tu puedes!!!

1. Tema V: Fundamentos de la
conversión electromecánica
de energía

2. 5.1. La conversión
electromecánica I
Campo Imanes
Fuerza externa que Espira
hace girar a la
Magnético Permanentes
espira
N S
Escobillas
Fuerza Electromotriz
+ inducida en la espira GENERADO
por el campo R
ELEMENTAL

3. 5.1. La conversión
electromecánica II
Campo Imanes
Espira Magnético Permanentes
N S
FUERZA QUE TIENDE A HACER
Escobillas GIRAR A LA ESPIRA: PAR MOTOR
Corriente que circula
por la espira debida al
MOTOR
generador
ELEMENTA
L

4. 5.2. El principio de
reversibilidad
Todas las máquinas Pueden funcionar
eléctricas rotativas como motor o como
son reversibles generador
Conversión de Energía
Motor
Eléctrica en Energía Mecánica
Conversión de Energía Mecánica
Generador
en Energía Eléctrica

5. 5.3. Balance energético de
una máquina rotativa
ESTATOR ROTOR
Potencia
mecánica
útil del
Potencia motor
eléctrica
(P u )
consumida
(P e ) Pu
η=
Pe
η ≅ 90 %
Pérdidas Pérdida Pérdidas Pérdidas
en el s en el en el cobre rotacionale
cobre del hierro del rotor s
estator

6. Tema VI: La máquina de
corriente continua

7. 6.1. La máquina de CC:
generalidades
La máquina de CC consta de dos devanados alimentados con
CC: uno llamado inductor que está en el estator de la
máquina y otro llamado inducido que está en el rotor.
En el caso de funcionamiento como motor ambos devanados
están alimentados con CC. En el caso de funcionamiento
como generador se alimenta con CC el inducido y se obtiene
la FEM por el inductor (también continua).
Su funcionamiento se basa en la existencia de un mecanismo
llamado colector que convierte las magnitudes variables
gene-radas o aplicadas a la máquina en magnitudes
constantes.
Se utilizan en tracción eléctrica (tranvías, trenes etc.) y en
accio-namientos donde se precisa un control preciso de la
velocidad.

8. 6.2. Despiece de una
1. Culata
máquina de CC
2. Núcleo polar
3. Expansión polar
4. Núcleo del polo auxiliar
1
o de conmutación
8
8
5. Expansión del polo
10
auxiliar o de
12
2
3
3
conmutación
9
6. Núcleo del inducido
6
6
7. Arrollamiento de
inducido 11
8. Arrollamiento de 5 4
excitación
7 © M. F. Cabanas:
Técnicas para el
9. Arrollamiento de mantenimiento y
diagnóstico de
conmutación máquinas eléctricas
rotativas
10. Colector

9. Motores de CC
Catálogos comerciales
Motor de CC para
aplicaciones de
robótica
Pequeños motores de
CC e imanes
permanentes
Fotografía realizada en los talleres de ABB Service Gijón
Catálogos comerciales
Motor de CC de 6000 kW fabricado por ABB

10. 6.3. Funcionamiento
como generador I
Fuerza ex t erna que I m anes perm anent es o cam po m agnét ico
hace gir ar a la creado por una corrient e cont inua
espira
N S N S
Escobillas Anillos
rozantes Instrumento de medida
© M. F. Cabanas:
Técnicas para el
mantenimiento y
diagnóstico de
máquinas eléctricas
rotativas
La FEM que se obtiene a la salida de la máquina varía en el
tiempo ya que esta máquina no dispone de colector

11. 6.3. Funcionamiento
como generador II
d φ = B ⋅ d area
dφ = B ⋅ l ⋅ r ⋅ dα
π−α
φ= ∫ B ⋅ l ⋅ r ⋅ dα
α
φ = B ⋅ l ⋅ r ⋅ ( π − 2α ) dα
Si la espira gira con
Si la espira gira con
velo-cidad angular
velo-cidad angular
ω =d α /dt mientras se
ω =d α /dt mientras se
mueva en la zona del
mueva en la zona del
flujo se inducirá en ella
flujo se inducirá en ella
FEM:
FEM:
E
dφ  dα 
E= − = −B ⋅ l ⋅ r  − 2 
dt  dt  © L. Serrano:
Fundamentos de
V = R⋅ω
E = 2 ⋅B ⋅l ⋅ V
máquinas eléctricas
rotativas

12. Con la máquina
girando a una cierta
E = 2 ⋅B ⋅l ⋅ V
velocidad V, la fem
que se induce es E N S
alterna: cambia de
signo cada vez que se 2BlV
pasa por debajo de Polos induct or es
cada polo. de la m áquina
El colector es un
dispositivo que invierte
el sentido de la FEM 0 π 2π
para obtener una
tensión continua y
positiva -2BlV
E N S E N S
2BlV 2BlV
0 π 2π 0 π 2π
Colector elemental (2 delgas) Colector real (muchas delgas)

13. Catálogos
comerciales
6.4. El colector
© M. F.
Cabanas:
Técnicas para el
Colector mantenimiento y
diagnóstico de
máquinas
eléctricas
rotativas
Escobillas
Colector
real
Sentido de rotación Colector de dos
de la espira delgas
1 © M. F.
Cabanas:
Técnicas para el
mantenimiento y
2 1 1 2 diagnóstico de
máquinas
eléctricas
rotativas
2
- + 0 - +
Instante Inicial Conmutación Inversión de la polaridad

14. 6.5. FEM inducida en
un máquina de CC
{
FEM EN UNA ESPIRA E = 2 ⋅B ⋅l ⋅ V
FEM DE INDUCIDA POR 2 VBl N =nº total de
EL DEVANADO
E = N⋅ espiras a =nº de
a circuitos en paralelo
COMPLETO DE LA
MÁQUINA
ϕ = B ⋅ Ap A Rot or 2π ⋅ r ⋅ l π ⋅ r ⋅ l
Ap ≅ = =
Ap =área del Nº polos 2p p
polo
2V P ⋅ ϕ P
E = N⋅ ⋅ B = ϕ⋅
a π ⋅r π⋅r ⋅l
V = ω⋅r = n ⋅
2π
60
⋅r
{ n =Velocidad en RPM
r= radio
N ⋅p
E=4 n ⋅ϕ E = K ⋅n ⋅ ϕ
60a

15. 6.6. Par interno de
una máquina de
a
CC
= 2B ⋅ l ⋅ r ⋅ espir a = 2B ⋅ l ⋅ r ⋅ I Tespir a
I
PAR CREADO POR EL PAR CREADO POR UNA ESPIRA
PAR CREADO POR UNA ESPIRA
DEVANADO
COMPLETO DE LA a =nº de circuitos en paralelo
MÁQUINA I =Corriente rotor (inducido)
I P
TT OT A L = N ⋅ 2B ⋅ l ⋅ r ⋅ B = ϕ⋅
a π⋅r ⋅l
N =nº total de 2P ⋅ N
espiras TT OT A L = ⋅ϕ⋅I
π⋅a
TT OT A L = K ⋅ ϕ ⋅ I
I = Corriente de inducido

16. 6.7. Formas de excitación
I
El campo magnético de la máquina de CC puede
generarse mediante imanes permanentes, o con bobinas
alimentadas con CC (caso habitual):
Según la forma de alimentación de las bobinas se tienen 2
tipos de excitación:
 Excitación independiente: la corriente que alimenta al
deva-nado inductor es ajena a la propia máquina, procede
de una fuente independiente externa.
 Autoexcitación: la corriente de excitación en este caso
pro-cede de la propia máquina. Según la forma de obtener
esta corriente existen 3 tipos diferentes de máquina de
CC:
Excitación Serie : devanado inductor en serie con el inducido
Excitación derivación : devanado inductor conectado directa-
mente a las escobillas, por tanto, en paralelo con el inducido.
Excitación compuesta o mixta : una bobina en serie y la otra
en paralelo.

17. 6.8. La reacción de inducido
I
Al circular corriente
por el inducido se va
E N S
a crear un campo 2BlV
que distorsiona el FEM con reacción
campo creado por de inducido
los polos inductores DESPLAZAMIENT
de la máquina O LÍNEA NEUTRA
Esta distorsión del 0 π 2π
campo recibe el
nombre de reacción
de inducido -2BlV
EFECTOS Desplazamiento de la “ plano o línea neutra”
PRODUCIDO (plano en el que se anula el campo
S POR LA
REACCIÓN Disminución del valor global del campo de la
DE máquina
INDUCIDO

18. 6.8. La reacción de inducido
Desplazamient
II
o de la “ plano © Mulukutla S.
Sarma: Electric
o línea neutra” machines
PROBLEMAS
DURANTE LA
CONMUTACIÓN
POLOS DE
CONMUTACIÓN
REDUCCIÓN PAR Y
AUMENTO VELOCIDAD
Disminución del
valor global del LOS POLOS DE CONMUTACIÓN
campo de la COMPENSAN LOCALMENTE LA
máquina REACCIÓN DE INDUCIDO ELIMINANDO LA
DISTORSIÓN DEL CAMPO

19. 6.9. La máquina de CC como
generador I
Se hace girar el inducido y se
Rex Iex
Ri alimenta el inductor. La tensión
de excitación controla la FEM E
Uex Lex E Ui y, por tanto, la tensión de salida
FEM Ui
I nducida
La tensión de salida crece
proporcionalmente con la
I nduct or I nducido velocidad de giro n
Generador con excitación
independiente N ⋅p
E=4 n ⋅ϕ E = K ⋅n ⋅ ϕ
60a
La relación entre la corriente de excitación y la FEM inducida
no es lineal: existe saturación

20. 6.9. La máquina de CC como
I
generador II
En la generador en derivación la
Ri
Rex propia tensión de salida del generador
se utiliza para producir la excitación
E Ui Uex
U ex= U i
Lex
E Curva de magnetización
I nducido I nduct or
Generador con excitación E2
Pto. de
derivación equilibrio
El generador “arranca” gracias al magnetismo E1
remanente siguiendo un proceso de
AUTOEXCITACIÓN E = I ⋅ [R ex + R i ]
Magnetismo ϕ ER
remanente E IR =
R ex + R i
Se repite hasta elR E I ex
pto. de equilibrio ER I1 E1
R IR I1
2