiva.

c) el motrlr serie se embala en vacío, lo que constituye un granincon,, ¡niente para su empleo, ya que no es posiblé ,,, up-ii.u-ción al accionamiento de máquinás que hán de trabajar acarga reducida.

d) Ia marcha del motor serie está menos influida que la del motorshunt por las variaciones bruscas de tensión. E.fectivamenteen el motor shunt Ia inductancia del arrollamiento de exci-tación no le permite seguir instantáneamente Ia variación detensión, de forma que su fuerza contraelectromotriz E perrna-nece constante, lo cual provoca un salto brusco d" ;;i;il;.Por el contrario, en un motor serie, ,.r., ur*.rr;; J; h ;ili;;provcca un inmediato aumento de Ia corriente de carga I (quetaml,iirr es Ia corriente de excitación) y, por lo tarito de- Iafuerza contraelectromotriz E. por ro t"rtol el motor serie esmucho menos sensible a las variaciones bruscas de la tensiónclc alimentación.

768

Fig. 652.-Esquenta de conexiones de un tnotor d.e ei:xcitación compotntd.

Motsr de excitación compound. Conexionado

En Ia figula 652 está representado el montaje de motor de excita-ción compound. De la misma forma que sucedía con los generadoreslos motores de excitación compound están provistos de un arrolla-miento de excitación serie, atravesado por la corriente de carga I, yde un arrollamiento de excitación shunt, atravesado por una pequeñaparte de la corriente total, que llamaremos Ia; el flujo de excitacióno está producido por la acción conjunta de ambas corrientes.

Esta máquina puede conectarse como motor compound adicional(figura 653) si las corrientes que atraviesan ambos arrollamientostienen el mismo sentido y como motor compound diferencial (figura654)sitienen,sentidocoritrario.l¿

Motor de excitaclón compound. Características de funcionamiento

Evidentemente, como un motor compound lleva un arrollamientode excitación shunt y otro arrollamiento de excitación serie, sus ca-

hlotaniliotet

ó0.02 - 50

769

Fig. ós3.-Conexione.s pa.ra nTotorcorttpouttd adicional,

Fig. 6:'4.-Conexiones para ntotorcontpound dif erencial.

racterísticas de velocidad, de par motor y mecánica, serán intermediasentre las de un motor shunt y las de un motor serie.

Por ejemplo, véanse en la figura ó55 varias características de ve-Iocidad n - f (I) correspondientes a un motor serie, a un motor shuntya2motorescompound,deloscuales:],...

Curva característica 1 (figura ó55): corresponde a un motor compoundadicional cuyo flujo de excitación serie predomina sobre el flujo de

excitación shunt; por lo tanto, su característica de velocidad estarámás cercana a la de un motor serie.

Curva característica 2 (figura 655): borresponde a un motor compoundadicional, cuyo flujo de excitación shunt predomina sobre el flujo de

excitación seiie; por consiguiente está más próxima a la de un motorshunt.

En lo que se refiere a las caracterÍsticas de funcionamiento deun motor compound diferencial, sucede (figura 65ó) que al oponerseel flujo inductor serie al flujo inductor shunt, puede mantenerse unavelocidad consta.nte a todas las cargas. Incluso es posible aumentarla velocidad si aumenta Ia Carga, si Se aumenta adecuadamente elvalor det flujo inductor serie. Pero este tipo de motor presenta lossiguientes inconvenientes :

a) inestabilidad y peligro de aceleración si al aumentar la carga.aumenta taryrbién la velocidad

770

Fig. ó55.-Características de yelocidad n: f (I) de varios tiqtos de tttotores:l*-Motor contpound adicional, en que el flttjo de excitt¡ción serie predotniltasobre et 'flujo de excitaciótt shunt. Z-Motor contpound adicional, en que el

llujo de excitación slrunt predomina sobre el fluio de excitación serie. 3=-lllotorscrie. 4-Mofor shuttt.

TFig. 656.-Características de uelocidad n = f (I) de varies tipos de nlotores:l.-Motor compound adicional. Z-Motor conlpound diferencial. 3-Motor serie.4-LÍotor shutit.

77t

b ) en caso de sobrecarga, predomina el flujo de excitación seriey hay peligro de inversión de polaridad con fuerte sacudidamecánica por inversión brusca del sentido de giro.

Por estas razones, en Ia práctica se utiliza casi exclusivamente elmotor compound adicional.

Campos de aplicación de los motores eléctricos de corriente continua

Vamos a intentar un resumen de las propiedades de los distintostipos de motores de corriente continua, d"ár.r.i"ndo los .rp..ifi.os cam-pos de aplicación de cada uno de e[os. En la figura 65/; puedenapreciar las características mecánicas de los 5 tipos de motores es-

ll^ti1"r. veamos a cbntinuación cuares son sus piopiedades y aplica_clones.

Ivlotor shunt 'y motor de excitación independiente. La velocidaddisminuye ligeramentd cuando a-ume¡t1 el pai motor, por Io que puedeconsiderarse como motor de velocidad constante. puede

"*pl.urre en

o) cuando se necesita que Ia velocidad permanezca aproximada-mente constante con Ia carga

b) cuando debe accion¿:rse la carga encida<: y se requiere que Ia velocidadcada escalón.

^ co]no ejc,:rpl_o de- aplicación se pueden citar: tornos, taladradoras,fresadoras, rectificadoias, cepilladoiur, *aq.riru, p"ru trabajar la ma-dera, pequeñas prensas de imprimir. También para accionar aparatosde elevación donde la carga puede ,,rp.iÁi..ré bruscamente y serÍapeligroso utilizar su motor serie.

Motor serie- La velocidad decrece rápidamente cuando aumentaeJ na1 motor; tiene u¡ enérgico par de árranque. por lo tanto, este

..,a) cuando se precisa un par de arranque grande ' :

b ) cuando la carga está sujeta a grandes variaciones y se deseauna velocidad reducida.para compensar el gran pa"r, siempreque no exista la posibilidad de que la máquina pueda llelara trabajar en vacío.

772

.TFig. ó57.-Características mectinicas M: { (n) de yarios tipos de ntotores:[-Motor shunt. 2-.lfotor serie. 3-Motor'compound. adicionát. 4-Motor com-pound diferencial.

Ejemplos de aplicación: motores de tracción para tranvías y fe-rrocarriles eléctricos y Diesel-eléctricos ; grúas, puéntes-grúa, ascenso-res y montacargas; laminadores; ventiladores y compresores de aire;máquinas de hacer él vacío, secadores de cabéllo, máquinas de tipouniversal y afeitadoras eléctricas

Motor compouitd. at)icional. La velocidad decrece cuando el parmotor aumenta; pero, debido a Ia acción del arrollami""tá ifrrrnt, parapares pequeños la velocidad está limitada a valores aceptables. Seemplea este tipo de motor:

a) cuando se necesita un par de arranque gra:rrle pero la cargapuede llegar a valores tan bajos qrr" i"r,rltaria pálig.oro insta-lar un motbr serie

varios escalones de velo-perrnanezca constante en

773

I

b) cuando la carga es variable y es deseable una pequeña velo-cidad para las cargas fuertes. En general, se monta en estoscasos un volante que almacena energía cinética cuando el mo-tor gira a elevada velocidad y cede esta energía para ayudaral motor cuando, en los períodos de baja velocidad, quedasometido a fuertes cargas instantáneas

:

cuanclo la tensión de alimentación es baja o está sujela a

fluctuaCiones; 'sobre todo,'cuando el motor está instalado en

el extremo de ttna línea de gran longitud ya que, como arrancacon una corriente intensa y Ia caída de tensión en Ia línea es

importante, se reduce la tensión en los bornes de la'máquinay disminuye el flujo inductor shunt en el momento en quetendría que ser-mayor (recuérdese que el par motor es pro-porcional al flujo).

Su campo de aplicación se extiende:

a) al no acelerar. en yacío y tener un par de arranque mayor queel motor shttnt, para accionar máquinas que, debido a su iner-cia o a SuS resistencias pasivas, necesitan un par de arranqueélevado sobre todo si, adernás, se precisa una velocidad casi

' constante en régimen normal. Este será el caso de las máquinasde movimiento alternativo (limadoras, cepilladoras, pre¡rsa.s),

máquinas de par motor muy variable (cizalladoras, taladrado-.urf y máquinas que arrancan con carga (tornos, calandrias,cabrestantes, bombas de pistón, etc..)

b ) en tracción eléctrica, se emplea cada vez más el motor com-pound adicional. Efectivamente, en estos casos, el motor seriepresenta los siguientes inconvenientes :

l. la autorregulación de potencia que, con recorridos accidentadosy numerosas rampas y pendientes, no permite conseguir velo-.idud"r medias elevadas, debido a la deceleración en la pen-

diente. Debido a su excitación shunt, un motor compoundpuede mantener casi constaute la velocidad aunque aumenteel par motor

2. la imposibilidad de funcionar con reducidas cargas y veloci-dades, lo que obliga a sucesivas arrancadas, seguidas de cortesde alimentación. Este inconveniente no existe con e[ motor com-pound debido a la acción del arrollamiento shunt: la velocidad

774

se mantiene aun con reducidas cargas, y el regulaclr r de vclr-,-cidad permite que el motor funcione a reducida vclocidaci, sirrinconveniente.

El motor shunt no presenta los inconvenientes reseñados; pero supar de arranque resulta insuficiente, sobre todo, si disminuye la ten-sión y su velocidad casi constante, lo hacen inadecuado para la trac-

' Por, Io tanto,. el' motor compound, que reúne las cualidades clcambos tipos de motores (shunt y serie) parece el más adecuado paratracción eléctrica.

ll4otor compound diferettcial. La velocidad puede permanecer ab-s<¡lutamente constante a cualquier carga, siempre que se elijan ade-cuadamente los valores de Ios arrollamientos serie y shunt; pero,como hemos dicho anteriormente, existe el peligro de que la máquinase embala si las cargas son elevadas. Entre sus- limitadas a;',licacioncsprácticas se puederi citar: el accionamiento de grupos elevadoi'r's dCtcnsión con baterÍa de acumuladores y el accionamiento de máquinascle rcducida potencia para trabajos de investigación, donde sea nece-saria una velocidad constante.

c)

775

I Los motores de corrientecontinua en servicio

Para cambiar el sentido de giro de un motor de corriente continua,basta con cambiar las conexiones del circuito inductor solamente, ocon cambiar Ias conexiones del circuito inducido solamente. De estaforma, en el primer caso cambiará el sentido de la corriente en elinducido y en el segundo caso cambiará el sentido de la conientede excitación. En ambos casos, al aplicar la regla de la mano izquierdapodrá comprobarse que, efectivamente, cambia el sentido de giro delmotor. De todas formas, es preferible cambiar las conexiones del in-ducido sin tocar el circuito inductor pues, d.e otra forma, el motorperderia su magnetismo remanente.

Si se cambian simultaneamente las conexiones en el circuito induc-tor y en el circuito inducido, el sentido de giro del motor no varía,como puede comprobarse fácilmente por medio de la regla de la manoizquierda

Cuando eI cambio de sentido, de giro de un motór: se efectúa muyde tarde en tarde, basta con desplazar eI puente amovible de cobresituado en la tapa de b.-¡rnes y el crral llevan todos los motores. Porel contrario, si durante el servicio normal del motor son frecuenteslos cambios de sentido de giro se conecta un inversor en el circuitodel inducido, preferentemente, ya que en muchos casos (por ejemplo,si se trata de un motor shunt), un corte allnque sea momentáneo delcircuito de excitación, puede provocar el embalamiento del motor.

777

-.I

l_FiS. ó59. _ Arrancador para motor shunt.

como veremos más aderante, en Ios motores shunt es necesarioque cl arrancador se i"rtái" d"'f*;;;# no infruya sobre Ia exci-tación del motor; por esta-razón, en "rár-.uros se emprean arranca-dores como

"i...pi"*"-rrd; e¡gueryáricamenre en Iu fi!,rra ó59, conIo que Ia corrie"r;;;;;ü.ir,ii "ilr¡ll^ ,"r". suficieni{ cuarquieraque sea el valor a" lu'"ár.i.",. de arranque.En caso de avería en ra

1:1 ;r#ú:;,"ir.. prevenir un eventualcorte del circuito de .*.iá.ion, se puede.,iut""l;;:fi""z prorec-ción insralando " rrriiiiior con

-bobina a" *in¡*á iir¡an (figu_ra 660)' constituida por ,, p"q,reño electroimán cuyo arrollamientoestá conectado .r, s".i.

"or, .i ciicuito á"

"."r,"ción der motor. cuandoIa manecilla crer u.ru".ááár está en-.ra pori.io, finar, er erectroimánretiene por atracción dicha manec,r", ;. ;;.ar de Ia acción de unreiorre anras.inisra dispuesto hacia qí "¡"-a" ru-L;;;tü;; cuando'la red está ies-conectadá o se corta el "i."rito de excitación, er erec-troi¡nán deja de actuar, *r* en acción er resorte antagonista y Iamanc';ill¿' vuel'e al coníacto -.r..to clel ar.u.rcador. Este- dispositivose denomina tamb ién a-rraiio'.do,

"ir-;;;;'; de retención.También se instarun oniiicad.ores Á""'Troina de mínima tensióny bobina. de ¡utíxima intentsiiai (iúir1'árí," u decir, con proreccióncontra los co:i._:; d€ t"nsion,v .órri¡u lur-íoU..cargas. La bobina demáxima inrerisicad está "."rtii"id;;;r;; l¿i."troi*án

de ,ú.1"o mo-vil que'actúa si er ""i;;-;;"iá .or.i"nte aican za cierto limiil, previa-mente ajustado. si se arcanza este varor se despi;;; "i^rri"t"o nr",mediante un dispositivo uaé"üao, .r"r.i.*ita Ia bobina de mÍnimaten,;ión, Ia cuar deja de ,t.u", u d -;;;ilrál ¿rru vuerve ar contactomue¡'ii del arrancador, .ort*ao d;-;;;^áá" Ia corriente.

780

Ló Mé ón

Fíg. 6ó0.-Arrancador con bobina cre t¡tittittta tcnsión.

t-Bobino drmrntmotcnsidn

I

I

I

Bobino de

mciximo intensidod

Fig. 661.-Arrancador con bobina d.etensidad.

mínima tensión y bobina de máxima in-

78t

I

:-

Fig. ó63. - Conexión de un arrancador en el circuito de un ntotor serie.

Fig. 662. - Arrancador-inv ersor.

Finalmente, cuando, por exigencias del sen'icio, el motor ha decambiar frecuentemente su sentido de giro, se instalan reostatos dearranque combinados con inversores, dispositivos que se conocen conel nombre de 'arrancadores-inversores (figura 662).

En los motores de excitación serie, la condición de máximo induc-tor se realiza al mismo tiempo que la de corriente máxima en el in-ducido, )'a qlre el circuito inductor y el inducido están conectados enserie. Por esta razón, el arrancador se instala como se representa enla figura ó63; por lo tanto, Ia resistencia Rr del arrancador está ex-presada por la condición

En los motores de excitación shtrnt, para obtener el flujo máxino,cl arrancador debe conectarse tal como se indica en la figura 664, conIo que el circuito de excitación está sometido durante todo el procesode arranque a Ia tensión en bornes Uu y el proceso de arranque sercduce en el tiempo; la resistencia máxima de arranque está expresadapor la siguiente condición

It= R¡*R¡

Fí5. 664.-Conexiór7 correcta de un arrancador en el circuito de wt nlotor slutttt.

El montaje expresado en Ia figr-rra óó5 es incorrecto porque, du-rante el arranque, el arrollamiepto de excitación estaría sometidosolamente a una tensión

Ut

Ut

782

I¡:R¡*R...*R.r U"r:Ut-R¡I¡

783

!;ri;"ft -conexión incorrecta de,n arrancador en er circrito de ,n motor

It-R;*R,,*R¿

Fig. 6ó6.-Conexión d.e

784

Recuérdese que un arrancador estará correctamente concctaclolamente si:

1. El borne L (unido a la manecilla) se conecta al borne N o alborne P (es decir, a la línea).

2. El borne rd se conecta al borne c o al borne D (o bicn, al bornet si hay regulador de velocidad); es decir, que en los motoresserie y en los motores de excitación independiente, el borne NIqueda desconectado.

El borne R se conecta a uno de los bornes siguientes: A, B,B, E, F, G, H, segirn sea el esquema utilizado.

Fundamentos de Ia regulación de la velocidad

Anteriormente se ha demostrado que la velocidad de régimen deunmotoresta.definidaporlaigua1daá.,,'..

111,,, - hI,Itill,¡, : par motorM, - par resistente

y que el punto de funcionamiento P está situado en la intersecciónde las características IVI,,, - f (n) y M. - f (q), tal como se expresa enla figura 667. A partir de este punto de funcionamiento, r. páru a lascondiciones eléctricas de funcionamiento del motor, efectivámente, altrazar a una y otra parte del eje de ordenadas (véase figura 667), lascaracterísticas M,,": f (I) V M-: f (n) del m,,tor, así como Ia carac-terística M. : f (n) de la máquina accionada, basta llevar horizontal-mente el punto P, intersección de M,,., - f (n) y M. - f (n), hasta cortarla característica M- : f (I) V Ia abscisa del prr:ito de intersección p,expresa'la corriente, I,, absorbida por el motor a su iégimen normal.

Si se supone que la caracter .stica M. : f (n) es fijal la regulaciónde velocidad de un motor de corriente continua, "t Lá probT.-a d"desplazamiento de la característica M. : f (n); para cadi caracterís-tica M-r : f (n),, M,n: : f (n)... etc... obtendremos los correspondientespuntos de funcionamiento Pr,, Pz .... etc... (figura 668) qué, sobre lacaracterística M - f (I) irá indicando las sucesivas corrientes nomina-les fnr, fn:, fn: .... absorbidas por el motor.

mu)'inferior a Ia tensión en bornes Ur. Como consecuencia, la corrienteen el circuito de excitación seri; -;;,y;"ñJou, er flujo inductor re_sultaría insuficiente y er proceso d" oi.á.rq=;;-r" prorongaría demasia-do, con peligro de averiai seriamente el airancador al estar sometidodurante mucho tiempo a una corriente excesiva.

so-

3.

En Ios motores de.excitación compound, er arrancador se instalatal como se expresa en la-fijuiu ó66;;; ¿;ü á;;;;; # j.ii*il;de excitación shunt quede-conectaáo-dé I;';ir;;l;#; i.," "r, "tcaso de un motor shun[. La resistencia máxima del arrancuJ'o. quedafijada por la condición:

U¡

un drrancedor en el círcuito d.e un tnotor compound.

785

Ahora bien, de la expresión de la velocidad en un

rriente continua

Ut - »R/n-Kt

se deduce que el desplazamiento de las características M- - f (n) so-

lamente puede obtenerse actuando

a) sobre la fuerza contraelectrontotríz Eb ) sobre el ftttio inductor @

A continuación, estudiaremos con algún detalle los dos sistemas

de regulación de velocidad.

Regulación de Ia velocidad, actuando sobre la tensión en bornes

Para regular la velocidad en los motores de corriente continua,actuando *bt" la tensión en bornes, Se emplean, sobre todo, dosprocedimientos:

a) por control reosttitico:...';i,)...,o,o"o,la,miento|denlotores

La regulación de velocidad por control reostático consiste en in-tercalar iesistencias en el reostato de arranque, montado, como Sa-

bemos, en serie con el circuito del inducido. En este caso, para unacarga d.ada, eS decir, para una corriente de línea determinada, alaurñentar la resistencia, disminuye Ia fuerza contraelectromotriz delmotor que vale, como ya sabemos

E=Ur - »R/

Por otro lado, la velocidad es proporcional a dicha fuerza ccn-traelectromotriz, al aumenta.r la resistencia conectada en serie, disrri-nuye la velocidud y viceversa.

Este sistema.-dé regulación tiene muy bajo rendimiento debido a

que una parte de la potencia disponible se transforma el color en

las resistáncias del reostato. Es decir, que el reostato se caiienta mu-cho, y, por consiguiente, debe hallarse en condiciones de transmitireste calor al ambiente, sin elevar demasiado su temperatura. Sin em-

bargo, debido a su sencillez, e[ sistema de regulación por control reos'tático es muy empleado en tracción eléctrica.

motor de co-

E-Kt o

FiS. 667. - Condiciones eléctricascontinua, a partir de su punto de

de futtcionanúento def uttcionantiento.

n

un t¡totor de corriente

I In3 n3

----'---:.-Fig. ó68.-Características de regulaciótt de t¡elocidad de uncontinua.

786

tnotor de corriente

787

Si, como ocurre $enr'ralmentc en tracción eléctrica, el vehículo esaccionado por varios motores, de excitación serie puede utilizarse laregulación por acoplamiento de motor"r. fu.u ello, s,rpo.rgu*o, ao,motores idénticos Mr, l\l: que accionan un mismo vehÍculo. Si estosmotores se acoplan en serie (figura 669), cada uno de ellos. f,rncionua Ia mitad de Ia tensión de Ii lir,"u ; ioí' Iá-ünto, para una corrientedeterminada, la velocidad será Ia áiiaa d" i; ;;il;.üJnd.riu uun solo motor. Además, como ambos motores están atravesados porIa misma corrienre-de línea, er par mot;;-eáur" á"r ;;ñ;ndientea un solo motor; efectivamente, en el motor serie

Mt: M,

ill1 : l( lzM':KI2 :

M:Mt*Mz-KIr+K12-2KIz

ambos motores en paralero (figura 670), cada uno demitad de la corriente de línea; po. lo íanto, su velo-

Fis. 670.-Acoplartiento en paralelo de 2 ntotores de corrietúe. continua.

cidad será dohle que la correspondiente a un solo motor y, también,4 veces mayor que la correspondiente a ambos motr¡res acoplados enserie. Pero, también, el par motor del conjunto será la mitad del quecorreSponc1ea.unsoIomotor;enefecto,.tendremoSque

I2Mz: K -

4

lvl - l{ ¡z

y como, por definición

tendremos que

y, por Io tanto.

Si se acoplanellos absorbe la

rMt : K'-

4

M:Mt*Mz-y{+x

I2_- K4

12 I22

r- 2K

4

K12

Fig. ó69.-Acoplarniento en serie de 2 ntotores de corriente contintm.

788

Corno el salto .de 'r,elocidad es muy brt¡sco, en los vehículos détracción eléctrica generalmelnte se combinan los clos sistemas de re-gulación de velociáad que hemos estudiado: por cuntrol reostático ypor acoplamiento de motores. El proceso de este sistema combinadode regulación, se muestra en la figura 671. En el momento del arran-que (figura 671 a), Ios motores están conectados en serie y con elreostato en posición rle máxima resistencia; se consigue una primeraregulación, suprimiendo escalones de resistencia del reostato (figura

789

Fi*.671.-Esquema de la regulación de uelocidad en un vehículo de traccióneléctrica: a-momento del arranque: ntotores acoplados en serie y reostato enposición de mdxima resistencia. b-primera fase de regulación: motores acoplados en serie y reostato en posición de mínima resistencia. c-segunda fasede regulación: motores acoplados en paralelo y reostato en posición de mdximaresistencia. d-tercera fase de regulación: motores acoplados en paralelo y reos-tato en posición de mínima resistencia.

671b). Cuando se han suprimido todos los escalones de resistencia,se cambia a acoplamiento en paralelo de los motores pero aicionandosimultáneamente el reostato, de forma que quede nuevamente en laposición de máxima resistencia (figura 671c). Finalmente, se vandesconectando nuevamente las resistencias del reostato hasta que to-das queden fuera de circuito (figura 671 d), con Io que se obtiene

790

cl montaje de máxima velocidad que por tratarse de motorcs serie

corresponde, naturalmente, al par motor mínimo-El sistema expuesto puede ampliarse fácilmente al caso de

dc 2 motores eléctricos acoplados.Modernamente, para regular la velocidad de los motores de corrien-

te continua por variación de la fuerza.contraelectromotriz, se utilizansis-temas qlectrónicos de regulación, que estudiaremos más adelante,

¿nl.f volumen de esta,cbra dedigado a manlobra, mando y regulación.

Regulación de Ia velocidad, actuando sobre el flujo inductor

Como se ha estudiado anteriormente, en los motores de corrientecr¡ntinua se tiene que, para una misma corriente de carga I:

a) Ia velocidad es inversamente proporcional al flujo inductor @

b ) el par motor es proporcional al flujo inductor @

Por lo tanto, si varía la corriente de excitaciófi I"* y, con ella, elflujo inductor O, podrá regularse la velocidad de un motor de co-¡'riente continua., En los .motores shunt y conlpound, para variar la corriente de

excitaciórr,' se varía la resiitenciá- en el , circuito de excitació:r, inter-calando en serie con el arrollamiento inductor una resistencia regti-lable, denominada reostato de catnpo y, también, reguladctr de veloci-dad, que se conecta tal como se expresa en la figura 672; recuérdesclo que se dijo en el parágrafo correspondiente al arranque dc losmotores de corriente continua, referente a la,ccnexión del arrancadory del regulador de velocidad en los motores shunt y compound. \{u-chas veces se combinan ambos aparatos mediante arrancadores4'egtr'laclores (figura 673); en los primeros contactos del aparato actúanIas resist.rriius de arranqu€ y, ,r.ru u., el motor a plena marcha, puedeactuarse ya sobre las resistencias de regulación de la velocidad.

En los motores serie, el reostato regulador de velocidad se conectaen paralelo con el arrollamiento inductor (figura 674), es decir, shun-tando este arrollamiento, de forma que variando el valor de la corrienteque atraviesa el arrollamiento y por lo tanto, el flujo inductor, varíetambién la velocidad del motor.

El sistema de regulación- de velocidad objeto del presente pará-grafo es muy sencillo y, sobre todo, económico ya que el consumode potencia en el regulador

791

P", : R, I'",

Regutodor de vetocidodr__

Arroncodo r

r--

R

II

I

I

I

I

I

I

I

,l

I

I

I

i

I

I

I

I

L

--tI

UIIrl

T Ironcdor- regutodor

_j

Ploco de bornes

::l;1.r, - conexiones de tnt ntotor srttmt con arrancador y regttrador de vero_

es sruírlpre pequeño puesto que

en el motor shunt, la corriente de excitación es muy pequeñaen el motor serie, la resistencia cler ."grtuJá, es pequeña.

Siil embargo, existe el inconveniente de que los lÍmites cle regula-ción :.on Last¿r're reducidos (como máximo,;" i;-r;i;.tó" á. r u ¡1.

792

,ii-

a)b)

Ptoco debornes

Fig. 673.-conexiones cle un motor sruuú con a.rrutcador-regttlador.

793

LLF

R

.l_

A F irF B

IH.;)

-l\-/

;F

Fig. ó74. - Conexiones de un tnotor seriecon arratxcador y regulador de yelocidad.

Por esta razón, está limitado:

a) en la zona de pequeñas velocidades (valores elevados de lD),por Ia saturación del circuito magnético

b ) en Ia zona de elevadas velocidades, por el consumo de unacorriente de carga excesiva, que puede provocar, incluso, elparo del motor. Efectivamente, en la mayoría de aplicaciones,el par resistente crece con la velocidad y, de u",r"lrdo con laexpresión

ll[.: K@ I

el flujo es un factor del par.

Naturalmente, se podría conseguir un motor que permita una re-gulación de velocidad entre límites más amplios, perb resultaría an-tieconómico, ya que su circuito magnético debe estar calculado paraIa velocidad menor (flujo máximo) y, por lo tanto, trabaja a ta3o

794

rendimiento para Ias velocidades más elevadas. Por esta razón, se pre-fieren otros sistemas de regulación de velocidad, que se estudiaránen el volumen dedicado a maniobra, mando y regulación.

Fundamentos del frenado eléctrico

.Ef motor eléctrico de corriente continua, como cualquier otra má-quina en movimiento, necesita párarse y ponerse nuevamente en mo-vimiento, a voluntad del operario que lo maneja, y según las necesi-dades del servicio. Esto es todavÍa más determin".ri" .rando el motoreléctrico se aplica al transporte y elevación de cargas (r,ehículos detracción eléctrica, ascensores, montacargas, _erúas, "tc...),

es decir, enIas aplicaciones que necesitan unas veces un par motor (por ejempl,:,para elevar una carga) y, otras veces, un par resistente (por

"j.*plo,durante el descenso de una ca¡ga): en este último "uró,

Ia marchadebe reducirse gradualmente, mediante un efecto de frenado. Existenvarias soluciones para obtener un par resistente en un motor eléctrico(frenos electromagnéticos, frenos neumáticos, etc...), pero en los mo-tores de corriente continua se emplea, sobre todo, el frenado eléctricopor §u seguridad y comodidad. El frenado eléctrico consiste, esencial-mente, en hacer funcionar el motor como generador, con lo que seprov?qa un par resistente, que es el utilizado para'el frenado.

.EI motor eléctrico de corriente continua puede frenarse por 3 p:.-r-cedimientos distintos: : '

1). por frenado reosttitico o frenado sin recupera.ción de enet.¿íab ) por frenado con recuperación de energíac ) por inversión de corriente

A continuación, se estudiarán estos 3 sistemas de frenado.

Frenado reostático

Supongamos un vehículo de tracción eléctrica que desciende poruna pendiente. Si se desconecta la Iínea de alimentación del motorque acciona el vehículo, el movimiento de éste provocará un movi-miento de giro del motor; es decir, que el *otoi girará, arrastraclopor el movimiento de descenso del veiículo. Pero como el motor decorriente continua es reversible, en este caso funcionará como gene"rador, ya que se. cede energía mecánica que el motor (ahora actuandc,como generador) convierte en energía eléctrica.

795

Fig. 675.-Frenado reosttitico d.e ,m mo-tor de cxcitación independiente.

es. proporcional a la velocidad. Estando las resistencias cle frenadoconectadas a los bornes del motor, la resistencia total del circuitode inducido es

R:R¡*R¡

y la corriente que atraviesa este circuito vale

como la velocidad n de descenso del peso p es acelerada, crecerá n,crecerá también E y, como consecuencia, aumentará el valor de lacorriente Ii. Pero el par resistente de un generador es proporcionala Ia corriente I¡, de acuerdo con la relaciói

M,:CQI¡

y, por lo tanto, aumentará también dicho par resistent" Mr: La velo-cidad n' del motór (qtre ahora actúa .o*ó g";"dñ;;;;;rf rr;¡áque el par resistente sea i_eual al par *ofo. u. de6id; ; ü .;rg;-i,,o sea, hasta que se establezca la ielación

Mr:Mp

en cuyo momento, Ia velocidad quedará estabilizada v el motor nose acelerará más. Como la velocidad es

En:K+é

sustituyendo E por sLl valor

_ . l,¡R ' .n=K:

o

y teniendo en cuenta que

EÍ_ri -

-R

ccnectando resistencias cle valor adecuado entre los bornes del mo-tor v variando el varor a" "rtu, ;rtri;!i^l, p""ae conseguirse fácil-nrente que Ia energía eléctrica desarrolluau poi .t -oiá, ar; resisten-te) sea igual a ialnergía mecánica que áÁarrolla el vehículo en sumovimiento (par motoi). Er motor girará a una verocidad que estádeterminada por el moíimiento der iehículá, p"ro esta verocidad noaumirntará, es decir, er motor no acererará aunque er vehÍcuro conti-núe su movimiento de descenso, crebido-1-;"; Ia energía eJéctrica pro,ducida por el moror y abs.rbio" ñ; L.=]"rirtencias, compensa erefecto de Ia energía mLcánica a"r"ñ"lruau por el vehículo en su des-censo. En resumen, se produce un efecto á" frenado.

Para aclarar mejor ef concepto de r.""uao, supongamos (figur a 675)' que el motor está accionado por un peso descendente p; este seríael caso, por ejempro, der descénso de una .¿rs1 por una grúa o porun montacargas. previamentg, se ha desconecüd; "r

."áioi de la redde alimentación_ y se ha ...ioao- J .l;;;i. Ai t"dr.ti;, ,oUr. tu,resistencias. de r'."uao il-;;;*i"J^;'i" Tü;; #;;1-u 'rup.,"rroun motor de excitación independi""t.; t; ;;?"*os más adelanre queIos razonamientos pueden- apricarse ; í;'áL-a, tipos de motores.cuanto más rápidamente baja 9{ n.¡o p;;;;.. es ra fuerza erectro_motriz desarrollada en el ináuciao ael ;";;;'(que ahora acrúa comogenerador); ya que la fuerza electromo;;i; i;d;;áu*.i'i,,i *.rr..ador

796 .

M,I¡=KtQ

797

obtendremos

KzIL

-

-

KtM,R

EI flujo inductor o es constante durante el proceso de frenado. porIo tanto, podemos poner Ia expresión anteriór bajo la forma

-- - in:KM,R

y como

M,_ MP

también

n:KMpR

es decir,_que la velocidad de caída depende del par motor, o sea delpeso de Ia carga, y de Ia resistencia total existente en el circuito delinducido. cuanto menor sea R, menor será también Ia velocidad, esdecir, que, dentro de ciertos límites, se puede conseguir determinadavelocidad de frenado sln más que regular las resist.rr.i-ur de frenado Rr.

Ahora,bien.cornoIaresistencia-tota]vale

R:R¡*Rr

aunque se anule totalmente R¡, la velocidad de frenado no será nuncaigual a cero, ya que tendremos, en este caso límite

R=R¡

Io que quiere decir que, mediante el frenado reostático no es posibleparar completamente el motor. Además, suponiendo que llegara a pa-rarse un momento, como se anularía Ia fuerza electromotriz E y elpeso P seguiría arrastrando al motor en su giro, volvería a ponerseen movimiento nuevamente, adquiriendo otra vez velocidad hásta lle-gar a igualarse los pares motor y resistentes. De.forma que, repetimos,con este sistema de frenado no puede pararse completamente el motor;cuando Ia velocidad se hace pequeña, debe emplearse un freno quebloquee definitivamente el motor (por ejemplo, un freno electromag-nético).

como resistencias de frenado se emplean, generalmente, las propiasresistencias de arranque pero proyectándolas de forma que puedan

798

permanecer conectadas al circuito durante el tiempo que durefrenado y que, además, puedan soportar las fuertes-inteirsidadescorriente puestas en juego.

Un caso particular de frenado reostático se puede obtener estable-ciendo un cortocircuito franco en el circuito del motor en el mome'todel frenado; es decir, se frena sin intercalar resistencias de frenaCo.con ello se obtiene un frena{o_ m-uy. enérgico, eus ;o'á;1J;;ii;;;durante Ia marcha nor¡nal debido " q"; ;l' ;;t;;- p;;d" averiarseseriamente a causa de Ia elevada corriente que Io atriviesa; pero quepuede utilizarse como frenado de urgencia para evitar un .,r-cid"rrt..

Veamos ahora como se realiza el frenado reosttítico de u.n motorshunt. sabemos que si un motor- shunt pasa a funcionar como gene-rador, girando su inducido en el mismó sentido, Ia co;-riente en elinducido se invierte, es decir, se invierte Ia polaridad clel inducidopero no la del arrollamiento de excitación; por Io tanto, Ia corrientede excitación circula en el mismo sentido si ia máquina irabaja ccmogenerador o si lo hace como motor. o sea que no

-hay peligro a. q,.r"

se descebe, perdiendo su magnetismo rernanente. §i" emuargo, enestas condiciones, el motor shunt no puede pasar a funcionar comogenerador, yd que el generador shunt sL d.r"rcita y tiene entoeces unfuncionamiento inestable si Ia resistencia del circüito exterior dismi-luye mucho, como_ ya se dijo en el capítulo correspondiente. para rea-h:zar bien el frenado, se áctúa tal .-o*o se repres"nta en la fü;; ;il,qg decir que, d,rliantg el'proceso de frenado'¡é.¿*.itu-'"r-'i"ái,.i;r-;i-rectamente de Ia red, convirtiendo Ia 'máquina en un g..r.ruaor deexcitación independiente. De esta forma, lai variaciones t"

"u.gu, ,.-presentadas esta vez por las resistencias de frenado, no tienen ,ing,rrru

influencia sobre el funcionamiento de Ia máquina.si al pasar el motor a funcionar como generador, gira en sentido

contrario, se realiza la misma operación que acabamós de explicar,con Io que tampoco ahora Ia máquina pierde su magnetismo rema-nente.

En resumen, para realizar el frenado reostático de un motor shunt,debe operarse de esta forma:

1. Desconectar el inducido del motor de la línea de alimentación,manteniendo conectado el arrollamiento de excitación a dichálÍnea.

2. cerrar el circuito del inducido del motor (ahora generador),sobre las resistencias de frenado.

^,^_?r.u.J. .l frenado reosttitico de un ntotor serie,la máquina, comosrempre, ha de trabajar como generador. Ahora bien, el sentido de la

eldc

Qz

799

\

:., o

Fig. 676.-Frenado reostdtico decomo moíor. b-Funcionantientottitico.

un tttotor shunt: a-Futtcionamiento norntalconto generador en conexión de frenad.o r.os-

el arrollamiento de excitación es el mismo, como pucclc apreciarseen la figura.

Si al pasar a girar como generador, el motol'scl'ir-. gira cn sentidocontrario, la corriente sigue circulando en el mismo sc.ntido por loque, para el frenado, bastará desconectar cl motor d.' l:.r rccl y cerrarel circuito sobre las resistencias de frenado, sin va¡'iu' Ias conexionesdel arrollamiento de excitación.

En resumen, para realizar el frenado reostático d.' un motor serie,se efectúan las siguientes operaciones:

Con inversión del sentido de giro (figura 677 b):

1. Desconectar el motor de la línea de alimentación.2. Cerrar el circuito del motor (ahora, generador), sobre las re-

sistencias de frenado.

Fig. 677.-Frenado reosttitico de un motor serie: a-Funcionamiento normalcomo motor. b-Ftincionamiento como generador en conexión de frenado reos-td.tico, con inversion del sentido d.e giro. c-Funcionamiento coftio generador suconexión de frenado reostático, sinlnversión del sentido de giro.

corriente del inducido es contrario en un motor serie que en ung':neraior serie, suponiendo que ambas máquinas giran .n el mismosentido. P'cr io-tanto, si paraTr.rru, un motor serie, nos limitamos adesconectarlo de Ia recl, conectando ¿.rp"ir sus bornes a las resis-tencias de frenado, Ia corriente en el ariollamiento d.e excitación (1,,Por. lo .tanto, también en el inducido), .i...rjura

-u[árl .e., ,entidocontrario que antes de iniciar er proceio de r".¡ua".tÉf*;";,ir;;

remanente del motor -en estos momentos, generador- se reduce

h,ast^a anu]ar-se, la_ máquina se desexcita ráplau*ente y desapareceríael efecto ce frenado. Pára evitar este inconvlniente, duiant" .i p.o."rode frenado (figura 9zz) hay que invertir los bornes del arrollamientode excita,:ión, con lo q.r" ér ientido de circulación de la.o.rtri"^"i800

@.02 - 52

801

Sin inversión del sentido de giro (figura 677 c):

I)esconectar el motor de Ia lÍnea de alimentación.Invertir las conexiones del arrollamiento de excitación.cerrar el cir-cuito de motor (ahora, generador) sobre las resis-tencias de frenado.

En el caso de existir 2 motores en serie accionando Ia miima má-quina, como sucede en muchos vehÍcuros' de tá;;tó" ¿r¿¿i.icá; ü-pués de desconectarlos de la línea, se conectan como en la figura 67g,es decir, cruzando las conexiones entre inducidos e inducttres. falc-omo se explicó en el capítulo dedicado al acoplamiento de genera-dores de corriente continua, de esta forma se neutr alizan Ias dife-rencias de fuerzas electromotrices inducidas en ambas m..,.quinas yocasionadas por Ias pequeñas diferencias constructivas q.r. ,i"rrrpráexisten entre 2 ó más máquinas consideradas iguales.

Naturalmente, el frenado reostdtico de un tnotor cotnpound puederealizarse sin ningún inconveniente. Unicamente debe cuidarse de queno se invierta la corriente en los arrollamientos de excitació, pá."que- no se pierda el magnetismo .remanente, según Io qrre ya se haexplicadcl para los motores shunt y serie.

Frenado con recuperación de energía ',:.

Hemos visto gu€, durante el proceso de frenado, el motor decorriente continua funciona como generador; en el frenado reostático,

Fíe. 678.-Frenado reosttitico de 2

802

estudiado en el parágrafo anterior, la energía eléctrica proCucida porel motor, funcionando como generador, se disipa en las resistenc-iasde frenado, convirtiéndose en energÍa calorífica.

Sin embargo, en determinadas condiciones, Ia energía eléctrica pro-ducida por el motor durante el proceso de frenado, puede enliarsea la red de alimentación de corriente continua, con lo que se obtieneuna evidente economía en la explotación, ya que dicha energía eléc-trica puede aprovecharse para accionar motores u otros aparatosreceptores. En este caso, el motor permanece conectado a Ia línea,según se indica en la figura 679, para el caso de un motor de e-rci-tación independiente. Este sistema se denomína frenado cott reatpe-ración de energía.

Las condiciones requeridas para que pueüa realizarse este sistemade frenado son las siguientes:

1. Que existan elementos consumidores en Ia red. De lo contrario,habrÍa que disipar la energía eléctrica producida, por mediode resistencias adecuadas, con lo que sería preferible el frenadoreostático.

1.)3.

Fie. 679.-Frenadoenergía de un ntotordiente.

con recuperación dede excítación indepen-

tnotores serie acoplados en paralelo.

803

2. Que el motor esté permanentemente conectado a la red. yasabemos que, en el frenado reostático, el motor se desconectade la red mientras dura el proceso de frenado.

3. Que la ftterza electromotriz producida por el motor (que fun-ciona como generador), sea mayor qtre la tensión de línea.

- Durante el proceso de frenado, y actuando el motor como genera-dor, si E es la f.uerza electrom otriz generada por el motor lahoragenerador) y U es la tensión de la línea, la corriente que circula porel inducido y enviada a la red, vale

E-UI_R¡

siendo R, la resistencia del inducido del motor.Naturalmcnte, en estas condiciones, para que circule corriente del

motor a la rcd, es necesario que

E>U

]: entonces, como -r*a hemos clicho, Ia corri.:nte retrocede a Ia red, ycuando el par resistente producido por Ia corriente del induci,io, .q1rí-libra el par motor producido por la fuerza exterior que acciona almotor, se produce el efecto de frenado.

La posibilidad del frenado con recuperación viene determinada porel valor de Ia velocidad necesaria pum que la fuerza electrom otrizdel motor

-ahora generador- sea, por ló menos, igual a la tensiónde la red. El efecto de frenado tieni lugar únicamente por encimade esta velocidad, qLle es curando el m,:tór trabaja como generador.Por debajo de esta velocidad, el motor vuelve a trabajarlomo tal,porque su fuerza contraelectromotriz es inferior a la tensión de lared y de;aparece el efecto de frenado; por lo tanto, en el frenado conrecuperación de energía tampoco puede lograrse la parada completadel motor, para Io cual se precisa recurrii a frenos mecánicos, elec-tromagnéticos, etc... lo mismo que sucedía en el caso de frenado reos-tático.

En el caso de frenado con ,r'rrrprrrción de elttergía d.e tm tttotorslutnt (figurra ó80), se tiene que '

cuando su velocidadmotor, funcionando

804

E>U

de giro es superior a la velocidad máxima delcomo tal motor. Esto sucederá cuando el motor

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l.¡< r.\ oo ¡

805

sea arrastrado por Ia carga, lo que producirá un aumento de su ve-Iocidad.

Para el frenado con recuperación de energía de un motor shunt,sin inversión del sentido de giro, no es necésario desconectarlo deIa red ni efectuar ninguna mcdiÍicación en sus conexiones (figura 6g0 b)ya que, en el momento en que Ia velocidad del motor'rór"pur. .ivalor crítico, ya se realiza ej efecto de frenado. ya sabemos que si. una máquina shunt gira en el mismo sentido .rurJo-r"".io"u .o*ómotor y como generadon, la corriente del induciá, tie""';;;;i;. ;;;:trario, pero no Ia corriente de excitación, que tiene el mismo sentidoen ambos casos: por Io tanto, y tal como hemo§ dicho anteriormente,no hay que realizar ningún cambio de conexiones, pues no hay peligrode que la máquina se descebe, perdiendo su magnetismo remanente.

Si, por el contrario, el sentido de giro se invieite al ser arrastradoel inducido por Ia carga, deberá .u*6iurre las conexiones del arrolla-miento shunt (figura ó80 c).

El frenado con recuperación de _energía de motores serie puederealizarse de Ia misma forma que el frenado reostático p.ro sin ol-vidar que, en este caso, el motor ha de estar permanentemente conec-tado a Ia red. o sea que, según se expresa en la fig".a ;¡r, ;iásentido_ de giro es el mismo, cuando el motor pasa a f-uncionar comogenerador, deben invertirse las conexiones del arrollami""to de exci-tación, pára que Ia corriente en dicho arrollamiento circule en elmismo sentido durante el proceso de fre.raáo ;;; &;;";;l;t;".;rr;normal ,del moror- (figura osl a);:y ri r" r¡vr"ii" a ,¿iiia;üil;no es necesario efectuar ninguna modificación en las conexiones- (fi-gura 681 c) pues el sentido de la corriente en el inducido, ,"ia'amismo, tal como hemos visto al estudiar el frenado reostático.

En las condiciones expresadas en el párrafo anterior, se necesita.una corriente de excitación muy elevada para que se produzca elfrenado con recuperación de enárgía de un motor serie, y como ladiferencia

E_U

da valore_s pequeños, Ia cor¡iente del inducido, que en este caso estambién la corriente de excitación, no resulta ,,rii.i".rt". El sistemageneralmente empleado para el frenado, es hacer funcionar el motor-ahora generador- con excitación independiente, alimentando el cir-cuito de excitación con-una pequeña dinimo excitatriz auxiliar de bajatensión y alta intensidad de corriente, con Io cual no es necesariocambiar las conexiones del circuito inductor cuando no se invierteel sentido de giro.

80ó

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807

En el frenado con recuperación de energía de wt nrctor cotnpounddebe hacerse observar que, tal como hemos visto en el parágrafo an-terior, en el arrollamiento de excitación serie se debilita el flujo in-ductor. Esto puede ser causa de que en un motor compound, funcio-nando como generador durante el frenado, el par resistente resultamenor que el par motor, en cuyo caso, la máquina se embalaría. Poresta razón, al pasar un motor compound a funcionar como generador,se recomienda desconectar el arrollamiento de excitación serie. Eneste caso, se convierte en un motor shunt, y entonces resulta válidotodo cuanto se ha dicho al hablar de este tipo de motor.

Frenado por inversión de corriente

Es el frenado más enérgico que puede realizarse; consiste, sim-plemente, en invertir el sentido de la corriente en el inducido o enel inductor. Con esto se consigue que se invierta el par motor de lamácluina; entonces, la fuerza contraelectromotriz del motor se sumaa la fuerza elc'ctromotriz de la línea y el motor consume una corrientemuy elevada, expresada por'

U+EI:-R¿

Para compreni:r mejor lo peligroso de este sistema de frenado,vamos a poner un ejernplo. Supongamos que el motor de una grúaconsume 40 A, bajo tensión de 220 V, con una resistencia interiorde 1 ohmio; la fuerza contraelectromotriz del motor vale

E - U - RI - 220 - l,il - 180 V

si, cn plena marcha, se invierte las conexiones

u+E 220+180I_ = 4O0 A,

es decir, ur: corriente 10 veces mayor de su valor nominal.Para reducir esta elevada intensidad, al realizar la maniobra de

frenado, debe conectarse en serie con el inducido, una resistenciade valor apropiado. Si suponemos que, en el caso anterior, esta re-

803

sistenciaserla

es de 9 ohmios, la intensidad que circularía por el motor

220 + 180 fio :40 AI_ 1+9

es decir, el valor nominal de la corriente.

Combinadores de mando para motores de corriente continua

Las maniobras que exige el servicio de los motores de corrientecontinua, es decir, ui.".rq,rá, inversión de giro, regulación de velocidad,frenado, etc... se puederr simplificar extraordinariamente mediante el

empleo de los diipositivos dinominados combinadores de nundo y,

también, controlers. Au-nque el estudio detallado de estos dispositivos.se realizará en el volum"r, d* esta obra dedicado a maniobra, mandoy regulación, ahora adelantaremos algunos conceptos aplicables a los

motores de corriente continua.

Los contbittadcres de mando de segmentos están constituidos porun tambor rotatiyo sobre ei que va:1 montados una serie de segmentos

cle contacto giratorios con el tambor, unidos eléctricamente, y de unaserie de dedás de contacto fijos; los segmentos unen o separan al-

gunos de estos dedos de conta:to, de forma que pueden emplearsepara conectar o desconectar resistencias de arranqt¡e o de regulación,invertir el sentido de giro, etc... EI conjunto de segmentos y dedos

de coatacto están *o.rtudos sobre un bastidor de hierro, aislado

eléctricamente, y tapados después por una caja con su, tapa corres-pondiente; generalmente, se instalan en posici*n vertical. Estos com-

tinadores.pueclen accionarse, según los casos, por medio de volante,de manivela, de palanca, etc...

Cuando hay que maniobrar motores de gran potencia, o con mu-

chos escalonei cle velocidad o previstos para numerosas maniobras,el número de dedos de contacto aumenta extraordinariamente y los

segmentos, conductore¡ .,:tu" sometido¡, a._un desgaste antieconómico.En estos casos, es preferible el'empleo de los contbinadores- de mando

cl.e levas, constituiáor por varios y fuertes contactos móviles que cie-

rran sobre contactos fijos y están montados sobre un soporte oscilante

cuyo movimiento está mandado por levas mecánicamente solidariasal eje del combinador. Al girar el eje, giran también las levas, QU€

ab.en y cierran los contactos correspondientes, en el orden y sucesión

10

R

809

que sean necesarios: invertir bl sentido de marcha, conectar o desco-nectar resistencias de arranque, etc...

Véase, como ejemplo, en Ia figura 682, la aplicación de un com-binador de rnando para el arranque de un motor serie. La resistenciaR, se va desconectando a medida que se pasa de una posición del com-binador a la posición siguiente, quedando totalmente desconectadaen Ia última posición, ló que ..r..sponde al régimen normal dernarcha del motor. t , :

En Ia figura 683 se ha representado el equipo completo para elmando de uh motor serie, que comprende el combinador de mandoy elementos auxiliares y eu€, con las debidas variantes, podemosconsiderar aplicable a aparatos de elevación, vehículos de traccióneléctrica, etc...

Con el combinador de mando de Ia figura 683, se consigue:

1. Puesta en marcha del motor.

2. Regulación reostática de Ia velocidad. Hay 4 escalones delocidad. que corresponden, respectivamente, d 3, 2, y I deresistencias de regulación (dibujadas en Ia figura al ladocombinador) y, además, al caso en que no haya ninguna

u_L! r_,ll¡ I

' I'll

FiS. é33.-Equipo de ntando para regulación, frenadode giro de un ntotor serie.

sistencia de regulación intercalada, es decir, a la velocidad má-xima.

3. Inversión del sentido de giro del motor. Según se maniobre elcombinador hacia la derecha o hacia la izquierda, el motorgira en uno u otro sentido, por inversión de las conexiones enel inducido. En ambos sentidos de giro son posibles los 4 es-

calones de velocidad citados anteriormente, tal como expresaIa figura 684, donde se han representado los esquemas desa-

rrollados para los 2 sentidos de giro, suponiendo conectadas

1 t 2 .t 0 .1 2 t 4

rr'-t

ve-lasdelre-

tl¡<ttol¡*éc l¡tm

Fis. 682. - Aplicación dedo, para el arranque d.e

un cotttbinador de ntan-un ,notor serie.

811

#'

810

unipolares, lo que es suficiente para parar el motor-, pero nopara dejarlo sin tensión, efecto que solamente se consigue ac-cionando el interruptor principal.

En el último capítulo de este mismo volumen se estudian varioscasos prácticos de conexionado de motores de corriente continua conmaniobra mediante combinador de mando.

Fig. ó8.4. - Esquemas desarrollados del eqtúpo desttponiendo conectadas toclas las resisteiciás dedas. b-giro a derechas.

tnando de la figura anterior,regulación: a-giro a ilquier:-

tocas las resistencias de regulación (es decir, en la posición demínima .velocidad). Los números y letras á. .rtu'figr.u, co-rrcsponden con los de la figura 6g3.

como elementos auxiliares de mancio, en Ia figura 6g3 se repre-sentan :

1. un freno electromagnético, cuyas zapatas de freno actúan alinterrumpirse Ia corriente, parándo el motor.

2' Dos interrrtptores final de carrera. El interruptor 1 actúa in-terrumpiendc¡ la corriente, cuando el elementá accionado porel motor (grúa, máquina herramienta, etc...), llega a una desris posiciones extremas (por ejemplo, la inferioi en el ¿";;de una grúa). EI interrrplor z-, u.iúu interrumpi"náo i"- ¿;:rriente ruando el eleme.rio q''r"'a.cio.ru el motoi iü; ;-.;;de su: posiciones extremas (por ejemplo, Ia ,"p;;i; en elcaso de una grúa). En ambor .".or actúa el freno electromag_nético, que para el motor. Téngase en cuenta que estos inte_rruptores final de carrera, solamente cortan la coirient.¡ en unodc' los polos del motor, es decir, actúan como interruptores

812813

10 Máquinas especialesde corriente continur.

Introducción

Con el nombre genérico de máquinas especiales de corriente con-tinua estucliaremos un conjunto de máquinas, cuyo principio de iun:cionamiento lse aparta, de una manera u otra, de las máquinas ccrl-venciónales que hemos estudiado hasta ahora. Generalmente, estasmáquinas no se emplean como generadores de gran potencia, ni comomotores, sino que su campo de actúación se extiende a las siguientesaplicaciones:

- Como máquinas reguladoras, es decir, para mantener constanteuna magnitud previamente regulada que puede ser una tensión,una corriente, una velocidad, etc...

- Como ntdquinas amplificadoras, las cuales permiten la regula-ción de grandes potencias por el control sobre un circuito depotencia mucho menor.

- Como máquinas transfonnadoras, es decir, capaces de transfor-mar una potencia de corriente continua Ur Ir eD otra potencia,también de corriente continua, y sensiblemente igual U, Iz ha-ciendo que Uz * Ut e Iz # \.

Las caracterÍsticas de todas estas máquinas permiten cumplir lasfunciones de amplificación y regulación de alta calidad como son, por

815

ejemplo, L¡s utilizados para la rr'gulación cle tensión en los grandesgeneradore's síncronos de las centrales eléctricas, la regulación develocidad de las máquinas de tracción, ra regula.íó., a" !át.r,.iu "nlos laminadores, etc...

Muchas de las máquinas que estudiaremos pueden cumplir, simul-táneamente o con algunas variaciones, dos o *a. de las aplicacionesanteriormente citadas.

Las propiedades y aplicaciones en el dominio de las corrientes fuer-tes, corresponde a las de las váh'ulas electrónicas y similares en elcampo de las corrientes débiles.

. De folma general, estas máquinas especiales realizan las condi-ciones indicadas según dos principios de funcionamiento.

a) por utilización de la reacción de inducidob ) por combinación de varios arrollamientos de excitación.

}iáq::inas .-spcciales de corriente continuaque trtili¿:...¡ Ia reacción de inducido

Fig. ó8í.-Fundantento de la utilizaciónde la reacción de inducido.

e ) Amplidinaf ) Homeodinag ) Metadinah) Gammadinai ) Magnicón

Máquinas gspeciales de corriente continua que utilizan Ia combinaciónde varios arrollamientos de excitación

Los 3 sistemas de excitación ya conocidos: independiente, shunty serie, se emplean al mismo tiempo en ciertas máquinas especiales,cuyo estado magnético está definido, en cada instante, por los flujosmagnéticos producidos por cada uno de ellos.

Según la importancia y el sentido (magnetizante o desmagnetizan-te) de. la fuerza magnetomotriz de cada arrollamientg de excitación,se pueden obtener características rnuy diversas. Por ejqmpfo en trac-ción Diesel-eléctrica es mr,ry utilizada la combinación: excitación shuntmagnetizante, excitación serie desmagnetizante, excitación independien-te variable entre dos límites de signo contrario, para la excitacióndel generador principal, accionado por el motor Diesel y que alimentalos mot«¡res de los ejes motrices. En la familia de caractetísticascorrespondiente a los valores de las corrientes en el arrollamiento de

Hgmos visto en anteriores capÍtulos que, en una máquina co¡rvsrf+cion:! cc corriente continua, la iea,-ción cle'induciJ" ;;lulf.;;;;;Ilc.rt*i 5a'-lc'; que debe compensarse- de algun; ;;;.;. il ;ñ;;;;;un bastantes tipos de,máquinas especiales se aprovecha precisamenteeste ienómeno para obtener unas característicai especiales de funcio-namiento y para obtener en la misma máquina doi pasos de amplifi-cacirin.

El p-rincipio básico- es el siguiente (figura 685): un inducido bipolarc.on coiector, recorrido por una corriente I, conducida por un parce escobillas Ar Ar, cliametralmente opuestas, prod.r"" .,r, flujo mag-njlicg, fijo en el espacio, cuyo sentido coir:ciáe con el eje Az Ar. sie,l inducido gira en el interior de este flujo aparecerá uná diferenciacie potencial entre 2 puntos cualesquiera del ctlector, .ryo ,álo. ,".amáximo entre 2 escobillas Br Bz, diametralmente opuestás y situadasen un eje perpendicular a las escobillas Ar Az.

. La máquina básica que utiliza la reacción de inducido y a partirde Ia cual se han desarrollado todas las demás que funcionan segúnel misrno principio, es el generaaoi niiirr;¿. ñ"*tr*';ildiaremos :

Ias siguientes máquinas áspeciales :

a) Gener';rdor Rosenbergb ) Gencrador de 3 escobillasc ) Dynautónd ) Nletadinamo

816

to

6n0r-§1

817

excitación independiente, se puecre elegir ra que permita utilizar Iapotencia máxima del motor Diesel para I"¿u -urcha de Ia locsmotora.La máquina básica de varios arrolla*i*ro, que puede conside-rarse como el fundamento de todas las aemas es el ^g"niiodo,

Kr¿i*"r.En este capÍtulo estudiaremos las rig"i.;ü"máquinas especiares conarrollamientos combinados :

Gen,erador KrámerRototrol

Observación

Antes de comenzar el estudio do Ias máquinas citadas, describire-mos dos T1e-uilas' especiales que no están basadas en el efecto dereacción del inducido ni llevan varios arrollamientos de excitacióncombjnados y que, por ro tanto, no han pááiao crasificarse en ros dosgrandes grupos anteriores. Estas máquinas son las siguientes.

a) Generador Dolivo-Dobrowolskyb ) Generador tacométrico J

Generador Dolivo-Dobrowolsky

Las redes trifilares de corriente continua, precisan una tensiónentre los conductores exteriores, dob-le q""-."t.e cada conductor ex-terior y el conductor neutro. La solucion mas sencilla -",

dirpor.,en el inducido de un generador, dos "rroti"..,lentos ig;;r"r; conectar_Ios con 2 colectores. úniendo Iás .""á;;;;r", exteriores de Ia red conambos arrollamientos conectados en r;;i;;;onéctando er conducrorneutro en el punto de unión de dichor

".rállumientos se obtiene unatensión uu entre cada conductor exterior y el conducto, ,r"rri.o y unatensión 2 ut entre ambos conductor.t "*t".iores.

pero con esta dis-posición no resulta posible regular lu t."riá" a" Ia red en cada unade sus dos mitades.otra solución para obtener una división de tensión en una soramáquina es el generador Doriuo Dob;r;;l;iy, empleada cán venrajasobre Ia solución precedente. En la rig"r" Za6 se representa esque-máticamente este generador. se trata á" ;"; máquina de constnrc-ción normal, cuy_a tensión uu en ror üoÁL, á.1 ilái;il;, iiüor.ionaIa tensión entre los conductóres activos de la red bifilar. Además delcolector ordinario esta-máquina está provista de z u"iil,or-ülectores,conectados a puntos diamátralmente'op"".ior del arrollamiento del

818

Fig. 666. - Generador Dolit'o-Dobt'o*'olsky,con una sola bobina de indttctanci¡.

inducido; desde estos anillos, y por medio de las correspondientesescobillas, se conduce la corriente alterna captada por aquéllas, a unabobina dispuesta sobre un núcleo laminado, semejante al de un trans-formador. Del punto medio de esta bobina, se deriva e[ conductorneutro de la instalación; entre cada escobilla y la derivación, se ob-tiene una tensión 0,5 Uu, cualquiera que sea la posición de la bobinarespecto de las escobillas.

En la bobina se obtiene una tensión alterna, cuyo valor eficaz es

Ua/ ,,/2. Como esta bobina tiene una inductancia muy elevada, la co-rriente que circula por ella (que normalmente tiene un valor muy

a)b)

819

----I

Fig. 687. - Generador Dolivo-Dobrowolsky, con3 bobinas de inductancia.

pequeño), : tá muy retrasada respecto de la tensión que la ha ori-ginado y, Fcr ello la potencia perdida es muy reducidá. si la resis-tencia óhmica de esta bobina es muy pequeña, las pérdidas por efectoJoule serán también reducidas.

Se ccnsigue un mejor reparto de la tensión entre Ias dos mitadesde Ia red, m."diante el procedimiento expresado en la figura 6g7, esdecir, con tres bobinas, unidas en un extremo por un punto comúny por eL otro extremo a puntos del inducido decalados entre sí 120gracios- eléctricos. El punto común de las tres bobinas, se une conel conductor neutro.

Hasta ahor;¡. se ha hablado sólo de máquinas bipolares. En máqui-nas multipolares, por medio de conexiones múltipies, r" ,.rrr, los anillosa todos los puntos de igual potencial (un punto por cada par de polos).Con ello, se obtiene un circuito equipotencial q.," rn.¡oru .rót^bl"-mente el funcionamiento de la máquina.

820

Mediante este procedimiento, se puede mantener en cada puente,

con la aproximación necesaria, la mitad de la tensión que existe entrelos conductores activos del generador, aun existiendo importantesdiferencias de carga en ambos puentes. Pero esto ocurre en la centralqrle es donde está instalado el generador divisor de tensión, pero noen el punto de consumo, en el cual será distinta la tensión si los

conductores activos del alimentador correspondiente no lleva la mismacarga. Es decir gue, con este sistema, tampoco es posible regularindependientemente la tensión entre cada uno de los puentes, sinoque deben utilizarsé resistencias de regulación, que se intercalan en

los conductorés activos de alimentación de la red. Como con este

siitema de regulaciónl se producen importantes pérdidas de potencia,el generador Dolivo-Dobrowolsky resulta antieconómico, excepto en

instalaciones de pequeña potencia.

Generador tacométrico

En el generador tacométrico, el campo magnético inductor está

creado por imanes permanentes Y, PoI lo tanto con un flujo magnéticoconstante; por otra parte, se le hace trabajar gon cargas mu-v peque'

ñas de tal forrna que la reacción de inducido, (lue es proporcionál a

la corriente de .u.¿" :I, resulta en este' caso desprecitrt:le. De esta for-ma, en el generadoi tacométrico, la fuerza electromotrt¿,va no depende

ni de la cor¡iente de excitación (plesto que no existe) ni de la reacciónde inducido y solamente depende de la velocidad de la máqr"rina, es

decir que tenemos

E: Kn

G.+

I ol Nli o,5uo _i 0,5U6 i

-

Iu6i

I'tI

Fig. ó88.-Principio de luncionamiento del §eneraclor taconútrico.

821

si, como se expresa en Ia figura.6gg se acopra un generador taco-métrico al eje de un motor (que puede ser de corriente continua oalterna), se conseguirá que las variaciones de verocidad en er motorse traduzcan en variaciones de tensión en los borne, l.t--g"reradortacométrico. Se procede entonces a Ia- comparación de la tensión delgenerador E, con otra tensión conocida E" ;' .,.ra.rdo ambas- r"u., igua-Ies, Ia tensión entre Ios puntos A y B será n.rla.si varía Ia velocidad der motor M, variará también Ia tensión E*v entre los puntos A y B aparecera "", dif"ü.;il;il;jl¿ ,

e:E.-Es

que dependerá de Ia verocidad del motor M. Esta tensión e, previa-mente amplificada,. p,ede aplicarse al propio motor r\{, regulando deesta forma su velocidad. Por otra parte,la velocidad de funcionamientodel motor M, que se desarrolla cuando

E,=Es

se puede variar, ajustándola mediante el cursor C y variando de estaforma la tensión de comparación E".

. En Ia figura 6as9 :: ex-presl una apricación del generador tacomé-trico para Ia regtrlación dL velocidad^cle -ú"

Loror de corriente con-tinua. parar elto, et circuito de .;.sa á;r-el¡¿;;;;r";".".r1!i.r.o ati-menta el arrollamiento á. .*.it".i0"" -i"á"i"-.rai..rte de un generadorde corriente continua; la tensión en Uor"á, úu de este generador esIa qu-e se aplica al circuito de excitación der motor, controlando deesta forma su velo_cidad de giro. En efecto,

".ru.rdo aumenta Ia velo-cidad del motor M, por

"r.i*a der valo.1" "o.rrigna

fijado por E.,aumenta Ia tensión entre A y B

e=Er-E"

y uu varía disminuyendo Ia excitación der motor M y compensandode esta forma el aumento inicial de vero.iááa. - - r

Recibe er nombre de factor de amprificacló, A, a Ia reración entreel incremento a Ps Que en Ia potenciá de salida, origina un incremen-to A P" de Ia potencia de entrada. Es decir I

Fig.689.-Aplicación del generador tacométrico para la regulación de la yeto-cidad de un motor de corrieitte continua.

Por ejemplo, en el caso del generador G de la figura 689, el factorde amplificación será

APs A(Ut I)A_

LP" L(U"* 1,,)

De esta forma, se obtienen factores de amplificación comprendidosentre 50 y 100. Además, el tiempo de respuesta es bastante elevado,debido a Ia dificultad en variar instantáneamente el flujo magnético.Más adelairte estudiaremos máquinas amplificadoras (amplidina, mag-nicón, etc...) donde se consiguen factores de amplificación mucho máselevados, con tiempos de respuesta más reducidos.

Generador Rosenberg

El generador Rosenberg se denomina también generador de campotransversal, por su principio de funcionamiento. Es capaz de propor-

AP"

RST

822

A_^P"

823

82 EL--

{r r f

Corgo

Fig. ó90.-Principio de ltmcionantiento clel generad.or Rosettberg.

cionar una coi'riente de ca-rga c<.rnstante, cualquiera que sea la velo-cidad ce l¡ máquina, por lo que tiene aplicación para el servicio deil,:minación de trenes, aviones y bur.or. §iip.i"cipio de funcionamien_tc está r;prc;entado en ra figura 690 y rr', dirp,,ri.ion constructivaen Ia figura ó91.Los induciores están provistos de un arrollamiento de excitaciónindependiente, atravesado por ,rrr" .o..i""i. a. "*.itu.i¿;1; muy pe-queña sumiriistrada generalmente por una batería de acumuladores.Está provisto de dos pares de escobillas: ras escobilras Br B, situadasen Ia zona neutra de los polos inductores t unidas entre sí en corto-circuito y las escobillas Cr Cz, situaclas en el eje de los polos induc_tores, que suministran Ia corriente al circuito exterior.Cuando se alimentan los polos inductores con la corriente de ex-citación independiente I.*, esta c-oTiente produce ,.r, fld-magnético

.i.rrductor @r según tra dirección del ej" c,- cr; .orno consecuencia, seproduce una fuerza electromorriz induciáa E.. ;;;;; i#ü;ri;; É;Bz en cortocircuito y, - por Io tanto,

"ii. li..,rito está atravesadopor una corriente r." la cual produce a su vez un flujo magnéti-co transversal <D2, .culo eje coincide con el de las "r.oiiilu, c, cz.Ttj:.flujo magnético transversal es equivalente al flujo magnéticodebido a Ia reacción de inducido d. lu, ;;;uinas noráales y, para

824

Fig. 691.- Disposición constructiva clel generaclor Rosenberg.

favorecer su formaci-ón, el generador Rosenberg llcva ¡riezas polarese-nsanchadas y grandes. De esta forma, con ulla pequeña corrientede excitación puede conseguirse Lln flujo transversui *Ly grand.e; porotra parte, la corriente de excitación ha de ser muy pequeña, ya qlleIas escobillas están conectadas en cortccircuito y, .t; oiru fo.* a, lacorriente I." podría alcanzar valores muy elevados

El flujo magnético transversal Oz induce una corriente I entre lasescobillas Cr Cz Ia cual, a sLr vez, provoca la formación de un flujomagnético (Dr' en Ia misma dirección que el fir:jo inductor @r peroen sentido contrario, es decir, que se opone a esté flujo incluctor.

La corriente de carga I no puede llegar a ser nunca suficientementegrande para que el flujo magnético @,, produciclo pcr ella, anule laacción del flujo inductor 01, pu€S en este caso, ,ro ," induciría fuerzaelectromot-riz entre las escobillas en cortocircuit{; \,, por lo tanto, nose dispondría de flujo trans.,'ersal. o sea que la iúá.ra "i".i.u*átii,E." entre las'escobillás B, B: cn cortocircuito es p;;;;;.b;;l; l;;;:locidad de Ia máquina y a la diferencia cle los flujoi magnéticos pro-clucidos, respectivamente, por los polos inductor"i y poila corrientede carga. Es decir, qlle tendremos

E,": K, (Or - Oi) n

825

Por otra parte, si el número de espiras es constante, Ios flujos mag-néticos son proporcionales a las corrientes que los producen; en nues-tro caso:

@l : Kz 1",Qi:KsI

o sea que, en la expresión anterior

E"": Kt (Kz f", - K: I) n

Si llamamos

podemos poner esta expresión en Ia forma

Er"-(C, I"'-C2 I)

Por otra parte, se tiene que

y si hacemos

tendremos, finalmente

Cr¿f,_v

Cz

I=C 1,,

es decir, que la corriente de carga I es proporcional a la corriente deexcitacióll I"*. Como en la expresión anterior no figura ningún ctrotérmino, se deduce que dicha expresión se cumple, cualquieril que seala velocidad de la mdquina.

De acuerdo con Io dicho, el generador Rosenberg cumple las si-guientes funciones:

a) es un generador de corriente constante cualquiera que sea su. velocidad, pues la corriente de cat:ga solainente depende de Ia

corriente de excitación y si ésta permanece constante, tambiénser:á consta.nte Ia coiriente de carga.

b ) es una máqu.ina amplificadora pues, por principio de funcio-namiento, Ia corriente de excitacióD f." es muy pequeña y pro-duce, sin embargo, una corriente de carga I bastante elevada.

c ) es una máquina reguladora pues, una pequeña variación enel valor de f"* provoca una gran variación de Ia corriente decarga I.

En la figura 692 está representada la variación de la intensidad decarga en función de la velocidacl trabajando la máquina en paralelocon una batería de acumuladores. Por el desarrollo de estas curvaspuede apreciarse que a una excitación determinada corresponde unacorriente de carga determinada y constante, dentro de una ampliazona de velocidades. A la velocidad para la cual, las diversas curvascortan el eje de las abscisas, Ia máquina alcanza la tensión de la ba-tería y comienza a tomar parte en el suministro de corriente.

Como hemos dicho anteriormente el generador Rosenberg encuen-tra aplicación en Ia carga de baterías e instalaciones de alumbrado

o sea que

Ct-- I",

Cz

Kt Kz-CtKt Ks-Cz

.' R¿ : resistencia interior del generador

Pero como Ia resistencia interior es muyarrollamiento está cerrado en cortocircuito, iatambién será muy pequeña. Si suponemos

E""-A

tendremos que

pequeña, puesto que e[fuerza electromotriz E."

Iuego

de donde

826

(CtI,,-CzI)n=0

CtI"*- CzI=0

CtIr*=CzI

827

I/, //

{ú

7t,

,a

llt,

II

IroI

l¡

oA¡ooEo

c30(l)

!oHroCo,c

Velocidod en r'P'm'- ---+

I : f (n) de un generador Roserúerg' FiS. ó93. - Generador Rosenberg autoexcitado'Fis. 692. - Características

cle vehículos terrestres, aéreos y marítimos -donde, generalmente' se

conecta en paraleio con las esctbillas, una,batería de acumuladores

ciue, ademá; de alimenta. .t.urráifu."iá"to de excitación independien-

ii *""riene la tensión de la instalación a un valor constante aunque

varíe el número de lámparas enlervicio. Si la velocidad del generador

hi: bajado tant¡¡ que la tensión de la batería se hace mayor que la

fuerza electromotriz del generuáo., el circuito de éste queda automá-

ricament" irrt"rruÁptd" ; lu i"tiáfación de alumbrado quedará ali-

mentada solamente por lá bateria de acumuladores'

Algunas t.."r-1ii!rru ó93) el generador Rosenberg se dispone con

autoexcitación, ""t.l,o caso el añollamiento de excitación se conecta

en paral"lo .orr-"I lrrá,,"ido: u l.u salida * l"t escobillas Cr Cz' El re-

sultado es ,"r,riÚ1"*";;¿-;i mismo porque se {ilqor1s:p-&r? qYt .tf

circuiro m,,gnét"i^Já-áLll"a"ctor ,. ,it,rr"- Auy rápidame*lll "t decir'

para una pequeña corriente t",,,l"i¡tiudu. pn "sté

momento, eI flujo

inductor es constante y, po, io tanto, tendremos, como en el caso

anterior

Evidentemente, el circuito magnétic<¡ afectado por el flujo del indu-

.ido, debe mantenerse muy lejos de la saturación'

En esta disposición, el g"rr"rudor Rosenberg se aplica a la solciadura

eléctrica o a tráúa¡ár'ri*-irur"r,-"orrl la.venta;a de que xo es preciso

dispc ter de ninguna fuente .*terior de enérgía' Puede variarse el

valor de la corriente de carga, lonectando resÉtencias en el circuito

de excitaciórr.puede considerarse al generaclor Rosenberg-como el fundamento

de las modernas máquinas reguiadoras y amplificadoras cuyo funcio-

namiento está basado en fu "tiiiru.i¿t,

á"1 flu¡o transversal del indu-

;ü; (amplidina y máquinas similares)'

Generador de 3 escobillas

su esquema de principio se repres€nta en la figura 694' El genera-

dor de i escobil/as es de excitacián shunt, y su ciicuito inductor está

alimentado por una tensiO" toááá;-;;b;"" el colector' entre una 'de

las 2 escobilla; ;;;.tpales y una tercera escobilla b ' cuya posición

829

828

Cn 1", = constante

\

Fig. ó94.-Esquema d.e príncipio d.e un generador de 3 escobilras.

en el arco comprendido entre las escobilas principares Br Bz, puede

Es -la- máquina típica utilizada para Ia carga de las baterías deacumuladores de los automóviles. Áccionadu pá, el motor del auto_móvil.mediante corea, su velocidad ¿" rotá.ión puede riariar en Iarelación de I a l0 y, a pesar de este amplio -m;.g*

;; ,lio.ia"a.r,Ia corriente de .q.g" de la batería "" ;;ü;;;asa de un valor máximoregulable, haciend.o. variar Ia posición de Ia escobilla auxili ar b, sobreel arco comprendido entre lai escobillas Br Br.

EI estado magnético de la máquina está dlterminado por Ia super_posición de Ios 3 flujos magnétiCos siguientes (figur" oísj.

- el flujo de la reacción de inducido de la corriente r, dirigidosegún el eje Br Bu

- el flujo de la reacción de inducido de Ia corriente r.,, dirigidosegún el eje Bz b

- el flujo inductor dirigido según un eje perpendicular a Br Bz.

Por acción de.estos 3- flujos- combinados, Ia corriente de carga IvarÍa en función de Ia velocidad rz, según ," "*p."ra en la figura ó96.Mientras Ia velocidad sea inferior

" ,ñ cierto uuro, ,,, tu ruá za erec-tromotriz entre Br Bz es inferior a la de la baterÍa de'acumuladores;por lo tanto, se necesita un interruptor automático para conectar odesconectar el circuito de carga, ,"gú., que Ia velocid-ad sea superior

830

Fig. ó9S.-Princiiio de funcionamiento del generador de 3 escobillas.

Fis. 69ó.-características I:l (n) de un generador de 3 escobillas.

lI6ooq.Eqco

EopUIcos

o inferior a no, respectivamente. La corriente de carga I pasa por unmáximo y Iuego disminuye cuando aumenta la velocidad.

Por el principio mismo del generador, la batería no debe desco-nectarse nunca de Ios bornes del generador ya que entonces, si lavelocidad es muy elevada y Ia acción desmagnetizante de la corrientede carga I produce algún fallo, Ia tensión ántre B¿ y b se eleva ex-

83r

traordinariamente, hasta producir una corrir.nte dL, excitación I"* muyelevada y peligrosa para el circuito de excitación. Esta circunstanciapuede ocurrir, por ejemplo, si falla el interruptor automático y quedaabie¡to aunque Ia velocidad n; por esta razón, debe instalárse

"r,fr.rsible en el circuito de excitaci¿n del generador, qr" proteja dichocircuito contra una eventual sobrecarga-

El generador de 3 escobillas funciona siempre a plena potencia, yaque Ui e f son sensiblemente constantes, incluso áuando el circuiiode alimentación está poco cargado. por lo tanto, la batería no debesoportar una corriente de carga igual a la corriente total suministradapor el generador.

D1'nautón

Es un moderno generador de 3 escobillas, que se ha modificadode Ia siguiente forma:

Los polos inductores estáncada una de estas partes está

a) grn arrollamiento de excitación shunt que rodea la totalidad

b I ui arrollamiento de excitación serie, recorrido solamente porla corriente de utilización, cirnominada, en este caso, corrientede sobreconstuno (figura ó98).

[. serie

Arroll. shunt

Fig. ó97. - Disposición

832

\ //u -/ ///

1-/

constructiva de los

divididos en 2 partes (figura 697) yprovista de 2 arrollamientos:

Interruptoroutornótico

Fig. ó98. - Esquerna de principio de un dynautón.

El arrollamiento de excitación serie, compensa la reacción trans-versal del inducido debido solamente a la corriente de utilización, yaque el flujo transversal circula en una parte del circuito magnéticoque corresponde al flujo producido por el arrollamiento de excltaciónserie, La consecuencia es que el'reparto de Ia induceión en el entre-hierro es independiente de la corriente de sobreconsumo; por lo tanto,Ja corriente de carga de la batería pernanece constante, casi indepen-diente del consumo en el circuito de utilización, mientras que, comohemos visto anteriormente, en el generador de 3 escobillas la bateríaestá alimentada solamente por la corriente que no es absorbida porel circuito de utiJización.

Metadinamo

Si cada polo principal del generador RosenbeíJ se subdivide enotros dos igualcs, de forma que un inducido bipolar queda alojadoaparentemente en una carcasa de 4 polos, se obtiene una metadinamo(figura 699): De esta manera se puede situar polos auxiliares según2 ejes : longitudinal y transvcr sal, mejorándose sensiblemente la uti-lización de Ia máquina. La excitación independiente longitudinal sesuministra entonces por medio de 4 br¡binas parciales debidamenteconectadas. En funcionamiento, la metadinamo se comporta como elgenerador Rosenberg, siendo lrn generador de corriente continua cons-tante, según se expresa en su característica exterior I - f (Uu) (figu-ra 700).

833

polos inductores de un dynautótr.

/oo

o

c1

a----8;

Fig. 699. - Principio detante.

+-futcionarniento de una tttetadinatlrc para corríente cons-

l;í;r::o -característica I:f (ut) de ttnct metadinamo para corriente cons-

Fig.70I.-Principio de funcionantiento de una metadinamo para corriente Ce-creciente.

Fi$.702,-Caracteríslica ¡ : | (I)») de una ntetadinatno para corríente clecre-ciente.

gura 702). Al aumenta¡: la tensión en bornes Uu disminu.ve el flujomagnético según dicho eje y, como consecuencia, Ia corriente de carga l.

Las metadinamos se aplican en la alimentación de los motores queaccionan los cilindros de enrollamiento de chapa, en los trenes deIaminación en frío.

Amplidina

La antplidhru fue desarrollada en los Estados Unidos por la cENERILELEcrRrc corupANy, partiendo de la metadinamo aunque, en cierto mo-

Disponiendo un arroilamiento suplementario según el eje longitu_dinal de Ia máquina, de formu g19 .r n"¡o *agnético producido poreste arrollamiento sea opuesto ai flujo p.óar.iaá po; "ü;üramientode excitación independiente y conectañdo este último arrollamientoen <ierivación con las escobilías de rl".!^j; iiü".u ioi,1" l".ae ob_tener una característica exterior I - f (uj tineálmente á..r"ii"rte (fi-

834

I=f(Uo)

835

do, también puede considerars_e que deriva del generador Rosenberg.Reúne en una sola máquina las funciones de una excitatriz piloóy de una excitatriz principal y se utiliza aclemás como máquini am-plificadora y como máquina iegulaclora.

-La máquina trabaja fuera de Ia zona de saturación y tiene tambiéncada uno de los polos principales dividido en dos, con sus correspon-dientes sistemas de esiobillis longitudinales y transversales.

Para comprender el funcionamiento de la amplidina, supongamosun generador Rosenberg de excitación indepenáiente que; aiemás,lleva montado sobre loi polos inductores un arrollamiento de neu-tralización, en serie con Ias escobillas Cr Cz no cortocircuitadas (figu-ra 703). EI flujo magnético creado por la corriente de excitación in-dependiente es o, y el-flujo provocadt por la corriente I es o¡', opuestoa or. Además estos flujos son muy pequeños pues, evidentLmente lafuerza electrom otriz netesaria pu.á proáucir una elevada corriente I."entre las escobillas Br 82, ha á" s"i muy pequeña.

- Supongamos que el arrollamiento de -néutialización

está diseñadode tal forma que el flujo magnético producido o. es igual y opuestoal flujo @¡', o sea

En esüas condiciones, al no existir el flujo antagonista or, unapequeña co" 'ientc de excitación I"* produce una elevada .o.riente de;uitocircui:,., I.", y se tienen las siguientes relaciones:

La f.uerza electromotriz entre las esc,-¡billas cr cz es proporcionalal flujo transversal oz siendo, a su vez, esre flujo @z propórcional a lacorriente de cortocircuito I...

For Io tanto, la fuerza electrom otriz entre las escobillas Cr C2 €s, &su Vez, propcrcional a Ia corriente de cortocircuito I"".

Como Ia corriente de carga I es proporcional a la fuerza electro-moi.riz entre las escobillas Cr Cz, también será proporcional al valorde f...

Result¿i de esto que una pequeña variación de la corriente de ex-c-itación A I"' Produce una fuerte variación A I de la corriente de cargade -a amplidina. Por Io tanto, en estas condiciones, la amplidina cons-tituyg un excelente- amplificador de potencia,. efectivu*.ot", un gea¡e-rador convencional es,:en realidad, un.ampliiicador de pát.rr"i" ?.ryurelación es de t/too puesto qu" .o., ;; ;;;-r;;;;;1 W;;i;;."i,;de excitación, se consigue una potencia de 100 W entre Ios bornes delinducido: Ia amplidina, por su parte, es un amplificador de potenciacuya relación de amplificacién es de l/10.000 y a veces más, lo quequiere decir que si el arrollamiento de excitación independiente con-sume I w, cn los bornes de la máquina se obtienen l0 kv.

836

Q.= -0,'

0r

Composicidn vectoriotde f tujos

Fig. 703. - Principio de lrurcior:;ttniettto de unct ampliditt«.

Además de esta gran potencia de :amplificación se puede dar aIa amplidina una gran rapide¿ de rcspurrio, cl¡ndo al ciicuito de ex-citación independiente o circuito de control una'constante de tiemporeducida, i rtroduciendo una gran resistencia desprovista de inductan-cia; de esta forma se obtienen variaciones de respuesta que oscilanentre algunas centc<simas )- algunas décimas de segundo.

Además de esto, la forma de la característica exterior U¡ : f (I) deeste generador puedc modificarse extraordinariamente (figura 704),modificando el flujo producido por el arrollamiento de neutralización.Con subneu.trc¡lización \a amplidina funciona como un generador Ro-senberg y se convierte en un generador de corriente constante. Conneutralizacicitt exacta, su flujo es independiente de la carga y se con-vierte en un generador de tensiótt constqnte. Finalmente, con sobreneutrttlización su característica es áscendente ya que el flujo inductoraumenta por efecto del campo magnético producido por el arrolla-miento de neutralización.

Pero también la amplidina pu.-'de constit uir una máqtútto de regtrlación, ya que pueden añadirse hasta 4 arrollamientos de control cuyas4 señales componen 4 flujos magnéticos que se combinan en el indu-cido de la máquina, produciendo un flujo resultante, que actúa sobrela salida de la amplidina. En este caso, sus propiedades amplificadorasse reducen considerablemente en favor de las características regula-doras, hasta en la relación de I a 20, con relaciones de amplificación

837

Sotid o

re3uic Jo

Fig. 704.-Característícas e.Í,teriores Ut : f (I) ae una amplidina.

Mognitud

de referencio

:Fig. 705. - Esquema de bloques de un sistenta de regulación de circuito cerrado.

Con estas consideraciones previas, \'eamos ahora Ia aplicación deIa amplidina a la regulación de Ia tensión de un alternádor cuandovaría la carga de éste (figura 706). Si la tensión de Ia red, previamenterectificada se compara con una señal o magnitud de réferencia, Iaseñal de error alimenta el arrollamiento de lontrol de la amplid:naIa cual alimenta, a su vez, la excitación del alternador. por lo tanto,en este caso, Ia amplidina actúa como regulador, como amplif:cadory como excitatriz del alternador.

l-H. cb to rnogrih¡d o rcgutor

2-S.ilot ch rclerencio

3-Scftol da crr6

Fig. 706. - Aplicación de lanador.

antplidina a la regulación de tensión de un alter-

de orden de r/roo. como máquina de ieguración, Ia ámpridina Ilevageneralmente 2 arrollamientos d. co.rt.o-ü-r.ro de ellos, excitado in-dependientemente a tensión constante (por ejempro, por medio deun generador tacométri.o) y el. otro, opi*o, recorrido por una co-rriente proporcionar a Ia-mágnitud á.,Jr. p."t."de regurar.Para entender mejor Ias ápricaciónes- áJ r" "*priJi""-como má-quina de regulación, vamos a dir """r "á"io"es sobre los sistemas deregulación de circuito cerrado (figura tbsl."L magnitud que se pre-tende regular en una máquina o en un mecanismo, envía una indi-cación eléctrica

_a un comporetdor donde ;-ñ,compara con otra mag_nitud eléctrica de igurar nárurarez", d;;;;;rria" magnitud de referen-cia o patrón. cuando Ia magnitud que ,. iür. -de regurar se apartadel valor de Ia magnitud d-e ..r..É".i;, ;-diferencia, denominadaseñal de error, se aprica ar regurad.i;;;";;"mente dicho, er cuar, através de un amplificador de- potencia, ri "i necesario, actúa sobre Iamáquina o mecanismo que debe ."g,.ríu.r",-",

"t sentido convenientepara que Ia magnitud que se preteride-."g"t", vuelva " ig,ráiu.se conIa magnitud de referencia. vaiiando el uir.. a" Ia magnitud de refe-rencia, se puede 'ariar también er varor a" )igi*en derobjeto regurado.

838

Seño[ de error

Indicocidn de to mognitud regulodo

Neutrolizocidn

A¡rp{id¡nq

839

Amp{rCino

Fig.707.-Apticación de la amplid.inct a la regulación de la velocidad de unt¡totot {,n uít gr¿tpo Ward-Leonard.

También es posiblc rü!.ular la velocidad de un motor en la conexión

Piira ello, hace falta un generador tacométrico, conectado a unaamplidina como puede apreciarse en la figr-rra. El generador tacomé-trico, aiimenta, por lo tanto el arrollamiento de control de la ampli-dina. En régimen permanente, Ia tensión regulada u toma ,, uu^lo.ligeramente inferior a la tensión de refereñcia; esta pequeña dife-rencia, o señal de error, es suficiente para excitar et arróllámiento decontrol de la amplidina. si disminuye la velocidad del motor IU, de-crece también el valor de U, por lo tanto aumenta el valor de la señal,le error'\" coli ella, la corriente de carga de la amplidina, que alimentael arrollamiento de excitación del generador G, por lo que, al aplicaruna tensión más elevada al motor Nf, se comFensa su disminuciónde velocidad.

Adcmás de estos ejemplos, la amplidina se aplica a numerosos casosde amplificación 1- regulación, algunos de los cuales se estudiarán en

iiomeodina

La lrcnicodina emplea otra forma de reacción de inducido paracrear, con un prirner paso de amplificación, el flujo principal del se-

840

gundo paso de amplificación. En las figuras 708 y 709, se mucstra elprincipio de funcionamiento de esta máquina.

Sobre un inducido bipolar, las dos escobilias habituales de un ge-nerador convencional se han desdoblado en 2 mitades, separadas unángulo a./2 a un lado u otro de su posición primitiva y reunidas en

.I"".."T¿

Fie. 708.--Principio de 'funcio-natniento cle una lrcmeodina.

Fig. 749.-Disposición del circui-to rtttgnético de ut¡a honrcodina.

841

.I

cortocircuito. Los polos p y p', denominados polos pilotos, están ex_c-itados por un arrollamiento áe mandá " l"a"cen corrientes en Iosdos circuitos cerrados que comprenden los conductores del inducidocontenido en el ángulo a. De ello resulta Ia creación por el inducidode un flujo magnéti:o @ dirigido según ;;j" de los polos principares

J{ v s que pueden llevar u.róllumiátos shünt alimentados desde Iosborles or ,€D otros_ casos, arroilamientos serie alimentados por Iacorriente de carga. La fueria erectromotriz "-rrg¿;aiá;;;;i;; .;;;;

F=tt -d

X_l:::gida entre Ios grupos de escobillas en cortocircuito puede uti-Ilzarse en un circuito exterior.Lo mismo que sucede en ra amplidina, hay que anular Ia reacciónde Ia corriente.de carga según el á¡e p¡;,.*aiante un arrollamiento

de neutralización repaitidolobre Iór polár princi¡rales con objeto deconseguir que el flujo producido poi los ptlos frilotor- r.r.rlt" inde-pendiente de la carga exterior.Las dos máquinas que constituyen los 2 pasos de amplificación

aparecen, en este caso, más netamente separadas que en Ia amplidina:

a) la -máquina excitatriz, constituida por, Ios polos pilotos pp,

, ,y los: conductores der inducido comprendidJs ;; Ji;"g"1" "t b) Ia mdqiuino,pruro:ipa!, constituida por los polos NS y los con-ductores del inducido comprendid^os en e[ ánsulo

0=" -dI-os polos de conmutación pueden disponerse en los intervalos en-tre los polos pilotos y los polos principales.Las características de funcionamie.rio .o*o máquina amplificado-

ra y como máquina reguladora son equiparables a lai de la amplidina.

Metadina

La ntetadina es una máquina de corriente continua de inducidoúnico, destinado a transformar la energía eléctric a a tensión constanteque recibe, en energía eléctrica según una Ie¡, predeterminada, porejemplo, a corriente constante.

En la figura 710 se expresa el esquema de principio,de esta má.quina. Está equipada con escobillas inlermedias y cada polo principal

842

Fig. 710.-Principio de funcionamiento de una ntetadina.

está subdividido en 2 eu€, en principio, no necesitan llevar bt¡bilasde excitación, ile forma que no existe par electromagnéticc.

Al inducido de la metadina se aplica la tensión de línea Ui entreIas escobillas longitudinales Br Bz (sistema primario) y Ia resiste:;ciade carga se alimenta a través de las escobillas transversales Cr L-:(sistema secundario).

La corriente primario Ir produce un flujo magnética -(Dr, cu5'o e.jees Br Bz y que induce entre las escobillas Cr Cz uoá fuerza electro-motriz.

Ez: Kt It tl

Kt : coeficiente de proporcionalidad (máquina no saturada)n : velocidad en r.p.m.

La fuerza electromotriz Ez origina una corriente secundaria Iz qtr€,al circular entre las escobillas Cr Cz produce un flujo secundario (l:según el eje Cr Cz que, a su vez, crea entre las escobillas Br Br unafuerza electromotriz.

Et:Kt Iztt

<_ Il

K?\iOz]t-i?Jo,ü./

\

843

Si Ia máquina gira a velocidad constante y si la tensión de ali-mentación Ur es constante e igual a la f.uerza contraelectromotriz Er(excepto la pequeña caída por resistencia), tendremos que

Et Ut,r=ñ= ,*, -constante

Además, tendremos

por lo tanto

es decir, que

o, ta.rnbién

Ez Uzr- - _Ktn Ktn

EzEtIt-EtKtn

EtEz Iz- Ez

Ktn

EtIt:EzIz

Ut It:Uz Iz

]i pol Io tanto, Ia metadina puede considerarse como un transforma-Cor de corriente continua, ya que transforma un producto tensión-corriente en otro producto tensió,-:-corriente, modificando los factores,pero sin rr: ¡dificar el resultado final.

La metadina es arrastrada por un motor auxiliar dimensionadopara .: -iministrar las pérdidas mecánicas y en el hierro de la máquinaprincipal. En la metadina no hay'potencia eléctrica transformada enpotencia rnr'cánica s-ino potencia eléctrica transform.rda en otra po-tencia eléctrica igual a li anterior, excepto las pérdidas mecánicai yen el hierro. Por otra parte, Ia transformación descrita es reversiblé.

La metadina lleva polos auxiliares tanto para Ia corriente longi-tudinal como para la transversal, con los ariollamientos respectivosen serie con el circuito eléctrico correspondiente. La conmutáción seproducc según las mismas leyes de las máquinas convencionales de

844

Fig.711.-Principio de fwtcionantiento de una gammadina.

Fig. 712.-Característica en yacío e - f (i)de una gammadina.

corriente continua. Sin embargo, en la metadina, los polos de con-mutación reaccionan sobre Ias corrientes primaria y secundaria en elsentido de reforzarlas.

Añadiendo a los polos principales diversos arrollamicntos de ex-citación, la metadina se presta a numerosas combinaciones para re-gulación y conversión de potencias.

La gammadina (figura 711) es un generador de excitación serie des-tinado a alimentar el arrollamiento de excitación de un generador Gque suministra energía eléctrica a un motor M. La gammadina estáprovista de un circuito magnético sin histéresis y por su especial cons-trucción, funciona siempre en la pa;te recta de su característica envacío (figura 712) e - f (i).

845

Si representamos por

r = resistencia del_ circuito de carga/ : inductancia del ii.cuiá 1"" cargas = fuerza erectromotriz de Ia su*-áaina para una corriente i _ rAen el circuito de carga. --- o'

cuando se cierra er interruptor de surninistro decorrienre i suministrada po. iá.*;;;;;':"irlrr" ,"

e-ri+t!dt

diU': Idt

diudt:T=constante

o sea

i: constante

Es decir,_ que Ia excitación del generador G permanece constantey, también, Ia velocidad del moto, tvt.

Magnicón

El ntagnícón -es

una máquina amplificadora, con escobillas inter-medias conectadas en cortocircuito, con inducido btp;il; cuatropo.l-gt parciales de los cuales, 2 de ellos diametral*"rit" opriestos seutilizan para Ia excitación y los otros 2, también diametrul*"1ri. opues-tos, se emplean para Ia regulación.El arrollamiento del ináucido (figura 713) está bobinado en doblec.apa y de forma gue el paso de devinado qued" u.ortuJo;; ;" 5o 0,6

de un devanado ae in¿ucido diametral normal; o sea que Ia anchurade Ias bobinas corresponde a la mitad d;;;"so porar. De esta ma-

Ia gammadina,condición

es decir

Por Io tanto, Ia velocidad de crecimiento de la corriente i de ex-citación del generador G (figura 7ll), es constante. Como consecuen-cia, también es constante lá velocidad G (supuesto- no saturado) ytambién.es constante Ia aceleración en el motor M.tiene ^,.

Cr"rrdo se ha alcanzado Ia velocidad deseada, se suprime la ten-sión ¡¿ y queda

y teniendo en

se reduce a

cuenta la igualdad

S-r

Ia

Sr- ri+t didt

pero, por Ia propia construcción de Ia máquina, se

S:ry Ia ecuáción anterior queda reducida a

l::odt

o sea

di

T=oy el punto de funcionamiento

.de Ia gammadina tiene una posiciónindiferente sobre lu .".u"ülr!1.i ;:.;iil.]u _n.," debe estar en Ia,,lm;'::i:. lu

""tu"ttt tii.. "., vacío " - si con Ia recta de re-

si ahora se introduce una tensión u en er circuito de carga de Iagammadina, Ia ecuación anterior queda así i

es decir

di

--^_u

dt

didt

846

Si+u=ri*l

817

Íig. 713.-Distribución del arrollanúento de inducido de un rrtcgtticótt: a-a/ro-llanicit:o clc i,tducido nortnal. b-arroll«ntiento de ilducido d¿l magúcótt

nera, si se alimenta el inducido con corriente continua, la distribuciónde corriente en las hobinas, a diferencia del devanado norrnal (figu-ra 713 a) en que Ia corriente en los dos conductores de una ranuratienr el mismo sentido, aparece en sentidos opuestos en las capassuperiores e inferiores cle dos de los cuadranies opuestos (figura 713 b),resultandl: eu€ en estas zonas es nula la infiuencia sobre el campode reaccit i del inducido. En los dos cuadrantes restantes (véase fi-gur'a 713bl la infl:..rencia sobre el campo de reacción se conserva comosi ,e tratara de un devanaclo normal.

En la figura 714 se expresa el esquema de principio del magnicón.L,:s f,olos C son ).os polos de regulación o polos de cot:.trol y llevanuir ar¡'ollamiento de control. Los polos M son los polos principales yIlevan un arrollamiento de compensación, cuyo objeto veremos en-seguida.

El arrollamiento cle control produce el flujo de control O", mien-tras que el conjunto de espiras situadas bajo los polos de control,p,-oduce el flujo principal Orr, criyo sentido está en ángulo recto conei anterior. El flujo principal induce la fuerza electromotriz de ser-vicio E ca cl circuito transversal que, a su vez, es la causa de Iacorricnte de carga I.

848

La corriente de carga I no provoca reacción de inducido frente alos polos de regulación porque en los polos principales se dispone unarrollamiento de compensación, recorrido por la corriente de cargay el sentido del flujo producido por este arrollamiento es tal queanula el efecto de reacción del inducido frente a los polos de control.Pero, además, el flujo principal O;vr no induce fuerza electromotriz enel arrollamiento longitudinal cortocircuitado ni ejerce ninguna reac-ción sobre él porque, tal como se expresa en la figuraTl3b,los con-ductores del inducido situados bajo los polos principales están eléc-tricamente en oposición. Por lo tanto, el flujo de regulación y el flujoprincipal se establecen independientemente entre sí, conservándoselas mismas relaciones de proporcionalidad que en el caso de la am-plidina.

Como se dispone de 2 cuadrantes completos para establecer elpequeño flujo de control, estos cuadrantes estarán poco cargadosmagnéticamente, es decir, lejos del ¡stado de saturación magnética;

Corgo

+-l

Fig. 714. - Principio de "funcionamiento del ti:ttgtticón.

o

Bf"!

18--l-

II

ra&"--

á*"rl'^oqP ,'( §/.Yt:*'1

á):i.:.":

t:--+

-T7tI (Dl

*L9, )%

849

estas condicionqs se aprovechan para crear una excitr:ión de regu-Iación combinada, lo que convierte al magnicón en unri máquina -de

regulación renunciando a una parte de sus propiedades amf,lificado-ras. Con este objeto, los polos de regulación se construyen tal comose indica en la tjsura 715, es decir, constituidos por tres-dientes y lastres bobinas inductoras correspondientes se conectan'en serie, ¡¡ ha:ciendo circular por ellas una'corrient" prop-ó-i.i;;;l á.tlJ-*ágíii"¿que se pretende iegular. Las bobinas esrán il;;;;;r-á" ráÁ?- il;las situadas en Ios dientes exteriores produzcan un flujo 0,5 @z desentido contrario que el flujo @r producido por Ia bobina del dientec_entral; por lo tanto,_ y tal como puede apreciarse en Ia figura, eldiente central queda fuertemente saturado y su punto de funciona-miento se sitúa en Ia parte hcrizontal de Ia curva de magnetismo,mientras que en los dientes exteriores, poco saturados, su punto defuncionamiento queda en Ia parte inclinada de Ia propia

",rruá de mag-

netismo.El f_lujo @r es proporcional al valor de consigna de la magnitud

que se ha de regular, mientras que el flujo (Dz es pioporcional alvaloractual de esa misma magnitud.

Por lo tanto, el flujo de control @" vale

. ' 0":@r':.6,

y es el que se aplica para Ia regulación. El valor de O" (figura ZtO)estará representado en Ja curva de magnetismo por la difeiencia deIas ordenadas correspondientes a los flujos O, (en la zona de fuertesaturación) y O: (en la zona de débil saturación).

Fig. 715. - Disposición

850

Mognitud o regutor ---*+

Fig. 716.-Característica ntagútica de un rnagtticótt.

En la figura 716 se aprecia que cuando disminuye O:, proporci,::rala Ia magnitud que ha de regularse, aumenta O. y co¡ el[o, la magni:uden cuestión tiende a volver a su valor primitivo. El efecto es opuestocuando aumenta Oz. En todos los casos, el flujo Or es un parámi:trocuyo valor puede ajustarse al valor de consigna deseadc.

El campó de aplicación del magnicón como máquina amplificadoray como máquina reguladora es análogo al de la amplidina, estudiaciaanteriormente, por lo que no insistimos sobre esta cuestión.

Generador Krámer

Es un generador de cort'iente constante, es decir que, entre ciertoslÍmites de la tensión en bornes, la corriente suministrada tiene siempreel mismo valor cualquiera que sea Ia tensión en bornes. En la figu-ra 717 se expresa el esquema de conexiones. Este generador lleva tresarrollamientos de excitación, uno de ellos de excitación independiente,otro de excitación shunt y el tercero de excitación serie, el cual pro-duce una corriente de excitación de sentido opuesto a la de los otros2 arrollamientos de ercitación. Además de estos 3 arrollamientos,montados sobre los polos inductores, la máquina está provista tam-bién de los polos de conmutación para asegurar, en todos los casos,un funcionamiento exacto de chispeo en el colector.

0,sQz

constructiva de los polos ittductores de un nngnicón.

851

Fig. 717.-Esquenta de conexiones de ut generador Kriiruer.

La forma de funcionar un generador Krümer puede deducirse delas características en carga Uu : f (I",) que hemos representado en iafig,rra 718. La caracterÍstica c rcpresenta la tensión en bornes, en fun-ciun dr. la suma de las corrientes de excitación correspondientes a los3 arr.:llainientos de excitación de la máquina.

Para una resistencia constante del arrollamiento shunt, su corrientedu excitación es proporcional a la tensión en bornes y puede represen-Larse por Ia línea e, qLte pasa por el origen, y cuya inclinación estádeterminada por Ia resistencia en el arrollamiento shunt, eligiéndoseesta última de forma que la línea e coincida con el tramo recto de lacaracterÍstica en carga. La corriente de excitación necesaria para qon-seguir una tensión en b-ornes hasta unos 90 V, será proporcionada porel citado arrollamiento, Si no se dispusiera más que de éste,'el ftrn-cionamiento de la máquina resultaría inestable hasta la tensión men-cionada p,.rr coincidir Ia recta de resistencia con el tramo recto deJa cára,-'t€rística en carga. Además, con este solo arrollamiento deexcitación, no es posible obtener tensiones superiores a 90 V, porquese necesita una corriente de excitación mayor que Ia que puede pro-porcionar rl arrollamiento en cuestión.

852

V l¿o

130

r20

I0

. 100I

I

lgo

123t,I ex -=>

FiC. 718.-Características ett carga Ut = f (1",) de un generador Krtimer.

Si se suma a esta corriente de excitación shunt, otra corriente de

excitación, se obtiene como sLuna de estas 2 excitaciones, una corrienteá.

"*.itu.iór, tul que la recta de resistencia e queda desplazadl Para-

lelamente hasta obt..r., otra recta de resistencia l. Bajo la influenciade ambas excitaciones, el punto de funcionamiento se desplaza haciaarriba sobre la característica en carga, de forma que la tensión en

bornes obtenida, aumentará hasta uno's 125 V.En el inomento en que se da carga a la máquina, conectando una

resistencia determinada entre sus bornes, st: produce una corriente

N P

n

J-lr---lq tÓ

s

Í :l=

LE

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Hl A JF E {o +J6 ó¡

Ar__l

Itr=tu\-/ --) <- <-

-of80

70

60

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/ / +/ ,4

t- I

L / /t / /

I I/

/ / // / /

I II

/ / /V / /

/ I r/ / /

/ / /

853

\

de carga que es también, Ia corriente de excitaL:ión del arrollamientode excitación serie. Como esta corriente de excitación tiene sentidoopuesto a las 2- a¡tericres, la- correspondiente recta de resistencia sedesplazará paralelamente desde I rr^Ji" l"-lquierda, hasta obtener Ianueva recta de resistencia g; el punto de intersección entre Ia recta gv Ia caracterísrica c, es er nuevo punto de funci;;;;;;;;á, q,.," p.o-porciona el valor de Ia tensión "r,

-bo.rr"s cCIrrespondiente a Ia acciónconjunta de las 3 corrientes de excitación.. . - -----,-- - ¡B evv¡v+r

si se reduce Ia resistencia e*tei;;;;*enta Ia corriente que pasapor et arroltamiento d-" ";¡i;.i¿;';;;i";;;;""tan ros efectos de estearrollamiento y, como consecuencia, aumenta también el desplaza_miento hacia la izquierda de Ia recia l,'si"odo ;; ;;rf,iazamientoproporcional a Ia corriente exterior I. 'úe

esta forma, ili"nrion enbornes disminuye, de forma qu-e ii lil"" -aumentando

Ia corrienteexterior r, pueden llegar a coincidir las réctas e y g, en cuyo momento,Ia corriente I ya no puede seguir aumenta"a" i".q"" "i'"rácto de Iacorriente de excitación serie, resultarÍa superior a los efectos combi-nados de las otras 2 corrientes de .*.itu.ior.Es decir que, aunque se siga redu.i""Jo iu resistencia exterior hastaIlegar al corrocircuito, er var-or de la ."rii""t" d";;;;."i'!"r*ur,"..

constante y Ia tensión en bornes, automáticamente, varÍa proporcio-nalmente a Ia resistencia.Por Io tanto, el valor de la corriente de carga es función de Iacorriente de excitación independieni.-y;;;con,er regurador de ren-sión de esta excitación se iuede obiá".-Ilarqri.. varor para dichacorriente; hasta llegarral uuio. 1ra!1;" ¡ar^ ¿r que ha sido construidaIa máquina. Recuérdese que el efecto'd"; corriente de excitaciónindependiente es desplarai lu recta de resisiencia f sobre toda la ca-

Ili:::t"']r" de Ia máquina, hasta er punto de fúncionámiento que

como Ias diferencias de abscisas entre los puntos de intersecciónd" f y c, correspondientes a iguares tensiorlr, ."presentan las inten-sidades a una escara determináu, ." p;;d";-; razar las caracterÍsticasexteriores Ut - f (I) de Ia figura ztg. En esta figura, Ias curvas ca-racterísticas corresponden a diversos valores a" tu".á..i;;";" excita-ción en el arroilamiento de excitación i"i"pá"diente, es crecir, a di_ferentes separaciones entre las rectas f y e áe Ia figura 7rg.Variando Ia corriente de excita-ció.r',Ír,r.ri y .orr.rvando constanteIa corriente de excitación independi.;i.,-;l^ q,^i"au. Ia máquina en cor-tocircuito, la corriente de carga conserva el mismo 'arorir;;;, en estecaso, su relación con Ia tensión es distinta y áependiente del varor dela corriente de excitación shunt.

Esta máquina encuentra apricación en los generadores para sor_dadura eléctrica por arco, ", iu arimenta.io., p"ra lámparas de arco,

854

Vuo130

120

ll0

100

90Also

I

70_o

f,60

30

20

l0

lo zo 30 40 50 §0 70 80 90 100 110 120 130-t-,--4 A1¿0 150 l6c

l--tF:ig. 719.-Car.acterísticas exteríores (J.t ='f (I) de un generador Krifutrcr' para

dilersos valores de la corriente de excitación 1,,'

y, €D general, siempre que Se necesita una corriente cohstante aunque

iá, bJ*es de la máquiña queden cortocircuitados.Su construcción és ig.ra1 a la de una máquina normal. La carcasa,

el inducido, la áitpoti.ián de las escobillas, etc... son similares a las

disposiciones normales de las máquinas shunt'Los inconvenientes del generador Krámer son los siguientes:

a) necesita de una fuente exterior de corriente continua para ali-

mentar su arrollamiento de excitación independientemente

b ) no puede suministrar una corriente constante a velocidad va-

riable. Este inconveniente no es importante si el motor de

accionamiento es una máquina de velocidad prácticamente cons-

tante, por ejemplo, un motor shunt o, mejor todavía, un motor

compound.

-++-- -ib

-.{\. \\--\ \ \ \ \

\ \ \

855

. .Aunque el generador Krámer sc emplea poco en la actualidacl, porhaber sido sustituido por máquinas de corr.epción más mod;;;,-;estudio es importante porque áe él han derirádo otras r¡áq,.ri.rus queactualmente se utilizan como amplificadoras y como regulado.dlque estudiaremos seguidamentr..

Rototrol

El rototrol es un generador con varios arrollamientos de excita-ción, combinados de forma que realizan simultáneamente las funcio-nes- de arnplificación y de regulación. El rototrol fue desarrollado porIa firma wESTrl{GHousE, y puede considerarse como un perfecciona-miento del generador Krámer de corriente constante, cuyas propieda-des básicas conserva. En su forma más sencilla (figuráli6),-

"irototrolIleva 3 arrollamientos de excitación:

a) rrn ;¿rrollantiento de excitación principal l, -autoexcitado ens:¡'ie

b)

c)

un arrollamiento de gobiento 2, excitación independiente, ali-rnentado por un generador de tensión constante y recorridopor una corríente de,ref erenci.a, que es propórcional al valárcie. consi-sna de la magnitud que'.. p..i.rrá" ."g.r1ur: L;-;;rriente de referencia es regulable a voluntad v ü sentiáo Áel rnismo que el de la corriente de carga I, que atraviesa elar"r rilamiento de excitación principal

un arroilantiento de coqtrol 3, atravesado por una corrientede control, que es propürcionar a la ma_snitud que se pretendert'gulár. La corriente de control es de séntido opuesto a la deIc; otros dos arrollamientos.

Fig. 721.-Curvas características de funcionanúento tlc rtn rototrol.

Para que la máquina pueda cumplir correctamente sus funcionesreguladoras, son necesarias dos condiciones:

1. Un entrehierro muy pequeño para que su característica exte-rior tenga fuerte pendiente.

2. Una calidad especial del material que constituye el circuitomagnético, de forma que su ciclo de histéresis sea muy cerrado,para determinar lo más exactamente posible su punto de funcic¡namiento.

Además, debe hacerse que la característica en vacio €r : f (i) delrototrol, correspondiente st-lamente al arrollaniiento serie debe coin-cidir en su parte recta lg más exactamente posible con la caracte-rística 1

ri - f (i)

del circuito que forma parte dc-l inducido (figura 721). Si ambas ca.racterísticas coinciden exactamente, se consigue una regulación estd-tica; si no coinciden exactamente se consigue una regltlaciótt estdticti.

LdHFig.720.-Esquenm de principio de un rototrol.

856

ltt.-/

857

vearnos primero qué es Io que sucede en el caso de una regulaciónestática' supongamos (fig. 722) -qu_e

Ia *ulnit,ra u ..g,riu.. ,.u Iu .o-rriente r del generador principul g, ""vá iuior se trata de mantenerconstante, cualquiera que sea er varor aá la resistencia de carga R. porel arrollamienro de contror 3 se hr.a puru.-r" .;;i;;; J i .r arro-Ilamiento de gobierno 2 se arimentará cón una corriente .orrri"rrte, pormedio de una fuente ag$ri-ar, y cuyo varor r""

"r predeterminado paraIa corriente de'carga. Finalmente, ia .orri"rri¿ principal i ¿el rototrol,alimenta el:c¡¡sritó d"

"*cituciáí d"i;;;*udor principar G, despuésde atravesár su propio arroilamiento 1, de excitación serie.En estas condiciones, e-l proceso de excitación del rototrol comienzabajo Ia única influencia dei arrollami""to á" control. por el circuitodel inducido empi eza a circular corriente que alimenta el circuito deexcitación del g.enerador principal, el .,r"1- áii-.rrtu p.og."riu"*..rt"su carga. con ello, va aumentando simurtáneamente ia órriente queatraviesa Ios otros dos arroilamienror ¿" "r.irá.iá" i;;;;;ror. porIo tanto, Ia tensión en los bornes de esta máquina irá áumentandomientras la fuerza electrom otriz producid, ;;. il;;.i¿;

"ár:,r.,tu a"Ios tres arrollamientos de excitación, supere a Ia caída de tensión re-presentada por la recta de resistencia h, i"pr"sentati'a de ra caídade tensión total del circuito de inducido. É" l; figura 723 semuesrranIas cun as características de la máquina; tenemos :

",.1»

al--.

FiS. 723. - Det erlntüruciión ctetracteríslicas de ui rototrol.'

I

piuttto de ftutciónaniento sobre las ct¿rt,r::s cc-

-1?.{u/

€1 = f (i), fuerza electromotriz debida soramente ar arrolramientoserie, en, función de Ia corrienre i d;l l;;;;td. ;;;;;;;i

U2

€z = consta.nte, es decir, el valor constante de la tensión de con_signa.

* €z: f (i), des_plazada paralelamente ? €1 : f (í) en el'alorde la ordenada ez.

€rnz) - f (i), f.uerza electromotriz del circuito de carga, para u¡laresistencia R.

€(nz) - f (i), fuerza electromotriz del circuito de carsa, para unaresistencia R/2.

El punto de funcionamiento P será Ia intersección de las caracte-rÍsticas 9 = f (i) con Ia recta de resistencia correspondiente a ri, hastael cual debe ir progresando Ia excitación del rototrol. Si ambas líneas

e1

Fig. 722. - Aptícación dede un generador.

858

I-+

un rototrol para la regulación de la corríente d.e carga

859

cuito de carga. Véase, por ejemplo, en la figura 724 la aplicación de

un rototrol a un grupo Ward-Leonard. Supongamos que, por un aumen-

to de la carga "n "i motor M o por una disminución de la velocidaden la máquiña motriz del generador G, disminuye la tensión en bornes

Uu del generador G. Entonces la acción del arrollamiento de ggbierno

Z s.rpeá a la del arrollamiento de control 3 y aumenta la fuerza elec-

troniotriz del rototrol y, por lo tanto, aumenta la corriente i, hastaque Ia tensión en los bornés Uu del generador G haya tomado un valorál qrr" el flujo magnético producido por el arrollamiento de control3, cómpense exactamente "t fl,,r¡o magnético producido por el arro-llamienio de gobierno 2. Evidentemente, en este momento, la tensiónen bornes Uu r€cobra su valor primitivo.

El rototrol también puede émplearse para regular una velocidad;basta conectar el arrollámiento de control 3 entre los bornes de ungenerador tacométrico en el que la fuerza electromotríz producida es

firoporcional a la velocidad; el generador tacométrico se monta sobre

el eje cuya velocidad se desea regular.

Fi1.72{.-Aplicación de rm rototrol para la regulación de la tensión de ungenerador, en Ltn grupo Ward-Leonard.

c,-'i;ic:clun en la parte recta de la característica de e = f (i), P es, evi-dentemente, un punto de la curva er debida al arrollamiento serie porsÍ mismo y para llegar a este punto a partir de la cun'a er * €z - f (i),es preciso que la fuerza electrom otriz e3 producida por el arrollamientode control sea tal que

€s: - €z

De esta forma, cualquiera que sea la corriente de carga I (y, portanto, la resistencia de carga R) Ia máquina principal suministraráautomáticamente una corriente que, en el arroliamiento de control 3producirá un flujo magnético igual al producido por la corriente queatraviesa el arrollamiento de gobierno 2, es decir, una corriente cons-tante I. Para conseguir este objetivo, es necesario, por un lado, queIa corriente de excitación del arrollamiento de gobierno sea bastanteelevada J-, por.otro lado, que Ia caracterÍstica e = f (i) procedente delarrollamiento:de excitación tenga trna pendiente muy pronunciada paralo que es preciso; cono hemos dicho anteriormente, que la máquinatenga un entrehierro muy pequeño. Por consiguiente, con una regula-ción estática podemos conseguir una corriente constante I en el cir-cuito exterior de carga

El rototrol tambiár, puede emplearse para suministrar una tensiónen bornes constante Uu, cualquiera que sean las condiciones del cir-

860 861

11 Pérdidas y renclir:rientode las máquinasde corriente continua

Conceptos generales

La finalid,ad de las máquinas eléctricas de corriente continua cs.como sabemos, Iá transformación de energía mecánica en cnerJrÍa eléc-trica de corriente continua (generadores) o bien, Ia transformaciónde energía eléctrica de corriente continua en energía mecánica (motcl-res). Ahora bien, como en todas las máquinas eléctricas, también eneste caso, la transformación no es total ya que una parte de energíase transforma en energía térmica (calor) y no es recuperable, cons-tituyendo las pérdidas de energía de la máquina.

Según en los elementos constructivos en que se produzcan, laspérdidas pueden clasificarse en 4 grupos:

a) Pérdidas en el hierrob ) Pérdidas en el cobre (o en el aluminio)c ) Pérdidas mecánicasd) Pérdidas dieléctricas.

Estas últimas se producen en Ios aislantes, son siempre muy redu-cidas y no se acostumbra a tenerlas en cuenta.

Otro criterio de clasificación es el siguiente:

a) Pérdidas constantes, independientes de la cargab ) Pérdidas variables, dependientes de Ia carga.

863

Las normas alemanas V. D. E. establecen, por su parte, la siguienteclasificación:

a) Pérdidas en vacíob ) Pérdidas por excitación, debidas al efecto Joule con la corrien-

te de carga.

Para nuestro estudio, seguiremos este criterio.

Pérdidas err vacío

Tal como indica su denominación, estas pérdidas son las que seproducen cuando Ia máquina marcha en vacío. Si se trata de un ge-

nerador, se supone que la excitación ya está conectada. Las pérdidasen vacío comprenden:

a) Pérdiclas por rozamientob ) Pércii,:,¡s debidas a la potencia consumida por el ventiladorc ) Pérdidas en el hierro.

I a.s pértlídr por rozantienfo dependen, en mu) buena parte de laciisposición óonstructiva de la máquina por lo que se determinan ge-neraimente mediante fórmulas empíricas. En lo que sigue llamaremos:

(i , - diámetro del gorrón en cmn : velocidad de la máquina en r.p.m.

Si s: trata de máquinas con cojinetes de resbalamiento, las pér-didas pür l'áZ,Jnamiento en los cojinetes vale, con suficiente aproxi-mación

Pnc - 45 ds3 ,E tO-c Yaüos

Si se trata de máquinas con cojinetes de rodadura, las pérdidaspor rozarnieiito en los. cojinetes yale, con stificiente aproximación

.:Pnc = 150 ds3 n 10-ó vatios

De las fórmulas anteriores se deduce que las pérdidas por roza-miento en cojinetes de rodadura son bastante inferiores a las corres-pondientes a k>s cojinetes de resbalamiento.

864

En ambos casos puede deducirse que las pérdidas por -rozamientoen los cojinetes depende, esencialmentl de la velocidad de la máquina

y son tanto mayores cuanto mayor es-dicha velocidad." col las escóbillas también se producirán pérdidas por rozamiento,que pueden determinarse mediante la siguiente fórmula empírica:

Pnc = 9.81 Ve P S¿ e,o¡ vatios

Ir¿ : coeficiente de rozamiento de las escobillas sobre el colector;en las escobillas de carbón

trlr : 0'2"' 0'33

Correspondiendo los valores menores a escobillas Suaves, con gran

contenido de grafito.

p - presión específica de las escobillas - 0,15 ' "0,25 kg/cm2

b, - iuperficie de frotamiento de las escobillas, en cm2

v,a: veiocidad tangencial del colector en m/seg, QUe se determi-

nará por la fórmula

Dcot : diámetro del colector en cmn : velccidad de la máquina en r.P.m.

l.laturalmente¡ las pérdidas totales por rozamiento valen

Pn=Pnc*Pae

¡,as pérdidas debidas a la potencia consurnida por el ventilador se

pueden deducir aproximadaménte del volumen de aire refrigerante V

!" *, y de la vilocidad tangencial del ventilad<¡r ?v expresada en

m/seg. La fórmula empírica que debe aplicarse es:

y la velocidad tangencial del ventilador v,, vale, a su vez:

x Drnyy:- m/seg' 6000

¿{.02 . 56

865

Du: diámetro exterior del ventilador en cmn : velocidad en r.p.m.

Las pérdidas en el hierro incluyen las originadas por la imantaciónalternativa o histéresis y las debidas a las corrientes parásitas; todasestas pérdidas se convierten en calor. Se han propuesto varias fórmu-las empíricas, todas aproximadas, para calcular estas pérdidas. Unade ellas, debida a Trettin, es Ia siguiente

pn:os2s to-sf(1oo+Í)( 'o'"* \'., :

"\ ta ¡v^pnt-_

ó0dependequina n

Bd^o,V

y la potencia que se pierdede excitación independiente

8ó6

Po* : U» I",

en el circuito de excitación de máquinas

Pr't : U^ I"*

En las máquinas con excitación propia, ia potencia perdida en su

circuito de excitación equivale a la potencia total que absorbe .a má-quina excitatrtz.

Pérdidas en carga

Al trabaj ar la máquina con carga aparecen otras pél'didas, que son

proporciorrál*r a la óorriente del inducido Ii. Estas pérdidas pueden

agn¡parse de la siguiente forma:

a) Pérdidas por efecto Joule en el inducido y pérdidas adicionales.

b ) Pórdidas por efecto Joule en los arrollamientos en ser:e.

c) Pérdidas por caída de tensión en las escobillas.

pérdidas por efecto Joule en el intfucido y pérdidas adicionales

para la evaluación de las pérdidas por efecto Joule, debe tornarse

el valor correspondiente de Iá resistencia en caliente, de acuerc.c con

la ya conocida expresión:

I R"ot = R (1 + a' t") othnúos : . :

a - coeficiente de temperatura. Para el cobre, ¿ = 0,004

/o - sobretemperatura sobre Ia temperatura del medio ambienteque, generalmente se toma igual a Ztr C; o sea

t": (t - 20)"C

I)e acuerdo con esto, las pérdidas por efecto Joule en el arrolla-miento del inducido valen

P¡: 1,2 R; tsatios

En realidad, la experiencia demuestra que las pérdidas reales porefecto Joule en el arrollamiento del inducido de una máquina de co-rriente continua que trabaje con carga, son superiores a las calculadaspor la expresión anterior. La causa es que se producen corrientes pe-

rásitas "r,

lor conductores del inducido, que también intervienen enel calentamiento de estos conductores y que se conocen con el nombregenérico de pérdidas adicionales. Para tener en cuenta el efecto de

Hz, es la frecuencia de ciclos magnéticos

del número de pares de polos p y de la

en el inducido que

velocidad de Ia má-

= indución máxima en los dientes, en gauss: volumen del hierro del inducido en cm3

(núcleo y dientes)

Por Ia fórmula anterior puede apreciarse que las pérdidas en elhierro son proporcionales al cuadrado de la induccién magnética.

Pérdidas por excitación

Las pérdidas por excitoció,? comprenden las que se producen porefecto Joule en los circuitos de excitación shunt y de excitación inde-pendiente. La energía total cedida al circuito de excitación shunt enuna máquina autoexcitada o al circuito de excitación en una máquinade excitación independiente, se transforma en calor en el circuito deexcitación y en Ia parte de resistencia correspondiente al reguladorde tensión que se ha intercalado en el circuito.

Por Io tanto, la potencia total que se pierde en .el circuito de ex-citación shunt de máquinas shunt o compound vale

867

\

estas pérdidas adicionales, Ia expresión anterior debe multiplicarsepor un coeficiente. Tendremos por lo tanto que

P¡ * Po,t: K I,' R¡ t'atios

K: 1,3 para máquinas sin arrollarniento de compensación, consin polos de conmutación.

K = 1,15 para máquinas con arrollamiento de compensación.

Pérdidas por efecto loule en los arrollamientos en serie. Estaspérdidas comprenden las debidas al efecto Joule, al atravesar la co-rriente de inducido Ii los arrollamientos en serie con este inducido.Estas pérdidas valen.

Pérdidas por efecto Joule en el arrollamiento de excitación serie.

P,: I¡2 R, vatios

Férdidas por efecto Joule en el arrollamiento de los polos de con-rnu;ación

P": Ii R" ttatios

Pérdidas por efecto Joule en el arrollamiento de compensación.

Po: I¡2 Ro vatios

Pérdldas por caída de tensiónestán expresadas por el producto

Pe:2 up

en'las escobillas. Estas pérdidas

Up: I V

tendrerrr -¡s

Rendimiento de Ias máquinas de corriente continua

El rendimiento de una máquina eléctrica de corriente continuaestá expresado, por la expresión

po t encia stuninis t rada'q-potencia absorbida

que también puede expresarse de esta forma

potencia suministradar¡-potencia suministrada + pérdidas de potencia

Pero las pérdidas se pueden dividir en 2 grandes grupos:

a) las pérdidas de marcha en vacío P" que comprenden las quehemos llamado pérdidas en vacío 5', además, las pérdidas porexcitaciórz. Las primeras son constantes puesto que su valorno depende ni de la corricnte del inducido. Las pérdidas pore.xcitación son proporcionales al cuadrado de la corriente deexcitación pero, en conjunto, resultan muy pequeñas en com-paración con las anteriores. Por lo tanto, se puede decir quelas pérdidas de marcha en yacío son sensiblemente constantes,es decir

Po: O. = C7tlstAnte

b) las pérdidas de marcha en curga P¡ que dependen, esencial-mente, de la corriente del inducido y son proporcionales alcuadrado de dicha corriente, excepto en lo qrre se refiere aIas pérdidas adicionales que, por ser de valor muy pequeñorespecto a Ias anterior .:s, no se tienen en cuenta. En resumen,que las pérdidas de marcha en carga son proporcionales alcuadrado de la corriente del inducido, o sea

' P¡ -b 12 ' :

Finalmente, la potencia suministrada vale

Po=Ut I

I¡ vatios

868

Pe-21¡ttatios

869

Si se trata de un generador, I

bida por ei generador; o sea

+(t+b12

a potencia mecánica P- es la absor-

Pp

eléctrica en bornes P¡ es, lamecánica P- es la suminis-

D -Pt*Pp*Pp

), la potencia Pu es la suministrada. O sea que, para. un generador, el

rendimiento está exPresado Por

Ptr¡ -

Pu, Pt*

decir, que resulta proporcional a la corriente de carga.Por lo tanto

Pt':K I

O sea que el rendimiento puede expresarse de la siguiente manera:

....,:'.T¡ :

Rendrt

1.á,1n

o,r In o,3ln o.s In o,? In 0,9 In ln r,3 ln

Corriente I

725..-Curvaclerend,ittlientodeunantáquinadecorrientecontinua.

KITl: KI+o*bI'

Pt

Si se-trata de un motor, la Potenciaabsorbida por Ia máquina, y la potenciatrada; es decir qlue, en este caso :

. rson cargas pequeñas, y debido a la influencia'de las pérdidas de

marcha en vacío, qlle Son constantes, el rendimiento ,es muy -bujo',.;" á medida q.r" i.... la carga, crece también el rendimiento hasta

alcanzar un máximo situado ieneralmente en las proximidades de

la abscisu .or..rpondiente ^ Oi I.. A partir de este punto, el rendi-

miento vuelve a disminuir pero .o, ,'r.u pendiente menos pronunciada;

esto es debido ; Ñ;, .o,,,o hemos dicño, las pérdidas de marcha en

carga crecen ."" Éi.-adrado de la corriente : en el caso de cortocir-

cuilo, el renclimiento volverÍa a ser nulo'A partir de la expresión del rendimiento hallada anteriormente

o, también

Por lo tanto, Para

Pt: Pr, * Pp

Pu,: Pt -

Po

un motor, la expresión del

P,, P¡ - Pp

rendimiento sera

PU'

rl-Po Pr, * P,

Curva de rendimiento

En Ia figura 725 se expresa esta curva, la cual nos proporciona la

variación del rendimiento de una máquina de corriente continua, en

función de la carga de la misma, o sea la característica q - f (I).

870

vamos a determinar la condición de

se cumpla esta condición, la primera

drt

Pt

rendimiento máximo. Para que

derivada ha de ser nula, o sea

dI871

es decir

dn (KI * a * bI2) K-KI (K + 2bI)-0dI (KI+a+bI2)2

o, lo que es lo mismo

(KI + a+ bI'z) K-KI (K + 2bI) : 0

es decir que

(KI + a+ bI'z) K - KI (K + 2bI)

y realizando operaciones, se obtierre

a=bI2

o sea que /a condición de rendimiento mdxínto es que las pérdididasde ¡n.archcl en vacío y las pérdidas de marclto en carga sean iguales.

For lo tanto, para máquinas que hayan de,trabajar a cargas par-'r.i¿ti.", co::viene reclucir el valor de ]as pérdidas constantes.

Conviene también que la máquina no marche con carga débilpues, de la expresión anterior y de la curva de rendimiento se deduceque el rendimiento es muy bajo en estos casos; por lo t;into, no esaconsejablc emplear máquinas cuya potencia sobrepase excesivamentela potencia necesaria para el servicio en cuestión.

L2 Ejemplos de conexionadode máquinasde corriente continua

A continuación, exponemos un conjunto de ejemplos prácticos de

conerionado de generadores y motores de corriente continua. En cada

ejemplo, se expresa:

a) el diagrama. de montaje

b ) el esquema completo de conexiones

c ) el esquema simplificado

d ) el esquema unifilar

e ) las conexiones de la placa de bornes para los dos sentidos de

f ) cuand-o es necesario, las secuencias del proceso de arranque

Como ejemplos representativos, se han elegido 15 tipos de geng-

radores y il tipot de m<.,tores, qlrc conrprenden la casi totalidad de

casos qul puedcn presentarse en la práctica; de todas formas, resultafácil déd.rcir las conexiones de cualquier caso no incluido en esta obra,a partir de los ejemplos presentados.

8i2 873

\

A continuación, se expone Ia lista de los ejemplos prácticos de co-nexionado que hemos elegido:

Generadores:

1. Excitación independiente. Sin polos de conmutación. Giro aderechas (Pág. BZ7).

2. Excitación inclependiente. con polos de conmutación. Giro a

3. Excitación independiente. con polos de conmutación. Giro aizquierdas (Pág. 879).

4. Excitación shunt. Sin polos de conmutación. Giro a derechas(Páe. 880).

Excitación shunt. con polos de conmutación. Giro a derechas(Páe.881).

Excitación shunt. con polos de conmutación. Giro a izquierdas(Páe. 882).

Excitación serie. sin polos de conmutación. Giro a derechas(Páe. 883).

Ercitación serie. con polos de conmutación. Giro a derechas(Pás. 884).

Excitación serie. con polos'de conmutación- Giro a izguierdas(Pág. 88s).

10. Excitación compound adicional. Sin polos de conmutación.Giro a derechas (Pág. 886).

11. Excitación compound adicional. Con polos de conmutación.Giro a derechas (Pág. 888).

12. Excitación compound adicional. con polos de conmutación.Giro a izquierdas (Pág. 890).

13. Excitación compound diferencial. Con polos de conmutación.Giro a derechas (Pág. 892).

14. Excitación mixta. Con polos de conmutación.(Pás. 8e4).

15. Excitación propia. Con polos de conmutación.(Páe. 8e6).

17. Excitación independiente. Con polos de conmutación. Arran-cador manual. Con regulación de velocidad (Pág. 910).

18. Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arrancador ma-nual. Sin regulación de velocidad (Pág. 902).

19. Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arrancador ma-nual con bobina de retención. Sin regulación de velocidad(Pág. 904).

20. Excitación shunt. Con polos'de.conmutación. Arrancador ina-nual. Con regulación de velocidad (Pág. 906).

21. Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arrancador-re-gulador manual. Con regulación de velocidad (Pág. 9C8).

22. Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arrancador ml-nual. Sin regulación de velocidad. Con inversión del sentidode giro por inversor manual (Pág. 910).

23. Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arrancador ma-nual. Sin regulación de velocidacl. Con inversión del sentiCode giro por inversor de tambor (Pág. 912).

24. Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arranque porcombinador. Sin regulación de velocidad (Pág. 911).

25. Excitación serie. Con polos de conmutación. Arrrncador rua-nual. Sin regulación de velocidad (Pág. 916).

.

26. Excitación serie. Con polos de conmutación. Arrancador ma-nual. Con regulación de velocidad por shuntado cte la erci-tación (Pág. 918).

27. Excitación serie. Con polos de conmutación. Arrancador ¡na-nual. Sin regulación de velocidad. Con inversión del sent:rlode giro por inversor manual (Pág. 920).

28. Excitación serie. Con polos de conmutación. Arrancador m.a-nual. Sin regulación de velocidad. Con inversión del sentidode giro por inversor de tambor (Páe. 922).

29. Excitación serie. Con polos de conmutación. Arranque porcombinador. Sin regulación de velocidad (Pág. 924).

30. Excitación serie. Sin polos de conmutación. Combinador paraarranque, inversión de marcha y regulación de velocidad. Confrenado mecánico (Pág. 926).

31. Excitación compound adicional. Con polos de conmutación.Arrancador manual. Sin regulación de velocidad (Pág. 928).

32. Excitación compound aclicional. Con polos de conmutación.Arrancador manual. Con regulación de velocidad (Pág. 930).

5.

6.

7.

8.

9.

Giro a derechas

Giro a derechas

Motores:

16. Excitación independiente. con polos de conmutación. Arran-cador manual. Sin regulación de velocidad (pág. 898).

874 875

A continuación, se expone la lista de los ejemplos prácticos de co-nexionado que hemos elegido:

Generadores:

1. Excitación independiente. sin polos de conmutación. Giro aderechas (Pág. 877).

2. Excitacién independiente. Con polos de conmutación. Giro a

3. Excitación independiente. con polos de conmutación. Giro aizquierdas (Pág. 879).

4. Excitación shunt. Sin polos de conmutación. Giro a derechas(Pás. 880).

5. Excitación shunt. Con polos de conmutación. Giro a derechas(Pág.881).

6. Excitación shunt. Con polos de conmutación. Giro a izquierdas(Pág. 882).

7. Excitación serie. Sin polos de conmutación. Giro a derechas(Páe. 883).

8. Excitación serie. Con polos de conmutación. Giro a derechas(Páe. 884).

g. Excitación serie. Con polos de conmutación. Giro a izquierdas

10. Excitación compound adicional. sin polos de conmutación.Giro a derechas (Pág. 886).

11. Excitación compound adicional. Con polos de conmutación.Giro a derechas (Pág. 888).

12. Excitación compound adicional. con polos de conmutación.Giro a izquierdas (Pág. 890).

13. Excitación compound diferencial. Con polos de conmutación.Giro a derechas (Pág. 892).

14. Excitación mixta. Con polos de conmutación. Giro a derechas(Páe. 8e4).

15. Excitación propia. Con polos de conmutación. Giro a derechas(Páe. 8e6).

Motores:

16. Excitación independiente. Con polos de conmutación. Arran-cador manual. Sin regulación de velocidad (pág. 898).

874

17.

18.

19.

20.

28.

29.

30.

21.

22.

23.

25.

27.

24.

Excitación independiente. Con polos de conmutación. Arral:-cador manual. Con regulación de velocidad (Pág. 910).

Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arrancador ma-nual. Sin regulación de velocidacl (Pág. 902).

Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arrancador ma-nual con bobina de retención. Sin regulación de velocidad(Pág. e04).

Excitación shunt. Con polos:de conmutación. Arrancador ma-nual. Con regulación de velocidad (Pág. 906).

Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arrancador-re-gulador manual. Con regulación de r.elocidad (Pág. 9C8).

Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arrancador mr-r:ual. Sin regulación de velocidad. Con inversión dei sentidode giro por inversor manual (Pág. 910).

Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arrancador ma-nual. Sin regulación de velocidad. Con inversión dei sentiilode giro por inversor de tambor (Pág. 912).

Excitación shunt. Con polos de conmutación. Arranque porcombinador. Sin regulación de velocidad (Pág. 911).

Excitación serie. Con polos de conmutación. Arr¿:ncador nra-nual. Sin regulación de velocidad (Pág. 91ó).

Excitación' serie. Coir polos de conmutación. Arrancador ma-nual. Con regulación áe v.lo.idad por shuntado c1e la e::ci-tación (Pág. 918).

Excitación serie. Con polos de conmutación. Arrancador ¡ra-nual. Sin regulación de velocidad. Con inversión del sent:rIode giro por inversor manual (Pág. 920).

Excitación serie. Con polos de conmutación. Arrancador n:a-nual. Sin regulación de velocidad. Con inversión del sentidode giro por inversor de tambor (Pág. 922).

Excitación serie. Con polos de conmutación. Arranque porcombinador. Sin regulación de velocidad (Pá g. 921).

Excitación serie. Sin polos de conmutación. Combinador paraarranque, inversión de marcha y regulación de velocidad. Confrenado mecánico (Pág. 926).

Excitación compound adicional. Con polos de conmutación.Arrancador manual. Sin regulación de velocidad (Pág. 928).

Excitación compound adicional. Con polos de conmutación.Arrancador manual. Con regulación de velocidad (Pág. 930).

26.

31.

32.

875

33. Excitación conrpound adicional. Con polos de conmutación.Arrancador manual con bobina a" i"flción. Sin regulacióndc, velocidad (pág. 932).

3-1. Ercitación compound adicional. Con polos de conmutación.Arrancador-regtrlador manual. Co¡ ."!ulaciO., de velocidad(Páe. 934).

Excitación compound adicional. Con polos de conmutación.Arrancador manual. Sin regulaql5n de velocidad. Con inver_sión del sentido de giro por inysrsor manual (pág. 936).Excitación compound adicional. Con polos de conmutación.Arrancador manual. Sin regulaqi5¡ de velocidad. Con inver_sión del sentido de giro por inversor de tambor (pág. é¡él

1. GENERADOR CORRIENTE COI{TINUA . EXCITACION INDE.PENDIENTE SIN POLOS DE CONMUTACION . GIRO A DE.RECHAS

ESQUEMA DECONEX/ONES

ESQUEMASIMPLIFICADO

35.

36.

sgPLACA, EOBNES

DIAGRAMA, DE MONTAJE

ESO. UNIFILAR

876

877

GENERADOR CORRIEI\TTEPENDIENTE CON POLOSRECHAS

CONTINUA - EXCITACIONDE CONMUTACION - GIRO

GENERADOR CORRIENTEPENDIENTE CON POLOSQUIERDAS

CONTINUA . EXCITACION INDE.DE CONMUTACION - GIRO .{ IV,.

INDE.A DE.

B

ESQUEMA DECONEX/ONES

ESO. UNIFILAR

ESQUEMA DECONEX/ONES

ESQ. SIMPLIFICA,DO

scl

PLACA BOBNES ESQUEMA SIMPLIFICADO PLACA BOBNES

12r p

-r);-llI

I

I.JH ab xU bt

JI)(f,\t

\-I

l-L\l¿,

/<[-

DIA,GRAMA DE MONTAJEDIAGRAMA DE MONTAJE

ESQ. 'UNIFILAB

878 879

5.4. GENERADOR CORRIENTE CONTINUA -

SIN POLOS DE COI{MUTACION . GIROEXCITACION SHUNTA DERECHAS

GENERADOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION SHUNTCON POLOS DE CONMUTACION . GIRO A DERECHAS

E.SQUEMA DECCNEX/ONES

;F

ESQUEMA DECONEX/ONES

ESQ. UNIFILAR

sfr, J §aQc

Ji)(/

\

IL¡

-I

DI,A,GRAMA DE MONTAJE DIAGRAMA DE MONTAJE

ESQ. SIMPLIFICA,DO ESQ. SIMPLIFICA,DA

tqs

PLACA EOBNES ESQ. UNIFILA,R

880

Iti ñ) <?

\

6. GENERADOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION SHUNTCON POLOS DE CONMUTACION . GIRO A IZQUIERDAS

ESQUEMA DE CONEX/ONES

7. GENERADOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION SERIESIN POLOS DE CONMUTACION . GIRO A DERECTIAS

ESQUEM A D E CONE). /ONE-C

B

ESQ. SIMPLIFICADO ESQ, UNIFILA,R PLA,CA DE EOBNES ESQ. IL¡NIFILAR

III

H# Ho écrlA(t\<fl

H

DIAGRAMA, DE MONTAJEDIAGRAMA DE MONTA,JE

ESQ. SIMPLIFICADO

882883

9.8. GENERADOR CORRIENTE CONTINUA -

CON POLOS DE CONMUTACION - GIROEXCITACION SERIEA DERECHAS

GENERADOR CORRIENTE CONTII§UA .

CON POLOS DE CONMUTACION . GIROEXCITACION SERIEA IZQUIERDAS

;FI

l\-

L

t

<D

'uf. A rlr,laT ,[

ESQUEMA DE CONEX/ONES

ESQ. UNIFILAR ESQUEMA SIMPLIFICADO

ESQUEMA DE COA/EXIONES

ESQ. UNIFILAR

DIA.GRAMA, DE MONTAJE DIAGBAMA DE MONTAJE

ESQUEMA SIMPLIflCADO

PN

J,+I - a:-ulI rcrercl

PLACA DE BO,SNES

/VP

tuPLACA DE BOBNES

885

P

N

GENERADOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION COM.POUND ADICIONAL - SIN POLOS DE CONMUTACION . GIROA DERECHAS

ESQUEMA DE CONEX/ONES

ESQU E M A S t tt4 P Lt F t C ADO

t q s i

PLA,CA DE BORTVES i

3'

w(A)

heESQUEMA UNIFILAR

88ó

DIAGRAMA DE MONTAJE

lt. GENERADOR CORRIENTE CO§ITII§UA . EXCITACION COM.POUND ADTCIONAL - CON POLOS DE CON]IIUTACION . GIROA DERECHAS

888

.l

ESQUEMA S\MPL\F\CADO ¡

PLA,CA DE BOFNES

ESQUEMA UNIFILARDIAGRAMA DE MONTAJE

ESQUEMA DE CONEX/ONES

12. GENERADOR CORRIE,NTE CONTINUA . EXCITACION COM.POUND ADICIONAL . CON POLOS DE CONMUTACION . GIROA IZQUIERDAS

tqsPLACA DE 8OB/\ES

ESQUEMA UNIFILAR

890

DIAGRAMA DE MONTAJE

ESQUEMA DE CONEX/ONES

13. GENERADOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION COM.

POUND DIFERENCIAL. CON POLOS DE CONMUTACION. GIROA DERECHAS

I

üó,

B

ESQUEM A UNIflLAR *)

fij

I

-{}

s

vflátrlr-G4o c,lC

) t!+ +

-.8

ESQUEMA SIMPLIflCADO

tqPLACA DE BOBNES

892

DIAGRA,MA DE MONTAJE

ESQUEM A DE CONEX/CNES

893

14. GENERADOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION MIXTACON POLOS DE CONMUTACION . GIRO A DERECHAS

ESQUEMA, SIMPLIFICADO

B

ESQUEMA DE CO/VEXiONES

1rF!_

fó

rHfr -.}r lE J

K J

JI¿\

-I

I

\¡§ IL L

É.

I

<l- <r_

l,/"PLACA DE BOBiVES

ESQUEMA UNIFILA,N

894

AAGNAMA DE MONTAJE

15. GENERADOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION PROPIACOi{ POLOS DE CONMUTACION . GIRO A DERECHAS

DIAGRAMA DE N1ONTAJE ESOUEMA DE CO/VEX/ONES

\ A-.-{-G+-#@\z [*Ttll

WüffiI<_

ESQUEM A SIMPLIFICA'DO PLACA, DE EOFNES ESQUEM A UNIFILA,R

896897

16. MOTOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION INDEPEN.DIENTE . CON POLOS DE CONMUTACION . ARRANCADOR MA.I{UAL . SIN REGULACION DE VELOCIDAD

G/FO A DERECHAS

PLACA DE BORNES

G/BO A IZQUIEBDAS

PLACA DE BOFNES

ESQUEM A SI N4 P LI F IC AD O'

ESQUEMA DE CONEX/ONES

ESQUEMA UNIflLAR

898

DIAGRAMA DE MONTAJE

17. MOTOR CORRIE\ITE CONTINUA . EXCITACION INDEPEN.DIENTE CON POLOS DE CONMUTACION . ARRANCADOR MA.NUAL . CON REGULACIOI{ DE VELOCIDAD

B

¿J

ESQUEMA SIMPLIFICADO

G/BO A DERECHAS

PLACA DE EOBNES

ESQUEMA UNIFILAR

Lrp

nR

=f,ñMo

H A K J+J A/a¡}..l..-ar¿

\

L

kH

ESQUEMA DE COTVEX/ONES

G/BO A IZQUIEFDAS

PLACA DE BOBNES

900

DIAGRAMA DE N4ONTAJE

901

18. MOTOR CORRIFNTE CONTINUA . EXCITACION SHUNT . CONPOLOS DE CONMUTACION. ARRAT{CADOR MANUAL. SIN RE.GULACION DE VELOCIDAD

B

ESQUEMA, UNIFILAR

L

L

?

H A |a lcJI

,-A-/.r\(l\<

--E

hL)k/<-

ESQUEMA DE COA/EXIONES

ESQUEMA SIMPLIFICADO

G/BO A DERECHAS

PLACA DE EOFNES

GIRO A IZQUIEFD,AS

PLACA DE BOFIVES

902

DIAGRAMA DE MONTAJE

903

I9. MOTOR CORRIENTE CONTINUA - EXCITACIOI\I SHUNT CONPOLOS DE CONMUTACION ARRANCADOR MANUAL CONBOBINA DE RETENCION . SIN REGULACION DE VELOCIDAD

ESQUEMA DE CONEX/ONES

ESQIJEMA SIMPLIFICADO ESQUEMA UNIFILAR

GIRO A, DERECHAS

PLACA DE BOBNES

GIRO A IZQUIEFDAS

Nt n¡ ¡urvtPLACA DE BOFNES

904

UAGNAMA DE MONTAJE

905

20. MOTOR CORRIENTE CONTII\iUA . EXCITACION SHUNT . CONPOLOS DE CONMUTACION. ARRANCADOR MANUAL . CON RE.GULACTON DE VELOCIDAD

G/BO A DERECHAS

ffi,,PLA,CA DE flOBNES

ESQUEM A, DE CONEX/ONES

ESQUEMA SIMPLIFICADO ESQUEMA UNIFILAR

GIRO A IZQUIEFDAS

PLACA DE BOFIVES

906

DIAGRAMA DE MONTAJE

907

2t. NIOTOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION SHUNT . CONPOLOS DE CONÑIUTACION . ARRANCADOR.REGULADOR MA.I{UAL . CON REGULACION DE VELOCIDAD

ESQUEM A, DE CONEX/ONES

GIRO A DEBECHAS

PLACA DE EOBNES

GIRO A IZQUIEqDAS

.,m

PLACA DE BOENES

ESQUEfuI A SIMPLIFICADO ESQUEMO g¡¡¡¡¡LÁR

R

v

H fto ,c

JAa

\L\k/+-

-ffi

903

DIAGBA,MA DE MONTAJE

909

22. MOTOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION SHUNT . CONPOLOS DE CONMUTACION . ARRANCADOR MANUAL . SIN RE.GULACION DE VELOCIDAD - CON INVERSION DEL SENTIDODE GIRO POR INVERSOR MANUAL

GIRO A, DERECHAS

"P

ESQUEMA SIMPLIFICA,DO

GIRO A IZQUIEBDAS

ESQUEMA SIMPLIFICADOESQUEMA DECONEX/ONES

910

DIA,GRA,MA DE MONTAJE

911

23. !,!oToR CORRTFNTE CONTTNUA - EXCITACION SHUNT - CONPol.os DE colitrll;TAcroti - ARRA¡\icanon-nmNiuer - §rN nr-GULACION DE VELOCIDAD . CON INVERSION DEL SENTIDODE GIRO POR INVERSOR DE TAMBOR

ESQUEMA SIMPUflCADO

ESQUE,VIA DECONE,T/ONES ESQUEfu' JIMPLIFICADO

913912

DIAGRAMA DE MONTAJE

60.02 - 59

24. MOTOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION SHUNT - CONpol.os DE C0I{MUTACION - ARRANQUE POR COMBINADORSIN REGULACION DE VELOCIDAD

ESQUEM A DE CO/\EXIONES

g14

DIAGRAMA DELCOMBINADOB

POStCtON I

POSICION II

frIJ

Til

fi P0stc t0N IIl

POSICION IV

POSICION V

POSICION VI

915

T

.{>or

3

í

6I

7

H a§olcv)ol-oñ¿o()

JAQ-l

LL)b

POS tCtON E S

OII IT EI N V VI

5

; -lxxlxxx X

x xx

7 xlx x X X

SECUENCIAS DEL PFOCESO DE ARRANQUE

¿3.

.l

ITIOTOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION SERIE . CONPOLOS DE CONMUTACION . ARRANCADOR MANUAL . SIN RE.GULACION DE VELOCIDAD

G/FO A DERECFIAS

PLACA DE BOB/VES

ESQUEMA DECONEX/ONES

916

GIRO A IZQUIEFDAS

ESQUEMA SIMPLIFICADO ESQUEMA UNIFILARDIAGRAMA DE MONTAJE

26. MOTOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION SERIE . CONPOLOS DE CONMUTACION - ARRANCADOR MANUAL . CON RE.GULACION DE VELOCIDAD POR SHUNTADO DE LA EXCI.TACION

GIBO A DERECHAS

PLACA DE EOFNES

GIRO A ZAUIERDAS

ffi.PLA,CA DE BOB/VES

ESQUFMA UNIflLAB

ESQUEMA DECO,NEX/O/VES

ESQUEM A SIMPLIflCADO

918

DIAGRAMA DE MONTA,JE

919

27, IT{OTOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION SERIE . CONPOLOS DE CON}IUTACION - ARRANCADOR MANUAL-SIN RE.I;uLACION DE vELOCIDAD - CON iNVnnSION DEL SENTIDODE GIRO POR INVERSION trIANUAL

ESQUEM A SIMPLIflCi.DO

G/RO A IZQUIERDAS

ESQUEM A SIMPLIFICADOESQUEMA DECOÍVEX/ONES

921920

DIAGR,AMA DE MONTAJE

MOTOR CORRIENTE COI{TINUA . EXCITACION SERIE . CONPol-os DE CONMUTACI0N - ARRANCADOR r\IAt\iuAL - sIN RE-GULACION DE VELOCIDAD . CON INVERSION DEL SENTIDODE GIR"O POR INVERSOR DE TAMBOR

I

G/BO A DERECHAS

ESQUEMA SIMPLIFICADO

G/RO A IZQUIERDAS

P_/V

ESQUEM,A SIMPLIflCADOESQUEMA DECONEX/ONES

922

DIA,GFAMA DE MONTAJE

923

\

29. MOTOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION SERIE . CONPOLOS DE CONMUTECTON . ARRANQUE POR COMBINADORSIN REGULACIO¡{ DE VELOCIDAD

2

3

POStCtO N

POSICION

POStCtON

POSTC tON

PO StCtON

POSICIO N VI

I

6

n

6

EI

6

I

5

Á

7

IV

6

v)oH()t\¿o()

ESQUEI4 A DE CONEX/ONES

924

DIAGRAMA DELCOMBINADOR

P 0stc toNEs0 I !1 III ll't I v VT

xI xtxtx x5

6

x xlxxxlxlx x

xx xHEF

SECUENC/AS t:5L PBOCESO DE ARRA,VQUE

925

30. MOTOR CORRIENTE CONTINUA - EXCTTACIONPOLOS DE CONMUTACION . COMBINADOR PARAINVERSION DE MARCHA Y REGULACION DECON FRENADO MECANICO

I nterruptoresfin de correo

Frenoelectrome cónico

SERIE . SINARRANQUE,

VELOCIDAD.

P

/V

G/FO A DERECHAS

GIRO A IZQUIERDAS

SECUE/VCIA,S DEL PROCESO DE ABBANQUE

v)o|\(J

ñ¿o()

POSICIONES

ü'1n' I',to T rlil

2 x YIY xx

3 xlx x x XX x4 Xxx x5 xtx X ( xtx x6 x xlx x

I lx x X x9 xlx x x XX70 x (lx x x Y x

926

ESQUEMA DE CONEX/ONES DIAGRAMA DEL COMBINADOR

927

3I. MOTOR CORRIE¡{TE CONTINUA - EXCITACION COMPOUNDADICIONAL . CON POLOS DE CONMUTACION . ARRANCADORMAfrlU¡tL - SIN REGULACION DE VELOCIDAD

+-|l--

ESQUEMA SIMPUflCADOI ESQUET,:A UNIFILAR

G/BO A IZQUIEFDAS

DrrWeZ

PLACA, DE EOFNES

ESQUEMA DECONEX/ONES

928

DIAGRAMA DE MONT,AJE

ó0.02 - 60

929

32, IT,IOTOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION COMPOUNDADICIONAL . CON POLC}S DE CONMUTACION - ARRANCADORIT,IANUAL . CON REGULACION DE VELOCIDAD

930

DIAGRA,MA DE MONTA,JE

I

G/BO A DERECHAS

PLACA DE BCBNES

GIRO A IZQUIERDAS

PLACA DE BOBA/ES

orrffi

ESQUEMA SIMPLIFICADO ESQUEMA UNIFILAR

931

ESQUEMA. DECONEX/ONES

33. TIOTOR CORRIEIVTE CONTINÜ.{ . EXCITACIO}i COTIPOUNDADICIONAL . CON POLOS DE CONMUTACION . ARRAI{CADOR]UTANUAL CON BOBINA DE RETENCION . SIN REGULACIONDE VEI.OCIDAD

GIRO A, DERECHAS

PLACA DE BOB/VES

G/RO A IZQUIEFDAS

or#ffiPLACA DE 8OfiNES

ESQUEMA DECONEX/ONES

ESQUEM A S I 1,4 P LI F I C AD O

R

-1tE

uffi &epo cJI

-I\

L

I

+- <F-

ESQUEMA D

DIAGRAMA DE MONTAJE ESQUEM A, UNIflLAR

933

I

MOTOR CORRIENTE CONTINUA . EXCITACION COMPOUNDADICIONAL . CON POLOS DE CONMUTACION . ARRANCADOR.REGULADOR MANUAL . CON REGULACTO\I DE VELOCIDAD ;F

CONEX/ONES

<-ll--

ESQUEMA SIMPLIFICADO

GIRO A DERECHAS

PLACA, DE BOBNES

GIRO A IZQUIE¡9DAS

PLACA DE BOF|VES

T

ESQUEMA UNIFILAR

RL

I,t

Hr 7@s1¡o C

JI)

(

-T

\ ILé

<F

ESQUEMA DEco¡üEx/o^JF.s

<F

934

DIAGRAMA DE MONTAJE

935

JJ. MOTOR CORRIENTE CONTINUA .. EXCITACION COMPOUNDADICIONAL . CON POLOS DE CONMUTACION . ARRANCADORI,TANUAL . SIN REGULACION DE VELOCIDAD . CON INVER.SION DEL SENTIDO DE GIRO . POR INVERSOR MANUAL

GIRO A DERECHAS

rN,.1,,

ESQUEMA SIMPLIFICADO

GIRO A lZQUlEfir)AS

P

ESQUEM A SIMPLIFICADOESQUEMA DECO/\EXIO/VES

916

DIAGRAMA DE MONTAJE

937

36. MOTOR CORRIENTE CONTINUA - EXCITACION COMPOUNDADICIONAL . CON POI-OS DE CONMUTACION . ARRANCADORMANT'AL . SIN REGULACION DE VELOCIDAD . CON INVER.SION DEL SENTIDO DE GIRO POR INVERSOR DE TAMBOR

G/FO A DERECHAS

ESQUEMA SIA4PLiF;CADC

G/FO A IZQUIEFDAS

P

ESQUEMA SIMPLIFICADOESQUEMA DECONEX/ONES

e38

DIAGBAMA DE MONTAJE

939

ENCICLOPEDIA CEACDE

ELECTRICIDAD

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