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1. ACCIONAMIENTOS
ELÉCTRICOS
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4. ACCIONAMIENTOS
ELÉCTRICOS
Traducido del ruso por e) ingeniero
JOSÉ PU1G TORRES
EDITORIAL M I R MOSCÚ

5. A NUESTROS LECTORES:
«Mir» edita libros soviéticos traducidos al español, inglés,
francés y árabe. Entre ellos figuran las mejores obras de las
distintas ramas de la ciencia y la técnica: manuales para los
centros de enseñanza superior y escuelas tecnológicas; literatura
sobre ciencias naturales y médicas. También se incluyen monogra­
fías, libros de divulgación científica y ciencia ficción. Dirijan sus
opiniones a EDITOR/AL iM IR*, 1 Rizhski per, 2, 129820, Moscú,
Í-!ÍO, GSP, URSS
Impreso en la URSS 1972
Derechos reservados

6. I N D I C E
PRIM ERA PARTE
FUNDAMENTOS DEL ACCIONAMIENTO ELECTRICO
A modo de prólogo 11
Capítulo primero, nociones g e n e r a l e s , h is t o r ia del d e s a r r o l l o
DEL ACCIONAA1IENTO ELECTRICO ................ 13
1-1. Determinación del concepto «accionamiento eléctrico» ■ • • 13
1-2. Breve referencia histórica del desarrollo del accionamiento eléc­
trico .................................................................................................... 14
1-3. -Desarrollo dei accionamiento eléctrico en la URSS v . . . . 20
1-4. Significación del accionamiento eléctrico en la economía nacional
y tendencias principales de su ulterior desarrollo.................... 24
Capítulo segundo, características m ecanícas de los accionam ientos
ELECTRICOS............................................................................ 29
2-1. Características mecánicas de los mecanismos de producción y
de los motores eléctricos................................................................ 29
2-2. Característica conjunta del motor eléctrico y del mecanismo de
p ro d u cción ......................................................................................... 32
2-3. Características mecánicas de un motor de corriente continua de
excitación independiente........................... ^ 34
2-4. Construcción de características mecánicas del motor de excitación
independiente..................................................................................... 37
2-5. Características mecánicas del motor ‘de excitación indepen­
diente en regímenes de fre n a d o .................................................... 43
2-6. Características mecánicas del motor en se rie ............................. 50
2-7. Características mecánicas del motor en serie durante los regímenes
de frenado........................................................................................... 58
2-8. Características mecánicas del motor de corriente continua com­
pound ................................................................................................... 61
2-9. Características mecánicas del motor asincrónico.................... 63
2-10. Características mecánicas del motor asincrónico en regímenes
de frenado............................................................................................ 72
2-11 Características mecánica y angular del motorsincrónico . . 80
Capitulo tercero, regu lación de la v e lo c id a d ] de rotacion de los
ACCIONAMIENTOS ELECTRICOS.................. ....................... 85
3-1. Indices principales de regulación de la velocidad de rotación de
los accionamientos eléctricos........................................................ 85
5,

7. 3-2. Regulación de la velocidad de rotación .fiel motor de corriente
continua de excitación independiente..................................#. 91
3-3. Regulación de la velocidad de rotación de! motor de excitación
independiente con este shuntado del inducido ....................... 98
3-4. Regulación de la velocidad de rotación del motor de excitación
independiente por el sistema generador — m o to r................... 104
3- 5. Accionamiento de corriente continua con convertidor de válvula 110
3- 6. Regulación de la velocidad de rotación del motor de corriente
continua en serie................................................... . . . . . . ¡18
3- 7. Regulación de la velocidad de rotación del motor en serie, shun­
tando el inducido o el devanado de excitación ....................... 120
3- 8. Regulación de la velocidad de rotación de los motores de co­
rriente a lte r n a ........................................................................... 123
3
- 9. Regulación de la velocidad de rotación del motor asincrónico,
introduciendo resistencia en el circuito del ro to r............... 124
3-10. Regulación de la velocidad de rotación del motor asincrónico,
variando el número de p o lo s ................................................. 125
3-11. Regulación de la velocidad de rotación del motor asincrónico,
variando la frecuencia............................................................... 128
3-12. Regulación de la velocidad de rotación de un motor asincrónico -
variando la frecuencia valiéndose deconvertidores atiristor 133
3-13. Regulación de la velocidad de rotación del motor de colector de
corriente alterna.....................'................................................... 137
3-14. Regulación de la velocidad de rotación de los motores eléctricos
por método de im pulso......................................................... 140
Capitulo cuarto, c a r a c t e r í s t i c a s m e c a n i c a s y p r o p i e d a d e s d e r e c u ­
l a c i ó n DE LOS ACCIONAMIENTOS ELECTRICOS ESPECIA­
LES .................................... » ................................................. 146
4-1. Nociones generales.................................................................... 146
4-2. Accionamiento eléctrico con las máquinas unidas mecánicamente
y que trabajan a régimen m otor............................................ 147
4-3. Accionamiento eléctrico asincrónico para obtener velocidades
b a ja s .......................................................................................... ISO
4-4. Regulación de la velocidad de rotación con ayuda del acopla­
miento asincrónico deslizante................................................. 153
4-5. Regulación de la velocidad de rotación del motor asincrónico
en circuitos a cascada......................................................... 155
4-6. Rotación sincronizada de los accionamientoseléctricos . . . 159
Capitulo quinto, r e g í m e n e s t r a n s i t o r i o s en l o s a c c i o n a m i e n t o s
E L E C T R IC O S .......................................................................... 171
5-í. Nociones generales....................................................................... ¡71
5*2. Fuerzas y momentos que actúan en ei accionamiento eléctrico 172
5-3. Reducción de los pares resistentes y de los momentos de inercia 176
5-4. Reducción de la fuerza y de la masa en el movimiento de trasla­
ción al movimiento de ro ta c ió n ............................................. 177
5-5. Reducción de las masas en movimiento de avance y de los mo­
mentos al movimiento de rotación en caso de velocidad varia­
ble .............................................................................................. 178
5-6. Tiempo de aceleración y desaceleración del accionamiento;
determinación de la relación de engranaje más ventajosa . . 180
5-7. Solución gráfica y graficoanalítica de la ecuación del movi­
miento del accionamiento ..................................................... 182
5-8. Arranque del motor de excitación independiente hasta la velo­
cidad permanente....................................................................... 186
G

8. 5-9. Arranque de un motor de excitación independiente hasta la
velocidad mayor de la principal..............................................
5-10. Frenado dinámico del motor de excitación independiente . .
5*11. Frenado por contracorriente e inversión del motor de excitación
independiente................................................................................
5-12. Frenado de un motor de excitación independiente con recupera-
ción'a la re d .................................................................................
5-13. Energética de los regímenes transitorios del motor de corriente
continua de excitación independiente..................................
5-14. Regímenes transitorios en los accionamientos con motoresen serie
5-15. Regímenes transitorios en el sistema Q — M. Intensificación
del proceso de excitación.........................................................
5-16. Arranque del accionamiento eléctrico en el sistema G — M (ge­
nerador — m o tor).........................................................................
5-17. Frenado e inversión del accionamiento eléctrico en sistema
G — M ..........................................................................................
5-18. Regímenes transitorios en los accionamientos con motores
asincrónicos de corriente trifá s ic a ..........................................
5-19. Regímenes transitorios electromagnéticos en los accionamientos
de ios motores asincrónicos........................................................
5-20. Pérdidas de energía a regímenes transitorios en los acciona­
mientos eléctricos con motores asincrónicos.......................
5-2!. Procedimientos de reducción de las pérdidas de energía en los
accionamientos eléctricos durante los regímenes transitorios
Capítulo sexto, e l e c c i ó n d e l a p o t e n c i a d e l o s m o t o r e s e l é c t r i c o s
Y LOS DIAGRAMAS DE C A R G A .........................................................
6-1. Nociones generales sobre la elección de la potencia de los mo­
tores eléctricos....................................................................... .
6-2. Calentamiento y enfriamiento del motor en régimen o servicio
continuo................ x . . , . .....................................................
6-3. Elección de la potencia del motor a carga de larga duración . .
6-4. Métodos de la corriente, del momento y de la potencia equiva­
lentes .............................................................................................
6-5. Calentamiento y enfriamiento de los motores a regímenes de
corta duración e intermitente......................................... . .
6-
6. Elección de la potencia de los motores a regímenes de corta dura­
ción e intermitentes...................................................................
6-7. Determinación del número admisible de conexiones para los
motores en cortocircuito..............................................................
6-
8. Algunas particularidades sobre la construcción de los diagra­
mas de carga ...............................................................................
6-9. Diagramas de caTga del accionamiento eléctrico de un malacate
de extracción...............................................................................
G-10. Trabajo de un accionamiento eléctrico con volante en caso de
carga de impacto..........................................................................
6-11. Trabajo de un motor asincrónico con regulador de carga . . .
S E G U N D A P A R T E
MANDO AUTOMÁTICO DE LOS ACCIONAMIENTOS ELÉCTRICOS
Introducción
Capítulo séptimo, s i s t e m a s d e m a n d o a u t o m á t i c o a b i e r t o s ....................
7-!. Representación y designación de los elementos de los esque­
mas de mando automático.........................................................
195
199
204
206
207
212
213
220
223
232
239
243
244
249
249
253
261
265
269
275
279
282
285
291
294
300
303
303
7

9. 7-2. Principio de mando automático de arranque de ios motores
elé ctrico s............................................................................................. 306
7-3. Mando en Junción de la velo cidad................................................. 307
7-4. Mando en función de la corrienc................................................ 310
7-5. Mando en función del tie m p o .................................................... 311
7-6. Principio de mando automático de frenado de los motores eléc­
tricos ................................................ ... ............................................... 317
7-7. Mando sincontacto de losaccionamientos eléctricos . . . . 324
Capitulo OCtaVO. ESQUEMAS DECIRCUITO CERRADO DE.MANDOAUTOMA­
TICO . 332
8-1. Nociones generales............................................................................ 332
8-2. Mando automático de los accionamientos eléctricos, aplicando
am plidinos........................................................................................... 335
8-3. Mando automático de los accionamientos eléctricos, aplicando
amplificadores magnéticos............................................................... 344
8-4. Mando automático de los accionamientos eléctricos con ayuda
de convertidores a tiristo r.............................................. .... 350
8-5. Estabilidad de los sistemas de mandoauto m ático.................. 352
8-6. Construcción de curvas de fenómeno transitorio por método de
frecuencia............................................................................................. 360
8-7. Empleo de computadoras electrónicas para calcular los fenómenos
transitorios en los sistemas del accionamiento eléctrico automa­
tizado .................................................................................................... 366
Capítulo noveno, esquemas tip o de m ando de lo s accionam ientos
ELÉCTRICOS................................................................................ 382
9-1. Mando de motores asincrónicos en cortocircuito.................... 332
9-2. Mando de los motores asincrónicos de a n illo s ......................... 388
9-3. Mando de los motores sincrónicos............................................ 393
9-4. Mando de los motores de corriente continua de excitación inde­
pendiente .............................................................................................. 402
9-5. Mando de los motores de corriente continua ens e rie ................... 406
9-6. Mando de accionamientos con am p lid in os................................ 408
9-7. Accionamiento eléctrico regulable con convertidor reversible a
tiristo r................................................................................................... 410
9-8. Circuitos de mando de algunos mecanismos de producción . . 412
Capítulo décimo, m ando se g u id o r y m ando p ro g ra m a d o 421
10-1. Nociones generales, aplicación y clasificación de los mandos
seguidores........................................................................................... 421
10-2. Mando seguidor de control in te rm ite n te ............................... 423
10-3. Principios de funcionamiento del mando seguidor de acción
c o n tin u a ........................................ .................................................... 425
10-4. Esquemas de accionamientos eléctricos seguidores con mando
c o n tin u o ............................................................................................. 428
10-5. Mando programado de los accionamientos eléctricos . . . . 437
10-6. Empleo de calculadoras electrónicas para el mando programado
de las máquinas herramienta....................................................... 441
10-7. Mando programado empleando motores de paso a paso . . . 449
10-8. Mando programado del accionamiento Uel dispositivo presio­
nante de un tren laminador reversible.................................... 456

10. Capítulo undécimo, a u t o m a t i z a c i ó n c o m p l e j a d e l o s a c c i o n a m i e n t o s
E L É C T R IC O S ....................................................................................... 461
11-1. Nociones generales..................................................................... 461
11-2. Lineas automáticas demáquinasherramienta........................ 464
11-3. Nodo de un esquema de mando de líneas automáticas de máqui­
nas herramienta.......................................................... ... . . . 467
11-4. Automatización compleja de los sistemas de transporte en ca­
dena (ST C )................................................................................. 470
11-5. Automatización compleja del alto horno............................... 474
11-6. Mando automático del embudo giratorio de distribución de la
carga............................................................................................ 477

12. Primera parte
FUNDAMENTOS
DEL ACCIONAMIENTO ELÉCTRICO
A MODO DE PROLOGO
Los mecanismos de producción, sin los cuales actualmente no puede
uno representarse ninguna fábrica ni empresa fabril, del mismo modo
que el transporte mecanizado y la agricultura progresiva, han reco­
rrido un largo camino de su desarrollo antes de que hayan tomado el
aspecto de las máquinas modernas, donde la labor y el genio del
hombre han hallado su realización práctica.
El dispositivo de máquina moderno, o como se lo suele llamar
ahora, grupo de producción, consta de un gran número de diversos
elementos, de máquinas y aparatos individuales que cumplen distin­
tas funciones. Todos, realizan en conjunto un trabajo orientado a
asegurar un determinado proceso de producción. Es necesario cono­
cer bien la designación de los distintos elementos que componen el
dispositivo de máquina, ya que sin este requisito no es posible pro­
yectar ni construir ninguna máquina, ni tampoco se les podrá atender
debidamente durante su explotación.
«Cualquier conjunto de máquinas desarrollado consta sustancial­
mente de distintas partes: dé la máquina-motor, del mecanismo de
transmisión, por fin, de la máquina-herramienta o de la máquina ope­
radora».*
La misión de los dos primeros elementos: el motor con su sistema
de mando y el mecanismo de transmisión que puede tener: árboles,
poleas, correas, engranajes, etc., estriba en imprimir movimiento al
mecanismo impulsado.
Por lo tanto, las primera y segunda partes de un dispositivo de
máquina sirven para poner en acción la máquina operadora. Por eso,
estas partes las unifica eí nombre común de «accionamiento» (en al­
gunos casos «mando»).
* C. Marx, Capital, t. 1, págs. 378—379. Gospolitizdat, 195!,
lt

13. El ejemplo de un sencillo accionamiento (mando) es el acciona­
miento a mano que aún sigue utilizándose en algunos casos en el presen­
te. Puede verse, por ejemplo, en los aparatos domiciliarios, en la agri­
cultura, etc. No obstante, en las condiciones modernas, a este tipo
de accionamiento se le da poca importancia.
La impulsión o tracción por caballos que constituye el desarrollo
del accionamiento a mano, en la que el esfuerzo del hombre ha sido
sustituido por la tracción animal, también ha perdido actualmente su
significación.
Esta impulsión ha sido reemplazada por el accionamiento me­
cánico, del motor eólico y de la rueda y turbina hidráulica de la má­
quina de vapor, del motor de combustión interna, del motor eléctrico
que, por cierto, gradualmente ha ocupado el lugar preponderante.
Los primeros accionamientos mecánicos ya eran conocidos en la anti­
güedad, en los tiempos de los molinos de agua y de viento.
Actualmente, las turbinas hidráulicas y de vapor se aplican uni­
versalmente en las centrales eléctricas que generan energía para la
industria, agricultura, transporte y necesidades domésticas. Sin em­
bargo, para poner en movimiento máquinas operadoras nos valemos
del motor eléctrico que es el tipo principal de impulsión, propulsión
o accionamiento eléctrico que se usa más universalmente.

14. CAPÍTULO PRIMERO
NOCIONES GENERALES.
HISTORIA DEL DESARROLLO
DEL ACCIONAMIENTO ELÉCTRICO
1-1. Determinación del concepto «accionamiento eléctrico»
Se llama dispositivo de máquina al accionamiento eléctrico que
realiza la transformación de la energía eléctrica eti mecánica y que ase­
gura el mando eléctrico de energía mecánica transformada.
El accionamiento eléctrico consta de dos partes fundamentales:
I) de la parte de fuerza que incluye el motor eléctrico y del disposi­
tivo para transmitir (a energía mecánica al órgano de trabajo; 2) del
sistema de mando que contiene los órganos de instrucción, los dispo­
sitivos para formar las propiedades del accionamiento eléctrico y los
medios de protección.
Con frecuencia el accionamiento eléctrico contiene también con-
versores de energía eléctrica (sistemas con convertidores de frecuencia,
juegos de válvulas, sistemas generador — motor, etc.), empleados para
poder hacer más flexible el mando de los grupos y dar el aspecto de­
bido a las características dei accionamiento.
La función principal del accionamiento eléctrico que reside en po­
ner en movimiento el mecanismo de trabajo la ha conservado hasta el
presente. No obstante, el accionamiento eléctrico moderno automati­
zado que posee un sistema de mando automático cumple funciones más
amplias, asegurando la realización racional del proceso tecnológico.
El uso del accionamiento eléctrico, en caso de mando automático,
permite obtener elevada producción del mecanismo y mejorar la cali­
dad de los artículos que se fabrican.
Teniendo en cuenta el desarrollo histórico de la gran diversidad de
accionamientos eléctricos que se emplean en la industria, éstos pue­
den dividirse en tres tipos principales, a saber: accionamiento eléc­
trico común, simple y de motores múltiples.
El común se llama así porque desde un motor eléctrico y valién­
dose de una o varias transmisiones, el movimiento se transfiere a un
grupo de máquinas operadoras. Los accionamientos de este tipo a
veces se llaman también accionamientos de transmisión.
A consecuencia de su imperfección técnica este tipo de acciona­
miento, actúaimente casi no se aplica y sólo representa interés desde
el punto de vista histórico del desarrollo del mismo, ya que ha
sido reemplazado por el simple y por el de motores múltiples.
13

15. El accionamiento eléctrico simple es en el que un solo motor eléc­
trico pone en movimiento una máquina. Unos ejemplos que vienen
al caso del empleo del accionamiento eléctrico simple son la tala­
dradora monobusilio, las numerosas herramientas eléctricas, asi como
otras máquinas herramienta y distintas mecanismos sencillos. En
muchos casos el accionamiento se realiza desde un motor eléctrico de
ejecución especial incorporado al mismo mecanismo.
El accionamiento de motores múltiples consta de unos cuantos ac­
cionamientos eléctricos simples. Cada uno de ellos pone en acción
elementos operadores componentes del grupo de producción.
Estos tipos de accionamientos se emplean, por ejemplo, en las
máquinas herramienta complejas, en la maquinaria papelera, en los
laminadores de las empresas metalúrgicas y en otros dispositivos de
máquina. Estos tipos de accionamiento en cuestión han adquirido uni­
versal aplicación en la industria moderna.
1-2. Breve referencia histórica del desarrollo
del accionamiento eléctrico
El desarrollo de las empresas industriales ha sido posible sólo
cuando se ha pasado del accionamiento a mano de los mecanismos
operadores a los accionamientos mecánicos. Ya en tiempos remotos
se empleaba el sencillo procedimiento de mecanización de los traba­
jos, valiéndose de las ruedas hidráulicas que se ponían en movimiento
por la fuerza de los saltos o corriente de agua. Conocidas son las ruedas
hidráulicas que seempleaban enChina 3 000 anos antes de Muestra Era.
El paso a un tipo de accionamiento más perfeccionado, es decir,
al simple, particularmente al de motores múltiples, que tiene en cuen­
ta más plenamente las condiciones fundamentales de trabajo de los
distintos mecanismos de producción, ha sido posible sólo a base de la
vasta electrificación de la industria. La construcción de centrales
eléctricas, la transmisión de la energía eléctrica a grandes distancias
y el empleo del accionamiento eléctrico, han creado una nueva época
en el desarrollo de la industria.
La posible creación del motor eléctrico fue condicionada gracias
a los éxitos en el terreno del electromagnetismo. La segunda mitad del
siglo X IX se caracteriza por la elaboración de diversos aparatos físi­
cos, en los cuales se demostró ilustrativamente la transformación de
la energía eléctrica en mecánica. B. Yakovi, académico de San Peters-
burgo, en 1834— 1838 construyó el primer motor eléctrico, con el cual
se consiguió una impulsión eléctrica, en 1838 en el Neva se probó
este motor instalado en una lancha de capacidad para unas 14 personas.
Esta fue la primera embarcación propulsada con ayuda ele un motor
eléctrico. Pero, la ausencia de fuentes económicas de energía eléctrica
imposibilitó la introducción de este accionamiento eléctrico en la
industria. El desarrollo del accionamiento eléctrico soportó una larga
lucha con los viejos procedimientos, que caían en desuso, de reparto*
de energía mecánica y, pasó más de medio siglo antes que deíiniti-
14

16. varnente triunfara la nueva orientación progresiva. Antes de la
creación del tipo industrial de generador eléctrico (Z- Gram m,
1870), surgieron sólo algunos casos aislados que registraron el emp­
leo del accionamiento eléctrico. Por ejemplo, se sabe que en los
años del 50 y 60 del siglo X IX adquirió cierta difusión el motor
eléctrico de Froman {técnico eléctrico francés). Este motor se usó
para poner en movimiento máquinas tipográficas y telares. El motor
eléctrico con inducido de anillo inventado en 1860 por A. Pacinotti,
científico italiano, tuvo una gran importancia en el desarrollo del ac­
cionamiento eléctrico.
No obstante, hasta finales del siglo pasado el vapor y el agua si­
guió siendo la fuerza principal que ponía en movimiento las máqui­
nas y mecanismos de la industria. Pese a los éxitos alcanzados en los
años del 70 del siglo X IX en el campo de la construcción de motores
eléctricos de corriente continua, la energía eléctrica se utilizaba fun­
damentalmente sólo para fines de alumbrado. El sistema de corriente
continua que existía por aquel entonces no daba la solución satisfac­
toria de la transmisión y reparto de energía eléctrica y por eso frenaba
el desarrollo del accionamiento eléctrico.
La aparición de la corriente alterna monofásica tuvo una gran
importancia en el desarrollo de la técnica eléctrica en general, sin em­
bargo, los intentos de resolver los problemas de la producción centra­
lizada y la distribución de la energía eléctrica de corriente alterna
monofásica no dieron pasos notables en el campo del accionamiento
eléctrico, debido a que los motores eléctricos de corriente mono­
fásica no tenían el par motor de arranque.
El descubrimiento del fenómeno del campo magnético giratorio,
en Jos años del 80 del siglo pasado (G. Ferraris y N. Tesla puso la pri­
mera piedra en la construcción de los motores eléctricos polifásicos.
En 1889— 1891 el ingeniero ruso M. Dolivo-Dobrovolski elaboró las
bases del sistema de corriente trifásica que fesultó el más económico
entre los sistemas polifásicos. El sistema de corriente trifásica consti­
tuyó el nuevo medio técnico, con ayuda del cual se resolvió todo un
complejo de problemas de producción, transmisión, reparto y consumo
de energía eléctrica. La elaboración del sistema trifásico creó las pre­
misas para el desarrollo de la electrificación. La invención del motor
asincrónico trifásico en 1889 por M. Dolivo-Dobrovolski señaló una
nueva etapa en el desarrollo del accionamiento eléctrico y abrió un
amplio camino a la industria en el empleo de la electricidad.
La aplicación de los motores eléctricos reportó una influencia re­
volucionaria en la construcción de los accionamientos e incluso en la
de los propios mecanismos de producción. Por otro lado, esto ejerció
influencia en la supresión del accionamiento por transmisión y el paso
a los simples de motor incorporado y de motores múltiples.
El accionamiento simple funciona a velocidades de alto rendi­
miento, realiza considerablemente más rápido el arranque y el cambio
de sentido de rotación. Además, se obtiene mayor simplificación y se­
guridad de entretenimiento y servicio del accionamiento. Todo el que
15

17. Fig. 1-1. Vista general de uno de los talleres antiguos con acciona­
miento por transmisión de correa
Flg. 1-2. Vista general de un taller moderno

18. 0
)
b)
Fig. 1-3. Esquema de una caja
de cambio de velocidades de un
torno con distintos tipos de
motores de arrastre
El
c
)
Fig. 1-4. Instalación de un motor de arrastre acercado al mecanismo propulsado
2 Ni 2565 17

19. V^777777777777777777^^^777777777Z V
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
/
/
Fig. 1-5. Esquema de desarrollo del accionamiento eléctrico en una taladradora
radial
haya estado en plantas o núcleos fabriles modernos comprende la gran
diferencia de condiciones de trabajo que existe entre una nave recar­
gada de numerosos correajes (fig. 1-1) y la de otra espaciosa, clara y
limpia (fig. 1-2), sin transmisiones ruidosas que a la vez obstaculizan
el paso de la luz.
Las vías de desarrollo del accionamiento eléctrico siempre fueron
encauzadas en sentido de aproximar el motor al mecanismo de produc­
ción y de sustituir las transmisiones intermedias. Un ejemplo que viene
al caso es la reducción del número de pares de ruedas dentadas a en­
granar en la caja de cambio de velocidades de un torno (fig. 1-3). Para
obtener 18 velocidades en un husillo, en el caso en que el accionamiento
es simple y no regulable, se necesitan nueve pares de ruedas dentadas
(á). Si se aplica un motor asincrónico de dos velocidades, podremos re­
ducir el número de ruedas dentadas hasta siete pares (b), en tanto que
si se emplea un motor de velocidad regulable de corriente continua, el
número de estas ruedas bajará hasta cuatro pares (c).
En la fig. 1-4 se muestran ejemplos de acercamiento del motor im­
pulsor a los mecanismos de producción, en esta figura se ilustra un
accionamiento simple instalado en la misma máquina operadora. En
la fig. 1-5 se muestra un esquema de desarrollo de un accionamiento
eléctrico aplicado a una taladradora radial. El acercamiento gradual
del motor impulsor al mecanismo de producción condujo a la necesidad
18

20. Fíg. 1-6. U ñ accionam iento eléctrico en una
m uela de esmeril
Fig. 1-8. Motor-rodillo con rotor exterior
de diseñar un accionamiento de motores múltipies, con el cual distin­
tos eslabones o unidades de una misma máquina operadora se ponen en
movimiento desde diversos motores.
Existen máquinas herramienta de cortar metal y otros mecanismos
en que el número de motores incorporados sobrepasa 30.
Los accionamientos eléctricos de motores múltipies a veces van do­
tados de motores ordinarios producidos en serie, pero más frecuente­
mente se emplean en estos accionamientos, motores incorporados o
con brida normal de acoplamiento, con los cuales se consigue la unión
orgánica de los elementos de todo el grupo electrificado.
Los motores especiales se aplican no sólo en los accionamientos de
motores múltiples, sino también en muchos accionamientos simples,
donde el motor y el mecanismo se adaptan constructivamente el uno

21. con el otro. En !a fig. 1-6 se muestra un accionamiento eléctrico sim­
ple de una muela rectificadora constituido por un motor asincrónico
con rotor en cortocircuito y reductor. En el accionamiento eléctrico
individual, a veces, resulta la unión orgánica tan acercada entre el
motor y el mecanismo operador que constructivamente forman un
cuerpo enterizo.
Un ejemplo que viene al caso es la muela de esmeril eléctrica
(fig. 1-7) que tiene acoplado un motor asincrónico, cuyo estator 1
ocupa la cavidad interna, al tiempo que en la cincunferencia exterior
(el rotor) está asentada la muela 2.
Otro ejemplo que también viene al caso es el motor-rodillo (fig. 1-8)
empleado en la industria metalúrgica para desplazar los lingotes. El
devanado de estator fijo del motor, en nuestro caso, también se en­
cuentra en el interior, en tanto que el propio rodillo, es el rotor.
De acuerdo con las exigencias de la práctica industrial, el desa­
rrollo de los accionamientos eléctricos lo mismo avanza en sentido de
aumento de las potencias como hacia el lado de la construcción de mi-
croaccionamientos eléctricos. Junto con los motores de potencia que
alcanza varias decenas de miles de kilovatios, como por ejemplo, para
el accionamiento de potentes bombas o ventiladores en los túneles
aerodinámicos, en otros mecanismos se utilizan motores de hasta 1 W.
La potencia de un motor para' hacer accionar el mecanismo de ciertos
relojes eléctricos es aproximadamente de 0,003 W.
La amplia gama de potencias de los motores eléctricos modernos
Permite proyectar tipos económicamente racionales y técnicamente
perfectos de accionamiento en las distintas ramas de la producción.
1-3. Desarrollo del accionamiento eléctrico en la URSS
En la Unión Soviética el desarrollo del accionamiento eléctrico
adquirió amplia envergadura en los años de los quinquenios debido a
la industrialización general del país.
Ya en los primeros años del Poder Soviético fueron creadas las pre­
misas para un amplio desarrollo de trabajos de investigación cientí­
fica que tuvieran la capacidad de introducir el accionamiento eléctrico'
en las distintas ramas de la industria nacional.
El progreso de la electrificación del país se ilustra en la tabla 1-1,
donde se dan datos sobre la producción de energía eléctrica en la URSS.
TABLA 1
-
1
Indice
Años
1913 1928 1940 1950 1960 1965 1970
Producción de energía eléc­
trica, mil millones de k
V-h 1,95 5,1 48,3 91,2 292,3 507 740
20

22. El enorme aumento de la producción ele energía eléctrica fue de­
bido a la amplia envergadura de la electrificación de todas las ramas
de la industria.
En las industrias hullera, metalúrgica, química, de construcción
de maquinaria y. en otras ramas, el coeficiente de electrificación (es
decir, la relación de potencia instalada de motores eléctricos a la po­
tencia instalada total de motores de todos los tipos, está expresada en
porcentaje), ya se acercaba al 100%.
Ya en 1960 el coeficiente de electrificación en las importantísimas
ramas de la industria de la URSS era: en la industria química de un
97,7%, en la metalúrgica de un 86,9%, en la de construcción de ma­
quinaria general de un 98,5%, en la hullera de un 99,1%. El equipa­
miento eléctrico de la industria de la URSS ha alcanzado dimensiones
muy considerables.
La puesta en práctica del plan de industrialización ha contribuido,
a la creación en la Unión Soviética de una potente industria de construc­
ción de maquinaria y a la producción de una enorme cantidad de
máquinas eléctricas, aparatos y otros productos de la industria
eléctrica.
Así, por ejemplo, en la metalurgia ferrosa durante el primer quin­
quenio se pusieron en servicio 19 potentes trenes laminadores y en el
segundo, 60, de ellos 9 bloomings, en los cuales se aplicó un acciona­
miento eléctrico que es uno de los dispositivos automatizados más
complejos. El núcleo fabril «Elektrosila» fabricó en 1931 el primer
accionamiento eléctrico soviético de blooming con un motor de 7 000
CV y con un grupo convertidor (de tres máquinas) de inercia consistente
de un motor asincrónico de 3 680 kW y de dos generadores de 3 000 kW
cada uno. En los años 1931— 1932 se elaboró un sistema nacional de
automatización compleja de accionamientos eléctricos para cargar los
altos hornos. Se construyó un equipo eléctrico para la? rozadoras de
la industria hullera, un accionamiento eléctrico de motores múltiples
para la maquinaria papelera, etc.
En los años de los quinquenios, tales centros fabriles como JEMZ,
«Elektrosila», «Dinamo» y otros aseguraron el rápido desarrollo de
nuevos tipos de accionamientos eléctricos. Grandes Oficinas de pro­
yectos como Elektroprom, Guipromach, Guipromez y otras se dedica­
ron a diseñar accionamientos eléctricos. En estos años adquiere gran
envergadura el trabajo de investigación científica en el Instituto de
técnica eléctrica de la URSS, en los centros de enseñanza superior del
país como los Institutos energético de Moscú, de técnica eléctrica de
Leningrado y de Jarkov, politécnico de Leningrado, etc.
Gracias a todo lo dicho, surgió un nuevo e intenso desarrollo de la
teoría y práctica del accionamiento eléctrico.
Actualmente la industria electrotécnica de la URSS fabrica poten­
tes motores de corriente continua de 8 800 kW e incluso de 10 000 kW
para los trenes de laminado. En la fig. 1-9 aparece un motor eléctrico
inversible de laminador tipo nn-9100/67( 10 000 kW, 1 OOOV, 10 600 A,
67/90 rpm). Uno de los generadores de un potente grupo convertidor
21

23. Fig. 1-9. El motor principal del accionamiento de un tren blooming de 10 000 kW
de potencia
Fig. 1-10. Grupo convertidor potente de la planta «Elektrosila»

24. de tres máquinas destinado a alimentar el motor reversible del tren se
da en la fig. 1— 10.
La naturaleza de la economía socialista y su carácter planificador -
crean todas las condiciones para el desarrollo técnico sucesivo y orien­
tado a un fin determinado en todos los terrenos de la técnica. En estas
condiciones, particularmente en esta rama multifacética de la técnica
que se hace indispensable por doquier como es el accionamiento eléc­
trico, surja completamente natural la necesidad de una teoría general
que pudiera de un modo definido dirigir y propagar la actividad
práctica. — -
23

25. Por lo tanío, no es casual que precisamente en la URSS los proble­
mas de la teoría y práctica general del accionamiento eléctrico adqui­
rieron el mayor desarrollo.
Una de las tareas de mayor importancia práctica reside en que se
asegure una amplia introducción en la industria del accionamiento
eléctrico indvidual y automatizado, unido orgánicamente con los me­
canismos de servicio de las máquinas operadoras. De los dispositivos
que eran independientes de la máquina como lo fue al principio el ac­
cionamiento eléctrico, éste se ha convertido en uno de los elementos
principales del grupo de producción unido que va perfeccionando la
construcción, aumentando la productividad y simplificando el servi­
cio del grupo.
Un rasgo distinguible de la construcción de maquinaria soviética
es, en el presente, la creación del accionamiento de motores múltiples
para distintos mecanismos de producción. En las figs. 1-11 y 1-12 se
¡lustran ejemplos de una taladradora combinada de alto rendimiento
y una máquina herramienta semiautomática de fabricación soviética.
El desarrollo del accionamiento eléctrico ha impulsado a la construc­
ción de máquinas de alto rendimiento, sencillas de manejar y que sim­
plifican enormemente la labor del obrero en las distintas esferas de la
industria.
De año en año se van asimilando nuevos tipos de accionamientos
eléctricos que permiten resolver los problemas más complejos de la
producción.
1-4. Significación del accionamiento eléctrico
en la economía nacional y tendencias principales
de su ulterior desarrollo
Entre el equipamiento eléctrico del trabajo y su productividad exis­
te una dependencia recta: en los últimos decenios la productividad del
trabajo en la industria de la URSS ha aumentado aproximadamente
en tanto por ciento en cuanto se va aumentando su equipamiento eléc­
trico. Esta condición queda confirmada de acuerdo con los datos in­
sertados en la tabla 1-2. La componente principal del equipamiento
eléctrico del trabajo es su equipo eléctrico de fuerza, es decir, la canti­
dad de energía eléctrica consumida por los motores eléctricos como tér­
mino medio por un obrero al año.
TABLA 1-2
Indices Medidor
Aüos
1940 1950 1960 1970
Equipamiento eléctrico,
% respecto a 1940
kW -h por 1 obrero al año 100 150 280 590
Rendimiento, % respecto
a 1940
Producción global por 1
obrero al año
100 148 292 505
24

26. Con relación a esto, una gran significación para la industria de la
URSS adquieren los problemas vinculados con el desarrollo del accio­
namiento eléctrico. El accionamiento eléctrico moderno determina el
nivel del equipamiento eléctrico de fuerza del trabajo y constituye,
gracias a sus ventajas en comparación con otros tipos de accionamien­
tos, el medio fundamental y principal de la automatización de las má­
quinas operadoras y de los procesos de producción.
Si comparamos el trabajo muscular de una persona y el trabajo de
una máquina eléctrica, resulta de un efecto impresionante. En el curso
de una jornada de trabajo 1 persona puede elaborar, con ayuda de la
fuerza muscular, cerca de 1kW •h. Cabe señalar que el costo de 1kW •h
de energía obtenida de una central hidroeléctrica potente es de 1 kopek
aproximadamente. (Kopek o copec, moneda soviética equivalente a un
céntimo de rublo. N. del T.).
En las ramas de la industria muy electrificadas, la potencia insta­
lada de los motores eléctricos, por término medio para un obrero es de
4 a 5 kW, lo que durante 7 horas de trabajo de un turno da un consumo
de 28 a 35 kW-h. Esto significa que el obrero dirige los mecanismos,
cuyo funcionamiento por turno es equivalente al trabajo de 28 a 35
personas. Para ciertos operarios que son innovadores de la producción,
así como para los obreros que atienden grupos complejos, estas pro­
porciones son considerablemente mayores.
El crecimiento de la electrificación y la construcción sobre esta
base de las máquinas más perfectas, conducen a un enorme aumento
de la productividad del trabajo. Por consiguiente, en el caso de resol­
ver problemas sobre el accionamiento eléctrico racional no sería co­
rrecto partir sólo de los razonamientos puramente energéticos, es decir,
apreciar estrictamente el accionamiento desde el punto de vista de
consumo de energía por unidad de producción. Naturalmente que la
lucha por economizar energía eléctrica exige reducir el gasto de ésta
y constituye una fuente complementaria de recursos energéticos en la
industria. Sin embargo, el factor decisivo en la apreciación del accio­
namiento eléctrico es su influencia en la productividad de la máquina
operadora y el costo de la producción. El costo de la unidad de produc­
ción se determina de acuerdo con la fórmula
a _
_ <*+&+c4- d
n — B ,
siendo: a, el costo de la materia prima; b, el costo de la mano de obra;
c, el costo de la energía eléctrica; d, los gastos accesorios; B, la canti­
dad total de producción elaborada durante el tiempo, al cual se refie­
ren los componentes del numerador.
A medida que va aumentando la producción B crece también pro­
porcionalmente el costo de la materia prima invertida a, pero el costo
de la mano de obra b y los gastos accesorios d van siendo menores y el
costo de la energía eléctrica c juega un papel relativamente pequeño,
siendo en total de un 3 a un 8% de la suma total del numerador.
25

27. Lo decisivo es que el accionamiento eléctrico debidamente dise­
ñado aumenta la cantidad de producción, es decir, será mayor el deno­
minador de la expresión citada más arriba y se definirá de este modo la
reducción del costo de la producción. La aplicación universal del ac­
cionamiento eléctrico racional cambia de raíz las condiciones del tra­
bajo fabril, aumentando la productividad, mejorando ía calidad del
producto y simplificando la labor del obrero.
En esto precisamente reside la importancia sustancial del acciona­
miento eléctrico para la economía nacional de la Unión Sovié­
tica.
La técnica soviética en un plazo de tiempo muy corto crea proto­
tipos de accionamiento eléctrico más perfectos y el desarrollo de la
teoría soviética del mismo garantiza el debido camino hacia la solución
de los problemas principales.
El desarrollo del accionamiento eléctrico en la actualidad y en un
futuro próximo se determina por las direcciones fundamentales si­
guientes: perfeccionamiento de los accionamientos eléctricos existentes
y la construcción de nuevos tipos; ampliación de la esfera de aplica­
ción de dichos accionamientos en la industria, en todos los tipos de
transporte, en la agricultura, en la industria de la construcción, en
las instituciones públicas sociales y culturales y en las condiciones del
hogar; automatización de los dispositivos de máquina y de los proce­
sos de producción en las empresas que se construyen y de las que están
ya funcionando; construcción de nuevos sistemas automáticos para
las secciones de producción de los talleres y empresas.
La automatización de los accionamientos eléctricos y de los proce­
sos de producción, la construcción de métodos modernos de mando, re­
gulación y control automáticos, la elaboración de accionamientos
eléctricos complejos y automatizados y la mecanización y automati­
zación total de la producción conducen a un considerable aumento de
la productividad del trabajo. En la fig. 1-13 se representa una vista
general de una fresadora-copiadora semiautomàtica que con ayuda de
un mando electromecánico permite producir piezas según una plan­
tilla (modelo) preestablecida, sin participación directa del operador,
la función del cual estriba sólo en el reglaje y control del funciona­
miento automático de la máquina.
La construcción de nuevos aparatos eléctricos para controlar moto-
Tes, de nuevos tipos de reguladores automáticos (iono-electrónicos,
■electromagnéticos y electromecánicos), de aparatos e instrumentos
rectificadores y reguladores que se utilizan en los semiconductores
miniaturizados, así como de las máquinas electrónicas de mando y dis­
positivos de programación intensifica la automatización de los accio­
namientos eléctricos.
En la fig. 1-14se ilustra una línea automática de producción (má­
quinas herramienta) producida en una de los centros fabriles sovié­
ticos. Una línea de este tipo instalada en una fábrica de automóviles
automatiza totalmente el mecanizado del bloque del motor de auto­
móvil, cumpliendo automáticamente centenares de operaciones.
■
2
6

29. En el presente existen ya tocias las condiciones para automatizar
completamente distintas secciones, talleres e incluso plantas enteras.
Las ventajas técnico-económicas de la mecanización y automatiza­
ción complejas de los procesos de producción son tan enormes que este
cauce en el desarrollo del accionamiento eléctrico debe considerarse
fundamental y decisivo. La mecanización y automatización complejas
de la producción crean las premisas para la solución feliz de los proble­
mas técnicos que se hallan en camino de desarrollo de las fuerzas pro­
ductivas del país Soviético,

30. CAPITULO SEGUNDO
CARACTERISTICAS MECANICAS
DE LOS ACCIONAMIENTOS ELÉCTRICOS
2-1. Características mecánicas de los mecanismos
de producción y de los motores eléctricos
Al examinar el funcionamiento del motor eléctrico que pone en
movimiento un mecanismo de producción, es necesario, ante todo,
revelar la correspondencia que existe entre las propiedades mecánicas
del motor y la característica del mecanismo en cuestión. El trabajo
durante los regímenes transitorios (en los casos de arranque, frenado
y regulación de la velocidad) también depende del carácter del cambio
del momento de rotación del motor y del par resistente del mecanismo
al variar la velocidad. Por lo tanto, a fin de proyectar correctamente
y de explotar económicamente el accionamiento eléctrico conviene
estudiar dichas características.
La dependencia entre la velocidad de rotación y el par resistente
del mecanismo © = / (Mríí) se llama característica mecánica del me­
canismo de producción.
Los distintos mecanismos de producción poseen distintas caracte­
rísticas mecánicas. No obstante, pueden adquirirse algunas deduccio­
nes de generalización, si se hace uso de la fórmula empírica siguiente
para la característica mecánica del mecanismo de producción:
Mre
s= M 0+ (Mr„.n- M 0
) , (2-1)
siendo: Afr„, el par resistente del mecanismo de producción a la
velocidad m; Af0, el par resistente de rozamiento en las partes móviles
del mecanismo; M res>
n, el par resistente en velocidad nominal <
an;
x, el factor que caracteriza el cambio del par resistente al variar la
velocidad.
La fórmula citada permite clasificar las características mecánicas
de los mecanismos de producción aproximadamente en las categorías
principales siguientes:
/. Característica mecánica no dependiente de la velocidad (la recta 1
en la fíg. 2-1). En este caso x = 0 y el par de resistencia Aír„ no de­
pende de la velocidad de rotación. Una característica de este tipo la
poseen, por ejemplo, las grúas, los cabrestantes, los mecanismos de
avance de las máquinas herramienta, las bombas de émbolo, cuando
la altura del suministro es constante, los transportadores con masa
29 *

31. constante dei material que sedesplaza. Aquí pueden incluirse también
todos los mecanismos semejantes conocidos, en los que el par resis­
tente principal es el de rozamiento, ya que en los limites de las veloci­
dades de servicio el momento de rozamiento suele variar poco.
2. Característica mecánica linealmente creciente (la recta 2 en la
fig. 2-1). En este caso x ~ 1 y el par resistente depende linealmente
de la velocidad ©, aumentando con su incremento (para simplificar
se toma Aí0 = 0).
Este tipo de característica se obtiene, por ejemplo, en el acciona­
miento de un generador con excitación independiente, si éste trabaja
con resistencia exterior constante.
Flg. 2-1. Características mecánicas de los mecanismos
de producción
n
3. Característica mecánica no lineal creciente (parabólica) (la curva
3 en la fig. 2-1). Esta característica corresponde a x = 2; el par resis­
tente /Wrcs aquí depende del cuadrado de la velocidad.
Los mecanismos que poseen una característica de este tipo se lla­
man, a veces, mecanismos con momento de ventilador, por cuanto en
los ventiladores el par resistente depende del cuadrado de la velocidad
de rotación. A los mecanismos que poseen la característica mecánica
parabólica se refieren también las bombas centrífugas, las hélices, etc.
4. Característica mecánica no lineal decreciente (la curva 4 de la
I fig. 2-1). En este caso # = — 1 y el par resistente M tcs varía inversa­
mente proporcional a la velocidad, en tanto que la potencia consumida
por el mecanismo sigue siendo constante. Poseen una característica
de este tipo, por ejemplo, algunos tornos, mandriladoras, fresadoras
y otras máquinas herramienta, las bobinadoras en la industria meta­
lúrgica, etc.
Estas características no agotan prácticamente todos los casos, pero .
dan una representación sobre las características de algunos mecanis­
mos de producción típicos.
Se llama característica mecánica del motor eléctrico la dependencia-
de su velocidad del par motor, es decir, c
o = f (Ai). Casi todos los moto­
res eléctricos disponen de la propiedad que su velocidad constituye la
función decreciente del par del motor. Esto se refiere casi a todos los
motores eléctricos ordinarios que emplea la industria, es decir, a los
motores de corriente continua con excitación independiente (en deri­
vación), motores en serie y motores de excitación compuesta o com-
pound, así como a los motores de corriente alterna asincrónicos de
colector y sin él. No obstante, el grado de variación de la velocidad al
30

32. cambiar el par es diferente en distintos motores y se caracteriza por la
llamada rigidez de sus características mecánicas.
Las características mecánicas de los motores eléctricos pueden di­
vidirse en tres categorías principales:
I. Característica mecánica absolutamente rígida, con la que con
variación del par la velocidad sigue invariable. Esta característica
la poseen los motores sincrónicos (recta 1 en la fig. 2-2).
Fig. 2-2. Características mecánicas de ios mo­
tores: sincrónico (/), de corriente continua, de
excitación independiente (2) y en serie (<
?)
.0)
Fig. 2-3. Característica mecánica de
un motor asincrónico
2. Característica mecánica rígida, con la que con variación del par
la velocidad, aunque también disminuye, no obstante en pequeño
grado. Esta característica la disponen los motores de corriente conti­
nua con excitación independiente, así como los motores asincrónicos
dentro de los límites de la parte de trabajo de la característica mecá­
nica (curva 2 de la fig. 2-2).
Para el motor asincrónico (fig. 2-3) el grado de rigidez en distin­
tos puntos de la característica mecánica es distinto. Entre los valores
mayores (críticos) de los momentos en los regímenes motor Mcr, my ge­
nerador Aícr, g la característica del motor asincrónico resulta compara­
blemente rígida.
3. Característica mecánica suave, se distingue por la considerable
variación de velocidad, cambiando el momento. Este tipo de caracte­
rística la posee el motor en serie, particularmente en la zona de peque­
ños momentos (curva 3 en la fig. 2-2). El grado de rigidez, para estos
motores, no queda constante en todos los puntos de ia característica.
3)

33. Los motores de excitación compuesta o compound pueden ser compren­
didos en el segundo o tercer grupo según sea el grado de rigidez de la
característica mecánica.
2-2. Característica conjunta del motor eléctrico
y del mecanismo de producción
Al trabajar el motor eléctrico y el mecanismo de producción en
régimen permanente le corresponde el equilibrio de los pares resisten­
tes del mecanismo y del momento de rotación del motor, a una deter­
minada velocidad de rotación.
El cambio del par resistente en el árbol del motor conduce a que la
velocidad de este último y el momento que éste desarrolla pueden va­
riar automáticamente, y el accionamiento seguirá trabajando perma­
nentemente a otra velocidad con nuevo valor del momento.
El restablecimiento del equilibrio entre el par resistente variado
y el par del motor en todos los motores no eléctricos requiere la parti-
1 2
Fig. 2-4. Características mecánicas de un mo­
tor de excitación independiente y del mecanis­
mo que este motor pone en marcha
fd
M
M
i M
,
cipación de reguladores especiales que’ actúen en la fuente de energía,
aumentando o disminuyendo respectivamente el suministro de agua,
combustible o vapor. En los mototes eléctricos la función de regulador
automático la puede cumplir ia fem del motor. Esta particularidad de
los motores eléctricos de mantener automáticamente el equilibrio
del sistema, al cambiar el par resistente es una propiedad de gran va­
lor, ya que en muchos casos el par puede variar en uno u otro grado.
Lo descrito se ilustra en la fig. 2-4, donde se dan una característica
mecánica 3 de un motor de excitación independiente y dos caracterí­
sticas 1 y 2 de un mecanismo de producción puesto en movimiento
por este motor (por ejemplo el de un transportador) *.
La característica 1 corresponde al par resistente M u cuando el
mecanismo del transportador trabaja al vacío. La característica 2 se
obtiene en el caso de que el par resistente M 2es mayor, después de que
* Las características mecánicas de) mecanismo de producción para conveniencia
están representadas en el primer cuadrante, pese a que el par resistente tiene ei signo
menos.
32

34. en el transportador se han colocado las piezas a desplazar. Al comien­
zo, cuando el transportador marcha en vacío M — M i, el motor tra­
baja a una velocidad A medida que aumenta la carga, el motor se
va frenando, su velocidad baja y, a su vez, se reduce la magnitud de la
fem. Al disminuir la fem incrementa la corriente en el circuito del
inducido del motor y el momento desarrollado por el motor. El creci­
miento del par del motor sigue hasta que aparece el equilibrio de los
momentos M = M* (punto co2
). Este nuevo punto también es común
para la característica mecánica del transportador (2) y de la caracte­
rística mecánica del motor eléctrico (3). Más adelante, (véase el capí­
tulo 5) se describen más detalladamente las leyes del cambio del par
de un motor y de su velocidad, si se hacen las transiciones de unos va­
lores a otros.
Fig. 2-5. Característica mecánica con­
junta de un ventilador
Al examinar el trabajo de un motor y de un mecanismo de produc­
ción, a veces es más cómodo valerse de la llamada característica me­
cánica conjunta deJ accionamiento eléctrico que representa una suma
algebraica de las características de un mecanismo de producción y de
su motor.
En la fig. 2-5 se ilustra una característica mecánica del ventilador
1, una característica mecánica del motor J?que pone en marcha ell venti­
lador, y una característica mecánica conjunta del grupo ventilador 3.
A la velocidad de régimen (de equilibrio) del grupo toré el motor
desarrolla el momento M —Mres; en este caso el momento de la carac­
terística mecánica conjunta del grupo será igual a cero. A una veloci­
dad fófé el trabajo de! accionamiento eléctrico es estable, ya que al
aumentar la velocidad el incremento del momento resulta negativo;
en tanto que al disminuir la velocidad, positivo. La curva 3 en la fig.
2-5 es un ejemplo que viene al caso de característica conjunta, con la
cual el grupo trabajará establemente. Si la característica conjunta del
grupo tuviera la forma de una curva 4, el trabajo podría ser inestable.
Las condiciones examinadas del trabajo de un accionamiento eléc­
trico en régimen permanente caracterizan la estabilidad estática del
accionamiento, cuando la variación de la velocidad y del momento en
función del tiempo se produce relativamente con lentitud a diferencia
de la estabilidad dinámica que tiene lugar en los casos de regímenes
transitorios.
3 2565 33

35. - Habitualmente, cuando se proyecta un accionamiento eléctrico
la característica mecánica del mecanismo de producción es ya preesta­
blecida de antemano. Por consiguiente, la obtención de un trabajo
estable en régimen permanente para determinadas velocidades y pares
resistentes de los mecanismos deproducción, requiere elegir una caracte­
rística mecánica del motor eléctrico de forma correspondiente.
, Esto puede conseguirse eligiendo un motor eléctrico de tipo adecua­
do y variando los parámetros eléctricos de sus circuitos. A veces, la
obtención de las características mecánicas indispensables requiere el
empleo de circuitos especiales de conexión de las máquinas y aparatos
eléctricos.
2-3. Características mecánicas de un motor de corriente
continua de excitación independiente
En la fig. 2-6 aparece el esquema o circuito ordinario de conexión
de un motor de corriente continua de excitación independiente.
Una expresión analítica de la característica mecánica de un motor
puede obtenerse de la ecuación de equilibrio de tensiones compuesta
Fig. 2-6. Esquema de conexión de unymotor
de corriente continua de excitación indepen­
diente
para el circuito de inducido de este esquema. A un régimen perma­
nente de trabajo de! motor la tensión aplicada U se equilibra con la
caída de la tensión en el circuito de inducido IR y con la fem E inducida
en el inducido, es decir,
U = IR + E, (2-2)
siendo: /, lacorriente enel circuito de inducido del motor, A; R, la
resistencia sumaria delcircuito de inducido, Q,incluyendo laresisten­
cia exterior del reóstato Rr y la resistencia interna del inducido del
motor Rin (en caso de que hayan polos auxiliares se tiene en cuenta
también su resistencia);
£ = é<Dü>, V, (2-3)
k, el coeficiente que depende de los datos constructivos del motor;
k — pN/2n a, donde p es el número de pares de polos del motor; N es
el número de conductores activos del devanado del inducido; a es el
número de pares de circuitos en paralelo de devanado del inducido;
O y o), respectivamente el flujo magnético, Wb, y la velocidad angular
del motor, rad/s.
34

36. Si en lugar de E se pone en (2-2) su valor de (2-3), tendremos la
ecuación para la velocidad del motor
<
2-
4)
La ecuación (2-4) representa ¡a dependencia entre la velocidad de
rotación del motor y la corriente del inducido. Esta dependencia
« = /(/) se llama, a veces, característica de velocidad o electrome­
cánica del motor.
La obtención de la ecuación de la característica mecánica requiere
hallar la dependencia que existe entre la velocidad de rotación y el
par motor. Esto es fácil de hacer, si se tiene en cuenta que el momento
desarrollado por el motor está enlazado mediante la sencilla dependen­
cia con la corriente del inducido y con el flujo magnético, a saber *:
M = M>/, N-m. (2-5)
Sustituyendo en (2-4) el valoi de la corriente /, hallado de
(2-5), tenemos la expresión para la característica mecánica:
a - jg é - M Á ' (2-6)
(2.7)
donde
c= kQ>. (2-8)
El coeficiente c se toma como constante, sin depender de la carga,
si en el motor de excitación independiente hay devanado compensador.
Dicho coeficiente se puede considerar invariable, si para los motores
ordinarios se desprecia la reacción del inducido.
La característica mecánica de un motor en caso de que los pará­
metros U, O y R sean invariables, se representa con una línea recta.
A continuación se muestra que, variando la magnitud de uno u
otro parámetro de la característica mecánica, pueden obtenerse, siendo
determinado el momento resistente en el árbol del motor, distintas
velocidades de rotación del motor, es decir, regular Ja velocidad del
accionamiento eléctrico.
Aquí también examinamos la influencia de un solo parámetro,
a saber; de la resistencia del circuito de inducido, por cuanto esto es
necesario para aclarar las determinaciones principales que están rela­
cionadas con el concepto de la característica mecánica, para distintos
regímenes de trabajo del motor.
* El momento electromagnético del motor se define mediante la ecuación estab­
lecida. El momento en el árbol del motor será menor que el momento electromagné­
tico a una magnitud que corresponde a las pérdidas en el acero y a las pérdidas mecáni­
cas- No obstante, para los cálculos prácticos pueden utilizarse las ecuaciones de las
características mecánicas, donde se inserta el momento electromagnético.
3* 35

37. En la fig. 2-7 se representan características mecánicas de un motor
de excitación independíente para distintas resistencias en el circuito
de inducido. Como se ve de (2-6), siendo M — 0 todas las caracterís­
ticas pasan por un punto que se encuentra en el eje de las ordenadas.
La velocidad, en este punto, tiene un valor completamente determi­
nado que no depende de la magnitud de la resistencia conectada. Esta
Flg. 2-7. Característica natural y familia
de características mecánicas reostáticas de
un motor de excitación independiente
velocidad tiene el nombre de velocidad de la marcha en vacío ideal
©o y se determina de acuerdo con la expresión
U (2-9)
En caso de que ¡a velocidad^de la marcha en vacío sea ideal, cuan­
do la corriente en el circuito de inducido es igual a cero, la fem del
inducido dirigida al encuentro con la tensión aplicada es igual a ésta
por su valor absoluto.
El segundo miembro (2-6) caracteriza el salto de la velocidad con
relación a la velocidad de la marcha ideal:
Acó— M (2-10)
De este modo, la [ecuación para la velocidad de rotación del
motor puede escribirse así:
c
o— <
o
0— Acó. (2-11)
La característica superior de la familia aparecida en la fig. 2-7
lleva el nombre de característica natural. Se llama característica na­
tural la del motor que se obtiene a valores nominales de tensión y de flu­
jo magnético del motor y a la ausencia de resistencias exteriores en el
circuito del inducido. La rigidez de la característica natural depende de
la magnitud de la resistencia interna del circuito de inducido del mo­
tor /?in. La resistencia interna del circuito del inducido integra: la
propia resistencia del devanado del inducido; la resistencia de los po­
los auxiliares; la del devanado compensador y la resistencia de las
escobillas. Convenientemente, el salto de velocidad para la caracte-
36

38. rística natural es
A© = M ~g¡ .
k¿d
>
¡
Valiéndose de la fórmula (2-10) se determina el salto de velocidad
para cualquiera de las características del motor de excitación indepen­
diente representadas en la fig. 2-7. Por ejemplo, en caso de que se co­
necte complementariamente la resistencia del reóstato Rr el salto de
yelocidad se define de la razón
Ac
o= M % ± £ . (2-J2)
Dividiendo (2-11) por ©0, tendremos ei salto de velocidad en
unidades relativas:
Av = — = to
(l~ w
g
>
o
El salto de velocidad en unidades relativas Av es análogo al desli­
zamiento del motor asincrónico, pese a que el deslizamiento para los
motores de corriente continua no tiene el sentido físico que en los mo­
tores asincrónicos.
Si en el circuito de inducido de un motor se conecta una resistencia
adicional (reóstato), las características mecánicas obtenidas en este
caso se llaman características artificiales o reostáticas. Estas caracte­
rísticas, como se ha indicado más arriba, se intersecan en un punto ©„.
Las características reostáticas son también lineales como la caracterís­
tica natural, pero tienen considerablemente gran inclinación respec­
to al eje de los momentos, es decir, poseen menor rigidez. Cuanto
más introducida esté la resistencia en el circuito de inducido, tanto
más torcida irá la característica y tanto menor será su rigidez.
2-4. Construcción de características mecánicas
del motor de excitación inde endiente
La construcción de la característica mecánica natural o reostá-
tica del motor de excitación independiente requiere sólo que se conoz­
can dos de sus puntos, por cuanto todas las características mecánicas
representan teóricamente líneas rectas (fig. 2-7). Estos dos puntos
pueden ser los que se quieran para cada característica, sin embargo
la construcción de una característica mecánica natural es de convenien­
cia hacerla, valiéndose de los puntos, uno de los cuales corresponde
al momento electromagnético nominal del motor y a la velocidad no­
minal (M = M„ y © = ©n), y el otro a la marcha en vacío ideal
{M = 0 y © = co0
). La velocidad nominal de rotación del motor se
toma de los datos del instructivo. El momento electromagnético no­
minal se define en términos de la fórmula
Mn= c/n.
37

39. La velocidad de marcha en vacío ideal puede ser obtenida de
(2-9), si su numerador y denominador se multiplican por co„ y se
tiene en cuenta que
En= M>Cún= V — /„tfin,
tendremos
Puesto que en los catálogos no se suele indicar la resistencia interna
del inducido R in, esta resistencia se determina aproximadamente,
aceptando que la mitad de todas la pérdidas en el motor, en caso de
que la carga sea nominal, está sujeta a las pérdidas en el cobre del in­
ducido. Por consiguiente, I%Rin « 0,5 (1 — r
n) I nU. De aquí
Ría « 0,5 (1— T
in) . (2-14)
Haciendo uso de la característica mecánica natural, es fácil const­
ruir la característica reostática para-cualquiera que sea la resistencia
del reóstato Rt. Esta también se construye por dos puntos: el de la
velocidad de marcha en vacío ideal m = to0 (siendo M = 0) y el de
la velocidad que corresponde al momento nominal siendo la resistencia
preestablecida del reóstato Rr, es decir, c
o = a
>
n-r (siendo M = M„).
La velocidad u
>
n-
r se define valiéndose de la fórmula
= • (2-15)
La característica mecánica puede ser construida también mediante
el punto de marcha en vacío ideal y el punto que corresponde al corto­
circuito, donde M — Mc, al tiempo que la velocidad a
> = 0. La velo­
cidad to0 se define usando (2-13) y el momento M c, despreciando la
reacción del inducido por la fórmula.
= (2-16)
1n
significando: /c = , la corriente de cortocircuito.
La magnitud de la resistencia del circuito de inducido R — fl¡n-l-#r
puede ser distinta según sea la de la resistencia exterior. De acuerdo
con esto, serán distintas también las magnitudes de las corrientes de
cortocircuito l c y de los momentos de cortocircuito Mc para diferentes
características reostáticas.
El valor del momento de cortocircuito M c para la característica
mecánica natural es el mayor, ya que en este caso la resistencia exte­
rior es igual a cero y la magnitud de la corriente de cortocircuito queda
restringida sólo por la resistencia interna de los devanados del inducido
del motor.
38

40. Tomando en consideración lo dicho, la ecuación de la característica
mecánica se representa del modo siguiente:
<
2-17)
Conforme a (2-17), en caso de que M = 0 la velocidad a = to0.
Si a continuación se pone M — M c en (2-17), la velocidad c
o — 0.
A distintas características reostáticas, serán los puntos que se encuen­
tran en el eje de las abscisas (fig. 2-7) y que se determinan por las mag­
nitudes de las resistencias que limitan la corriente y el momento de
cortocircuito.
De este modo, si las características mecánicas de varios motores
poseen igual rigidez, las características indicadas, expresadas en uni­
dades relativas, serán para todos estos motores representadas por una
misma recta.
La ecuación de la característica del motor de excitación indepen­
diente en unidades relativas puede obtenerse fácilmente de (2-4), si se
expresa del modo siguiente:
o = (D
0( l - ^ ) . (2-18)
Dividiendo a continuación sus miembros de izquierda y derecha
por co
a, hallaremos:
v = l - £ . (2-19)
Después de la correspondiente transformación, tendremos:
v = l — ir, (2-20)
o respectivamente (siendo © = <D
n=const)
v = l — n„ (2-21)
siendo: v — t = j- , j.i = , respectivamente la velocidad, la
corriente y el momento de rotación del motor en unidades relativas;
R V
r — ñ- , la resistencia en unidades relativas; R„ = ~r , la resisten-
*n
cia nominal del motor.
Se llama resistencia nominal del motor de corriente continua la
resistencia que en caso de inducido fijo y de tensión de la red nominal,
limita la corriente en el . inducido hasta ei valor nominal.
En las fórmulas (2-20) y (2-21) el miembro segundo de la parte
derecha representa el salto de velocidad expresado en unidades relati­
vas e igual a:
Av = ír = (ir. (2-22)
La última igualdad permite a condiciones conocidas simplificar
considerablemente el cálculo de las características mecánicas. En rea-
39

41. 1idad si se examinan los puntos de las características mecánicas que
responden al momento nominal, tenemos para ellas
i — i y n = i,
y, por lo tanto, la igualdad (2-22) tomará la siguiente forma:
Av »a r. (2-23)
Esto significa que en caso de un momento nominal la magnitud
del salto relativo de velocidad del motor es numéricamente igual a la
resistencia relativa del circuito de inducido del motor.
Aportamos ahora un ejemplo que viene al caso de construcción
de características mecánicas de un motor de excitación independiente,,
cuyo circuito de conexiones se representa en la fig. 2-8. El proceso de
Fig. 2-8. Esquema de conexión de un motor
de excitación independiente. Al ejemplo de
la construcción de características mecáni­
cas de arranque
M 2
A %
-ir~j -ir
arranque del motor reside en que al comienzo se cierra el interruptor
L, a continuación, pasado cierto intervalo de tiempo y a medida que
aumenta la velocidad se cierran sucesivamente los interruptores JA,
2 A y 3A.
Cuando todos ios contactos llegan a estar cerrados y la resistencia
de arranque resulte completamente shuntada, el motor comienza a
trabajar a una determinada velocidad en característica mecánica na­
tural.
La característica natural en magnitudes relativas puede construirse
fácilmente si se toma conforme a (2-21) y (2-23)
v=rv0= l y Av = r, siendo ¡x= 1.
Las coordenadas de un punto de la característica serán:
v = 1, ]X= 0;
las de la otra
vn= l — Avn, jí = 1.
La recta trazada a través de estos dos puntos será la característica
mecánica natural. La construcción indicada se muestra en la fig. 2-9.
En esta misma figura se muestran la construcción de las características
reostáticas y la determinación gráfica de las resistencias.
La construcción de las características reostáticas y el cálculo de las
resistencias tienen valor en caso de que se proyecte un circuito de
arranque automatizado del motor.
La construcción de las características reostáticas requiere que el
momento y la corriente del motor durante el arranque varíen entre
|¿i y J
-1 2 y entre ti y i 2. El valor (J-
i (í i) en caso de que el flujo del motos-
40

42. sea nominal se suele aceptar de acuerdo con las condiciones de conmu­
tación igual a 2—2,5. En cuanto se refiere al valor (¿2
), se debe to­
mar, por lo menos, en un 10—20% mayor que el par de resistencia
del mecanismo.
De acuerdo con la característica 1—2, el motor aumenta la veloci­
dad hasta un determinado valor por la posición del punto 2, luego debe
shuntarse la primera etapa de la resistencia (se cierra el interruptor
1A de la fig. 2-8). La velocidad del motor, debido a la inercia del siste­
ma no puede variar instantáneamente, en tanto que la magnitud del
momento, si se desprecia la inductancia del inducido, incrementa ins­
tantáneamente hasta la magnitud {t*. Por consiguiente, el paso a una
nueva característica se realiza de acuerdo con la línea paralela a¡ eje
de las abscisas (2—3).
A continuación, el motor se acelerará respectivamente por ia recta
3—4 hasta el punto 4 y cuando se cierre el interruptor 2A, tendrá
lugar el paso a la característica siguiente. Una vez cerrado el interrup-'
tor 3A se inicia la última etapa de arranque del motor (6—7), es decir,
el paso a la característica natural. Si durante el arranque la carga sobre
el árbol del motor corresponde al momento nominal, el motor, al fina­
lizar el arranque, trabaja en característica natural a una velocidad vn.
Conforme a la igualdad (2-23) ios segmentos verticales de la línea
trazada a través del punto ¡li — 1 corresponden a distintas etapas de la
resistencia del circuito de inducido en unidades relativas (fig. 2-9).
Là ordenada af en unidades relativas es igual a la resistencia nomi­
nal, es decir, a rn=. Las ordenadas ae, ad,ac y ab son iguales respec­
tivamente a las resistencias de distintas etapas del circuito del indu­
cido del motor. Si de las magnitudes indicadas se sustrae la resistencia
interna del motor, señalada por el segmento ab, tendremos resistencias
reostáticas de distintas etapas (correspondientes a las ordenadas be,
b
c
Ly be). Las distintas secciones del reòstato r i, r2, r3 (fig. 2-8) tienen
las resistencias correspondientes a los segmentos de, cd y be.
La conversión de las magnitudes de las resistencias expresadas en
unidades relativas a las magnitudes de las resistencias en ohmios re­
quiere hacer el cálculo correspondiente de acuerdo con la igualdad
R = rRn.
41

43. Ejemplo 2-1. Para un motor de corriente continua de excitación indepen­
diente tipo FI 51, se pide construir la característica de velocidad natural.
Datos del instructivo del motor:
P„ = 11 kW; í/ = 220 V; /„= 5 9 A; /í„ = 3 000 rpm.
Solución. La resistencia nominal del motor es
d _ __220__0730
Ha- ^ — g9 —3,7áU.
El rendimiento del motor a carga nomina! es
_ i ooo-pn„ i ooo-n_
n _ Í V A i ~ 220-59 ” •
La resistencia del inducido del motor es
Ria « 0,5(1 — Tin) = 0,5 (1— 0,845) 3,73 = 0,288 Q.
La velocidad de la marcha en vacío ideal del motor es:
° ° ~ Ü ¿ = 7 7 R ;Ua’ (D
°==!220— 59-0,288220 * 340 rad/S'
donde
0 .,,, 2-3,14-3000 . . .
w0= 2n/in/60 = -
-
- gg----= 314 rad/s.
La característica natural representa una línea recta que pasa por los pun­
tos w0= 34O rad/s, / = 0 y co
n= 314 rad/s, / n=59 A.
Ejemplo 2-2. Para un motor de corriente continua de excitación independiente
tipo n 91 con los siguientes datos del instructivo: /Jn=32 kW, C/=220 V, /„== 172 A,
rc
n= 1 000 rpm, /?,n=0,049 Rn, se pide elegir el reóstato de arranque. El arranque
del motor se realiza en cuatro etapas.
Solución. Construyamos en unidades relativas una característica mecánica natu­
ral, trazando una recta por los dos puntos con las coordenadas
v0= l , n = 0
vn = I — A v „ = l — 0,049 = 0,951, ¡
a = 1 .
Adoptemos el par de arranque máximo m = 2 .
La característica correspondiente al reóstato conectado totalmente la obtendremos
uniendo con una recta los puntos v0, 0 y 0, n t.
Elijamos la; magnitud del par de arranque máximo p
.¡¡ de modo que, cumpliendo
la construcción gráfica conforme a la fig. 2-10, resulten cuatro etapas de arranque.
De esta construcción hallamos m = l,l.
El segmento ag corresponde a la resistencia nominal del motor
* " = 7 7 = 1 8 - l-
28fl
La resistencia de las etapas del reóstato de arranque es

44. be
Rn = 0,04 -1,28 = 0,051 £2.
La impedancia del reòstato de arranque es
R l = M - R n= 0,4475 •1,28= 0,573 Q.
Fig. 2-10. Paracl cálculo del reòs­
tato de arranque de un motor de ex­
citación independiente
2-5. Características mecánicas del motor de excitación
independiente en regímenes de frenado
Anteriormente se ha examinado el trabajo de un motor de excita­
ción independiente en régimen motor, a lo cual correspondían las ca­
racterísticas mecánicas representadas en la fig. 2-7 y situadas en el
primer cuadrante de los ejes de coordenadas. No obstante, hay muchas
más posibilidades de regímenes de trabajo del motor eléctrico y sus
características mecánicas.
Frecuentemente, en los accionamientos eléctricos modernos es
necesario parar con rapidez y exactitud el mecanismo o variar el sen­
tido de su movimiento. La velocidad y exactitud, con las cuales se
practican estas operaciones, en muchos casos determinan la producti­
vidad del mecanismo y, a veces, también la calidad del producto que
se elabora. Durante el frenado o el cambio de sentido del movimiento
(inversión), el motor eléctrico trabaja en régimen decelerado en una
de las características mecánicas que corresponde al procedimiento de
deceleración. En la fig. 2-11 se da una representación gráfica de las
características mecánicas del motor de excitación independiente en
el caso de distintos regímenes de trabajo. Aquí, además de la sección
de las características-que corresponden al régimen motor (cuadrante /),
se muestran las secciones de la característica en los cuadrantes I I y IV
que representan tres procedimientos de frenado eléctrico, a saber:
1) frenado regenerativo (recuperativo);
2) frenado dinámico o frenado por corriente continua;
3) frenado por contracorriente.
43

45. Examinemos con más detalle las particularidades de las caracte­
rísticas mecánicas en los casos indicados de frenado.
1. El frenado regeneralivo (en hipersincronismo o recuperalivó) se
obtiene cuando la velocidad del motor resulta mayor que la de la mar­
cha en vacío ideal y su fem E es mayor que el voltaje aplicado U. El
motor aquí trabaja como generador en paralelo con la red y produce
Flg. 2-U. Características mecánicas
de un motor de excitación indepen­
diente a distintos regímenes de
trabajo
energía eléctrica; la corriente,
evidente de la igualdad
(2-25)
por lo tanto, el par del motor varía el signo, es decir, el par resulta
de freno M = — M>/. Si se designa el momento de frenado en térmi­
nos de Mt = — M, la ecuación (2-6) en caso de que o
a > tomará
la forma siguiente:
V , MfR ,
/
•
»
tü— ’ (2-26)
El primer miembro de la parte derecha de la ecuación indica que
la característica mecánica del motor de excitación independiente a un
régimen generador, siendo M = 0, pasa por el punto que corresponde
a la velocidad de marcha en vacío ideal, lo mismo que en el caso del
régimen motor. La inclinación de la característica mecánica se deter­
mina mediante el factor del segundo miembro de la ecuación que
por la magnitud absoluta (a una resistencia preestablecida R) queda
invariable. Por lo tanto, la inclinación de la característica mecánica
en régimen generador será igual que la de la en régimen motor.
Por consiguiente, gráficamente las características mecánicas de
un motor en régimen de frenado en hipersincronismo (recuperativo)
son la continuación de las características del régimen motor en el
terreno del segundo cuadrante (fig. 2-11). Este procedimiento de fre­
nado es posible, por ejemplo, en los accionamientos de los mecanismos
de transporte y de elevación, durante el descenso de cargas y en algu­
defrmdo ,
contracorriente)
en este caso, varía de sentido. Esto, es
44

46. nos procedimientos de regulación de la velocidad, cuando el motor,
pasando a velocidades bajas pasa el valor <
u> co0. La acción de fre­
nar, valiéndose de este métodaes muy económica, por cuanto este pro­
cedimiento va acompañado de retrocesos o de recuperación de energía
eléctrica a la red (a cuenta del residuo de pérdidas en el motor) que el
motor la transforma de !a mecánica que entra en él desde el árbol.
Pero el frenado por este procedimiento puede ser aplicado en límites
restringidos, ya que no en todos los accionamientos es posible obser­
var la condición
C
ú> (D
0.
Cabe señalar que cuanto más resistencia haya en él circuito de
inducido del motor, tanto mayor será su velocidad de rotación en el
régimen generador en caso de que el momento de frenado sea el mismo
<fig. 2-11).
2. El frenado dinámico tiene lugar ai desconectar el inducido del
motor desde la red y al cerrarlo a resistencia fig. 2-12), por eso, a ve­
ces se le llama frenado reostático. El devanado de excitación, en este
caso, debe quedar conectado a la red.
l
• 'L
Fig. 2-12. Esquema de conexión de un motor de excitación in­
dependiente a frenado dináfaico
El régimen de frenado dinámico también corresponde al trabajo de
ia máquina como generador. No obstante, este régimen se distingue del
frenado recuperativo descrito anteriormente. En caso de frenado diná­
mico, lo mismo que el anterior, la energía cinética que se ha acumulado
en el motor y en los elementos móviles del mecanismo accionado por
el motor, setransforma en eléctrica. Sin embargo, esta energíano retro­
cede ala red, sino que sedesprende en forma de calor en las resisten­
cias del circuito del inducido.
Como consecuencia de que la fem del motor conserva el mismo
signo durante el frenado, que en el régimen motor y al inducido no se
aplica la tensión, la corriente del inducido se define, valiéndose de la
fórmula
/ = — f -, (2-27)
siendo: R, la resistencia del circuito de inducido.
El momento de frenado durante el frenado dinámico, si se despre­
cia la reacción del inducido, puede ser expresado mediante la igualdad
— M f^kQ )! = — k^~ to. (2-28)
45

47. Si <
D—const, tendremos:
(2-29)
En caso de frenado dinámico la característica mecánica del motor,,
como se ve de 2-29, representa una recta que pasa por el origen de las
coordenadas. La familia de características del frenado dinámico a re­
sistencias/? distintas, se muestra en el segundo cuadrante de la fig. 2-11.
Como se ve por esta figura la rigidez de las características disminuye
a medida que aumenta la resistencia del circuito de inducido.
3. El frenado por contracorriente se obtiene en caso de que los de­
vanados del motor estén conectados para una dirección de giro y el
inducido del motor, a la acción del momento exterior o de las fuerzas
de inercia, gira en sentido contrario. Esto puede tener lugar, por ejem­
plo, en el accionamiento de un elevador, cuando el motor está co­
nectado para levantar un peso y el momento que desarrolla la carga
obliga al accionamiento girar en sentido del descenso. Este régimen se
obtiene también al conmutar el rotor del motor, con el fin de pararlo
rápidamente, en sentido opuesto de rotación.
La representación gráfica de la característica mecánica para un
régimen por contracorriente cuando tiene lugar, por ejemplo, el llama­
do descenso por frenado de una carga, se da en la fig. 2-13. Como se
ve por esta figura, asimismo por la figura 2-11, la característica mecá­
nica en caso de frenado por contracorriente, es la continuación de la
característica del régimen motor en el terreno del cuarto cuadrante.
Este último se deduce de la ecuación de la característica mecánica
del motor, si se presume que el momento es mayor que el momento de
cortocircuito y con el signo positivo.
Al conectar los devanados del motor para realizar la elevación, el
motor puede ser puesto en marcha sólo cuando el par resistente de la
carga ÁIrcs, sea menor que el momento Afc (fig. 2-13). En este caso,
después de la conexión a la red el motor se acelera y alcanza la veloci­
dad estable de régimen correspondiente al punto A.
Así, la magnitud de la corriente en el inducido, como habitual­
mente en el régimen motor, se define haciendo uso de la fórmula
(y
Fig. 2-13. Característica mecánica de un ré­
gimen por contracorriente durante el descenso
con trenado de una carga
R
46
9

48. Al aumentar el momento de carga, la velocidad del motor dismi­
nuye de acuerdo con la característica AB y, si el momento de carga se
iguala a M c, el motor hace alto. En este estado, siendo <
a = 0, la fem
del motor es igual a cero, por eso la magnitud de la corriente se deter­
mina valiéndose de la igualdad
Cuando el par resistente al aumentar ulteriormente la carga sob­
repasa el par del motor en estado inmóvil, este último comenzará
a girar en sentido contrario y la carga descenderá. Si dicho par es igual
a Mresi, se obtendrá la velocidad estable de régimen de descenso que
corresponde al punto C de la característica examinada. En tanto que
Fig. 2-14. Ilustración
de posibles regímenes
con conexión de ios de­
vanados para elevar y
descender una carga
ahora el inducido gira en sentido inverso, al tiempo que la dirección
del flujo magnético sigue invariable, la fem del motor varía el sentido -
inversamente. La magnitud de la corriente que se define por la ecua­
ción
r U + E
~ JR '
será mayor que en el régimen motor, por tanto la magnitud del par
desarrollado por el motor, al frenar por contracorriente, también
incrementará.
En la tabla de la fig. 2-14 se muestran con flechas las direcciones de
la tensión, la fem y la caída de la tensión y se dan las razones para las
corrientes de inducido en caso de regímenes de frenado y motor y en el
de cortocircuito, cuando el valor de la resistencia del circuito de indu­
cido queda el mismo. Para limitar la corriente y el par, si se aplica el
frenado por contracorriente debe conectarse una resistencia adicional.
El régimen examinado por contracorriente, a la velocidad estable
(de régimen) se utiliza, por ejemplo, en los aparatos elevadores durante
el descenso de la carga G.
Frecuentemente, el régimen por contracorriente se obtiene, cuando
varía la polaridad de la tensión que se suministra al inducido del mo­
tor, durante su rotación. En este caso, lo mismo que en el anterior, la
fem va dirigida de acuerdo con la tensióh de la red, en tanto que el
momento del motor va dirigido en sentido contrario a la rotación del
inducido. Como se ha dicho anteriormente, en el régimen por contra-
Tm
im
en m
o
io
r
u. ,e jr iM
1 R
UM
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c
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íe
n
te
JL, -J£-
¡JLL
‘ R
47-

49. corriente es necesario conectar una resistencia adicional en el circuito
del inducido para limitar la corriente y el momento. Tenemos pues que
las características mecánicas tendrán mayor inclinación hacia el eje
de las abscisas.
En la fig. 2-15 se representan características mecánicas en frenado
por contracorriente. Aquí, al cambiar la polaridad de la tensión su­
ministrada al inducido, el motor que trabaja hasta esto aúna velocidad
que corresponde al punto A del cuadrante / pasa a trabajar de acuer­
do con la característica BC en el punto B del cuadrante II. El man­
tenimiento de la velocidad invariable en el primer momento de cone­
xión del motor se condiciona por la inercia del accionamiento eléc­
trico. Bajo la influencia del momento de frenado, la velocidad de rota­
ción del motor disminuye correspondientemente a la característica
BC hasta el valor cero. A una velocidad igual a cero (el punto C de la
fig. 2-15), el motor en caso de frenado y no de inversión debe ser des­
conectado de la red. Si no tiene lugar una tal desconexión el motor
empezará a acelerarse en sentido contrario (característica CD dei cua­
drante III). A la vez que cambia el sentido de giro, varía la dirección
de la fem del inducido que en régimen motor está de nuevo orientada
en sentido opuesto a la tensión de la red. Ahora, el accionamiento
trabaja de nuevo en régimen motor con velocidad constante, siendo
transferida a la característica natural, cuando el sentido de rotación
sea inverso (punto F de la característica FE).
Si cambia una vez más la polaridad del inducido, el motor de nuevo
pasará al régimen por contracorriente. La acción de frenar y la acele­
ración posterior, en sentido inverso ocurren según la característica GL.
La variación del sentido de rotación del motor puede realizarse de
dos maneras. Para obtener un régimen por contracorriente, puede con­
mutarse el devanado de inducido o el de excitación. Sin embargo, la
conmutación del devanado de excitación se practica raramente, puesto
que a consecuencia de su considerable inductancia el tiempo de frenado
aumenta en comparación con el tiempo de frenado al conmutar el de-
<
D
Fig. 2-15. Características me­
cánicas a régimen en contra­
corriente de un motor de exci­
tación independiente
vanado del inducido.
48

50. El frenado eléctrico tiene universal aplicación ep el presente, en
particular cuando los accionamientos deben ponerse en marcha repeti­
das veces en cortos plazos de tiempo. Para asegurar la necesaria rapi­
dez del frenado y la precisa exactitud del paro, se utiliza el frenado di­
námico o el que actúa por contracorriente. En la práctica para los ac­
cionamientos no reversibles se emplea más el frenado dinámico, ya
que esté procedimiento funciona de acuerdo con un circuito más simpli­
ficado. Para los accionamientos reversibles, donde el frenado y el
arranque del motor en sentido inverso representan un proceso único,
es más razonable el frenado por contracorriente que da ventajas respec­
to del tiempo.'
Ejemplo 2-3. Tenemos un motor tipo n 91, cuyos datos del instructivo se dan en
el ejemplo 2-
2.
1. El motor trabaja en régimen de frenado dinámico con velocidad igual a la
mitad de la nominal y con corriente nominal del inducido.
Se pide hallar la magnitud de la resistencia Adicional conectadaen el circuito del
inducido y el par en el árbol del motor.
2. El motor trabaja en régimen porcontracorriente convelocidad n=600 rpm
con corriente en el inducido <'-=110 A.
Determinar: la magnitud de la resistencia adicional conectada en el circuito del
inducido; el par en el árbol del motor; la potencia consumida de la red, suministrada
del árbol; absorbida en las resistencias del circuito del inducido.
3. El motor trabaja en régimen generador (recuperativo). Determinar la veloci­
dad de rotación del inducido, si la corriente del inducido es / = 140 A y R ,~ 0.
Solución. 1. Régimen de frenado dinámico. La resistencia del inducido del motor
es
R in = 0,049 R„ =. 0,049-1,28 = 0,062 Q.
El coeficiente es;
0>
n 104,7
dtmde
itnn n ■
1000 , ,
“ = 30 ~ 30 ~ ’ rad/s.
El momento electromagnético del motor en corriente nominal es
M =.c/n i= 2•172= 344 N-m.
El momento nominal en el árbol del motor es
. P n-1Q3 10« -32 M
M n ~ ú>„ ^ l o í T '
El momento de pérdidas de la marcha en vacío es
M 0= 344— 306= 38 N-m.
Ei momento en el árbol del motor es
Aíár= M + M 0=»344+38 = 282 N*m.
La resistencia total del circuito del inducido es

51. La resistencia adicional es
R T~ R — R lti=>0,6— 0,062 = 0,538 Q,
2. Régimen por contracorriente. La resistencia total del circuito del indu­
cido es
donde:
t/n + c©_220-}-2-62,8 0 , A n
/ rió —
1
’* ■
w = 2 - ^ p = 6 2 ,8 rad/s.
La resistencia adicional es
R , = 3,14— 0,062=3,078 Q.
El momento electromagnético del motor es
. " Ai = 2-110 = 220 N-m.
El momento en el árbol del motor es
jVfir = 220-(-38= 258 N-m.
La potencia absorbida de la red es
_ 220-no
— Tóoü— 24,2 kW-
La potencia absorbida en la resistencia del circuito del inducido es
Px + P ,— ~ ^ l i = , 3 9 , 2 kW.
La potencia alimentada al árbol (sin contar las pérdidas de la marcha en
vacío) es
P 2= 39,2— 24,2=15 kW.
i
3. Régimen de frenado generador. La velocidad de rotación del motor es
( o = í¿ !4- ^ Í 5 1 4 0 ^4 ^= 1 1 4 ,3 rad/s (1 090 rpm).
2-6. Características mecánicas del motor en serie
La ecuación de la característica de velocidades para un motor en
serie, cuyo circuito de principio de conexiones está representado en la
fig. 2-16, lo mismo que para un motor de excitación independiente
tiene el aspecto siguiente:
siendo: R, la resistencia total del circuito del inducido consistente en
una resistencia de devanado del inducido, en el devanado de excitación
y en la resistencia externa del reóstato *.
• En presencia de polos auxiliares se tiene en cuenta también su resistencia.
50

52. A diferencia del motor de excitación independiente, aquí el flujo
magnético <
D es la función de la corriente del inducido /. Esta depen­
dencia, insertada en la fig. 2-17, lleva el nombre de curva de imanta­
ción. Puesto que no hay expresión analítica exacta de la curva de ima­
nación, es difícil dar también una expresión analítica exacta para la
característica mecánica de un motor en serie.
Fig. 2-16. Esquema de conexión de un motor de
corriente continua en serie
Si para simplificar el análisis, despreciando la saturación del siste­
ma magnético, se admite la dependencia lineal entre el flujo y la co­
rriente del inducido, como se muestra con línea de trazos en la fig. 2-17,
Fig. 2-17. Curva de imanación de un motor de corriente
continua en serje
es decir, considerar <
D = a /, el par del motor será
M^=kd>I = ak¡*. (2-30)
Sustituyendo en la igualdad de la velocidad del motor, el va­
lor / de (2-30), tendremos la expresión de la característica mecá­
nica:
= “ U . R A R
® a* l / ± T a * ^ (2*31)
f C
tf¿ v
De aquí se deduce que cuando el circuito magnético del motor no
está saturado, la característica mecánica se representa mediante una
curva (fig. 2-18), para la cual el eje de las coordenadas es la asíntota.
La particularidad dela característica mecánica delmotor en serie es
su gran pendiente en el terreno de pequeñosvalores de]par.
El aumento considerable de la velocidad a pequeñas cargas se con­
diciona por la disminución correspondiente del flujo magnético.
La ecuación (2-31) da sólo una representación general de la caracte­
rística mecánica del motor en serie. Al hacer el cálculo esta ecuación
no se debe utilizar, ya que en la práctica moderna no se suelen construir
máquinas con sistema magnético no saturado. Debido a que las ca­
racterísticas mecánicas reales se distinguen considerablemente de la
4* 51

53. curva expresada por la ecuación (2-31), la construcción de las caracte­
rísticas debe realizarse por procedimientos graíicoanalíticos. Habitual-
mente* la construcción de características artificiales se hace sobre la
Flg. 2-18. Característica mecánica natural
un motor en serie
de
base de los datos de los catálogos, en los que se insertan las caracterís­
ticas naturales: n = f (/) y M = ^ (/).
Estas características pueden ser dadas en unidades relativas
v ~ f (0 y ^ (0 para la serie de motores de determinado tipo.
Tales características llamadas universales se representan en la fig. 2-19
para la serie de motores tipo XUL
Flg. 2-19. Dependencia entre el mo­
mento y velocidad, y la corriente
del inducido de un motor en serie
(en unidades relativas)
Señalemos que en los catálogos se da ladependencia del momento
-en el árbol del motor por la corriente. Al construir características me­
cánicas se acepta la dependencia de la velocidad del momento electro­
magnético. Esto, prácticamente, es admisible debido a la pequeña
diferencia que existe entre el momento electromagnético y el momento
en el árbol.
La construcción de características (reostátícas) artificiales requiere
hacer uso del método siguiente.
La ecuación de la característica natural es
U - I R „
ÍIC
D
donde Rm= RC
K+ Rin
52

54. « w
J ¿
k O
(2-32)
En caso de conectar al circuito del inducido la resistencia adí-'
cional Rt el motor trabajará en característica reostática, para la
cual
-
Lfftn+J gJj . (2-33)
C
D= — f
k<J) [
1
Si se divide (2-33) por (2-32) tendremos:
® U~ f (Rm+Rr) .
“ nat U ~ I R V
de aquí
o en unidades relativas
<
ú= <
o u ~
~
l (^m+Ar)
nal U - ¡ R m
1—ir
(2-34)
(2-35)
aquí r = F™~~x es la resistencia total del circuito del inducido,
An
en unidades relativas;
r — ^ü! • v = — ■v = (*
>
llilt y i —~
r m ~ R n ' « n ’ “ «>n Y * ¡n * .
El orden de la construcción de una característica reostática reside
en que, eligiendo los valores algo arbitrarios de la corriente /, según
la característica natural que se dispone, se halla vnttl. A continuación,
Fig. 2-20- Características natural y
reostática de velocidades de un mo­
tor en serie
valiéndose de la fórmula (2-35), teniendo determinado r — (para lo
cual se construye la característica reostática) y el mismo t t se deter­
mina el valor buscado v t. De este modo para otros valores i se determi­
nan las magnitudes buscadas de la velocidad v 2, v3, etc. En la fig. 2-20
53

55. se muestra una característica natura] de un motor en serie (rm) y otra
reostática (ri) construida de acuerdo con el método indicado.
Haciendo uso de la curva (li = f (i) (íig, 2-19) y las característi­
cas de velocidades es fácil trazar por los puntos las curvas = f (fx),
es decir, las características mecánicas del motor.
En la íig. 2-21 se dan una característica mecánica natural (rro
) y ot­
ras reostáticas (ry— r3
) de un motor en serie, construidas en unidades
Flg. 2-21. Características mecánicas
reostáticas y natural de un motor
en serie
relativas. A medida que aumenta la resistencia, la velocidad del motor
disminuye y la característica se desplaza hacia abajo. La rigidez de la
característica en este caso disminuye al incrementar la resistencia adi­
cional en el circuito del inducido. La particularidad de las caracterí-
Fig. 2-22. Construcción gráfi­
ca de etapas de una resisten­
cia de arranque de motores en
serie
sticas mecánicas del motor exammado es la imposibilidad de obtener
un régimen de marcha en vacío ideal.
Si la carga es inferior a un 15— 20% de la nominal el trabajo del
motor a la característica natural prácticamente no se debe admitir,
debido al excesivo aumento de la velocidad de rotación del inducido.
El cálculo de las resistencias para la puesta en marcha de los moto­
res en serie puede realizarse por el método graficoanalítico siguiente
que no necesita la gonstrucción de las propias características reostá­
ticas del motor.
Utilicemos la característica natural del motor a) = /(/) y, seña­
lando en ella los puntos de las corrientes admisibles al conmutar de
una etapa del reóstato a otra /j. y / (fig. 2-22), trazamos a través de
54