Este documento describe los fundamentos de las máquinas de corriente continua, incluyendo cuatro ecuaciones básicas, la fuerza sobre un conductor en un campo magnético, el voltaje inducido cuando un conductor se mueve en un campo magnético, la ley de Kirchhoff de los voltajes aplicada a las máquinas, y la ley de Newton aplicada a las barras. También explica el arranque, funcionamiento y reacción del inducido de las máquinas lineales de corriente continua.

1. FUNDAMENTOS DE LASFUNDAMENTOS DE LAS
MAQUINAS DEMAQUINAS DE
CORRIENTE CONTINUACORRIENTE CONTINUA

2. CUATRO ECUACIONESCUATRO ECUACIONES
BASICAS DE LASBASICAS DE LAS
MAQUINAS DEMAQUINAS DE
CORRIENTE CONTINUACORRIENTE CONTINUA

3. FUERZA SOBRE UN CONDUCTOR QUE SE ENCUENTRA EN UNFUERZA SOBRE UN CONDUCTOR QUE SE ENCUENTRA EN UN
CAMPO MAGNÈTICOCAMPO MAGNÈTICO
F = i ( l x B )
F = fuerza sobre el conductor.
i = corriente que circula por el conductor.
l = longitud del conductor
B = vector de densidad del flujo magnético

4. Voltaje inducido en un conductor que se mueve enVoltaje inducido en un conductor que se mueve en
un campo magnéticoun campo magnético
eind = ( v x B ) . l
eind = voltaje inducido en el conductor.
v = velocidad del conductor.
B = vector de densidad del flujo magnético
l = longitud del conductor en el campo magnético

5. ley de kirchhoff de los voltajes aplicada a laley de kirchhoff de los voltajes aplicada a la
máquinamáquina
VB = eind + iR
eind = voltaje inducido en el conductor.
VB = tensión aplicada
i = corriente que circula por el conductor.
R = resistencia del conductor

6. ley de newton aplicada a la barra atravesadaley de newton aplicada a la barra atravesada
sobre las rielessobre las rieles
F net = ma
Fnet = fuerza neta.
m = masa.
a = aceleración.
ley de Newton. Nos dice que la
fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es
proporcional a la aceleración que adquiere
dicho cuerpo. La unidad de fuerza en el
Sistema Internacional es el Newton y se
representa por N. Un Newton es la
fuerza que hay que ejercer sobre un
cuerpo de un kilogramo de masa para
que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o
sea,
1 N = 1 Kg · 1 m/s2

7. Arranque de la máquina linealArranque de la máquina lineal
de CCde CC
 Este voltaje, ahora reduce la corriente que circula por la barra yaEste voltaje, ahora reduce la corriente que circula por la barra ya
que de acuerdo con la ley de voltajes de kirchhoffque de acuerdo con la ley de voltajes de kirchhoff
i = VB - eind
R
Al cerrar el circuito fluye una corriente por la barra,Al cerrar el circuito fluye una corriente por la barra, como la barra està en reposo, eind=0
entonces i = VB/R.. Una corriente que circula por un conductor que se halla en un campo
magnètico produce una fuerza sobre el conductor
Find = ilB hacia la derecha
La barra se acelerarà hacia la derecha (ley de newton). Sin embargo, cuando la velocidad de la
barra empieza a aumentar, aparece un voltaje entre sus extremos
eind = vBl
con el positivo hacia arriba

8. Arranque de la máquina linealArranque de la máquina lineal
de CCde CC
 La barra continuara desplazandose a esta velocidad de vacio, a menos queLa barra continuara desplazandose a esta velocidad de vacio, a menos que
alguna fuerza exterior lo perturbealguna fuerza exterior lo perturbe
Como resultado de esta acciòn, eventualmente, la barra alcanzara una velocidad constante deComo resultado de esta acciòn, eventualmente, la barra alcanzara una velocidad constante de
estado estacionario donde la fuerza neta sobre la barra es cero. Esto ocurrirá cuandoestado estacionario donde la fuerza neta sobre la barra es cero. Esto ocurrirá cuando eind
haya alcanzado a ser igual al voltaje VB . En este momento la barra se moverá a una velocidad dada
VB = eind = vssBl
vss = VB
Bl
Vss = velocidad constante de vacio

9. La máquina lineal de CC comoLa máquina lineal de CC como
motormotor
 Por lo tanto la fuerza producida sobre el conductor tambien aumenta ( FindPor lo tanto la fuerza producida sobre el conductor tambien aumenta ( Find
= iBl ) El resultado final es que la fuerza inducida crece hasta hacerse igual= iBl ) El resultado final es que la fuerza inducida crece hasta hacerse igual
a la fuerza de la carga y por lo tanto, la barra nuevamente estarà en estadoa la fuerza de la carga y por lo tanto, la barra nuevamente estarà en estado
estacionario,estacionario, pero a una velocidad menor.pero a una velocidad menor.
 Habra entonces una potencia convertida de elèctrica en mecànica paraHabra entonces una potencia convertida de elèctrica en mecànica para
mantener la barra en movimientomantener la barra en movimiento
Al aplicar a la barra una fuerza exteriorAl aplicar a la barra una fuerza exterior FcargaFcarga resultara una fuerza neta sobre la barra enresultara una fuerza neta sobre la barra en
direccion opuesta a la direccion del movimiento ( Fneta = Fcarga = F ind ). El efecto de estedireccion opuesta a la direccion del movimiento ( Fneta = Fcarga = F ind ). El efecto de este
efecto serà frenar la barra. Tan pronto como la barra comienza a frenarse, el voltaje inducidoefecto serà frenar la barra. Tan pronto como la barra comienza a frenarse, el voltaje inducido
en ella disminuye (en ella disminuye ( eeind = vBl ). Al disminuir el voltaje inducido, la corriente que circula porind = vBl ). Al disminuir el voltaje inducido, la corriente que circula por
la barra aumentala barra aumenta
i = VB - eind
R
Pconv = eind i = Find v

10. Fuerza Electromotriz InducidaFuerza Electromotriz Inducida
 La fem inducidaLa fem inducida en un conductor rectilíneoen un conductor rectilíneo dede
longitudlongitud LL que se mueve a una velocidadque se mueve a una velocidad VV,,
cuya dirección forma un ángulocuya dirección forma un ángulo aa con lacon la
dirección del campo magnético de induccióndirección del campo magnético de inducción
uniformeuniforme B,B, en cuyo interior se mueveen cuyo interior se mueve cortandocortando
sus líneas de fuerzasus líneas de fuerza,, tiene por valor:tiene por valor:
 E = B L V sen aE = B L V sen a
 Si las tres magnitudesSi las tres magnitudes son perpendicularesson perpendiculares,,
entonces el valor de la fem es:entonces el valor de la fem es:

11. Fuerza Electromotriz InducidaFuerza Electromotriz Inducida

15. Eliminación del RizadoEliminación del Rizado
 Al aumentar el número de delgas, la femAl aumentar el número de delgas, la fem
obtenida tiene menor ondulaciónobtenida tiene menor ondulación
acercándose más a la tensión continuaacercándose más a la tensión continua
que se desea obtenerque se desea obtener

16. Eliminación del RizadoEliminación del Rizado

32. armaduraarmadura
 Una dinamo es una máquinaUna dinamo es una máquina
eléctrica que produce energíaeléctrica que produce energía
eléctrica en forma de corrienteeléctrica en forma de corriente
continua aprovechando elcontinua aprovechando el
fenómeno de inducciónfenómeno de inducción
electromagnética. Para elloelectromagnética. Para ello
está dotada de un armazón fijoestá dotada de un armazón fijo
(armadura) encargado de(armadura) encargado de
crear el campo magnético encrear el campo magnético en
cuyo interior gira un cilindrocuyo interior gira un cilindro
(inducido) donde se crearán(inducido) donde se crearán
las fuerzas electromotriceslas fuerzas electromotrices
inducidas.inducidas.
 Consta de un electroimánConsta de un electroimán
encargado de crear el campoencargado de crear el campo
magnético fijo conocido por elmagnético fijo conocido por el
nombre denombre de inductorinductor..

33.  Inducido. Es unInducido. Es un
cilindro donde secilindro donde se
enrollan bobinas deenrollan bobinas de
cobre, que se hacecobre, que se hace
girar a una ciertagirar a una cierta
velocidad cortando elvelocidad cortando el
flujo inductor y que seflujo inductor y que se
conoce comoconoce como
inducidoinducido..

34. Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento
 Haciendo girar una espira enHaciendo girar una espira en
un campo magnético seun campo magnético se
produce una f.e.m. inducida enproduce una f.e.m. inducida en
sus conductores. La tensiónsus conductores. La tensión
obtenida en el exterior a travésobtenida en el exterior a través
de un anillo colector y unade un anillo colector y una
escobilla en cada extremo deescobilla en cada extremo de
la espira tiene carácterla espira tiene carácter
senoidal.senoidal.
 Conectando los extremos de laConectando los extremos de la
espira a unos semianillosespira a unos semianillos
conductores aislados entre sí,conductores aislados entre sí,
conseguiremos que cadaconseguiremos que cada
escobilla esté siempre enescobilla esté siempre en
contacto con la parte decontacto con la parte de
inducido que presenta unainducido que presenta una
determinada polaridad.determinada polaridad.

35. colectorcolector
 El inducido suele tenerEl inducido suele tener
muchas más espiras y elmuchas más espiras y el
anillo colector estáanillo colector está
dividido en un mayordividido en un mayor
número de partes onúmero de partes o
delgasdelgas, aisladas entre sí,, aisladas entre sí,
formando lo que seformando lo que se
denomina eldenomina el colectorcolector..
 Las escobillas son deLas escobillas son de
grafito o carbón purografito o carbón puro
montado sobre porta-montado sobre porta-
escobillas que medianteescobillas que mediante
un resorte aseguran unun resorte aseguran un
buen contacto.buen contacto.

36. Al aumentar el número de
delgas, la tensión
obtenida tiene menor
ondulación acercándose
más a la tensión continua
que se desea obtener

37. Reacción de InducidoReacción de Inducido
 Cuando una máquina de c.c. funciona en vacío,Cuando una máquina de c.c. funciona en vacío,
no existe corriente en el inducido y el flujo en elno existe corriente en el inducido y el flujo en el
entrehierro esta producido únicamente por laentrehierro esta producido únicamente por la
f.e.m. del inductor. Ahora conecte una carga af.e.m. del inductor. Ahora conecte una carga a
los terminales de la máquina y una corrientelos terminales de la máquina y una corriente
fluirá en los bobinados del inducido. El flujo defluirá en los bobinados del inducido. El flujo de
corriente producirá un campo magnético propio,corriente producirá un campo magnético propio,
que distorsionará el campo magnético originalque distorsionará el campo magnético original
de los polos de la máquina. La distorsión delde los polos de la máquina. La distorsión del
flujo en una máquina en la medida en que laflujo en una máquina en la medida en que la
carga se va incrementando se denominacarga se va incrementando se denomina
REACCIÖN DE INDUCIDOREACCIÖN DE INDUCIDO

38. Polos de ConmutaciónPolos de Conmutación
 Sirven para corregir parcialmente o completamenteSirven para corregir parcialmente o completamente
los problemas de la reacción de inducidolos problemas de la reacción de inducido
 Polos de Conmutación: la idea básica de este nuevoPolos de Conmutación: la idea básica de este nuevo
enfoque es que si el voltaje de los conductores sujetos aenfoque es que si el voltaje de los conductores sujetos a
conmutación puede igualarse a cero, entonces no habríaconmutación puede igualarse a cero, entonces no habría
chisporroteo en las escobillas. Para lograr esto,chisporroteo en las escobillas. Para lograr esto,
pequeños polos, llamados polos de conmutación sepequeños polos, llamados polos de conmutación se
localizan directamente sobre los conductores que se vanlocalizan directamente sobre los conductores que se van
a conmutar. Con la provisión de un flujo por los polos dea conmutar. Con la provisión de un flujo por los polos de
conmutación, puede eliminarse totalmente el voltaje deconmutación, puede eliminarse totalmente el voltaje de
las bobinas que experimentan la conmutación. Si lalas bobinas que experimentan la conmutación. Si la
eliminación es completa entonces no habrá chisporroteoeliminación es completa entonces no habrá chisporroteo
en las escobillasen las escobillas

45. Generador de excitación independienteGenerador de excitación independiente
 La excitación independienteLa excitación independiente significa que lasignifica que la
corriente continua que alimenta el devanadocorriente continua que alimenta el devanado
inductor procede de una fuente independienteinductor procede de una fuente independiente
de la máquina, como una batería dede la máquina, como una batería de
acumuladores, un rectificador conectado a unaacumuladores, un rectificador conectado a una
red alterna, o bien un generador de corrientered alterna, o bien un generador de corriente
continua rotativo. En este último caso, si elcontinua rotativo. En este último caso, si el
generador va montado sobre el propio eje de lagenerador va montado sobre el propio eje de la
máquina, la excitación independiente semáquina, la excitación independiente se
denomina excitación propia.denomina excitación propia.

46. Generador de excitación independienteGenerador de excitación independiente

47. Generador autoexcitadoGenerador autoexcitado
 La autoexcitaciónLa autoexcitación significa que la corriente continua que excita lassignifica que la corriente continua que excita las
bobinas inductoras procede de la misma máquina generatriz. Parabobinas inductoras procede de la misma máquina generatriz. Para
obtener la autoexcitación o cebado de la máquina, es preciso queobtener la autoexcitación o cebado de la máquina, es preciso que
exista un pequeño flujo en el circuito magnético, flujo que es posibleexista un pequeño flujo en el circuito magnético, flujo que es posible
producir y mantener gracias al fenómeno de histéresis magnética.producir y mantener gracias al fenómeno de histéresis magnética.
Gracias a este flujo remanente, al hacer girar el inducido se induciráGracias a este flujo remanente, al hacer girar el inducido se inducirá
en él una pequeña f.e.m. que aplicada al circuito inductor, con laen él una pequeña f.e.m. que aplicada al circuito inductor, con la
polaridad conveniente, genera una débil corriente que refuerza elpolaridad conveniente, genera una débil corriente que refuerza el
magnetismo remanente y la f.e.m. inicial debida al flujo remanentemagnetismo remanente y la f.e.m. inicial debida al flujo remanente
se incrementará. A mayor f.e.m., corresponderá mayor corriente,se incrementará. A mayor f.e.m., corresponderá mayor corriente,
con el refuerzo consiguiente del flujo, luego se produce un nuevocon el refuerzo consiguiente del flujo, luego se produce un nuevo
aumento de la f.e.m. y así sucesivamente hasta alcanzar unaumento de la f.e.m. y así sucesivamente hasta alcanzar un
equilibrio o estabilidad de la tensión en bornes que se traducirá enequilibrio o estabilidad de la tensión en bornes que se traducirá en
una constancia de la corriente de excitación y por tanto del flujo. Auna constancia de la corriente de excitación y por tanto del flujo. A
esta estabilidad se llega por causa de otra propiedad característicaesta estabilidad se llega por causa de otra propiedad característica
de los materiales magnéticos, la de saturación.de los materiales magnéticos, la de saturación.

48. Dinamo de excitación serieDinamo de excitación serie

49. Dinamo de excitación serieDinamo de excitación serie

50. Dinamo de excitación serieDinamo de excitación serie
 A partir de una tensión máxima, elA partir de una tensión máxima, el
aumento de intensidad hace decrecer laaumento de intensidad hace decrecer la
tensión en bornes. Ello es debido a quetensión en bornes. Ello es debido a que
la reacción de inducido empieza a serla reacción de inducido empieza a ser
importante, las caídas de tensión vanimportante, las caídas de tensión van
aumentando y, sobre todo, los polosaumentando y, sobre todo, los polos
inductores se van saturando con lo queinductores se van saturando con lo que
el flujo no crece en la misma proporciónel flujo no crece en la misma proporción
que la intensidad.que la intensidad.
 Como en el resto de las máquinasComo en el resto de las máquinas
autoexcitadas, se necesita un ciertoautoexcitadas, se necesita un cierto
magnetismo remanente que permita lamagnetismo remanente que permita la
creación de corriente en el inducido alcreación de corriente en el inducido al
ponerse en movimiento los conductores.ponerse en movimiento los conductores.
 El sentido de giro de la máquina siempreEl sentido de giro de la máquina siempre
ha de ser tal que el campo creadoha de ser tal que el campo creado
refuerce al del magnetismo remanente,refuerce al del magnetismo remanente,
de lo contrario, lo anularía y la dinamode lo contrario, lo anularía y la dinamo
no funcionará.no funcionará.

51. Dinamo Excitación ShuntDinamo Excitación Shunt

52. Generador compoundGenerador compound

53. Generador compoundGenerador compound
 En la dinamo conEn la dinamo con
excitación mixta oexcitación mixta o
compuesta el circuitocompuesta el circuito
inductor se divide en dosinductor se divide en dos
partes independientes,partes independientes,
conectando una enconectando una en serieserie
con el inducido y otra encon el inducido y otra en
derivaciónderivación..
 Existen dos modalidades,Existen dos modalidades,
lala compuesta cortacompuesta corta queque
pone el devanadopone el devanado
derivación directamentederivación directamente
en paralelo con elen paralelo con el
inducido (inducido (EACEAC

54. Generador compoundGenerador compound
 compuesta largacompuesta larga
que lo pone enque lo pone en
paralelo con el grupoparalelo con el grupo
formado por elformado por el
inducido en serie coninducido en serie con
el otro devanadoel otro devanado
((FCFC).).

55. Generador compoundGenerador compound

56. C

58. G
C
B-H A D C
t sq

59. G
C
B-H A F E
t sq
C
D