ggdfhfdhdf

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

2. 5.1. La conversión5.1. La conversión
electromecánica Ielectromecánica I
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
+ GENERADOGENERADO
RR
ELEMENTALELEMENTAL

3. 5.1. La conversión5.1. La conversión
electromecánica IIelectromecánica II
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
MOTORMOTOR
ELEMENTAELEMENTALL

4. 5.2. El principio de5.2. El principio de
reversibilidadreversibilidad
Todas las máquinasTodas las máquinas
eléctricas rotativaseléctricas rotativas
son reversiblesson reversibles
Pueden funcionarPueden funcionar
como motor o comocomo motor o como
generadorgenerador
MotorMotor
Conversión de EnergíaConversión de Energía
Eléctrica en Energía MecánicaEléctrica en Energía Mecánica
GeneradorGenerador Conversión de Energía MecánicaConversión de Energía Mecánica
en Energía Eléctricaen Energía Eléctrica

5. 5.3. Balance energético de5.3. Balance energético de
una máquina rotativauna máquina rotativa
PérdidasPérdidas
rotacionalerotacionale
ss
PérdidasPérdidas
en el cobreen el cobre
del rotordel rotor
PérdidaPérdida
s en els en el
hierrohierro
PérdidasPérdidas
en elen el
cobre delcobre del
estatorestator
PotenciaPotencia
eléctricaeléctrica
consumidaconsumida
(P(Pee ))
ESTATORESTATOR ROTORROTOR
PotenciaPotencia
mecánicamecánica
útil delútil del
motormotor
(P(Puu ))
e
u
P
P
=η
%90≅η

6. Tema VI: La máquina de
corriente continua

7. La máquina de CC consta de dos devanados alimentados conLa máquina de CC consta de dos devanados alimentados con
CC: uno llamadoCC: uno llamado inductorinductor que está en el estator de laque está en el estator de la
máquina y otro llamadomáquina y otro llamado inducidoinducido que está en el rotor.que está en el rotor.
En el caso de funcionamiento como motor ambos devanadosEn el caso de funcionamiento como motor ambos devanados
están alimentados con CC. En el caso de funcionamientoestán alimentados con CC. En el caso de funcionamiento
como generador se alimenta con CC el inducido y se obtienecomo generador se alimenta con CC el inducido y se obtiene
la FEM por el inductor (también continua).la FEM por el inductor (también continua).
Su funcionamiento se basa en la existencia de un mecanismoSu funcionamiento se basa en la existencia de un mecanismo
llamadollamado colectorcolector que convierte las magnitudes variablesque convierte las magnitudes variables
gene-radas o aplicadas a la máquina en magnitudesgene-radas o aplicadas a la máquina en magnitudes
constantes.constantes.
Se utilizan en tracción eléctrica (tranvías, trenes etc.) y enSe utilizan en tracción eléctrica (tranvías, trenes etc.) y en
accio-namientos donde se precisa un control preciso de laaccio-namientos donde se precisa un control preciso de la
velocidad.velocidad.
6.1. La máquina de CC:6.1. La máquina de CC:
generalidadesgeneralidades

8. 1. Culata
2. Núcleo polar
3.3. Expansión polar
4. Núcleo del polo auxiliar
o de conmutación
5. Expansión del polo
auxiliar o de
conmutación
6.6. Núcleo del inducido
7. Arrollamiento de
inducido
8. Arrollamiento de
excitación
9. Arrollamiento de
conmutación
10. Colector
6.2. Despiece de una6.2. Despiece de una
máquina de CCmáquina de CC
11
22 33
44
66
77
55
88
99
1010
1111
1212
©© M. F. Cabanas:M. F. Cabanas:
Técnicas para elTécnicas para el
mantenimiento ymantenimiento y
diagnóstico dediagnóstico de
máquinas eléctricasmáquinas eléctricas
rotativasrotativas

9. Motores de CCMotores de CC
Motor de CC de 6000 kW fabricado por ABBMotor de CC de 6000 kW fabricado por ABB
Pequeños motores dePequeños motores de
CC e imanesCC e imanes
permanentespermanentes
Motor de CC paraMotor de CC para
aplicaciones deaplicaciones de
robóticarobótica
Catálogos comercialesCatálogos comerciales
Fotografía realizada en los talleres de ABB Service GijónFotografía realizada en los talleres de ABB Service Gijón
Catálogos comercialesCatálogos comerciales

10. N NS S
I manes permanentes o campo magnético
creado por una corriente continua
Escobillas Anillos
rozantes Instrumento de medida
Fuerza externa que
hace girar a la
espira
La FEM que se obtiene a la salida de la máquina varía en elLa FEM que se obtiene a la salida de la máquina varía en el
tiempo ya que esta máquina no dispone de colectortiempo ya que esta máquina no dispone de colector
6.3. Funcionamiento6.3. Funcionamiento
como generadorcomo generador II
©© M. F. Cabanas:M. F. Cabanas:
Técnicas para elTécnicas para el
mantenimiento ymantenimiento y
diagnóstico dediagnóstico de
máquinas eléctricasmáquinas eléctricas
rotativasrotativas

11. EE
ddαα
ar eadBd ⋅=φ






−⋅⋅−=−=
dt
d
rlB
dt
d
E
αφ
2
VlBE ⋅⋅⋅= 2
Si la espira gira conSi la espira gira con
velo-cidad angularvelo-cidad angular
ωω=d=dαα/dt mientras se/dt mientras se
mueva en la zona delmueva en la zona del
flujo se inducirá en ellaflujo se inducirá en ella
FEM:FEM:
Si la espira gira conSi la espira gira con
velo-cidad angularvelo-cidad angular
ωω=d=dαα/dt mientras se/dt mientras se
mueva en la zona delmueva en la zona del
flujo se inducirá en ellaflujo se inducirá en ella
FEM:FEM:
6.3. Funcionamiento6.3. Funcionamiento
como generadorcomo generador IIII
ω⋅= RV©© L. Serrano:L. Serrano:
Fundamentos deFundamentos de
máquinas eléctricasmáquinas eléctricas
rotativasrotativas

12. Con la máquinaCon la máquina
girando a una ciertagirando a una cierta
velocidad V, la femvelocidad V, la fem
que se induce esque se induce es
alterna: cambia dealterna: cambia de
signo cada vez que sesigno cada vez que se
pasa por debajo depasa por debajo de
cada polo.cada polo.
0 π 2π
2BlV
-2BlV
E N S
Polos inductores
de la máquina
El colector es unEl colector es un
dispositivo que inviertedispositivo que invierte
el sentido de la FEMel sentido de la FEM
para obtener unapara obtener una
tensión continua ytensión continua y
positivapositiva
0 π 2π
2BlV
E N S
Colector elemental (2 delgas)Colector elemental (2 delgas)
0 π 2π
2BlV
E N S
Colector real (muchas delgas)Colector real (muchas delgas)
VlBE ⋅⋅⋅= 2

13. 6.4. El colector6.4. El colector
0+- + +- +
12
1
2
21
Sentido de rotación
de la espira
Colector de dos
delgas
Instante Inicial Conmutación Inversión de la polaridad
EscobillasEscobillas
ColectorColector
realreal
ColectorColector
©© M. F.M. F.
Cabanas:Cabanas:
Técnicas para elTécnicas para el
mantenimiento ymantenimiento y
diagnóstico dediagnóstico de
máquinasmáquinas
eléctricaseléctricas
rotativasrotativas
CatálogosCatálogos
comercialescomerciales
©© M. F.M. F.
Cabanas:Cabanas:
Técnicas para elTécnicas para el
mantenimiento ymantenimiento y
diagnóstico dediagnóstico de
máquinasmáquinas
eléctricaseléctricas
rotativasrotativas

14. ϕ⋅
⋅
= n
a
pN
E
60
4 ϕ⋅⋅= nKE
6.5. FEM inducida en6.5. FEM inducida en
un máquina de CCun máquina de CC
ApB ⋅=ϕ
ApAp=área del=área del
polopolo
p
lr
p
lr
ºN
A
Ap
polos
Rotor ⋅⋅π
=
⋅⋅π
=≅
2
2
lr
P
B
⋅⋅π
⋅ϕ=
{rnrV ⋅
π
⋅=⋅ω=
60
2 nn=Velocidad en RPM=Velocidad en RPM
r= radior= radio
FEM EN UNA ESPIRAFEM EN UNA ESPIRA VlBE ⋅⋅⋅= 2
FEM DE INDUCIDA PORFEM DE INDUCIDA POR
EL DEVANADOEL DEVANADO
COMPLETO DE LACOMPLETO DE LA
MÁQUINAMÁQUINA
NN=nº total de=nº total de
espirasespiras aa=nº de=nº de
circuitos en paralelocircuitos en paralelo{a
VBl
NE
2
⋅=
r
P
a
V
NE
⋅
⋅
⋅⋅=
π
ϕ2

15. 6.6. Par interno de6.6. Par interno de
una máquina de CCuna máquina de CC
I
a
NP
TTOTA L ⋅ϕ⋅
⋅π
⋅
=
2
aa=nº de circuitos en paralelo=nº de circuitos en paralelo
II=Corriente rotor (inducido)=Corriente rotor (inducido)
PAR CREADO POR ELPAR CREADO POR EL
DEVANADODEVANADO
COMPLETO DE LACOMPLETO DE LA
MÁQUINAMÁQUINA
a
I
rlBNTTOTA L ⋅⋅⋅⋅= 2
NN=nº total de=nº total de
espirasespiras
lr
P
B
⋅⋅π
⋅ϕ=
PAR CREADO POR UNA ESPIRAPAR CREADO POR UNA ESPIRA
a
I
rlBIrlBT espir aespir a ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= 22
IKTTOTA L ⋅ϕ⋅=
II= Corriente de inducido= Corriente de inducido

16. El campo magnético de la máquina de CC puedeEl campo magnético de la máquina de CC puede
generarse mediante imanes permanentes, o con bobinasgenerarse mediante imanes permanentes, o con bobinas
alimentadas con CC (caso habitual):alimentadas con CC (caso habitual):
Según la forma de alimentación de las bobinas se tienen 2Según la forma de alimentación de las bobinas se tienen 2
tipos de excitación:tipos de excitación:
 Excitación independiente:Excitación independiente: la corriente que alimenta alla corriente que alimenta al
deva-nado inductor es ajena a la propia máquina, procededeva-nado inductor es ajena a la propia máquina, procede
de una fuente independiente externa.de una fuente independiente externa.
 Autoexcitación:Autoexcitación: la corriente de excitación en este casola corriente de excitación en este caso
pro-cede de la propia máquina. Según la forma de obtenerpro-cede de la propia máquina. Según la forma de obtener
esta corriente existen 3 tipos diferentes de máquina deesta corriente existen 3 tipos diferentes de máquina de
CC:CC:
Excitación SerieExcitación Serie : devanado inductor en serie con el inducido: devanado inductor en serie con el inducido
Excitación derivaciónExcitación derivación : devanado inductor conectado directa-: devanado inductor conectado directa-
mente a las escobillas, por tanto, en paralelo con el inducido.mente a las escobillas, por tanto, en paralelo con el inducido.
Excitación compuesta o mixtaExcitación compuesta o mixta : una bobina en serie y la otra: una bobina en serie y la otra
en paralelo.en paralelo.
6.7. Formas de excitación6.7. Formas de excitación
II

17. 6.8. La reacción de inducido6.8. La reacción de inducido
II
π
2BlV
-2BlV
E N S
FEM con reacción
de inducido
0 2π
Al circular corrienteAl circular corriente
por el inducido se vapor el inducido se va
a crear un campoa crear un campo
que distorsiona elque distorsiona el
campo creado porcampo creado por
los polos inductoreslos polos inductores
de la máquinade la máquina
Esta distorsión delEsta distorsión del
campo recibe elcampo recibe el
nombre de reacciónnombre de reacción
de inducidode inducido
EFECTOSEFECTOS
PRODUCIDOPRODUCIDO
S POR LAS POR LA
REACCIÓNREACCIÓN
DEDE
INDUCIDOINDUCIDO
Desplazamiento de la “Desplazamiento de la “ plano o línea neutra”plano o línea neutra”
(plano en el que se anula el campo(plano en el que se anula el campo
Disminución del valor global del campo de laDisminución del valor global del campo de la
máquinamáquina
DESPLAZAMIENTDESPLAZAMIENT
O LÍNEA NEUTRAO LÍNEA NEUTRA

18. ©© Mulukutla S.Mulukutla S.
Sarma: ElectricSarma: Electric
machinesmachines
REDUCCIÓN PAR YREDUCCIÓN PAR Y
AUMENTO VELOCIDADAUMENTO VELOCIDAD
6.8. La reacción de inducido6.8. La reacción de inducido
IIIIDesplazamientDesplazamient
o de la “o de la “planoplano
o línea neutra”o línea neutra”
POLOS DEPOLOS DE
CONMUTACIÓNCONMUTACIÓN
LOS POLOS DE CONMUTACIÓNLOS POLOS DE CONMUTACIÓN
COMPENSAN LOCALMENTE LACOMPENSAN LOCALMENTE LA
REACCIÓN DE INDUCIDO ELIMINANDO LAREACCIÓN DE INDUCIDO ELIMINANDO LA
DISTORSIÓN DEL CAMPODISTORSIÓN DEL CAMPO
Disminución delDisminución del
valor global delvalor global del
campo de lacampo de la
máquinamáquina
PROBLEMASPROBLEMAS
DURANTE LADURANTE LA
CONMUTACIÓNCONMUTACIÓN

19. 6.9. La máquina de CC como6.9. La máquina de CC como
generador Igenerador I
Generador con excitaciónGenerador con excitación
independienteindependiente
Ri
LexUex
E Ui
I nducidoI nductor
FEM
I nducida
IexRex
Se hace girar el inducido y seSe hace girar el inducido y se
alimenta el inductor. La tensiónalimenta el inductor. La tensión
de excitación controla la FEMde excitación controla la FEM EE
y, por tanto, la tensión de saliday, por tanto, la tensión de salida
UUii
La tensión de salida creceLa tensión de salida crece
proporcionalmente con laproporcionalmente con la
velocidad de girovelocidad de giro nn
La relación entre la corriente de excitación y la FEM inducidaLa relación entre la corriente de excitación y la FEM inducida
no es lineal: existe saturaciónno es lineal: existe saturación
ϕ⋅
⋅
= n
a
pN
E
60
4 ϕ⋅⋅= nKE

20. IIRR II11
[ ]iex RRIE +⋅=
IIexex
EE Curva de magnetizaciónCurva de magnetización
El generador “arranca” gracias al magnetismoEl generador “arranca” gracias al magnetismo
remanente siguiendo un proceso deremanente siguiendo un proceso de
AUTOEXCITACIÓNAUTOEXCITACIÓN
6.9. La máquina de CC como6.9. La máquina de CC como
generador IIgenerador II
Ri
Lex
UexE Ui
I nducido I nductor
Rex
I
Generador con excitaciónGenerador con excitación
derivaciónderivación
En la generador en derivación laEn la generador en derivación la
propia tensión de salida del generadorpropia tensión de salida del generador
se utiliza para producir la excitaciónse utiliza para producir la excitación
UUex=ex= UUii
EE
RR
Pto. dePto. de
equilibrioequilibrio
MagnetismoMagnetismo
remanenteremanente
ϕϕ
RR
EE
RR
EE11
EE22
iex
R
R
RR
E
I
+
=
EE11II11EE
22
Se repite hasta elSe repite hasta el
pto. de equilibriopto. de equilibrio