motores cc

1. Universidad nacional de
Ingeniería
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA APLICADA
Profesor: EMILIO ASUNCIÓN MARCELO BARRETO
Facultad de ingeniería
mecánica
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
ML 202

2. UNIDAD IV
La MÁQUINA ELÉCTRICA DE CORRIENTE
CONTINUA como generador y como
motor en régimen permanente

3. MÁQUINA ELÉCTRICA ROTATIVA
Aparato electromecánico que realiza
conversión continua de energía, de
mecánica a eléctrica (generador) o de
eléctrica a mecánica (motor), por medio del
campo magnético que se produce en el
entrehierro de la máquina.

4. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS GENÉRICOS DE
UNA MÁQUINA ROTATIVA
Estator (Parte fija o
Estacionaria).
Consta de un yugo
y polos auxiliares
fijados a el.
-Núcleo ferromagnético laminado
- Devanado o bobinado
- Aislamiento
Rotor (Parte
giratoria y va
montado
sobre el eje
de la
máquina
-Núcleo ferromagnético pro
de un colector
laminado
- Devanado o bobinado gira
- Aislamiento
Eje o árbol de la máquina
sostenido en cojinetes
que van fijamente
pegados a la carcasa
Entrehierro: luz de aire uniforme
de longitud pequeña (orden de
mm.) permite la iteración entre el
sistema eléctrico y mecánico de
la máquina
• El estator y el rotor en general son
cilindros concéntricos, separados por
un entrehierro uniforme

5. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE UNA
MÁQUINA REAL DC
1. Culata
2. Núcleo polar
3. Expansión polar
4. Núcleo del polo auxiliar o de
conmutación
5. Expansión del polo auxiliar o
de conmutación
6. Núcleo del inducido
7. Arrollamiento de inducido
8. Arrollamiento de excitación
9. Arrollamiento de conmutación
10. Colector
11. y 12. Escobillas
1
3
4
7
5
8
9
10
11
12
2
6

7. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE UNA
MÁQUINA DC
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 La máquina de cc consta de la parte externa en reposo
(ESTATOR O CARCASA) y del inducido giratorio en su
interior, provisto de un colector.
 El estator tiene un yugo, polos principales y polos
auxiliares, fijados a el. Los polos principales llevan el
devanado de excitación y dirigen el flujo magnético
constante en el tiempo. El yugo establece el retorno
magnético e intercalados con los polos principales van
montados los polos auxiliares, por cuyos arrollamientos
circula la corriente del inductor

9. Las principales partes que conforman la máquina de
DC son:
EL ESTATOR: ✓ Formado por una corona de material
ferromagnético, fundición de acero
magnético o tubo de hierro.
Los polos: Las bobinas de campo:
Los cuales están hechos de
acero silicoso.
Las bobinas están arrolladas
sobre los polos.
Bobina Shunt: Bobina serie:
Compuestas de muchas
espiras de alambre
delgado.
Compuestas de pocas
espiras de alambre
grueso.

10. Los interpolos:
Están hechos láminas de acero
silicoso y llevan un
arrollamiento de alambre
Los arrollamientos
de compensación:
Están conformados por los conductores que se
colocan en los polos con el objeto de neutralizar la
reacción de armadura. Solamente los llevan las
máquinas de gran potencia ya que su costo es muy
elevado
El yugo: El yugo del estator es necesario para cerrar el
circuito magnético de la máquina
Las escobillas y
las portaescobillas
Toda máquina de corriente continua requiere de
por lo menos dos escobillas. Están hechas de
carbón o de cobre grafito y van alojadas en las
porta escobillas que están sujetas a un anillo que
va entornillado al yugo. Un resorte presiona
firmemente las escobillas sobre el conmutador
para obtener un buen contacto eléctrico
Las principales partes que conforman la
máquina de DC son:

11. EL ROTOR
Está formado por una corona de material
ferromagnético, a base de chapas de hierro
con un débil contenido de silicio (orden del
0.6 al 0.7), 0.5mm de espesor, aisladas unas
de otras por una capa de barniz o de óxido.
El núcleo de la
Armadura:
Está constituido por láminas de acero
silicoso de sección circular. La
circunstancia es ranurada para
que puedan alojarse los
conductores de arrollamiento de
armadura.
El conmutador
Está hecho por un gran
número de segmentos de
cobre o delgas, aislados
entre sí
El arrollamiento de armadura
Existen dos tipos de arrollamiento de
armadura: el imbricado y el ondulado.

12. ❖ En general las máquinas rotativas presentan dos
campos magnéticos: el del estator y el del rotor,
siendo uno de ellos el campo magnético principal (en
el entrehierro) al cual se le denomina INDUCTOR y al
devanado que lo produce se le llama devanado de
EXCITACIÓN O DE CAMPO (sin éste campo
magnético la máquina no funciona de ninguna
manera). El otro campo magnético que es producido
por la otra estructura se llama INDUCIDO y al
devanado que lo produce se le llama devanado de
ARMADURA

13. ESTRUCTURA DEL ESTATOR Y EL
ROTOR
www.themegallery.com
 La culata es la parte del estator que forma parte del circuito magnético y
que soporta los polos.
 Rodeando a la culata está la carcasa de hierro de fundición y que es la
envolvente de la máquina.
 Sobre la culata se fijan los polos principales o polos inductores, llamados
también devanado de excitación o de campo. Los polos inductores constan
de un núcleo polar y una expansión llamada zapata polar.
 Los polos auxiliares o de conmutación están ubicados entre los polos
principales y se conectan en serie con el inducido y tienen como función
mejorar la conmutación en el colector de delgas y compensar la reacción
del inducido.
 El rotor tiene un devanado cerrado, llamado inducido y un colector de
delgas que permite conectarlo a un circuito eléctrico externo a través de
escobillas situadas en el estator.

17. PRINCIPIOS BÁSICOS DE CONVERSIÓN DE
ENERGÍA ELECTROMECÁNICA
Generador o Alternador
DC - AC
Pot. Mecánica
de entrada (t, w)
Pot. Eléctrica
de salida
(V,I)
Perd. Eléctr. + Perd. Mec.
Motor DC ó AC
Pot. Mecánica
de salida (t, w)
Pot. Eléctrica
de entrada
(V,I)
Perd. Eléctr. + Perd. Mec.
CARGA
MECÁNICA
CARGA
ELÉCTRICA

18. Tipos de máquinas eléctricas rotativas
MAQUINAS DE
CORRIENTE
CONTINUA O
MAQUINAS DC
-MAQUINA DE
EXCITACIÓN
INDEPENDIENTE
- MAQUINAS
AUTOEXCITADAS
- Maquina DC Serie
- Maquina DC Shunt o en derivación
- Maquina Compound o mixta
MAQUINAS DE
CORRIENTE
ALTERNA O
MAQUINAS AC
- MAQUINA
SINCRONA
- MAQUINA
ASINCRONA
- De rotor cilíndrico
- De rotor tipo polos salientes
- Devanado rotórico tipo Jaula de ardilla
- De rotor devanado

19. Principios básicos de la
conversión
electromecánica de
energía

20. PRINCIPIO DEL GENERADOR
❖ La fuerza electromotriz inducida en un conductor rectilíneo de longitud L que se
mueve a una velocidad V, cuya dirección forma un ángulo α con la dirección del
campo magnético de inducción uniforme B, en cuyo interior se mueve cortando sus
líneas de fuerza, tiene por valor:
Si los conductores activos forman parte de una espira que giran en
el interior de un campo magnético tendríamos un generador
elemental de DC
❖ E = B L V sen α

21. N S
Imanes
Permanentes
Escobillas
Fuerza Electromotriz
inducida en la espira
por el campo
Fuerza externa que
hace girar a la
espira
Espira
Campo
Magnético
+

22. PRINCIPIO DEL MOTOR
❖ La fuerza sobre un conductor rectilíneo de longitud L por el que circula una corriente
I, cuya dirección forma un ángulo α con la dirección del campo magnético de
inducción uniforme B, en cuyo interior se encuentra, tiene por valor:
Alambre inmerso en el
campo, transportando
corriente
❖ F= I L B sen α

23. N S
Imanes
Permanentes
Corriente que circula
por la espira debida al
generador
Espira
Campo
Magnético
Escobillas
FUERZA QUE TIENDE A HACER
GIRAR A LA ESPIRA: PAR MOTOR

24. Campo magnético (B), en el entrehierro,
producido por los polos magnéticos
P
P
A
B

=
Flujo por polo
Área del polo
RL
P
B
P
RL
B
P
P




2
2
=

=
B: Campo magnético uniforme en el
entrehierro para un máquina de “P” polos
R
# de polos
L
Dado que el espacio interpolar y el entrehierro
son pequeños (orden de mm.)
se puede considerar:

25. MÁQUINA DC OPERANDO COMO GENERADOR
❖ Cuando la máquina DC opera en este modo se le conoce como DINAMO
p
g
p
g
g
c
c
g
w
E
L
RL
wR
E
wRBL
E
vBL
e
pero
e
E

=








 
=
=
=
→
=


2
2
2
2
Para “P”
polos y “Z”
conductores P
g
P
g
ZP
E
L
RL
P
R
Z
Ze
E
w



w






=

=
=
2
2

26. RECTIFICADOR MECÁNICO CONMUTADOR
q º POSICION
ANGULAR
Para rectificar el voltaje generado por la
máquina se utiliza un rectificador mecánico
llamado COLECTOR o CONMUTADOR

27. CONMUTADOR
➢A las laminillas se les llama DELGAS del colector
➢El número de delgas están relacionadas con el número de bobinas del
devanado de armadura.
➢Para un generador elemental el número de DELGAS en el colector es
dos.
Pequeño cilindro formado por laminillas de
cobre debidamente aislados. Va montado
sobre el eje.

28. TENSIÓN GENERADA
El Voltaje generado es unidireccional o continuo pero
pulsatorio; por lo tanto de uso impráctico
Para obtener un voltaje utilizable, el
devanado de armadura debe estar formado
por varias bobinas idénticas cuyos
terminales se deben conectar a diferentes
delgas del colector formando finalmente un
devanado de armadura del tipo cerrado.

29. GENERADOR REAL: DEVANADO DE ARMADURA
Todas la bobinas que conforman el
devanado de armadura son iguales
❖ C= # de bobina
❖ N=3 de espiras por bobina
❖ Entonces el Z total de
conductores o lados activos
de todo el devanado de
armadura será:
Z=2CN-2Na
❖ a=#ramas en paralelo
vistas desde las escobillas

30. ❖ Como el devanado de armadura de la máquina DC es del tipo cerrado,
entonces, visto desde las escobillas tendrá “a” ramas en paralelo; por
lo tanto visto desde las escobillas se tendrán Zs conductores o lados
activos en serie; en general:
❖ Luego la tensión generada en una máquinas DC será:
a
Z
Zs =
s
g Z
e
E ·
=
Tensión de
un solo
conductor
a
Z
vBL
Eg =

31. La tensión generada
en una máquina real
DC será:
P
g
P
K
g
P
g
C
S
g
K
E
a
ZP
E
RL
P
B
R
v
vBL
a
Z
E
e
Z
E
w
w



w
=






=

=
→
=

=

=



2
2
.
Con la velocidad de la
máquina, dada en “n” R.P.M :
P
g
P
K
g
n
K
E
n
a
ZP
E


.
'
.
.
60
'
=






=




Para un lado activo

32. Tipos de devanados de armadura
❖ Básicamente existen dos tipos: Imbricado o traslapado y el Ondulado
Forma de bobina de un
devanado IMBRICADO
Lados activos
o
conductores
180 grados
eléctricos o 1
paso polar
N S
180 grados
eléctricos o 1
paso polar
BOBINADOS
IMBRICADOS SIMPLES
En estos bobinados, el paso de
colector es igual a la diferencia
de los pasos parciales.
2
1 Y
Y
Ycol −
=
Se dice que un bobinado imbricado es “simple”,
cuando las secciones inducidas, directamente
unidas entre sí, son consecutivas sobre la periferia
de la armadura. Así el final de la sección 1 queda
unido al principio de la sección 2. En consecuencia,
el paso de colector en un bobinado imbricado
simple es igual a la unidad.
2
1 Y
Y
Ycol −
==

33. Cuando el paso de conexión tiene
un valor inferior al ancho de sección,
por lo que el bobinado avanza en el
esquema hacia la derecha. Por eso,
también recibe el nombre de
“progresivo”.
Bobinado imbricado simple
a) Cruzado, b) Sin cruzar
Los bobinados imbricados pueden ser:
Cruzados.
•Cuando el paso de conexión
tiene un valor mayor que el
ancho de sección. En esta clase
de bobinado se avanza en el
esquema hacia la izquierda. Por
eso, a este bobinado se le llama
“regresivo”.
Sin cruzar

34. BOBINADOS
ONDULADOS
SIMPLES
EN SERIE
Forma de bobina de un
devanado ONDULADO
Lados activos
o
conductores
180 grados
eléctricos o 1
paso polar
N S
➢Se dice que un bobinado ondulado es simple o
en serie cuando al completar la primera vuelta
alrededor de la periferia del inducido se va a parar
a la delga posterior o anterior a la 1, de la cual se
partió. Después de una serie de vueltas alrededor
de la armadura se habrán recorrido todas las
secciones inducidas y se llegará a la delga 1
cerrándose el bobinado.
➢En estos bobinados, el paso de colector resulta
igual a la suma aritmética de los pasos parciales
➢En un bobinado ondulado, después de
recorrer un número de secciones inducidas
igual al número de pares de polos, se
completa una vuelta alrededor de la periferia
de la armadura.
2
1 Y
Y
Ycol +
=

35. Esquemas simplificados de bobinados
ondulados simples
a) Cruzado, b) Sin cruzar
Los bobinados ondulados pueden ser:
Cuando después de haber completado
una vuelta alrededor del inducido se pasa
a la sección inducida situada
inmediatamente después de la primera.
Este tipo de bobinado recibe también el
nombre de “progresivo”.
Cuando después de haber completado
una vuelta alrededor del inducido, se
pasa a la sección inducida situada
inmediatamente antes de la primera.
Este tipo de bobinado recibe el nombre
de “regresivo”.
Cruzados. Sin cruzar

36. El devanado de armadura Imbricado y Ondulado puede ser del
tipo simple ó múltiple (doble, triple, cuádruplo, etc. ó duplex,
triplex, cuadruplex, etc.)
SIMPLE DOBLE O DUPLEX
Un
enrollamiento
completo
Dos arrollamientos
completos e
independientes

37. El número de ramas en paralelo de un devanado de
armadura dependen del tipo de devanado y de su
multiplicidad.
• Para máquinas con
devanado
IMBRICADO
En este caso el número de escobillas depende
del número de polos (para imbricado simple)
P: # de polos ; m: multiplicidad(1,2,3,…)
• Para
máquinas con
devanado
ONDULADO
m: multiplicidad (1,2,3,…)
Siempre dos escobilla para cualquier # de polos (
para ondulado simple)
P
m
a .
=
m
a 2
=

38.  Si el paso de la bobina abarca exactamente 180º eléctricos se dice que la
bobina es de paso diametral; si abarca algo menos se dice que es de paso
fraccionado o recortado y al devanado en conjunto se le llama DEVANADO
CUERDAS
 Existe un factor de paso de bobina (P) dado por:
- Facilita el montaje.
- mejora la conmutación.
- Reduce el nivel de armónicas del voltaje
generado.
-El acortamiento del paso de bobinas no
debe ser grande.
%
100
cos
º
180
(%)
electri
trico
ÁnguloEléc
P

=
o
mecánico
geométrico
o
eléctrico
P
)
(
2
q
q =
Ventajas del devanado
de armadura con
bobinas de paso
fraccionado
(devanado de
cuerdas):

39. Campo magnético producido por la armadura
Eg
Vs 
En vacío Con carga
Reacción de armadura

40. Campo magnético producido por la armadura
(reacción del inducido):

2BlV
-2BlV
E N S
FEM con reacción
de inducido
0 2
Al circular corriente
por el inducido se va
a crear un campo que
distorsiona el campo
creado por los polos
inductores de la
máquina
Esta distorsión del
campo recibe el
nombre de reacción
de inducido
EFECTOS
PRODUCIDOS
POR LA
REACCIÓN DE
INDUCIDO
Desplazamiento del “plano o línea neutra” (plano
en el que se anula el campo
Disminución del valor global del campo de la
máquina
DESPLAZAMIENTO
LÍNEA NEUTRA

41. Debilitamiento del flujo
magnético principal en el
entrehierro de la máquina,
el cual en los generadores
reduce el voltaje de salida
o voltaje generado y en los
motores aumenta
peligrosamente la
velocidad al aumentar la
carga, llegando muchas
veces al embalamiento, ya
que a medida aumenta la
carga el flujo principal se
debilita cada vez más y
como consecuencia la
velocidad seguirá
creciendo.
La pérdida de la
uniformidad y de la
radiabilidad del flujo
magnético en el
entrehierro de la
máquina, lo que hace
que la tensión inducida
en los conductores de las
ramas en paralelo del
devanado rotórico no
sean iguales y por lo
tanto habrá una
corriente circulatoria
entre las ramas en
paralelo, aún cuando la
máquina trabaje en
vacío.
El corrimiento del eje neutro
geométrico y la posición
no fija de éste, el cual
ocasiona problemas en la
conmutación de las delgas
y bobinas produciendo
chisporroteos fuertes entre
escobillas y delgas del
conmutador, ocasionando
el deterioro de los mismos;
esto debido a que en una
máquina real DC siempre
se busca que la
conmutación se produzca
sin voltaje inducido en las
bobinas, para lo cual se
fijan las escobillas en el eje
neutro geométrico.
Inconvenientes de la reacción del inducido

42. Disminución de la reacción del inducido
1.Reducir la deformación de la curva de inducción en
el entrehierro. Mediante, por ejemplo:
Por todo lo anterior es conveniente minimizar la reacción del
inducido. Esto se logra a través de:

43. 2.-Combatir la reacción transversal mediante flujos opuestos
(arrollamientos de compensación). Se emplean arrollamientos de
compensación dispuestos en ranuras colocadas en las piezas
polares, y conectados en serie con el arrollamiento del inducido.

45. Si hacemos una representación gráfica del campo magnético en
función del ángulo:

46. A consecuencia de la reacción del inducido la línea neutra (línea que une los
conductores que no producen fem) en carga, adelanta respecto del sentido de
giro un ángulo α, tomada como referencia la línea neutra en vacío:

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

48. Modelo circuital de la máquina DC operando
como generador en régimen estable
 IL : corriente de carga
 Ia : corriente total de armadura
 Ra : resistencia del devanado de
armadura + resistencia de
escobillas + resistencia del
devanado interpolos y +
resistencia del devanado de
compensación.
 τu : Torque útil (torque en el eje)
 τ perd : Torque de pérdidas
 τ d : Torque interno o torque
desarrollado (se opone a τu)
(Contratorque)
 IF corriente de campo o excitación
(produce el Φp)
 Ve :Voltaje de excitación
 n : velocidad angular (RPM)
 Eg: Voltaje generado
Circuito del
inductor
Circuito de
la armadura
(inducido)
+Ve-
IF
excitación
n
τu
+
Vo=Eg
-
N
+
Eg
-
Ra

49. Modelo circuital de la máquina DC operando como
generador en régimen estable






=
=
60
2 n
P u
u
e

t
w
t






=
=
+
=
60
2 n
I
E
P
V
I
R
E
d
a
g
d
a
a
g

t
perdidas
d
u
a
S VI
P
t
t
t +
=
=
Contratorque
Potencia de entrada:
Potencia de salida
τpérdidas solo aparece cuando hay carga,
debido a Ia
+Ve-
IF
excitación
n
τu
+
V
-
N
+
Eg
-
Ra
Ia=IL
τd Carg
a

50. Máquina Eléctrica DC operando como
Motor
Motor elemental
B
L
Ia
a
b
c
d
Fab
Fc
d
V
a, b
c, d
Fab
Fcd
IF
N
V

51. L
B
I
F
F a
cd
ab .
.
=
=

 Por lo tanto el torque desarrollado o torque
electromagnético interno producido es:
P
a
d
P
a
d
a
ab
d
I
LR
RL
I
R
L
B
I
R
F


t


t
t
.
2
.
.
2
.
.
.
.
2
.
2






=

=
=
=

Para devanado de armadura elemental formado por una bobina de
Z lados activos y estator de P polos:
P
a
d
P
a
a
d
I
P
Z
LR
RL
P
I
Z
R
L
B
I
Z


t


t
.
.
2
.
.
2
.
.
.
.
.
.






=

=
=

52. Motor real
C
d Z t
t .
=
P
a
d
P
a
d
P
a
d
a
d
I
K
I
a
P
Z
L
R
L
R
P
a
I
Z
R
L
B
a
I
Z

t


t


t
t
.
.
.
.
2
.
.
.
.
2
.
.
.
.
.
.
=







=

=
=
Máquina Eléctrica DC operando como Motor
Torque en un solo
conductor
Cuando la máquina opera como motor aparece un
voltaje generado opuesto al voltaje de alimentación de la
armadura denominado f.c.e (Ec) o contra voltaje (en
régimen estable Ec=Eg)
Luego la
potencia
electromagn
ética interna
o potencia
desarrollada
será:
w
P d
d t
=

53. Fuerza contraelectromotriz
 La máquina de DC operando como motor en régimen estable, hace
que en el devanado de armadura aparezca un voltaje generado
opuesto al voltaje de alimentación por lo que se le llama
contravoltaje o Fuerza contraelectromotriz inducida:
Fuerza contraelectromotriz (EC) en régimen estable:
p
C
p
C
n
a
ZP
E
w
a
ZP
E







=







=
60
2  c
a
a E
R
I
V +
=
En el arranque n=0, Ec=0
a
arr
arr
arranque
a
R
V
I
I
I
I
=
=
=


54.  Ra es pequeño entonces la corriente de arranque del motor (Iarr) es
alta (de 9 a 10 veces la corriente nominal del motor)
 Se limita la corriente de arranque, para no quemar el devanado,
insertando resistencias de arranque adecuadas, que por contactores
se eliminan parcialmente hasta que el motor obtenga su velocidad
de régimen estable






=
=
=
60
2 n
P
w
P
I
E
P
d
d
d
d
a
c
d

t
t
• POTENCIA ELECTROMAGNÉTICA INTERNA O POTENCIA
DESARROLLDA
También:
útil
pérdidas
d t
t
t +
=

55. Tipos de máquinas DC
Generador o Motor
 Se clasifican dependiendo de la forma como se
alimente el devanado de excitación o de campo para
producir el campo principal de la máquina.
 1.Máquinas de excitación independiente:
 2.Máquinas autoexcitadas:
 Máquina de Shunt o en derivación
 Máquina DC Serie
 Máquina DC Compound o compuesta mixta

56. Máquina DC de excitación independiente
+Ve-
IF
excitación
n
τu
+
V
-
N
+
Eg o Ec
-
Ra
Rex
Utiliza Una fuente de voltaje
independiente para alimentar el
inductor; esto eleva el costo de la
máquina
➢Son utilizadas en los
laboratorios para
experimentar y en
sistemas de control.
➢ Los motores y
generadores de imán
permanente pertenecen a
este tipo de máquina (son
para pequeñas potencias)
➢Rex normalmente es un
reostato

57. Máquina DC Shunt o en derivación
(paralelo)
IF
excitación
n
τu
+
V
-
+
Eg o Ec
-
Ra
Rex
El inductor está conectado en paralelo
con la armadura, por lo tanto para
régimen estable es modelo circuital
será:
Rex: reóstato
para limitar la
corriente de
excitación IF

58. Acomodo Circuital
Como generador o Motor IF prácticamente constante con las
variaciones de la carga
IF
excitación
n
τu
+
V
-
+
Eg o Ec
-
Ra
Rex
Ia
IL

59. MÁQUINA ELÉCTRICA DE CORRIENTE CONTINUA
Esta máquina se adapta tanto para operar como
generador o como motor (A excepción de la
máquina DC SERIE que solo opera como motor)

60. Máquina DC Serie
IF
excitación
n
τu
+
V
-
+
Eg o Ec
-
Ra
El inductor está conectado en serie con
la armadura; esto limita la utilización
de la máquina como generador:
Generalmente se utiliza como
motor para casos especiales. No
suele ser utilizado como
generador.

61. IF= IL =Ia
excitación
n
τu
+
V
-
+
Eg o Ec
-
Ra
Debido a que : IL = IF = entonces ΦP puede ser muy variable, lo
que hace que la máquina no entregue un V de salida constante;
por lo que no se utiliza como generador.
Como motor tiene
aplicaciones puntuales
cuando se trata de mover
cargas muy pesadas, debido a
que tienen un torque de
arranque elevado
P
a
d I
K 
= ·
·
t
Acomodo Circuital

62. Máquina DC Compound o Máquina mixta
 El inductor tiene dos partes:
Una parte se conecta en serie con la armadura y la otra en
paralelo (Shunt)
Se
Sh
p 


=

Shunt (predominante)
serie
Φse
Φsh
Φp
Φsh: predominante
Φse: lo suficientemente necesario para
reforzar a Φsh

63.  Si las fuerzas magnetomotrices de las bobinas se suman,
entonces la máquina es una máquina Compound
ADITIVA o ACUMULATIVA; y se se restan es una
máquina Compound DIFERENCIAL o SUSTRACTIVA.
 La comúnmente empleada es la aditiva o acumulativa
 Así sea una máquina Compound aditiva o sustractiva, a
su vez puede ser en conexión o en derivación larga y en
conexión o derivación corta.

64. Máquina DC Compound
Modelo circuital para una
Compound en conexión larga:
exc
sh
n
τu
+
V
-
+
Eg o Ec
-
Ra
Rd
exc
se

65. Máquina DC Compound
Modelo circuital para una
Compound en conexión corta:
exc
sh
n
τu
+
V
-
+
Eg o Ec
-
Ra
Rd
exc
se

66. Curva de magnetización o curva característica
interna de la máquina DC
 Relaciona el acoplamiento magnético entre el
estator y el rotor para su operación en vacío.
 Se determina experimentalmente en el laboratorio
haciendo operar a la máquina como generador en
vacío, girando a velocidad constante

67. +Ve-
IF
n= cte
τu
+
Vo=Eg
-
N
+
Eg
-
Ra
V
IF 0 IF1 IF2 IF3 …
Eg Er Eg1 Eg2 Eg3 …
“n” se mantiene constante
Si la máquina se
satura la corriente se
eleva
No tiene flujo
remanente
necesariamente.
Debido a la presencia
del entrehierro existe
un tramo lineal
denominado “Línea
del entrehierro” y un
tramo curvo
producido por la
progresiva saturación
del material.

68. Linea del
entrehierro
Curva de
magnetización
de la máquina
Tensión o
voltaje
remanente de
valor pequeño(de
2% a 3% de VN)
Er = tensión o voltaje remanente de valor
pequeño (de 2% a 3 % de VN)
KH
I
Hl
I
H
B
K
K
Kn
E
e
e
P
P
g
=
→
=
=

=

=
·
'
'
' Relacionan el
grado de
acoplamiento

69. Para Una máquina DC se pueden trazar varias curvas de magnetización:
(manteniendo el mismo Ie)
Curva dato
'
'
1
1
n
K
E
n
K
E
p
g
p
g

=

=
n
n
E
E
g
g '
'
1
1
=






=
n
n
E
E g
g
'
1
'
1
Dividiendo

70. Auto excitación del Generador Shunt
IF
n= cte
τu
+
Vo=Eg
-
+
Eg
-
Ra
Re o
RF
Vo =Eg en vacío
El flujo remanente es necesario
para la autoinducción

71. Para la auto excitación se debe tener en cuenta:
Rf(alta)
Rf(mediana)
Rf(baja)
Punto de
operación normal
en vacío (IF,P,Eg
normales de
operación)
La línea de resistencia del circuito
inductor
La curva de magnetización del
generador
Er
If1
Eg1
Eg2
Eg3
If2 If3 IF
Eg

72. Curvas Características externas de los
generadores DC.
Regulación de Tensión
La regulación de tensión será:
Se debe: ILRa + efecto de R.A.
comportamiento
aprox. lineal
Se determina
experimentalmente en el
laboratorio y permiten
visualizar la variación del
voltaje de salida con las
variaciones de la carga:
100
% 0
x
V
V
V
r
N
N
−
=

73. Curvas características de salida de los
generadores DC: regulación de tensión
Generador de excitación independiente:
a
a
g
a
a
g
R
I
E
V
V
R
I
E
−
=

+
=
Se determina experimentalmente en el laboratorio y permiten
visualizar la variación del voltaje de salida con las variaciones
de la corriente de carga:
+Ve-
IF
excitación
n=cte
τu
+
V
-
N
+
Eg
-
Ra
Rex
A
V RL
Ia= IL

74. Aproximadamente
lineal
Debido a caída de tensión en Ra
y efecto de Reacción de
Armadura
La regulación de tensión del
generador será:
100
% 0
x
V
V
V
r
N
N
−
=


75. FT
F
L
F
a
a
a
g
a
a
g
R
V
I
I
I
I
R
I
E
V
V
R
I
E
=

+
=
−
=

+
=
Generador Shunt:
IL
IF
excitación
n
τu
+
V
-
+
Eg
-
Ra
Rex
Ia
A
V
IL

76. Debido a caída de tensión en Ra
+ efecto de R.A + pequeños
debilitamientos de IF (fP)
La regulación de tensión del
generador será:
100
% 0
x
V
V
V
r
N
N
−
=

Aproximadamente
lineal
Tanto el generador Shunt como el de excitación
independiente presentan baja regulación, por ello se les
considera buenos generadores de “Voltaje constante”

77. a
L
g
a
F
g
R
I
E
V
ó
R
I
E
V
−
=
−
= ;
Generador Serie:
IF= IL =Ia
excitación
n
τu
+
V
-
+
Eg
-
Ra
A
V

78. Eg
(?R)+R.A
VL
Zona Saturada
Zona Lineal o no
saturada
Øp=KIe
En la Zona de Alta
saturación el
generador actúa
como fuente de
corriente
Debido a que V varía mucho al variar IL, no se
utiliza la máquina DC serie como generador

79. ( ) ( ) ( )














 SE
Sh
polo m
m
f
m
m
f
m
m
f .
.
.
.
.
. +
=
Dependiendo de la contribución de ΦSE para reforzar a
ΦSH, este generador puede operar de 4 formas:
1. Hipercompound o Sobrecompound
2. Compound plano o compound
normal
3. Hipocompound o subcompound
4. Como Shunt
Generador Compound aditivo:
SE
SH
P 

 +
=

80. Hipercompound
(r% - )
Compound plano
(r% 0 )
Hipocompound
(r% + )
Compound con shunt
Para valores
menores a IN:
Compound
como Shunt
Hipercompound
:
Compuond
plano:
Hipocompuond:
)
(
% −
=

 r
I
I N
L
0
%
0 =

= r
V
VN
)
(
%
0 −
=

 r
V
VN
)
(
%
0 +
=

 r
V
VN

81. Curvas características de salida de los
motores DC: Regulación de velocidad
• Permite observar “n” Vs. “tu”
Se determina experimentalmente y
nos muestran el comportamiento de
la velocidad del motor con las
variaciones de la carga mecánica
aplicada al eje.
La regulación de la velocidad
será:
100
% 0
x
n
n
n
r
N
N
−
=

( r% suele ser < 6%)
Aproximadamente lineal
Donde:
no velocidad en vacío
nN velocidad a plena
carga
A los motores de excitación
independiente, shunt y
compound acumulativo, se les
denomina motores de
“velocidad constante”, por que
su regulación de velocidad es
baja.

82. Motor de excitación independiente:
+V
e-
IF
excitación
n
τu
+
V
-
N
+
Ec
-
Ra
Rex
A
Ia= IL
Motor Shunt:
IL
IF
excitación
n
τu
+
V
-
+
Ec
-
Ra
Rex
Ia
IL
Desde el punto de vista funcional ambos motores son muy similares ya que el
inducido está sometido a una tensión constante
n
Ia
n
τu
Pendiente 2 – 8%
Aumento
de Ra

83. exc
sh
n
τu
+
V
-
+
Ec
-
Ra
Rd
exc
se
Motor Compound
0
10
20
30
40
50
µ (N-m)
Ia
(Corriente de
Armadura)

84. Curva externa del motor Serie
La velocidad del motor se regula con los
requerimi9entos de carga (motor de
velocidad variable)

→

→ n
u 0
t
ts
ns
tµ
n Máxima velocidad
de seguridad
Mínimo Torque
de seguridad
a
P
d I
K ·
·
=
t
Dependen
de IF
En el (τd)arr es muy alto, por
lo que estos motores se
utilizan para mover cargas
pesadas
Estos motores deben ser
arrancados con carga
IF= IL =Ia
n
τu
+
V
-
+
Ec
-
Ra

85. p
IF
Zona lineal p=k’IF

→

= n
u 0
t a
P
u
d I
K
t
t =
 Operando en la zona
lineal: 2
'.
'
'.
F
d
u
F
P
I
K
I
K
=
=


t
t

n
Ia
En la zona de saturación se
puede admitir =Cte
En la zona de
saturación es
una recta
decreciente
IF

86. Curvas Superpuestas
Ia
Shunt
Serie
Compuond
µ (N-m)
0
10
20
30
40
50
600
700
800
900
1000
1100
1200
n (rpm)
Ia
Shunt
Compuond
Serie
0
10
20
30
40
50

87. Análisis de funcionamiento en régimen
estable de los generadores DC
Circuito Equivalente
R
arrollamiento
de armadura
No figuran las inductancias de la bobinas ya que estamos en régimen
estable de corriente continua
R bobina de
campo
R
reostato
R bobina
de
campo
serie
R arrollamiento
de compensación
R
interpolos
+
Eg
-
IF
Ia
+
V
-
+ Ve
-

88. Ecuaciones del generador en régimen estable
w
·
· P
g K
E 
=
nético
electromag
torque
rotor
del
velocidad
polo
un
por
producido
flujo
donde
em
P
:
→
→
→

t
w
a
PZ
K

2
=
rotórico
nto
arrollamie
del
enparalelo
circuitos
a
rotor
del
s
conductore
de
Z
polos
de
P
donde
#
#
#
:
→
→
→
a
P
em I
K ·
·
=
t
F
e
e I
R
V =
excitación
de
devanado
el
en
e
equivalent
a
resistenci
R
donde
e
:
→

89. Ra: Resistencia devanado de Armadura +
Resistencia de escobillas +
Resistencia del devanado de interpolos
y
devanado de excitación
Torque mecánico
aplicado al eje
Torque de
pérdidas
Torque interno
o torque
desarrollado
Potencia mecánica
de entrada
Pérdidas
por fricción
Pot. Interna
o Pot. desarrollada
Del modelo circuital:
(Potencia Desarrollada)
(IL=Ia)
d
pérd
a
a
g V
R
I
E
t
t
t +
=
+
=
d
fric
perd P
P
P +
=

L
s
d
a
g
d
VI
P
I
E
P
=
=
= wt

90. Flujo de potencia de la máquina DC operando
como generador
w
t .
u
e
P =
d
P
L
s I
V
P .
=
Pérdidas
Mecánicas
Pfe
Pérdidas
Eléctricas por
efecto Joule en
devanados
Pérdidas por
caída de tensión
en escobillas
Potencia en el
entrehierro o
potencia
interna
desarrollada
DC
a
caida V
I
P 
= .
Pérdidas por:
Fricción en
cojinetes, fricción
entre escobillas y
colector y
pérdidas
aerodinámicas
Pérdidas
Rotacionales (PR)
que se les considera
como pérdidas fijas
PérdidasVariables
Caída de tensión

91. Eficiencia
w
t .
u
e
P =
R
P w
td
a
C
d I
E
P =
=
léctricas
érdidas E
P
L
s I
V
P .
=
w
t
L
e
s I
V
P
P
n
.
=
=

92. Análisis del funcionamiento de los motores
DC en régimen estable
Circuito Equivalente
R bobina de
campo
R
reostato
R bobina
de
campo
serie
R arrollamiento
de compensación
R
interpolos
+
Ec
-
IF
Ia
+
V
-
+ Ve
-
El circuito equivalente esidéntico al del generador, con la
diferencia de que la corriente de armadura ha invertido su
dirección. De esta manera la máquina absorbe energía y
se comporta como motor

93. Ecuaciones del motor en régimen estable
w
·
· P
c K
E 
=
nético
electromag
torque
rotor
del
velocidad
polo
un
por
producido
flujo
donde
em
P
:
→
→
→

t
w
a
PZ
K

2
=
rotórico
nto
arrollamie
del
enparalelo
circuitos
a
rotor
del
s
conductore
de
Z
polos
de
P
donde
#
#
#
:
→
→
→
a
P
em I
K ·
·
=
t
F
e
e I
R
V =
excitación
de
devanado
el
en
e
equivalent
a
resistenci
R
donde
e
:
→
P
a
a
K
I
R
V

−
=
·
w
inducido
el
en
total
e
equivalent
a
resistenci
R
donde
a
:
→

94. En el arranque del motor: EC=0
(pequeño)
=> Iarr es alta (2 a 10 veces la IN)
Para el arranque se deben introducir resistencias
de arranque(Rarr), que se eliminaran
progresivamente hasta que el motor, obtenga la
ecuación normal de operación(“ω” o “n” estable)
C
a
a E
R
I
V +
=
a
arr
a
R
V
I
I =
=


95. También se cumple (en régimen estable)
Pot. Mecánica
desarrollada
Torque mecánico o torque en el eje
o de salida
Pot. Eléctrica
desarrollada
w
td
a
C
d I
E
P =
=

t
t
t +
= pérdidas
d

96. Flujo de Potencia
w
t .
u
s
P =
d
P
L
e I
V
P .
=
Pérdidas
Mecánicas
Pfe
Pérdidas
Eléctricas por
efecto Joule en
devanados
Pérdidas por
caída de
tensión en
escobillas
Potencia en el
entrehierro o
potencia interna
desarrollada
DC
a
caida V
I
P 
= .
Pérdidas Rotacionales
(PR) que se les
considera como
pérdidas fijas
Pérdidas Variables

97. Eficiencia
L
E I
V
P .
=
léctricas
érdidas E
P w
td
a
C
d I
E
P =
=
R
P w
t .
u
S
P =
L
e
s
VI
P
P
n
w
t
=
=