Generador

Escuela Politécnica Nacional. Carrillo. Máquina de corriente continua como generador.
Laboratorio de conversión electromecánica de energía.
1

Resumen.- Los generadores de corriente
continua son máquinas eléctricas rotatorias a las
que se les ha insertado energía mecánica, que a
través de un proceso de excitación a boninas de
campo para la creación de campo magnético, al
girar espiras ubcadas en los devanados de
armadura mediante la energía mecánica antes
mencionada, estas podrán serán afectadas por el
fenómeno de la ley de Faraday, induciéndose un
voltaje en estas espiras, dependiente de la
velocidad de la máquina y del flujo que se haya
inducido en las espiras rotatorias.
Índice de Términos.- Conexión shunt, devanado de
armadura, campo, velocidad de giro.
I. INTRODUCCIÓN
El generador DC funciona bajo el principio de la
ley de Faraday, la cual dice que el voltaje inducido
en una espira es igual a la variación del flujo
magnético que circule por la misma respecto al
tiempo.
𝐸 = −𝑁
𝑑Φ
dt
(1)
El campo inductor de un generador se puede
obtener mediante un imán permanente (magneto) o
por medio de un electroimán (dinamo). En este
último caso, el electroimán se excita por una
corriente independiente o por autoexcitación, es
decir, la propia corriente producida en la dinamo
sirve para crear el campo magnético en las bobinas
del inductor. Existen tres tipos de dinamo según sea
la forma en que estén acoplados el inductor y el
inducido: en serie, en derivación y en combinación.
Este campo será constante, pero la bobina al estar
girando verá un campo variante respecto al tiempo,
por lo cual dará paso a un voltaje inducido.
Los motores y los generadores de corriente
continua están constituidos esencialmente por los
mismos elementos como se puede apreciar en la
figura 1, diferenciándose únicamente en la forma de
utilización. Por reversibilidad entre el motor y el
generador se entiende que si se hace girar al rotor, se
produce en el devanado inducido una fuerza
electromotriz capaz de transformarse en energía en el
circuito de carga.
Fig. 1 Partes constitutivas de una maquina DC
Las escobillas fijas de metal o de carbón se
mantenían en contacto con el conmutador, que al
girar conectaba eléctricamente la bobina a los cables
externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla
estaba en contacto de forma alternativa con las
mitades del conmutador, cambiando la posición en el
momento en el que la corriente invertía su sentido
Carrillo Terán Omar Sebastián
omar.carrillo@epn.edu.ec
Escuela Politécnica Nacional
Quito, Ecuador
Subgrupo A
Máquina de corriente continua generador
Gr.3

2
dentro de la bobina de la armadura. Así se producía
un flujo de corriente de un sentido en el circuito
exterior al que el generador estaba conectado.
En la práctica de laboratorio se armó 2 tipos de
motores, con excitación independiente y auto
excitados, cuyos equivalentes eléctricos se muestran
en las figuras 2 y 3 respectivamente.
Fig. 2 Esquema eléctrico de un generador DC con
excitación independiente.
En este tipo de generadores, el responsable de
generar el campo es una fuente DC externa, gracias
a la cual se podrá generar el voltaje inducido.
Fig. 3 Esquema eléctrico de un generador DC auto
excitado.
Como se puede apreciar en la figura 3, se puede
apreciar una fuerza contra electro motriz en lugar de
una fuerza electro motriz en el esquema, esto se debe
a que el circuito pertenece a un motor, pero en
realidad es el mismo para un generador.
El responsable de generar voltaje inducido y
campo a la vez es la rotación de la armadura, pues
esta genera el campo y a su vez alimenta a la carga.
Esto es posible solamente si la maquina ha sido
previamente excitada con una batería para lograr
obtener un magnetismo remanente que dé lugar a
todo lo antes mencionado.
II. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
El instructor procedió a realizar una breve
explicación la teoría y el principio de funcionamiento
de los motores eléctricos DC para luego hacer énfasis
en los antes mencionados con conexión con
excitación independiente y conexión shunt.
Se tocó brevemente temas importantes como la
inducción de voltaje a través de un campo constante,
así como los esquemas eléctricos de las conexiones a
realizarse en la práctica de laboratorio.
III. DISCUSIÓN
A. Tabular de manera adecuada todas las
mediciones obtenidas durante la práctica.
TABLA 1
PARÁMETROS DE LA MAQUINA USADA COMO
MOTOR
Resistencia de
armadura
0.8Ω
Resistencia de campo 148.2Ω
TABLA 2
PARAMETROS DE LA MAQUINA USADA COMO
GENRADOR
Resistencia de campo 178.3 Ω
Resistencia de
armadura
0.4 Ω

3
TABLA 3
GENERADOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE
VALORES DE CORRIENTE DE CAMPO PARA UNA
DETERMINADA FUERZA ELECTRO MOTRIZ
(VOLTAJE ASCENDENTE)
Corriente de campo (A) Fuerza electro motriz
(V)
0 7.9
0.12 56
0.18 60
0.2 69.6
0.22 79.6
0.32 90
0.42 99.6
0.56 109.8
0.62 113.8
TABLA 4
(VOLTAJE DESCENDENTE)
(V)
0.56 110.3
0.4 100.4
0.3 90.5
0.22 80.7
0.18 70.5
0.14 62.4
TABLA 5
CURVA DE CARGA (W=1800RPM)
IL(A) VL (V)
0 110
4.4 108.6
8.3 100.4
12.2 97.2
15.4 91.3
TABLA 6
GENERADOR CON AUTOEXITADO
(VOLTAJE ASCENDENTE)
(V)
0 7.5
0.02 10.5
0.06 20.8
0.12 45.9
0.16 61.7
0.26 82.5
0.42 100.6
0.64 115.9
TABLA 7
GENERADOR CON AUTOEXITADO
(VOLTAJE DESCENDENTE)
(V)
0.36 95.5
0.24 82.9
0.06 31.8
0.04 18.9
TABLA 8
CURVA DE CARGA (W=1800RPM)
IL(A) VL (V)
0 110.2
4.4 105.7
8.3 99.4
11.9 91
13.7 81.1
B. Graficar la curva de saturación tanto de
subida como de bajada (en un mismo
gráfico). Explicar de manera clara y técnica
la forma, características, niveles alcanzados
de la curva dibujada.

4
Fig.4 Curva de saturación del generador con excitación
independiente a 1800 rpm.
Como se puede apreciar, aunque en la gráfica no se
logra alcanzar a visualizar debido a la falta de datos,
el voltaje generado máximo bordea los 120V, al igual
que es evidente que las gráficas de subida como de
bajada de saturación del generador no son las
mismas. Esto se debe a que en la subida el material
del núcleo de las bobinas se magnetiza de cierta
forma, mientras que cuando el voltaje disminuye este
de cierta forma se desmagnetiza, no necesariamente
al nivel que se encontraba cuando se empezó a
magnetizarlo, es por esto que las curvas de subida y
de bajada no coinciden.
C. Determinar gráficamente el valor de la
resistencia crítica del generador.
Como se puede apreciar en la figura 2 del generador,
en la región lineal de la curva se puede definir una
resistencia crítica, la cual representará la mayor
resistencia que se pueda colocar en el campo para
que pueda existir voltaje inducido. Debido a que esta
es la relación entre voltaje y corriente se puede
definir como la pendiente de la curva en cierto punto:
Tomando el punto de (0.12 , 56) y (0 , 7.9) se
encuentra la resistencia crítica cuyo valor es:
𝑅𝑓𝑐 =
56 − 7.9
0.12
= 401Ω
D. Analizar y explicar los resultados obtenidos
en lo que respecta al voltaje generado, de
acuerdo a los sentidos de giro del campo
magnético y generador.
De acuerdo con la teoría tanto como la polaridad y la
magnitud del voltaje generado es directamente
proporcional al sentido de giro del motor y a la
velocidad del mismo respectivamente.
Al bajar al voltaje se puede apreciar en la figura 2
que la curva de magnetización no es la misma, esto
se debe a que el voltaje remanente cambia,
ligeramente pero cambia dependiendo de la
excitación en el núcleo de los devanados y por ende
eso se refleja en las gráficas y tablas obtenidas.
E. Consultar y explicar el proceso de
autoexcitación de un generador serie.
En esta configuración la corriente de armadura al ser
igual que la corriente de campo serie que se genera
debido a la rotación del rotor, por ende la resistencia
de los devanados serie debe ser muy baja, lo cual se
traduce en un alambre muy grueso y pocas vueltas.
Se produce un campo magnético debido al paso de la
corriente de armadura, por ende se esta
autoestimando.
Al igual que la conexión shunt antes mencionada,
para lograr arrancar el generador en esta
configuración, se hace uso del magnetismo
remanente que produce la inducción inicialmente
mientras el campo se desarrolla.
Fig.5 Esquema eléctrico de un generador serie.
F. Consultar el método que permite determinar
experimentalmente si el generador
compuesto es acumulativo o diferencial.
La determinación de polaridades relativas en cada
bobina es fundamental para saber si un generador
compuesto es acumulativo o diferencial.
Dependiendo de la manera en que la corriente ingrese
por los devanados, estos provocarán flujos

5
magnéticos en determinada dirección, estos se
sumaran o restaran dependiendo como se encuentren
las polaridades relativas de las bobinas de campo
serie y campo shunt respectivamente, esto es lo que
determina el tipo de conexión.
Otro efecto visible es la variación del voltaje
generado Ea y en base a esta variación podemos
determinar si el generador se conecta en
configuración aditiva o sustractiva, entonces se
puede definir:
Acumulativo: Cuando aumenta la corriente de
armadura aumenta también la fuerza magneto motriz
del campo serie, al sumarse los flujos de los dos
campos del generador, a su vez esto eleva Ea lo cual
provoca un aumento en el voltaje de los terminales
de la carga.
Diferencial: Inversamente, cuando aumenta la
corriente de armadura, aumenta también la fuerza
magneto motriz del campo serie, lo cual produce un
flujo que se resta del flujo del campo, reduciendo la
fuerza total neta del generador, esto reduce Ea
provocando una disminución en el voltaje de los
terminales de la carga.
G. Consultar el significado de la regulación de
voltaje para los diversos tipos de
generadores de c.c.
La regulación de voltaje está dada por:
𝑅𝑣% =
𝑉𝑛𝑙 − 𝑉𝑓𝑙
𝑉𝑓𝑙
∗ 100 (2)
Esta regulación puede variar entre valores cercanos a
cero o incrementarse de manera significativa
dependiente de ciertos factores. Una maquina
eléctrica será de mejor calidad cuando su regulación
tienda a cero.
Cuando un generador en cualquier grupo de
conexión se encuentra sin carga, el voltaje inducido
Ea sema mayor, pues en muchos de los casos como
en las realizadas en la práctica de laboratorio no
existía paso de corriente cuando la carga no estaba
conectada, lo cual da paso a que no existan perdidas
en los devanados.
Esto cambia cuando se conecta una carga pues el
circuito se cierra y empieza a circular corriente y por
ende aparecen perdidas en los devanados.
LA regulación hace referencia a que tan
significativos son en conjunto la resistencia de los
devanados y la corriente que circula por estos en
comparación al voltaje inducido Ea, y como varía
este fenómeno de inducción el estar en vacío y a
plena carga.
H. Consultar el método requerido para
determinar la caída de voltaje debido al
efecto de la reacción de armadura de un
generador.
La reacción de armadura es la deformación del
campo magnético producido por el estator debido a
la conexión de una carga. Para poder cuantificar esta
deformación en función del voltaje, debemos
determinar la fuerza necesaria para vencer la inercia
eléctrica del rotor. Como la fuerza magneto motriz
depende del flujo y este a su vez de la corriente, lo
que se realiza es excitar a la máquina con un voltaje
variable, e ir aumentándolo hasta lograr obtener un
pequeño movimiento en el rotor. El valor de voltaje
obtenido será el equivalente a la caída de tensión
debido a la reacción de armadura.
I. Consultar y describir un método práctico
para determinar la eficiencia de un
generador.
Para poder encontrar la eficiencia de un motor es
necesario conocer la potencia de este determinar sus
pérdidas.
Existen 2 tipos de perdidas:
Perdidas eléctricas: Debido a las resistencias
internas de los devanados.
Perdidas mecánicas: Principalmente pérdidas
rotacionales y por el rozamiento de las escobillas.
La eficiencia es exclusiva de cada máquina y sus
características de construcción.
J. Consultar al menos 3 aplicaciones prácticas
para la máquina de corriente continua.

6
 Trenes de laminación reversibles. Los
motores deben de soportar una alta carga.
Normalmente se utilizan varios motores que
se acoplan en grupos de dos o tres.
 Cizallas en trenes de laminación en caliente.
Se utilizan motores en derivación.
 Trenes Konti. Son trenes de laminación en
caliente con varios bastidores. En cada uno se
va reduciendo más la sección y la velocidad
es cada vez mayor.
K. En un generador de cc que alimenta a una
industria, ¿qué tipo de conexión elegiría
usted: evitación independiente o auto
excitado? Justifique su respuesta.
Conexión shunt o auto excitada, debido a que en una
industria es importante reducir los costos
económicos y una fuente de voltaje para generar
campo magnético representa un gasto extra.
IV. CONCLUSIONES
El magnetismo remanente es el responsable de que la
una máquina DC configurada como generador pueda
arrancar si está conectada en derivación.
La curva de saturación de una maquina DC varía
dependiendo de la velocidad de giro de la misma y
en las condiciones en las que se tome datos para
elaborar la tabla de valores, pues el magnetismo
remanente cambiará dependiendo de las condiciones
de excitación y por ende también lo hará el voltaje
remanente.
La resistencia crítica es el valor de resistencia de
campo mínimo que hace que pueda inducirse voltaje
en las espiras de la armadura. Debido a esto es
importante escoger adecuadamente el valor de la
resistencia de campo externa para el arranque de
generadores DC.
V. REFERENCIAS
[1] Cátedra de conversión electromecánica de energía,
Franklin Quilumba.
[2] Fitzgerald, A. E. Fitzgerald, C. Kingsley, and S. Umans,
Electric Machinery. McGraw-Hill, 2003.
[3] http://www.webscolar.com/generadores-de-corriente-
continua
[4] http://www.monografias.com/trabajos82/maquina-
corriente-continua-como-motor/maquina-corriente-
continua-como-motor2.shtml
Autor
Omar Sebastián Carrillo Terán, Estudiante de Ingeniería
Eléctrica, Escuela Politécnica Nacional.

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