Guía didáctica de máquinas eléctricas de generadores y alternadores .

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR
INSTITUTO PEDAGÓGICO DE BARQUISIMETO
LUIS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA
MAQUINAS GENERADORES Y
ALTERNADORES
(Guía Didáctica)

2. ESNIEL LUCENA
Agosto, 2014
INTRODUCCION
Las maquinas eléctricas, son el resultado de una aplicación de los
principios de electromagnetismo y en particular de la ley de inducción de Faraday.
Estas maquinas eléctricas se caracterizan por tener circuitos eléctricos y
magnéticos entrelazados. Durante todo el proceso histórico de su desarrollo
desempeñaron un papel rector, que determinaba el movimiento de toda la
ingeniería eléctrica, gracias a su aplicación en los campos de la generación,
transporte, distribución y utilización de la energía eléctrica. Las maquinas
eléctricas realizan una conversión de energía de una forma a otra.
La presente guía didáctica, representa una herramienta de aprendizaje en
la asignatura maquinas asincrónicas y de corriente continua, en la cual se trata
específicamente el tema de generadores y alternadores y con la aspiración que
con el contenido teórico y práctico de la presente guía sirva de apoyo para los
estudiantes cursantes de la materia.

3. La guía, está estructurada de la siguiente manera: un contenido teórico,
ejercicios resueltos y propuestos, una práctica de laboratorio con el pre-laboratorio,
el procedimiento para realizar la práctica, post-laboratorio, normas de
higiene y seguridad que deben seguirse en el laboratorio y el glosario de términos.
EL GENERADOR ELÉCTRICO
Es una máquina que transforma la energía mecánica en energía eléctrica.
Fundamentalmente consta de un inductor, a base de electroimanes o imanes
permanentes, que produce un campo magnético, y un inducido, formado por un
núcleo de hierro, sobre cuya superficie se dispone en arrollamiento, unos
conductores. Al comunicar al inducido un movimiento de rotación, los
conductores cortan líneas de flujo magnético y se induce en ellos una fem alterna.
Si se quiere obtener corriente continua se debe acudir a un conmutador apropiado.
Principio de funcionamiento de un generador eléctrico

4. El principio de funcionamiento de los generadores es parecido pero
contrario al motor eléctrico. La conversión de energía mecánica en electricidad es
la base de los generadores de las grandes centrales hidroeléctricas.
Cuando se desplaza un material conductor por un campo magnético en la
misma dirección que sus líneas de fuerzas, o en la opuesta, no se detecta
fenómeno alguno, pero cuando este conductor se desplaza cortando las citadas
líneas de fuerzas, se detecta en sus extremos la presencia de una fuerza
electromotriz inducida. Este principio de funcionamiento está basado en la ley de
inducción electromagnética de Faraday.
Ley de Faraday de la inducción
electromagnética
La Ley de Faraday. Esta ley nos dice que
el voltaje inducido en un circuito es directamente
proporcional al cambio del flujo magnético en un
conductor o espira. Esto quiere decir que si
tenemos un campo eléctrico, generando un flujo magnético, necesitamos una
espira por donde circule una corriente para conseguir que se genere la f.e.m.
Este descubrimiento, realizado en el año 1830 por Michael Faraday,
permitió un año después la creación del disco de Faraday. El disco de Faraday
consiste en un imán en forma de U, con un disco de cobre de doce pulgadas de
diámetro y 1/5 de pulgas de espesor en medio colocado sobre un eje, que está
girando, dentro de un potente electroimán. Al colocar una banda conductora
rozando el exterior del disco y otra banda sobre el eje, comprobó con un
galvanómetro que se producía electricidad mediante imanes permanentes.
Estructura de un generador básico
Los componentes de un generador desde el punto de vista mecánico son:

5.  Estator, que es una armadura
metálica en reposo recubierta
por alambres de cobre que
forman un circuito.
 Rotor, que es un eje que rota
dentro del estator impulsado
por una turbina. Este rotor en
su parte más externa tiene un electroimán alimentado por una corriente
eléctrica pequeña. Al girar el rotor a grandes velocidades gracias a una
energía mecánica externa proveniente de una turbina, se producen
corrientes en los hilos de cobre del estator.
Regla de la mano izquierda para generadores.
Aplicando la regla de la mano izquierda al
generador basico de una espira, en la ilustracion se
puede observar que se tienen dos fem en la espira, al
girar. Estas se inducen en lados opuestos de la espira y
tienen amplitudes iguales. Sus direcciones son tales que
estan en serie con respeto a las terminales abiertas de la espiral.
Clasificación de los generadores
 Dinamos: producen corriente eléctrica continua ( c.c), es decir corriente
que no cambia de sentido.
 Alternadores: Producen corriente eléctrica alterna (c.a). que cambia de
sentido cada cierto tiempo.
Producción de una onda
sinusoidal
Para estudiar los circuitos de
corriente alterna es necesario

6. previamente entender como es la señal de alterna y sus magnitudes
características. Al girar una bobina dentro de un campo magnético, en ella se
genera Fem senoidal (alternador). Esta Fem desarrolla una oscilación por cada
vuelta de giro, lo que supone que cada una de estas oscilaciones senoidales tiene
una duración angular de 360º (2П radianes), porque representa una
vuelta del giro del alternador.
Generador básico de corriente alterna: El alternador
Los generadores de corriente alterna o
alternadores son máquinas que transforman
energía mecánica, que reciben por el rotor, en
energía eléctrica en forma de corriente alterna. El
generador de corriente alterna más simple consta
de un campo magnético y una espira rotatoria
simple y los extremos de la espira están
conectados a las escobillas. La mayoría de alternadores son máquinas de corriente
alterna síncrona, que son las que giran a la velocidad de sincronismo, que está
relacionada con el nombre de polos que tiene la máquina y la frecuencia de la
fuerza electromotriz. Esta relación hace que el motor gire a la misma velocidad
que le impone el estator a través del campo magnético. Esta relación viene dada
por la expresión:
Anillos rozantes.
Son unos anillos metálicos
instalados en los extremos de la bobina
rotatoria y la función es comunicar el voltaje
inducido a las escobillas. Cada anillo se ajusta a

7. un extremo de la bobina y ambos anillos giran al girar la bobina. Los carbones son
estacionarios y mantienen contacto con los anillos rozantes al girar estos.
Generadores de c-a con armadura estacionaria
La mayor parte de los
generadores de c-a tienen una
armadura estacionaria y un campo
rotatorio. En estos generadores, las
bobinas de armadura están montadas
permanentemente con arreglo a la
circunferencia interna de la cubierta
del generador, en tanto que las
bobinas de campo y sus piezas
polares están montadas sobre un eje y giran dentro de la armadura estacionaria.
Generadores de c-a monofásicos
En este tipo de generador las
bobinas de armadura se conectan en
serie aditiva, el generador tiene una
salida única. La salida es sinusoidal y
en cualquier instante es igual en
amplitud a la suma de voltajes
inducidos en cada una de las bobinas.
Un generador con armadura
devanada en esta forma es un
generador de una fase o monofásico. Todas las bobinas conectadas en serie
constituyen el devanado de armadura. En la práctica, muy pocos generadores de c-a
son monofásicos, ya que puede obtenerse una mayor eficiencia conectando las
bobinas de armadura mediante otro sistema.

8. Generadores de c-a trifásicos
Básicamente, los principios del generador trifásico son los mismos que los
de un generador bifásico, excepto que se tienen tres devanados espaciados
igualmente y tres voltajes de salida desfasados 120 grados entre sí. A
continuación, se ilustra un generador simple trifásico de espira rotatoria,
incluyendo las formas de onda. Físicamente, las espiras adyacentes están
separadas por un ángulo equivalente a 60 grados de rotación. Sin embargo, los
extremos de la espira están conectados a los anillos rozantes de manera que la
tensión 1 está adelantada 120 grados con respecto a la tensión 2; y la tensión 2, a
su vez, está adelantada 120 grados con respecto a la tensión 3.
Conexiones delta e Y
Existen dos maneras en que pueden
conectarse los devanados de armadura. En
una de las conexiones, los tres devanados
están conectados en serie y forman un
circuito cerrado. La carga está conectada a
los tres puntos donde se unen dos
devanados. A esto se le llama conexión
delta, ya que su representación esquemática es parecida a la letra griega delta (A),
En la otra conexión, una de las puntas de cada uno de los devanados se junta con
una de los otros dos, lo que deja
tres puntas libres que salen para la
conexión a la carga. A éste se le
llama conexión Y, ya que

9. esquemáticamente representa la letra Y.
Características eléctricas de las conexiones delta e Y
Como todos los devanados de una
conexión delta están conectados en serie y
forman un circuito cerrado, podría parecer
que hay una elevada corriente
continuamente en los devanados, aun en
ausencia de carga conectada. En realidad,
debido a la diferencia de fase que hay entre
los tres voltajes generados, pasa una
corriente despreciable o nula en los
devanados en condiciones de vacío (sin
carga).

10. Las tres puntas que salen de la conexión delta se usan para conectar la
salida del generador a la carga. El voltaje existente entre dos cualesquiera de las
puntas, llamada voltaje de la línea, es igual al voltaje generado en un devanado,
que recibe el nombre de voltaje de fase. Así
pues, como se puede apreciar en la figura,
tanto los tres voltajes de fase como los tres
voltajes de línea son iguales, y todos tienen
el mismo valor. Sin embargo, la corriente
en cualquier línea es "3 o sea,
aproximadamente 1.73 veces la corriente en
cualquier fase del devanado. Por lo tanto,
nótese que una conexión delta suministra
un aumento de corriente pero no hay
aumento en el voltaje.
La potencia total real que produce
un generador trifásico conectado en delta es igual a 3, o 1.73 veces la potencia real
en cualquiera de las líneas. Por lo tanto, la potencia real total es igual a 1.73 veces
el voltaje de la línea multiplicado por la corriente de línea, multiplicada a su vez,
por el factor de potencia.
Comparación de generadores de c-c y de c-a
. En un generador de c-a, el voltaje inducido se transmite directamente a la carga,
a través de anillos rozantes en tanto que en un generador de c-c el conmutador
convierte la c-a inducida en c-c antes de que ésta sea aplicada a la carga.
Una diferencia física importante entre los generadores de c-c y los de c-a estriba
en que el campo de la mayor parte de los generadores de c-c es estacionario y la
armadura gira, en tanto que lo opuesto ocurre generalmente en los generadores de
c-a. Esto tiene el efecto de hacer que los generadores de c-a puedan tener salidas

11. mucho mayores de las que son posibles con generadores de c-c. Los generadores
de c-c pueden constar ya sea de una fuente de excitación externa y separada o bien
obtener el voltaje necesario directamente de su propia salida. Por su parte, los
generadores de c-a deben estar provistos de una fuente separada.
Generador de corriente continua (o dinamos)
Una dinamo es un generador eléctrico destinado a la transformación de
energía mecánica en electricidad mediante el fenómeno de la inducción
electromagnética, generando una corriente continua eléctrica.
La corriente generada es producida cuando el campo magnético creado por
un imán o un electroimán fijo, inductor, atraviesa una bobina, inducida, colocada
en su centro. La corriente inducida en esta bobina giratoria, en principio alterna,
es transformada en continua mediante la acción de un conmutador giratorio,
solidario con el inducido, denominado colector, constituido por unos electrodos
denominados delgas. De aquí es conducida al exterior mediante otros contactos
fijos llamados escobillas que conectan por frotamiento con las delgas del colector.
En la grafica se muestra cómo funciona el generador, usando una espira
que gira en el campo magnético de un imán permanente.
. Aplicando la ley de Faraday, y con la ayuda de la ley
de Lenz, se puede entender que en los extremos
de la espira se induce una f.e.m.
cuya amplitud y signo cambia según
gira la espira. Lo que queda claro es
que el alambre que queda a la
derecha será siempre el lado positivo.
Pérdidas y eficiencia de las máquinas eléctricas rotativas
Como cualquier máquina, la potencia de salida que ofrecen las máquinas
eléctricas rotativas es menor que la potencia de alimentación que se les

12. suministra, potencia suministrada. La diferencia entre la potencia de salida y la
suministrada son las pérdidas:
La potencia de salida de un generador eléctrico es la potencia eléctrica que
entrega, la potencia útil. La potencia suministrada o total es la potencia mecánica
de entrada: la potencia mecánica que absorbe la máquina para poder generar
electricidad.
Dentro de una máquina eléctrica rotativa, las pérdidas más significativas son:
 Pérdidas mecánicas: Causadas por el rozamiento entre las piezas móviles y
por la ventilación o refrigeración interior de los devanados.
 Pérdidas eléctricas o pérdidas en el cobre: Se producen en el circuito
eléctrico y en sus conexiones y son debidas al efecto joule.
 Pérdidas magnéticas o pérdidas en el hierro: Dependen de las variaciones
que se producen en los campos magnéticos y de la frecuencia.
Así mismo, el cociente entre la potencia de salida (también llamada potencia útil)
y la potencia suministrada (también llamada potencia total o absorbida) es la
eficiencia. Esta eficiencia se expresa en tanto por ciento (%):
Por lo tanto, la eficiencia de una máquina eléctrica determina la cantidad de
trabajo útil que puede producir, a partir de la energía total que consume.
Ventajas del alternador respecto a la dinamo
El alternador tiene varias ventajas que hacen que sea un tipo de máquina
más utilizada.

13. Las ventajas del alternador respecto a la dinamo son las siguientes:
 En el alternador eléctrico se puede obtener mayor gama de velocidad de
giro. La velocidad de giro puede ir desde 500 a 7.000 rpm. La dinamo a
altas rpm sufre el colector y las escobillas elevado desgaste y subida de
temperaturas.
 El conjunto rotor y estator en el alternador es muy compacto.
 Los alternadores poseen un solo elemento como regulador de tensión.
 Los alternadores eléctricos son más ligeros: pueden llegar a ser entre un 40
y un 45% menos pesados que las dinamos, y de un 25 a un 35% más
pequeños.
 El alternador trabaja en ambos sentidos de giro sin necesidad de
modificación.
 La vida útil del alternador es superior a la de la dinamo. Esto es debido a
que el alternador eléctrico es más robusto y compacto, por la ausencia del
colector en el inducido, y soporta mejor las altas temperaturas.
Mantenimiento de los generadores y alternadores
Este plan de mantenimiento consiste en la aplicación de las técnicas
siguientes:
A) Vibraciones y pulsaciones: Durante el funcionamiento de una central
eléctrica el grupo turbina - generador está sometido a la acción de diferentes
fuerzas perturbadoras; el identificar y evaluar las vibraciones y pulsaciones
presentes en la unidad, separando aquellas que son propias del funcionamiento de
la misma, de aquellas otras que tienen su origen en el funcionamiento anómalo de
alguno de sus elementos se realiza mediante el estudio y el análisis de dichas
vibraciones y pulsaciones. El proceso de seguimiento y diagnóstico se realiza en
las fases siguientes:

14.  Documentación: Se incluye el espectro base como punto de partida para
determinar la aparición de problemas en el grupo, así como los planos y una
hoja con los datos más significativos de la unidad.
 Conocimiento de la máquina: Las características constructivas y de
funcionamiento determinan el tipo de posibles defectos y la vibración
resultante de los mismos, lo cual hace necesario el conocimiento profundo
de la máquina, de sus condiciones de funcionamiento.
 Criterios de valoración: Una vez que un defecto ha sido localizado e
identificado, se determina su grado de importancia; para la valoración se
considera tanto el nivel como las características del mismo.
B) Aislamiento del alternador: El diagnóstico de un alternador supone la
obtención de datos sobre el estado de envejecimiento del aislamiento del estator,
de su contaminación y de la estabilidad del aislamiento. Su control periódico
permite valorar la evolución de su estado con el número de horas de servicio,
permitiendo prever una avería intempestiva que siempre genera indisponibilidad e
importantes daños añadidos.
C) Análisis de aceites: El análisis del aceite lubricante o del aceite de regulación
complementa el diagnóstico mecánico del estado de la unidad, los análisis que se
realizan sobre la muestra del aceite incluyen las determinaciones de viscosidad
cinemática, oxidación, acidez, contenido en agua, aditivos y contenido en metales
de desgaste y de contaminación.

15. Ejercicios resueltos
Ejercicios propuestos
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR
INSTITUTO PEDAGÓGICO DE BARQUISIMETO
LUIS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA
PRATICA DE LABORATORIO

16. Maquinas sincrónicas y de corriente continua
Especialidad: Electricidad Industrial Código: RUEI015.
Lapso Académico: I-2014 Sección: 7EI01/Grupo 1
Semestre: 7mo
Práctica No. 1: Elementos constructivos de las máquinas eléctricas de
corriente directa
Objetivos:
1. Describir las partes componentes que forman el estator de las maquinas
eléctricas de corriente directa.
2. Describir las partes componentes que forman el rotor de las maquinas eléctricas
de corriente directa.
3. Identificar los terminales de una maquina eléctrica de corriente directa.
4. Describir los datos de chapa y la información que brindan los mismos en una
maquina eléctrica de corriente directa.
Contenido del trabajo:
1. Se mostraran y describirán los diferentes elementos constructivos de las
maquinas eléctricas de corriente directa.
2. Se identificaran los terminales de una maquina eléctrica de corriente directa.
3. Se mostraran datos de chapa de maquinas eléctricas de corriente directa.
Pre-Laboratorio.
Fundamentos teóricos:
Partes de las máquinas de corriente directa:
La máquina de corriente directa consta de dos partes principales:
1. La parte estacionaria o estator, destinada fundamentalmente, para crear el flujo
magnético.
2. La parte rotatoria, llamada también rotor o inducido, en la que transcurre el
proceso de transformación de la energía mecánica en eléctrica.

17. Culata o carcasa: Soporta los polos principales, los auxiliares y los soportes de las
escobillas y con la ayuda de la cual la maquina se sujeta a los cimientos.
Devanado de armadura: Este es el corazón de la maquina. En el se origina
la potencia eléctrica del generador o el momento del motor.
Colector o conmutador: Es un mecanismo donde se transforma la corriente
alterna en corriente continua
Soporte de escobilla: Para recoger la señal del colector o suministrarle la señal
eléctrica, se emplean las escobillas o carbones que van sujetos al soporte.
Identificación de los terminales de una máquina eléctrica de corriente
directa:
La identificación de los terminales de una maquina eléctrica es necesaria, pues
hay momentos en que los mismos no aparecen identificados y necesitamos la
conexión y uso del equipo.
Existen varios métodos para la identificación de los terminales, a través de un
ohmímetro, voltímetro y amperímetro, o a través de un puente. Todos estos
midiendo valor de resistencia en Ohm.
Se tomara una maquina compound para la identificación de los terminales y un
ohmímetro como instrumento de medida.
Para poder identificar el devanado de armadura respecto al de excitación serie se
mide continuidad de los terminales respecto a la escobilla y el que deflecte la
aguja indicando continuidad, es el devanado de armadura o también los dos
puntos de bajo ohmiaje que al levantar las escobillas dejen de tener continuidad
con los del devanado de armadura.
Otro método de identificación es visualmente, cuando tenemos la maquina
desarmada siendo el devanado shunt aquel que presente muchas vueltas de
alambre fino, y si es de pocas vueltas de alambre grueso corresponderá entonces
al devanado serie.
Datos de chapa:
Los datos de chapa en las maquinas eléctricas son de gran importancia ya que los
mismos facilitan el conocimiento de varios parámetros nominales de la misma.

18. En el caso de las maquinas de corriente directa esta nos informa de:
Pn- Potencia nominal en Kw. si es generador y mecánica si es motor.
Ia - Corriente de armadura.
Va- Voltaje de la maquina.
Rpm-Velocidad de la maquina.
El peso en Kg.
El tipo de maquina si es compound, serie o shunt.
La eficiencia en porciento.
IP- Grado de protección, donde: (I) nos indica que la maquina está protegida
contra el agua y la (P) contra el polvo.
Materiales y herramientas
Ohmímetro, voltímetro y amperímetro
Destornilladores de pala y estría.
Alicate universal.
Llaves Allen diferentes medidas.
Juego de llaves de boca diferentes medidas.
Martillo de goma.
Brocha.
Maquina compound.
Procedimiento.
Según lo explicado en los fundamentos teóricos, se observaran y describirán las
partes del estator y el rotor de una maquina de corriente directa preparada para
ello, se identificaran sus terminales y se leerán sus datos de chapa.
Informe:
1. Se explicaran los elementos constructivos de las maquinas eléctricas de
corriente directa.
2. Se expondrá como se identifican los terminales de una maquina eléctrica de
corriente directa.
3. Se explicara el significado de los datos de la maquina eléctrica de corriente
directa, observada durante la práctica.

19. Pos-Laboratorio:
1. Mencionar las partes en que se dividen las maquinas de corriente directa.
2. ¿Cuál es la función principal del estator?
3. ¿Qué elementos forman el estator?
4. ¿Señalar las partes componentes del rotor o inducido?
5. ¿Con qué objetivo se utilizan los polos auxiliares?
6. ¿Qué función realiza el conmutador?
7. ¿Como usted determinaría con un ohmímetro los terminales de una maquina de
excitación independiente?
8. ¿Qué importancia tienen los datos de chapa de una maquina de corriente
directa?
9. Mencione los datos más comunes que aparecen en la chapa de las maquinas de
corriente directa.
Normas de Higiene y Seguridad para actividades practicas en el laboratorio.
-Respetar la hora de entrada al laboratorio.
-Es necesario respetar el orden de los pasos asignados en los montajes para evitar
accidentes o desperfectos.
-Mantener el respeto hacia el docente y compañeros de clase.
-Mantener el teléfono celular en silencio en el momento de realizar la actividad
practica.
-Uso obligatorio de la bata de laboratorio.
-Utilizar las herramientas adecuadamente y con su respectivo mango aislante.
-Darle el uso adecuado a cada una de las herramientas.
-Una vez utilizada la herramienta, colocarla en su sitio de resguardo.
-No se debe energizar sin verificar previamente cada una de las conexiones. Esta
verificación debe realizarla el docente.
-Desconecte el interruptor principal antes de comenzar cualquier montaje de
circuitos.
-Evitar usar prendas y primordialmente las metálicas.
-Al finalizar la practica dejar el laboratorio y todas las herramientas en orden.

20. GLOSARIO
 Alternador: Producen corriente eléctrica alterna (c.a). Que cambia de
sentido cada cierto tiempo.

21.  Conmutación: La conmutación es la operación de transformación de una
señal alterna a una señal continua y también se conoce como rectificación
de señal.
 Devanado: es un arrollamiento de conductores circulares o planos
alrededor de un núcleo de hierro con el fin de producir un campo
magnético al hacer pasar por este devanado una corriente eléctrica
 Dinamo: Es un generador eléctrico destinado a la transformación de
energía mecánica en electricidad mediante el fenómeno de la inducción
electromagnética, generando una corriente continua eléctrica.
 Estator: La parte estacionaria, destinada fundamentalmente, para crear el
flujo magnético.
 Generador: Es una máquina que transforma la energía mecánica en
energía eléctrica.
 Rotor: La parte rotatoria, llamada también inducido, en la que transcurre
el proceso de transformación de la energía mecánica en eléctrica
.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
 Edminiester, J. (1981) Circuitos eléctrico. Teoría y problemas. Libros Mc.
Graw-Hill de México.

22.  Mileaf, H. (1974) Electricidad Uno. Serie Uno Siete. Editorial Limusa-
México.
 Mileaf, H. (1974) Electricidad Tres. Serie Uno Siete. Editorial Limusa-
México.
 Mileaf, H. (1974) Electricidad Seis. Serie Uno Siete. Editorial Limusa-
México.
 Mora, J. (2003) Maquinas eléctricas. Quinta edición. Mc. Graw-Hill, España.
 W. van der Merwe, C. (1969) Física General. Teoría y problemas. Libros Mc.
Graw-Hill de México.