UNIDAD 1

TRANSFORMADORES ELECTICOS

PRINCIPIOS GENERALES

Durante el transporte de la energía eléctrica se originan pérdidas que dependen de su intensidad. Para reducir estas perdidas se utilizan tensiones elevadas, con las que, para la misma potencia, resultan menores intensidades. Por otra parte es necesario que en el lugar donde se aplica la energía eléctrica, la distribución se efectúe a tensiones más bajas y además se adapten las tensiones de distribución a los diversos casos de aplicación. La preferencia que tiene la corriente alterna frente a la continua radica en que la corriente alterna se puede transformar con facilidad. La utilización de corriente continua queda limitada a ciertas aplicaciones, por ejemplo, para la regulación de motores. Sin embargo, la corriente continua adquiere en los últimos tiempos una significación creciente, por ejemplo para el transporte de energía a tensiones extra altas. Para transportar energía eléctrica de sistemas que trabajan a una tensión dada a sistemas que lo hacen a una tensión deseada se utilizan los transformadores. A este proceso de cambio de tensión se le "llama transformación".

NUCLEOS

Existen 2 tipos de núcleos fundamentales de estructura del transformador ellos son el tipo nucleo y el tipo acorazado, los cuales se detallan a continuación.

• Tipo núcleo: este tipo de núcleo se representa en la fig.1, indicando el corte A-1 la sección transversal que se designa con S (cm2). Este núcleo no es macizo, sino que esta formado por un paquete de chapas superpuestas, y aisladas eléctricamente entre sí. Para colocarlas y poder ubicar el bobinado terminado alrededor del núcleo, se construyen cortadas, colocando alternadamente una sección U con una sección I. La capa siguiente superior cambia la posición I con respecto a la U.

Vista y corte de un núcleo tipo núcleo

La aislación entre chapas se consigue con barnices especiales, con papel de seda, o simplemente oxidando las chapas con un chorro de vapor.

• Núcleo tipo acorazado: este tipo de núcleo es más perfecto, pues se reduce la dispersión, se representa en la fig.2, en vistas. Obsérvese que las líneas de fuerza de la parte central, alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del núcleo puede tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como también para las 2 cabezas. Para armar el núcleo acorazado también se lo construye en trozos, unos en forma de E y otros en forma de I, y se colocan alternados, para evitar que las juntas coincidan.

 

Vista de un núcleo tipo acarazado con indicación de la longitud magnética media.

El hecho que los núcleos sean hechos en dos trozos, hace que aparezcan juntas donde los filos del hierro no coinciden perfectamente, quedando una pequeña luz que llamaremos entrehierro. Obsérvese que en el tipo núcleo hay dos entrehierros en el recorrido de las fuerzas, y que el acorazado también, porque los dos laterales son atravesados por la mitad de líneas cada uno.

DEVANADOS

Hay dos formas típicas de bobinados para transformadores los cilíndricos y planos. Los núcleo, con su forma, son los que determinan la elección de uno u otro tipo, salvo que se requieran propiedades especiales, como ser baja capacidad distribuida, para uso en telecomunicaciones u otros.

Bobinado cilíndrico: este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del tipo núcleo.

Bobinado plano: este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del tipo acorazado.

Los dos bobinados primario y secundario, rara vez se apartan en dos simples grupos de espiras, encimándolas; generalmente se apartan en dos partes o más envueltas uno encima del otro, con el embobinado de baja tensión en la parte interna. Dicha conformación sirve para los siguientes propósitos.

Simplifica el problema de aislar el embobinado de alto voltaje del núcleo.

Causa mucho menos filtración de flujo, como seria el caso si los 2 embobinados estuvieran separados por alguna distancia del núcleo.

Mejora la refrigeración.

Los materiales aislantes para el bobinado, o para colocar entre capas, son: papel barnizado, fibra, micanita, cinta impregnada, algodón impregnado, etc., para transformadores con bobinados al aire, y para los sumergidos en baños de aceite, se utilizan los mismos materiales sin impregnarse; debe evitarse el uso del caucho en los transformadores en baño de aceite, pues este lo ataca, y tiene efectos nocivos también sobre la micanita y aun sobre los barnices.

Las piezas separadoras entre bobinados, secciones, o entre estas y el núcleo pueden ser de madera, previamente cocida en aceite, aunque actualmente se prefieren los materiales duros a base de papel o similares (pertinax, etc.). Si se usa madera, no debe interpretarse como que se dispone de aislación, sino solamente de un separador.

En cuanto a los conductores para hacer bobinas, su tipo depende de la sección, pues hasta 6mm² pueden usarse alambre y más arriba de ese límite se usan cables de muchos hilos, o bien cintas planas, para facilitar el bobinaje. La aislación para los conductores pueden ser algodón, que luego se impregnará si no se emplea baño de aceite. Para transformadores de soldadura que trabajan con tensiones muy bajas y corrientes muy fuertes , se suelen colocar las cintas de cobre sin aislación, pues la resistencia de contacto entre ellas es suficiente para evitar drenajes de corriente. Esta situación mejora aún debido a la oxidación superficial del cobre.

Definiciones fundamentales

El transformador funciona según el principio de la inducción mutua entre dos (o más) bobinas o circuitos acoplados inductivamente. Se muestra un transformador teórico con núcleo de aire en el cual están acoplados dos circuitos por inducción magnética. En la figura se puede apreciar que los circuitos no están físicamente conectados (o sea no existe unión conduc­tora entre ellos).

El circuito conectado a la fuente de tensión alterna, V1 se denomina primario (en el circuito 1). El primario recibe su energía de la fuente de corriente alterna. Según el grado de acoplamiento magnético entre los dos circuitos, la ener­gía se transfiere del circuito 1 al circuito 2. Si los dos circuitos están débilmente acoplados, como en ,el caso del transformador con núcleo de aire, sólo una pequeña parte, de la energía se transfiere del primario (circuito 1) al secundario (circuito 2). Si las dos bobinas o circuitos están devanados sobre un núcleo de hierro común, están fuertemente acoplados. En tal caso, casi toda la energía recibida de la alimentación por el primario se transfiere al secun­dario debido a la acción transformadora.

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Obsérvese el significado de la conversión usada para mostrar la polaridad positiva instantánea de la tensión alterna inducida en ambos arrollamientos como resultado de la acción transformadora. Así, cuando V1 es positiva en un instante dado, en el arrollamiento primario se induce una tensión E1 de una polaridad tal que se opone a V1, deacuerdo a la ley de Lenz. Obsérvese también que la corriente I2 esta en posición a I1. Esto también esta de acuerdo con la ley de Lenz ya que como I1 da igual a "m, I2 debe circular en un sentido tal que se oponga a I1, y (al mismo tiempo) que este de acuerdo con la polaridad instantánea de E2. Las polaridades instantáneas de E2 y I2 establecen la polaridad instantánea de V2 y el sentido de la corriente en al carga.

El coeficiente de acoplamiento, k, entre las dos bobinas es una relación entre el flujo mutuo y el flujo total.

SÍ las dos bobinas están débilmente acopladas, como en el transformador con núcleo de aire, los términos m y 2 son pequeños en compa­ración con 1. En consecuencia, los términos L2 y M son pequeños en compara­ción con L1. Sustituyendo se obtiene un valor pequeño del coeficiente de acoplamiento, k. Éste, a su vez, da lugar a un valor bajo de E2 y V2 (en com­paración con E1 y V1). Para cualquier carga dada, por consiguiente, un valor pequeño de V2 da lugar a una pequeña corriente de carga, /2. Así, para estable­cerlo simplemente, para un acoplamiento débil, la potencia transferida al circuito secundario, E2I2, es relativamente pequeña.

Los transformadores que tienen un acoplamiento débil, se usan principal­mente en la comunicación por alta frecuencia (RF) y en los circuitos electróni­cos. Prácticamente todos los transformadores usados en aplicaciones de sistemas y máquinas eléctricas, sin embargo, son transformadores con núcleo de hierro fuertemente acoplados.

Si las bobinas o circuitos están fuertemente acoplados, y los flujos de dispersión 1 y 2 son relativamente pequeños en comparación con m, la inductancia mutua entre las dos bobinas tiene un valor elevado así como los términos E2, I2 y V2. En este caso, la energía transformada E2I2t es prácticamente igual a E1I1t. En lo posible, al proyectar transformadores eléctricos de potencia con núcleo de hierro, se intenta conseguir un coeficiente de acoplamiento unidad, (k=1) tal que, M=sqrt(L1L2), como en el caso de un transformador ideal. El acoplamiento entre los dos circuitos aumenta si partes de ambas bobi­nas se devanan sobre un mismo núcleo de bobina y la bobina está colocada sobre un núcleo magnético de reluctancia relativamente baja. Tales disposicio­nes tienden a reducir los flujos de dispersión 1 y 2. Pero incluso en proyectos óptimos, es imposible conseguir el transformador ideal, sin flujos de dispersión en el primario ni en el secundario y con acoplamiento unidad. Sin embargo, en el estudio que sigue se empieza con un transformador ideal, para simplificar el conocimiento de los fenómenos de los transformadores. Luego, se seguirá con los transformadores de potencia reales.

El transformador es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Esta constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre si eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arollamiento de entrada, con independencia si se trata del mayor (alta tensión) o menor tensión (baja tensión). El arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión transformada se denomina arrollamiento de salida. En concordancia con ello, los lados del transformador se denominan lado de entrada y lado de salida. El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del núcleo de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético.

En un transformador, el núcleo tiene dos misiones fundamentales:

Desde el punto de vista eléctrico -y esta es su misión principal- es la vía por que discurre el flujo magnético. A través de las partes de la culata conduce el flujo magnético siguiendo un circuito prescrito, de una columna a otra.

Desde el punto de vista mecánico es el soporte de los arrollamientos que en él se apoyan.

Para generar el flujo magnético, es decir, para magnetizar el núcleo de hierro hay que gastar energía eléctrica. Dicha energía eléctrica se toma del arrollamiento de entrada. El constante cambio de magnetización del núcleo de hierro origina pérdidas. Estas pérdidas pueden minimizarse eligiendo tipos de chapa con un bajo coeficiente de pérdidas. Además, como el campo magnético varía respecto al tiempo, en el hierro se originan tensiones que dan orígenes a corrientes parásitas, también llamadas de Foucault. Estas corrientes, asociadas con la resistencia óhmica del hierro, motivan pérdidas que pueden reducirse empleando chapas especialmente finas, de unos 0.3 mm de espesor, aisladas entre sí (apiladas). En cambio, en un núcleo de hierro macizo se producirían pérdidas por corrientes parásitas excesivamente grandes que motivarían altas temperaturas. Una vez descritos los dos principales componentes, va a tomar conocimiento del principio de la transformación: El flujo magnético, periódicamente variable en el tiempo, originado por la corriente que pasa a través del arrollamiento de entrada induce en el arrollamiento de salida una tensión que varía con la misma frecuencia. Su magnitud depende de la intensidad y de la frecuencia del flujo así como del número de vueltas que tenga el arrollamiento de salida, como se ve en la siguiente formula (ley de la inducción).

E = 4.44 * 10-8 * aC * B * f * N

En la que aC = sección del núcleo en pulgadas cuadradas, B = densidad máxima del flujo en líneas por pulgada cuadrada, E = tensión eficaz, f = frecuencia en Hz y N = número de espiras del devanado, o bien 10-9 *  aC * B * f * N, expresando aC y B en cm2.

Todo lo anterior se analiza con más detalle en las siguientes lecciones.

Transformador, dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas (véase Electricidad). La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. El producto de intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por la correspondiente disminución de corriente.

Transformadores de potencia

Son grandes dispositivos usados en los sistemas de generación y transporte de electricidad y en pequeñas unidades electrónicas (véase Electrónica). Los transformadores de potencia industriales y domésticos, que operan a la frecuencia de la red eléctrica, pueden ser monofásicos o trifásicos y están diseñados para trabajar con voltajes y corrientes elevados. Para que el transporte de energía resulte rentable es necesario que en la planta productora de electricidad un transformador eleve los voltajes, reduciendo con ello la intensidad. Las pérdidas ocasionadas por la línea de alta tensión son proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente por la resistencia del conductor. Por tanto, para la transmisión de energía eléctrica a larga distancia se utilizan voltajes elevados con intensidades de corriente reducidas. En el extremo receptor los transformadores reductores reducen el voltaje, aumentando la intensidad, y adaptan la corriente a los niveles requeridos por las industrias y las viviendas, normalmente alrededor de los 240 voltios. Los transformadores de potencia deben ser muy eficientes y deben disipar la menor cantidad posible de energía en forma de calor durante el proceso de transformación. Las tasas de eficacia se encuentran normalmente por encima del 99% y se obtienen utilizando aleaciones especiales de acero para acoplar los campos magnéticos inducidos entre las bobinas primaria y secundaria. Una disipación de tan sólo un 0,5% de la potencia de un gran transformador genera enormes cantidades de calor, lo que hace necesario el uso de dispositivos de refrigeración. Los transformadores de potencia convencionales se instalan en contenedores sellados que disponen de un circuito de refrigeración que contiene aceite u otra sustancia. El aceite circula por el transformador y disipa el calor mediante radiadores exteriores.

TRANSFORMADOR IDEAL

Un transformador ideal es un artefacto sin pérdidas, con una bobina de entrada y una bobina de salida. Las relaciones entre los voltajes de entrada y de salida, y entre la corriente de entrada y de salida, se establece mediante dos ecuaciones sencillas. En el transformador que se muestra tiene NP espiras de alambre sobre su lado primario y NS de espiras de alambre en su lado secundario. La relación entre el voltaje VP(t) aplicado al lado primario del transformador y el voltaje VS(t) inducido sobre su lado secundario es

VP(t) / VS(t) = NP / NS = a

En donde a se define como la relación de espiras del transformador

a = NP / NS

La relación entre la corriente ip(t) que fluye en el lado primario del transformador y la corriente is(t) que fluye hacia fuera del lado secundario del transformador es

NP * iP(t) = NS * iS(t)

iP(t) / iS(t) = 1 / a

En términos de cantidades fasoriales, estas ecuaciones son

VP / VS = a

IP / IS = 1 / a

Nótese que el ángulo de la fase de VP es el mismo que el ángulo de VS y la fase del ángulo IP es la misma que la fase del ángulo de IS. La relación de espiras del transformador ideal afecta las magnitudes de los voltajes y corrientes, pero no sus ángulos. Las ecuaciones anteriores describen la relación entre las magnitudes y los ángulos de los voltajes y las corrientes sobre los lados primarios y secundarios del transformador, pero dejan una pregunta sin respuesta: dado que el voltaje del circuito primario es positivo en un extremo especifico de la espira, ¿cuál seria la polaridad del voltaje del circuito secundario?. En los transformadores reales seria posible decir la polaridad secundaria, solo si el transformador estuviera abierto y sus bobinas examinadas. Para evitar esto, los transformadores usan la convección de puntos. Los puntos que aparecen en un extremo de cada bobina en la figura1 muestran la polaridad del voltaje y la corriente sobre el lado secundario del transformador. La relación es como sigue:

1.- Si el voltaje primario es positivo en el extremo punteado de la bobina con respecto al extremo no punteado, entonces el voltaje secundario será también positivo en el extremo punteado. Las polaridades de voltaje son las mismas con respecto al punteado en cada lado del núcleo.

2.- Si la corriente primaria del transformador fluye hacia dentro del extremo punteado de la bobina primaria, la corriente secundaria fluirá hacía afuera del extremo punteado de la bobina secundaria.

Potencia en un transformador ideal

La potencia suministrada al transformador por el circuito primario se expresa por medio de la ecuación

Pent = VP * IP * cos ð P

En donde ð p es el ángulo entre el voltaje y la corriente secundaria. La potencia que el circuito secundario suministra a sus cargas se establece por la ecuación:

Psal = VS * IS * cos ð S

En donde ð s es el ángulo entre el voltaje y la corriente secundarios. Puesto que los ángulos entre el voltaje y la corriente no se afectan en un transformador ideal, ð p=ð s=ð . Las bobinas primaria y secundaria de un transformador ideal tienen el mismo factor de potencia.

¿Cómo se compara la potencia que va al circuito primario del transformador ideal, con la potencia que sale por el otro lado?

Es posible averiguarlo por medio de las ecuaciones de voltaje y corriente. La potencia que sale de un transformador es:

Psal = VS *IS* cos ð

Aplicando las ecuaciones de relación de espiras nos resulta Vs = Vp / a y   Is = a * Ip así que

Psal = (VP/a) * a * IP * cos ð

Psal = VP * IP * cos ð = Pent

De donde, la potencia de salida de un transformador ideal es igual a su potencia de entrada.

La misma relación se aplica a la potencia reactiva Q y la potencia aparente S.

Qent = VP *IP *sen ð = VS *IS *sen ð = Qsal

Sent = VP *IP = VS *IS = Ssal

Relaciones en un transformador ideal.

Consideremos un transformador ideal con núcleo de hierro como en el que los flujos de dispersión 1 y 2=0 y k=1. Un transformador de este tipo posee sólo flujo mutuo m, común a ambas bobinas primaria y secundaria. Cuando V1 es positiva en un instante dado, la corriente primaria I1 da lugar a un flujo mutuo del sentido indicado. La tensión primaria inducida, E1, de acuerdo con la convención de puntos y la ley de Lenz, da lugar a una polaridad positiva en la parte superior de la bobina primaria, que en cada instante se opone a la tensión aplicada V1. De manera parecida, en el secundario, para el sentido indicado de m que se muestra, la polaridad positiva de E2 debe ser tal que cree un flujo desmagnetizante que se oponga a m (ley de Lenz). Una carga conectada en los bornes del secundario da lugar a una intensidad secundaria I2 que circula en respuesta a la polaridad de E2 y origina un flujo desmagnetizante.

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Estamos ahora en condiciones de comprender cualitativamente cómo un transformador desarrolla potencia en el secundario y transfiere potencia del pri­mario al secundario, de la siguiente manera:

1. Supóngase un circuito abierto, impedancia infinita o carga nula en el secun­dario, y por tanto, I2=0.

2. Como resultado del flujo alterno mutuo m (creado por la tensión aplicada) se producen fem E1 y E2 que tienen la polaridad instantánea.

3. Incluso cuando el transformador está sin carga, debe circular una pequeña corriente por el primario, Im, conocida como corriente magnetizante. La corriente es pequeña porque la tensión inducida en el primario, E1, se opone a la tensión aplicada V1, en cada instante. El valor de Im es función principalmente de la reluctancia del circuito magnético, !m» y del valor máximo del flujo mutuo de magnetización, pm, para un número dado de espiras en el arrollamiento primario.

4. Como muestra, el pequeño valor de Im retrasa 90° respecto a la tensión del primario y produce m.

5. m, a su vez, induce las fem primaria y secundaria, E1 y E2, retrasadas 90°. Estas fem inducidas están en fase debido a que ambas son producidas por m. Obsérvese que E1 se opone a V1 (ley de Lenz). En ausencia de carga, representa todas las relaciones intensidad-tensión en el transformador ideal.

6. Supóngase una carga en retraso (inductiva) conectada en bornes del secunda­rio del transformador ideal. Una carga de este tipo produce una inten­sidad I2 que retrasa un ángulo 2 respecto a E2.

7. Los amperivueltas secundarios I2N2, tienden a pro­ducir un flujo desmagnetizante que reduce instantáneamente el flujo mutuo, m, y las fem inducidas E2 y E1.

8. La reducción de E1 hace que circule una componente primaria de la componente de carga, I1', por el circuito primario, de manera que I1'N1=I2N2, llevando m a su valor original. Obsérvese que l1' retrasa 1a V1 mientras que I2 retrasa 2 respecto a E2 de manera que 1=2. La última igualdad es necesaria para que los amperivueltas magnetizantes del primario, I1'N1, compensen a I2N2, amperi­vueltas desmagnetizantes de la carga.

9. El efecto de la componente primaria de la corriente de carga, I1', en la que la intensidad en el primario I1 es el vector suma de Im e I1'. En relación con el factor de potencia del circuito primario.

Las etapas anteriores revelan de qué manera responde el circuito primario a una carga sobre el circuito secundario. En un cierto sentido, el funcionamiento del transformador en carga puede considerarse similar a la carga de un motor derivación de c.c.

La igualdad entre la fmm de desmagnetización I2N2 y la componente de carga de la fmm primaria que debe circular para contrarrestar la acción desmagnetizante I1'N1.

Transformador real

Se está representado un trans­formador real en carga, con núcleo de hierro. Aunque hay un buen acopla­miento debido al núcleo de hierro, además del flujo mutuo, m, se producen unos pequeños flujos de dispersión en los arrolla­mientos del primario y del secundario, 1 y 2.

El flujo de dispersión primario, 1, produce una reactancia inductiva pri­maria, XL1. El flujo de dispersión secundario, 2, produce una reactancia induc­tiva secundaria, XL2. además, los arrollamientos del primario y del secundario están devanados con cobre que tiene una cierta resistencia. La resistencia in­terna del arrollamiento primario es r1 y la del secundario es r2.

Las resistencias y reactancias de los arrollamientos del primario y del se­cundario, respectivamente, producen caídas de tensión dentro del transforma­dor como resultado de las corrientes del primario y del secundario. Aunque estas caídas de tensión son internas, es conveniente representarlas externamen­te en serie con un transformador ideal. El transfor­mador ideal se supone que no tiene caídas de tensión resistivas ni reactivas en sus arrollamientos. Se ha tenido en cuenta la disper­sión mediante la caída de tensión del primario I1Z1 y la caída de tensión en el secundario, I2Z2. Como se trata de caídas de tensión inductivas, podemos decir que la impedancia interna primaria del transformador es:

Z1=r1+jXL1 en la que todos los términos se han definido.

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Y la impedancia interna del secundario del transformador es:

Z2=r2+jXl2 en la que todos los términos se han definido.

Ahora resulta posible ver la relación entre las tensiones de bornes y las fem inducidas en el primario y en el secundario, respectivamente. Las fem inducidas en el primario y en el secundario pueden calcularse a partir de una relación fundamental.

E1=4,44fN1BmA*10(exp)-8 v

E2=4,44fN2BmA*10(exp)-8 v

En la que todos los términos ya se han definido anteriormente.

Circuitos equivalentes para un transformador de potencia real.

La resolución y las comparaciones evidencian la posibilidad de utilizar transformaciones de impedancia para obtener un circuito equivalente del transformador real. Tal circuito equivalente es útil para la resolución de problemas relacionados con el rendimiento y la regulación de tensión de un transformador.

El circuito puede verse con la impedancia de carga y la resistencia y reactancia interna del secundario referidas al primario. Obsérvese que la intensidad en el primario, I1, es la suma de la corriente magnetizante, Im, y de la corriente de carga I1'. Esto está de acuerdo con las relaciones vectoriales de un transformador en carga indicadas. Además, Rm representa las pérdidas en el hierro del transformador equivalente, como consecuencia de la corriente magnetizante, Im.

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Obsérvese que Rm está en paralelo con XLm que representa la reactancia del transformador (en vació).

La representación del transformador que satisface tanto la condición de carga como la de vacío. Si el secundario del transformador está en vacío, I'1=0, y sólo circula Im(I1= Im) que produce una pequeña caída de tensión interna debido a la impedancia del primario Z1. Como la impedancia del primario Z1 y la caída de tensión del primario l1Z1 son rela­tivamente pequeñas, es posible obtener un circuito equivalente aproximado colocando directamente la rama en paralelo L-R. a los bornes de la alimenta­ción, V1. Esto nos permite agrupar las resistencias y reactancias internas de los circuitos primario y secundario, respectivamente.

Si el transformador está en carga, la corriente, I'1, es mayor que la corrien­te magnetizante Im, y ésta puede considerarse despreciable, como puede verse en el equivalente simplificado. Esta figura permite establecer algunas consideraciones en las que interviene el rendimiento del transforma­dor y la regulación de tensión, así como el cálculo de la corriente del primario (y del secundario).

Identificación de fases y polaridad de los arrollamientos de un trans­formador

Además de los ensayos de vacío y de cortocircuito usados para de­terminar la regulación, el rendimiento y el rendimiento diario de los transfor­madores comerciales, se suelen realizar otros ensayos antes de poner un trans­formador en servicio. Dos de tales ensayos tratan de la identificación de fases y la polaridad, respectivamente, del transformador construido. La identificación de fases es el proceso mediante el cual se identifican los terminales individuales que constituyen los devanados de cada una de las bobinas del transformador. El en­sayo de polaridad se realiza de manera que los terminales individuales de los devanados de bobinas independientes de un transformador puedan ser marca­dos o codificados de manera que se identifiquen los terminales que tengan igual polaridad relativa instantánea. Consideraremos, primero, la polaridad, y luego las técnicas de identificación de fases.

Se muestra un transformador de varias bobinas con dos arro­llamientos de alta tensión y dos arrollamientos de baja tensión. Las bobinas de alta tensión (que tienen muchas espiras) están codificadas con la letra “H” para designar sus terminales. Los terminales de baja tensión, están designados por la letra “X”.

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La polaridad instantánea se codifica mediante un subíndice. En el código particular que se usa un subíndice número impar para designar la polaridad instantánea positiva de cada arrolla­miento. Obsérvese que el subíndice de número impar se corresponde también con el punto que representa la fem inducida positiva en cada arrollamiento. Así, en el caso de que las bobinas deban conectarse ya sea en paralelo o en serie para obtener distintas relaciones de tensión, puede hacerse adecuadamente la conexión teniendo en cuenta las polaridades instan­táneas. El lector comprobará por sí mismo la manera cómo se asigna un punto (o un número impar) a los arrollamientos. Supóngase que el primario H1-H2 esté en tensión y que H1 esté conectado en un instante dado al terminal positivo de la alimentación. El flujo mutuo, m, en el núcleo, tiene en este instante el sentido de las agujas del reloj, indicado. De acuerdo con la ley de Lenz, las fem inducidas en los restantes devanados tienen el sentido que se ve. Otro método para comprobar la convención de puntos consiste en comparar la manera cómo están devanadas las bobinas sobre el núcleo. Las bobinas H1-H2 y X3-X4 están devanadas en el mismo sentido, por tanto el punto está en el terminal izquierdo. Las bobinas X1-X2 y H3-H4 están devanadas en igual sentido, que es opuesto al de H1-H2. Estas bobinas deben tener el punto en el terminal derecho para significar polaridad positiva y polaridad opuesta a H1-H2.

Desgraciadamente, es imposible examinar un transformador real y deducir el sentido en que están devanadas sus espiras, ya sea para identificar las fases o determinar la polaridad relativa de los terminales de las bobinas. Un transfor­mador con varios devanados puede tener como mínimo 5 o como máximo 50 conexiones, que llegan a la caja de terminales. Si fuera posible examinar los conductores desnudos de las bobinas, el diámetro de los hilos podría indicar qué conexiones o terminales están asociados con las bobinas de alta o con las de baja tensión. Las bobinas de baja tensión tendrán conductores de sección mayor que la de las bobinas de alta tensión. Las bobinas de alta tensión también pueden tener un aislamiento superior que las de baja tensión. Sin embargo, este examen físico no proporciona ninguna indicación relativa a la polaridad o desfase de las tomas de la bobina o de los terminales de la bobina asociados con las bobinas individuales que están aisladas entre sí.

Identificación de fases del transformador

Un transformador cuyos extremos de bobina han sido llevados hasta un bloque de terminales en el que (todavía) no se han identificado éstos en relación a su fase o polaridad. Una lámpara de 115 V y una alimentación de 115 V de c.a. proporciona un medio para la identificación de la bobina. Si la parte de la carga de la lámpara está conectada al terminal H1 como se muestra y la conexión de exploración se conecta al terminal X4, la lámpara no se enciende. Moviendo la conexión de exploración de derecha a izquierda a lo largo del bloque de terminales no se produce indicación en la lám­para hasta que se alcanza el terminal H4. La lámpara se enciende en los termina­les H4 H3 y H2, indicando que solamente los cuatro terminales de la parte iz­quierda forman parte de una única bobina. El brillo relativo de la lámpara tam­bién puede dar indicación de las tomas. (La lámpara brilla más cuando se cierra el circuito entre H1-H2 y menos cuando se cierra entre H1-H4.) Puede obtenerse una comprobación más sensible de la identificación de fases de las bobinas y temas con un voltímetro de c.a. (1000 /V) en lugar de la lámpara, utilizando la escala de 150 V del voltímetro. El voltímetro indicará la tensión de alimenta­ción para cada toma de una bobina común puesto que su resistencia interna (150 k) es mucho mayor que la resistencia del arrollamiento del transformador. Puede utilizarse un óhmetro electrónico o accionado por baterías para identificar las tomas mediante medidas de resistencia y también comprobar los devanados de las bobinas mediante la prueba de continuidad.

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Polaridad del transformador

Después de haber identificado los extremos de las bobinas mediante los ensayos de identificación de fases anteriores, se determina la polaridad relativa instantánea según el método que muestra, usando un voltímetro de c.a. y una fuente de tensión de c.a. adecuada (de tensión nominal o inferior). El ensayo de polaridad consta de las siguientes etapas:

1-.Seleccionar cualquier arrollamiento de alta tensión y usarlo como bobina de referencia.

2-.Unir mediante una conexión una terminal de la bobina de referencia con una terminal de cualquier otro arrollamiento de polaridad desconocida.

3-.Designar al otro terminal de la bobina de referencia con un punto de polaridad (+).

4-.Conectar un voltímetro (c.a.) entre el terminal marcado con un punto de la bobina de referencia y el otro terminal de la bobina de polaridad desconocida.

5-.Aplicar tensión a la bobina de referencia.

6-.Anotar los valores de tensión en bornes de la bobina de referencia Vr y el de la tensión de ensayo entre bobinas, Vt.

7-.Si la tensión de ensayo, Vt es superior a Vr, la polaridad es aditiva, y debe marcarse un punto en la bobina ensayada.

8-.Si la tensión de ensayo, Vt es menor que Vr, la polaridad es sustractiva, y debe marcarse un punto en la bobina ensayada.

9-.Etiquetar el terminal marcado con punto en la bobina de referencia con la denominación H1 y el terminal marcado con punto en la bobina de ensayada con X1.

10-.Repetir las etapas 2 a 9 anteriores para los restantes arrollamientos del transformador.

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Conexión de los Arrollamientos del Transformador en Serie y en Paralelo.

Los ensayos de identificación de fases y de polaridad descritos son fundamentales al considerar la manera en que los devanados de un único transformador con varios devanados o los de varios transformadores individuales pueden conectarse en serie o paralelo, para obtener distintas tensiones. Consideramos primero el transformador de varios arrollamientos que tiene una tensión nominal de 115v para cada arrollamiento de alta tensión y 10v para cada arrollamiento de baja tensión. Es posible obtener cuatro relaciones de tensión usando este transformador , las combinaciones son:

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Obsérvese que cuando las bobinas están conectadas en paralelo, las bobinas que tienen la misma tensión y polaridad instantánea están en paralelo.

Cuando las bobinas se conectan en serie, se une una terminal de una bobina con el terminal de polaridad opuesta de la otra de manera que las tensiones sean aditivas. Si se conectasen al revés, las tensiones inducidas se opondrían entre sí (obteniéndose una tensión de salida cero). Obsérvese que las combinaciones de tensión producidas por las cuatro conexiones son respec­tivamente: 230/20 V; 230/10 V; 115/20 V. y 115/10 V. (Aunque con estas conexiones se obtienen cuatro combinaciones de tensión e intensidad, sólo se obtienen tres relaciones, a saber: 23/1, 11,5/1 y 5,75/1.)

Sólo pueden conectarse en paralelo bobinas ,de idénticos valores nominales de tensión. La razón de ello, estriba en que cuando las bobinas están en paralelo, las tensiones inducidas se oponen en cada instante entre sí. Así, si dos bobinas de distintas tensiones nominales están en paralelo, se desarrollan grandes corrientes circulatorias en ambos devanados debido a que la impedancia equivalente interna de los arrollamientos es relativamente pequeña, mientras que la diferencia neta entre las tensiones inducidas (desiguales) es rela­tivamente grande.

Las bobinas de distintas tensiones nominales, sin embargo, pueden conec­tarse en serie, aditiva o sustractiva. Esto hace aumentar el número de relaciones de transformación posibles .en los transformadores con varios devanados. Con el transformador que muestra pueden conseguirse 21 combinaciones diferentes de tensión, capaces de suministrar la corriente nominal del secundario (sin tener en cuenta las conexiones como auto-transformador), usando un primario de 115 V. Aparece la posibilidad de un total de 14 tensiones con las combinaciones en serie aditiva o transformación directa. Además, pueden conseguirse 7 tensiones más con las conexiones que usan combinaciones sustractivas.

Resulta evidente que si no se usa el arrollamiento H1-H2 de 120 V como primario, son posibles otras combinaciones tales como la que resulta de usar el arrollamiento de 50 V (o el de 40 V, etc.) como primario. En estas aplicaciones el transformador puede usarse como transformador elevador o reductor con arrollamientos conectados tanto en serie aditiva como en serie sustractiva. Así, pueden conseguirse muchas más combinaciones de tensiones que las consideradas. Son posibles, todavía, otras combi­naciones si el devanado H1-H2 se conecta en serie aditiva con los devanados X7-X8 (H2 conectado a X7) y se obtiene un primario de 125 V. De manera simi­lar, conectando el arrollamiento de alta tensión a otro arrollamiento de baja tensión se obtendrían tensiones en el primario de hasta 230 V/5 V, etc. Así, las posibilidades de transformación son numerosas. Y todavía hay más si el transformador se conecta como autotransformador.

Sin embargo, debe hacerse, notar que sólo cuando se usan todos los arrolla­mientos en combinaciones aditivas es cuando el transformador alcanza general­mente su plena capacidad de potencia. Sin embargo, existen transformadores especiales construidos para proporcionar la plena capacidad, kVA, para cualquier combinación de arro­llamiento y/o relación de transformación, pero tales transformadores general­mente son de mayor tamaño debido a que en su construcción se necesita más hierro y conductores mayores. AI usar transformadores con distintas combi­naciones serie, tanto aditivas como sustractivas, debe considerarse, por tanto, la posible reducción de la potencia cuando se usen arrollamientos aislados, o sea, sin acoplamiento conductivo entre ellos.

Funcionamiento en paralelo. Dos transformadores monofásicos funcionarán en paralelo si están con la misma polaridad. Dos transformadores trifásicos funcionarán en paralelo si tienen la misma disposición de devanados (por ejemplo, estrella-triángulo), están conectados con la misma polaridad y tienen la misma secuencia de rotación de fases. Si dos transformadores (o dos bancos de transformadores) tienen la misma tensión nominal, las mismas relaciones de espiras, las mismas impedancias (en porcentaje) y las mismas relaciones entre reactancia y resistencia, se repartirán la corriente de carga proporcionalmente a sus potencias nominales, sin diferencia de fase entre las corrientes de los dos transformadores. Si cualquiera de las condiciones anteriores no se cumple, la corriente de carga puede no repartirse entre los dos transformadores en proporción a sus potencias nominales y puede haber una diferencia de fase entre las corrientes en los dos transformadores.

TRANSFORMADOR TRIFASICO

Casi todos los sistemas importantes de generación y distribución de potencia del mundo son, hoy en día, sistemas de ca trifásicos. Puesto que los sistemas trifásicos desempeñan un papel tan importante en la vida moderna, es necesario Para el análisis de su circuito equivalente, conviene representar cada uno de los transformadores monofásicos que componen un banco trifásico por un circuito equivalente. Como los efectos de las capacidades de los devanados y de los armónicos de las corrientes de excitación suelen ser despreciables, podrá utilizarse cualquiera de los circuitos equivalentes deducidos para el caso de los monofásicos; los más útiles para el presente estudio son los de la figura 1.

Figura 1.Circuitos equivalentes para un transformador sólo

En ellos, el transformador esta representado, como en el teorema de Thévenin, por su impedancia en cortocircuito en serie con su tensión en circuito abierto; la razón de las tensiones en circuito abierto está representada por un transformador ideal; y las características de excitación están representadas por la admitancia en circuito abierto.

Los valores de los parámetros pueden obtenerse a partir de los datos de diseño o ensayos en circuito abierto o en cortocircuito tomados a uno u otro lado del transformador, y estos valores se pueden emplear, sin modificación, o en el circuito equivalente de la figura 1a (en el cual se coloca la admitancia de excitación en el lado primario) o en el circuito equivalente de la figura 1b (en el cual se coloca la admitancia de excitación en el lado del secundario) En muchos problemas, los efectos de la corriente de excitación son tan pequeños que puede despreciarse por completo la corriente de excitación y representarse el transformador por su impedancia equivalente en serie con un transformador ideal. Si se quiere, las impedancias equivalentes y admitancias de excitación de la figura 1 se puede referir al otro lado del transformador multiplicando o dividiendo, según sea el caso, por el cuadrado de la razón de transformación.

El Autotransformador

Todas las combinaciones discutidas para el transformador suponen aislamiento entre el primario y el secundario. Existen posibles transformaciones con mayor rendimiento y sin reducción importante (por el contrario, incluso con aumento) de potencia en un autotransformador con tal de que estemos dispuestos a sacrificar el aislamiento del secundario respecto del circuito primario.

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Teóricamente, un autotransformador se define como un transformador que tiene sólo un arrollamiento. Así, un transformador con varios arrollamientos que tenga arrollamientos aislados puede considerarse un autotransformador si todos sus arrollamientos están conectados en serie aditiva (o sustractiva) para formar un arrollamiento único. Se muestran tales conexiones de autotransformador. A primera vista, puede parecer que .el transformador reduc­tor no es más que un divisor de tensión. Pero fijándonos en el sentido de la corriente de la parte del autotransformador común a ambos cir­cuitos, primario y secundario, le, puede verse que dicho sentido es inverso com­parado a un divisor de tensión ordinario. Además, en un divisor de tensión ordi­nario, l1 es mayor que I2. Pero el autotransformador debe obedecer a una ecuacion en la que V1I1= V2I2. Como V2 es más pequeño que V1, l2 debe ser mayor que I1. Así, para el circuito que muestra, como autotransformador reductor.

I2= I1+ Ic

También se prueba sin ningún género de dudas que el autotransfor­mador cuando se usa como elevador no tiene la posibilidad de ser un divisor de tensión. Nuevamente, como V1I1= V2I2 y V2>V1, entonces I1>I2. Así, para el cir­cuito, como autotransformador elevador.

I1= I2+ Ic

El autotransformador también puede hacerse regulable, de manera muy pa­recida a como un potenciómetro se convierte en un divisor de tensión regulable. Los autotransformadores regulables constan de un único arrollamiento devanado sobre un núcleo de hierro toroidal. Tales auto-transformadores regulables, denominados “powerstats” o “variacs”, tienen un contacto deslizante de carbón sobre un eje giratorio que hace contacto con es­piras expuestas del arrollamiento del transformador. Aunque la construcción permite su uso sólo como transformador reductor, sino, que permite ambos usos, reductor y elevador (lo que es imposible en un potenciómetro). Obsérvese que en ambos casos, sin embargo, sólo se em­plea un único arrollamiento. Los autotransformadores regulables son extremada­mente útiles en el laboratorio o en situaciones experimentales en las que se requiere una amplia gama de ajuste de tensiones con poca pérdida de potencia. Se describe la aplicación del autotransformador variable como un dispositivo de control de velocidad de un motor monofásico.

Debe observarse que la corriente instantánea en la parte común del auto-transformador, Ic, indica que puede tener cualquier sentido. hacia arriba (alejándose) o hacia abajo (acercándose) respecto a la conexión co­mún, dependiendo de si se usa el transformador como dispositivo reductor o como elevador. Veremos, también, que el sentido de la corriente instantánea es también función de si el arrollamiento común usa polaridad aditiva o substractiva respecto a la parte del arrollamiento no común a ambos circuitos (prima­rio y secundario). Así, la única manera de determinar el sentido de la corriente en el arrollamiento común consiste en dibujar los sentidos instantáneos de la intensidad en el primario, I1, y la intensidad en el secundario, I2. La diferencia entre estas corrientes es Ic.

Cualquier transformador ordinario con aislamiento entre los dos devanados puede convertirse en autotransformador. En esta figura puede verse el transformador con su aislamiento original, con su polaridad marcada. El transformador seleccionado es un transformador con aislamiento de 10 kVA y 1200/120 V. Se desea convertir este transformador en un autotransformador, conservando la polaridad aditiva entre los lados de alta tensión y de baja tensión. Este circuito con el terminal común del autotransformador en la parte superior y esta dibujado con el terminal común en la parte inferior. Como la polaridad es aditiva la tensión en el secundario V2= 1320v, mientras que la tensión el primario, V1 es 1200v. Aunque la potencia original del transformador con aislamiento es 10 kVA, la disposición que muestra resulta tener aumento notable de potencia. También se observa que la parte baja tensión tiene una corriente superior (I1>I2) y que Ic debe circular hacia el terminal comun.

El enorme incremento de potencia en kVA, producido al conectar un transformador como autotransformador es lo que permite que los auto transformadores sean de tamaño mucho menor que los transformadores. Sin embargo, debe hacerse notar que solo cuando la relación entre las tensiones del primario y del secundario se acerca a la unidad, existe un aumento notable de capacidad. Si la relación entre las tensiones del primario y secundario es elevada, el incremento de potencia no es tan notable.

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Descripción de Pruebas a que se Someten los Transformadores

Para conocer el estado de sus componentes y poder tomar de­cisiones oportunas que garanticen la continuidad de serví ció de las instalaciones, es preciso someter a los transformadores eléctricos a programas de mantenimiento, los cuales contienen dentro de sus actividades, la ejecución de una serie de pruebas cuyos resultados determinarán la decisión a tomar sobre: La operación, reposición de elementos (princi­palmente del aceite), o reparación mayor.

Las pruebas que se ejecutan en los transformadores pueden dividirse en dos grupos que son: .

Pruebas del aceite o liquido dieléctrico

Pruebas del aislamiento

Pruebas de los devanados

Pruebas del aceite o liquido dieléctrico. Las pruebas que proporcionan elementos de juicio mas certe­ros por lo que al aceite se refiere son:

• Prueba, de rigidez dieléctrica

• # de neutralización

• De acidez

• De compuestos polares

• De factor de potencia

• De envejecimiento

• De contenido de agua

• De tensión interfacial

• De color

UNIDAD 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA (C.C)“GENERADORES”

Motores y generadores eléctricos, grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.

Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de un circuito de conducción fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el conductor. El principio opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una corriente pasaba a través de un conductor dentro de un campo magnético, éste ejercía una fuerza mecánica sobre el conductor.

La máquina dinamoeléctrica más sencilla es la dinamo de disco desarrollada por Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que la parte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre los polos de un imán de herradura. Cuando el disco gira, se induce una corriente entre el centro del disco y su borde debido a la acción del campo del imán. El disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicación de un voltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que el disco gire gracias a la fuerza producida por la reacción magnética.

El campo magnético de un imán permanente es lo suficientemente fuerte como para hacer funcionar una sola dinamo pequeña o motor. Por ello, los electroimanes se emplean en máquinas grandes. Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades básicas: el campo magnético, que es el electroimán con sus bobinas, y la armadura, que es la estructura que sostiene los conductores que cortan el campo magnético y transporta la corriente inducida en un generador, o la corriente de excitación en el caso del motor. La armadura es por lo general un núcleo de hierro dulce laminado, alrededor del cual se enrollan en bobinas los cables conductores.

Generadores de corriente continua

Si una armadura gira entre dos polos de campo fijos, la corriente en la armadura se mueve en una dirección durante la mitad de cada revolución, y en la otra dirección durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en una dirección, o continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución. En las máquinas antiguas esta inversión se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se aislaban entre sí y servían como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbón se mantenían en contra del 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 dirección dentro de la bobina de la armadura. Así se producía un flujo de corriente de una dirección en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 V. En algunas máquinas más modernas esta inversión se realiza usando aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo rectificadores de diodo.

Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo magnético a través del cual se esté moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prácticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o más polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más pequeños para compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la armadura en el flujo eléctrico del campo.

Los generadores de corriente continua se clasifican según el método que usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del mismo. Un generador de excitado en serie tiene su campo en serie respecto a la armadura. Un generador de excitado en derivación, tiene su campo conectado en paralelo a la armadura. Un generador de excitado combinado tiene parte de sus campos conectados en serie y parte en paralelo. Los dos últimos tipos de generadores tienen la ventaja de suministrar un voltaje relativamente constante, bajo cargas eléctricas variables. El de excitado en serie se usa sobre todo para suministrar una corriente constante a voltaje variable. Un magneto es un generador pequeño de corriente continua con un campo magnético permanente.

Circuito Equivalente de un Generador de cc

Se presenta el circuito equivalente de un generador de cc. En ella, el circuito de armadura ha sido representado por una fuente ideal de voltaje EA y una resistencia RA. En realidad la representación corresponde al equivalente Thevenin de todo el circuito del rotor incluyendo las bobinas del rotor, los interpolos, y el arrollamiento de compensación, si existe. La caída de voltaje de las escobillas se representa por una batería Vescob cuya polaridad es contraria al sentido de corriente de la máquina. Las bobinas de campo, productoras del flujo, magnético del generador, se representan mediante la inductancia Lf y la resistencia Rf. La resistencia Raj es una resistencia externa variable utilizada para regular la magnitud de la corriente del campo. :

Pueden introducirse algunas variantes simplificativas del circuito anterior: la caída de voltaje en las escobillas es normalmente una pequeña fracción del voltaje generado por la máquina. Entonces, en ocasiones no muy críticas, dicha caída de tensión puede despre­ciarse. o aún incluirse dentro del valor de RA. También a veces en Rf se incluyen la resistencia del campo y la resistencia variable exterior. Una tercera variante ocurre cuando el generador tiene más de un arrollamiento de campo, caso en el que todos deben representarse en el circuito equivalente.

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Generador con Excitacion Independiente

El generador, de cc de excitación independiente es un generador cuya corriente

de campo es suministrada por una fuente separada de voltaje. Se muestra el circuito equivalente de la máquina : allí Vt es el voltaje medido en los terminales del generador, e IL representa la corriente que circula por las líneas a las cuales sean conectados dichos terminales. La fuerza electromotriz generada es EA e IA, es la corriente de armadura. Es evidente, es la corriente de armadura. Es evidente que en este generador las corrientes de línea y de armadura son iguales:

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Caracteristica Terminal del Generador de Exitacion Independiente

La característica terminal de un dispositivo es la representación gráfica de sus variables de salida, una en función de otra. En un generador de cc las variables de salida son la tensión en terminales y la corriente de línea. Por consiguiente, la característica terminal del generador de excitación independiente es una grafica de Vt contra IL a la velocidad constante . Por la ley de voltajes de Kirchhoff la tensión en terminales.

Como la fuerza electromotriz generada internamente es independiente de IA, la caracterís­tica terminal del generador de excitación independiente es una línea recta.

¿Qué pasa en este generador cuando se aumenta la carga? Cuando se increméntala carga que suministra el generador. Aumenta IL (y por consiguiente), a medida que au­menta la corriente de armadura también se incrementa la caída IA RA, así que disminuye el voltaje en terminales del generador.

Es interesante observar que la característica terminal no siempre es completamente precisa: en generadores sin arrollamiento compensador el aumento de IA incrementa la reacción de inducido, y la reacción de armadura debilita el flujo, disminuyendo la tensión generada EA =K!, lo cual disminuye aún más el voltaje en terminales del generador. A menos que se especifique otra cosa, en las ca­racterísticas que siguen se asumirá que los generadores tienen arrollamientos de compen­sación. No obstante, es importante tener presente que si no existe devanado de compensa­ción la reacción de armadura puede modificar las características.

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Generador con Excitación en Derivación

El generador derivación de ce es un generador que suministra su propia corriente de exci­tación mediante la conexión directa del campo sobre los terminales de la maquina. Se ha dibujado su circuito, equivalente. Allí puede verse que la corriente del in­ducido proporciona las corrientes del campo y de la carga:

IA = IF + IL

La ecuación del voltaje del circuito de armadura es:

VT = EA -IA * RA

Comparado con el generador de excitación independiente, el generador derivación tiene la ventaja de que no requiere fuente adicional para alimentar su excitación. Pero surge una pregunta: si el generador suministra su propia comente de campo, ¿cómo consi­gue el flujo inicialmente el generador cuando se pone en funcionamiento?

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Proceso de autoexcitación del generador derivación

Supóngase que no se conecta, carga al generador y que la máquina motriz

comienza a mover el eje del generador, ¿cómo se consigue que aparezca voltaje en los termínales de la máquina?

El proceso de autoexcitación de un generador de cc necesita de la existencia de un flujo residual en los polos de la máquina. De esta forma, cuando el generador comienza a girar se induce en la armadura el voltaje.

EA = Kres 

Esta tensión que puede ser tan sólo de uno o dos voltios, aparece en los terminales del generador y, por consiguiente, hace circular corriente por las bobinas del campo (If= Vt! /Rf). La corriente da lugar a una fuerza magnetomotriz que incrementa el flujo de los polos. El aumento de flujo origina un aumento de EA =K! el cual, a su vez, aumenta el voltaje terminal VT. Al aumentar VT aumenta IF, dando lugar a mayor flujo , el cual au­menta nuevamente EA, etc.

Nótese que el efecto de la saturación magnética de los polos es el que eventualmente limita el voltaje terminal del ge­nerador.

¿Qué pasa si se pone en marcha un generador derivación y no ocurre el proceso de elevación de voltaje por autoexcitación? Hay varias causas que pueden conllevar a que no se prodúzcala elevación de tensión; entre ellas están:

1. Es posible que no haya flujo magnético residual en el generador para poder iniciar el proceso: si el flujo residual res=0, entonces EA=0 y el voltaje nunca aumentará.

2. Puede haberse invertido el sentido de giro del generador, o puede haberse invertido la conexión del campo; en cualquiera de estos casos si se produce una tensión interna EA, pero ésta hace circular una corriente de campo cuya fuerza magnetomotriz da lugar a un flujo que, en vez de reforzar, se opone al flujo residual. Bajo esta circunstancia el flujo resultante es menor que  res y el voltaje tampoco aumentará.

3. La resistencia del campo puede estar ajustada en un valor mayor que el de resis­tencia critica. Normalmente, el generador shunt incrementa voltaje hasta el punto en donde la curva de magnetización intersecta la línea de resistencia de campo: si ésta tiene el valor correspondien­te a R2, la recta resulta casi paralela a la curva de magnetización.

Como la tensión de la curva de magnetización varía de la velocidad de rotación del generador, la resistencia crítica también varía con la velocidad. En general, a menor velocidad, menor resistencia crítica.

Característica Terminal del Generador Derivación

La característica terminal del generador derivacional es diferente de la del generador de excitación independiente, debido a que su corriente de excitación depende del voltaje terminal de la máquina. Para explicar la característica terminal del generador, obsérvese lo que ocurre cuando se va incrementando la carga, partiendo de la condición de vacío.

Cuando aumenta la carga del generador, IL aumenta y también lo hace IA = IL + If.

El incremento de IA aumenta la caída de voltaje IA RA en la resistencia de armadura, causando la disminución de VT = EA - IA ! RA. Hasta aquí se tiene el mismo comportamiento del generador de excitación independiente. Sin embargo cuando, VT disminuye, también disminuye la corriente de excitación del generador derivacional, ocasionando descenso del flujo y de EA. Si EA disminuye, produce una mayor disminución del voltaje terminal VT = EA ! - IA RA. Nótese que la caída del voltaje es más pronunciada que en el generador con excitación independiente.

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Control del Voltaje del Generador Derivación

Al igual que en el generador de excitación independiente, hay dos formas de controlar la tensión de un generador derivación:

1-. Variar la velocidad m del eje del generador.

2-. Variar la corriente de excitación del generador mediante la variación de la resistencia del campo.

El método más utilizado es el de variar las resistencias del campo Rf, entonces aumenta la corriente de campo If = VT / Rf !, aumentando el flujo  y la tensión generada EA, con lo cual se incrementa también el voltaje terminal del generador.

Generador con Excitación en Serie

El generador serie tiene el campo conectado en serie con su armadura. Dado que la armadura conduce una corriente mucho más elevada que la de un campo en derivación, el campo del generador serie necesita pocas espiras de alambre cuya sección debe ser muy superior a la de un alambre de campo en derivación. Como la fuerza magnetomotriz se expresa mediante la ecuación ! = NI, puede conseguirse exactamente la misma fuerza magnetomotriz mediante pocas espiras y alta corriente, que con muchas espiras y poca corriente. Como la corriente de plena carga lo recorre, el campo serie debe tener la misma resisten­cia posible. Se representa el circuito equivalente del generador serie; en esta máquina las corrientes de armadura, de campo y de línea son iguales. La ecuación de voltajes del generador es:

VT = EA - IA ( RA + RF)

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Característica Terminal del Generador Serie

La curva de magnetización del generador serie es similar a la de los otros generadores. Sin embargo, en vació no hay corriente de campo, de tal manera que VT alcanza solamente el valor correspondiente al flujo remanente de la máquina. Cuando la caiga aumenta, también lo hace la corriente de campo, de tal manera que EA aumenta rápidamente. La caída IA (RA + Rs) también se incrementa, pero al comienzo es mayor el aumento de EA que el de la caída, así que VT aumenta. Después de la máquina se aproxima a la sa­turación y EA permanece casi invariable: a partir de este punió predomina la caída de ten­sión resistiva, y VT comienza a disminuir.

Se muestra este tipo de característica, de la cual es obvio que la maquina sería pésima como fuente de voltaje constante: de hecho tiene regulación de voltaje elevada y negativa.

El generador serie solamente se utiliza en algunos pocos casos especiales en los que pueda explotarse lo pronunciado de su característica de voltaje. Una de tales aplicaciones se presenta en la soldadura del arco. En este casó el generador serie se diseña con gran efecto de reacción de armadura, con lo cual se consigue que la característica terminal adopte la forma indicada. Nótese que cuando los electrodos se juntan antes de comenzar a soldar, circula una gran corriente; cuando el operario separa los electrodos, rápidamente aumenta el voltaje del generador mientras se mantiene el alto valor de co­rriente. El voltaje sostiene el arco entre los electrodos permitiendo el proceso de soldado.

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Generador con Excitación Compuesta Acumulativa

El generador con excitación compuesta acumulativa es un generador de cc provisto de campos serie y derivación conectados de tal manera que sus fuerzas magnetomotrices se refuerzan. Se muestra el circuito equivalente del generador compuesto acumula­tivamente, con conexión en "derivación larga". Los puntos que aparecen sobra las dos bobinas de campo tienen el mismo significado que en el transformador, las corrientes que penetran por un punto producen fuerza magnetomotriz positiva. Nótese que la comento del inducido penetra por el extremo punteado de la bobina serie, y que la corriente If, también entra por el extremo punteado de la bobina del campo en derivación. Por con­siguiente, la fuerza magnetomotriz total de esta máquina es

!net = !sh + !se -!ar

La corriente efectiva equivalente del campo derivación de la máquina se expresa por:

IF' = IF + (Nse / Nsh)* IA - !ar / Nsh

Otra forma de conectar el generador con excitación acumulativa es la conexión, en "derivación corta", en la cual el campo serie queda por fuera del circuito del campo en derivación. En este caso, por la bobina del campo seria circula la corriente IL en lugar de IA.

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Característica Terminal del Generador con Excitación Compuesta Acumulativa

Para explicar la característica terminal de un generador con excitación compuesta acumulativa se hace necesario entender primero los efectos que ocurren dentro de la máquina.

Supóngase que se aumenta la carga del generador; por lo tanto, aumenta IL. Como IA = IL! + If, también aumenta la corriente del inducido IA. En este momento ocurren dos fenómenos en el generador:

1. Cuando IA aumenta, también lo hace la caída de tensión IA(RA + RS), lo cual tiende a disminuir el voltaje terminal VT = EA - IA !(RA + RS).

2. Cuando IA aumenta, la fuerza magnetomotriz del devanado serie también aumenta !se = Nse*IA. Con esto también en aumenta la fuerza magnetomotriz de la máquina !tot = Nf If + Nse IA ! y por tanto el flujo. El incremento del flujo aumenta EA lo cual, a su vez, tiende a hacer subir el voltaje terminal.

Estos dos efectos son opuestos entre sí; uno tiende a elevar VT y el otro tiende a disminuir VT. ¿Cual de los dos predomina en una máquina dada? Todo depende del numero de espiras del arrollamiento serie de la máquina

Control de Voltaje del Generador con Excitación Compuesta Acumulativa

Los métodos más utilizados para regular el voltaje terminal del generador con excitación compuesta acumulativa son exactamente los mismos que se emplearon en el generador derivación.

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Generador con Excitación Compuesta Diferencial

El generador de cc con excitación compuesta diferencial es un generador dotado de campo en derivación y en serie, pero de manera que sus fuerzas magnetomotrices sean opuestas entre si. Se ha representado el circuito equivalente de un generador compuesto diferencial. Obsérvese que ahora la corriente de armadura sale por el extremo punteado de la bobina.

De igual manera que el generador con excitación compuesta acumulativa, el generador con excitación compuesta diferencial puede conectarse en derivación larga o en derivación corta.

Característica Terminal del Generador con Excitación Compuesta Diferencial

En el generador con excitación compuesta diferencial se presentan los mismos dos efectos que se manifiesta en el generador con excitación compuesta acumulativa, pero en este caso ambos efectos son de igual sentido: (VT = EA - IA !(RA + RS))

Como ambos efectos tienden a disminuir a VT, la tensión cae drásticamente cuando se incrementa la carga del generador.

Control del Voltaje del Generador con Excitación Compuesta Diferencial

Aun a pesar de que pueda pensarse que la característica descendente del voltaje del generador con excitación compuesta diferencial es mala, también es posible regular el voltaje terminal a cualquier carga, empleando las mismas técnicas utilizadas en los generadores derivación y de excitación compuesta acumulativa:

1-. Variar la velocidad de rotación m.

2-. Variar la corriente de campo If.

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UNIDAD 3

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA (C.C.)

Motores de Corriente Continua

En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a los generadores. De hecho podrían describirse como generadores que funcionan al revés. Cuando la corriente pasa a través de la armadura de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas por la reacción magnética, y la armadura gira (véase Momento de una fuerza). La acción del conmutador y de las conexiones de las bobinas del campo de los motores son exactamente las mismas que usan los generadores. La revolución de la armadura induce un voltaje en las bobinas de ésta. Este voltaje es opuesto en la dirección al voltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ahí que se conozca como voltaje inducido o fuerza contraelectromotriz. Cuando el motor gira más rápido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequeña, y la velocidad del motor permanecerá constante siempre que el motor no esté bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecánico que no sea el requerido para mover la armadura. Bajo carga, la armadura gira más lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en la armadura. El motor puede así recibir más potencia eléctrica de la fuente, suministrándola y haciendo más trabajo mecánico.

Debido a que la velocidad de rotación controla el flujo de la corriente en la armadura, deben usarse aparatos especiales para arrancar los motores de corriente continua. Cuando la armadura está parada, ésta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de funcionamiento normal, se producirá una gran corriente, que podría dañar el conmutador y las bobinas de la armadura. El medio normal de prevenir estos daños es el uso de una resistencia de encendido conectada en serie a la armadura, para disminuir la corriente antes de que el motor consiga desarrollar el voltaje inducido adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce gradualmente, tanto de forma manual como automática.

La velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo magnético que actúa sobre la armadura, así como de la corriente de ésta. Cuanto más fuerte es el campo, más bajo es el grado de rotación necesario para generar un voltaje inducido lo bastante grande como para contrarrestar el voltaje aplicado. Por esta razón, la velocidad de los motores de corriente continua puede controlarse mediante la variación de la corriente del campo.

La regulación de voltaje aporta una idea aproximada de la forma de la característica voltaje-corriente del generador: una regulación positiva significa una característica descendiente, en tanto que un valor negativo indica una característica ascendente.

Todo generador debe ser accionado por una fuente de potencia mecánica generalmente conocida como primó motor o máquina motriz del generador. La máquina motriz de un generador de cc puede ser una turblna de vapor, un motor diesel o aun motor eléctrico. Como la velocidad del primo motor incide sobre el voltaje de un generador, y como las características de velocidad de las máquinas motrices varían ampliamente, se acostumbra comparar las regulaciones de voltaje y las características externas de los distintos generadores asumiendo velocidad constante. Por eso a lo largo del capitulo se to­mará como constante la velocidad de los generadores, a menos que se especifique lo contrario.

Zona neutra 
Plano perpendicular al campo magnético en el que la bobina no corta las lincas de fuerza y por lo tanto la tensión inducida es nula. Así mismo, el par de giro también es nulo. 

" Polos" 
Expresión popular con la que se conocen las piezas que sujetana cada uno de los bobinados del inducido. Esta expresión no es técnicamente correcta ya que, realmente los polos son cada una de las piezas que componen el inductor, encargado de generar el campo magnético. 

Motor universal 
Motor que puede ser alimentado con c.c. o con c.a. 

Excitación 
Circuito de un motor eléctrico encargado de crear el campo magnético 

Par de giro 
Es el producido por dos fuerzas de dirección opuesta aplicadas a un objeto a una distancia determinada de su eje de giro. El efecto producido por estas fuerzas, es el hacer, que dicho objeto gire alrededor de su eje.

Circuito Equivalente de un Motor de cc

Dado que un motor de cc físicamente es la misma máquina de un generador de cc, su cir­cuito equivalente es exactamente el mismo que el de un generador, excepto por la dirección de circulación de la corriente. Nótese que la corriente fluye hacia dentro del circuito de armadura de la máquina. El voltaje inducido en esta máquina está dado por la ecuación

EA = K 

pro = K  IA

Estas dos ecuaciones, la ley de voltajes de Kirchhoff del circuito de la armadura y la curva de magnetización de la máquina, son todas las herramientas necesarias para analizar el funcionamiento de un motor de cc.

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Excitación de los motores eléctricos 
Los motores de los trenes eléctricos en miniatura disponen de dos tipos de excitación: de imanes permanentes y de excitación serie. 
Los motores de iman permanente son utilizados en locomotoras de c.c.. Para cambiar el sentido de marcha sólo sera necesario invertir la polaridad en sus terminales. 
Los motores con excitación en serie son motores universales utilizados en locomotoras de c.a. En estos el cambio de sentido de marcha es más complicado, pues se ha de realizar mediante un teleinversor, pero presenta la ventaja de que puede alimentarse con c.c. o con c.a.. Otra de las ventajas de este tipo de motores es que el par de giro aumenta al aumentar la carga.

Motores de cc con Excitación Independiente y con Excitación en Derivación

Se muestran respectivamente los circuitos equivalentes de un motor de cc con excitación independiente y un motor de cc en derivación. Un motor de cc con excitación independiente es un motor cuyo circuito de campo se alimenta desde una fuente de alimentación separada, de voltaje constante, mientras que un motor de cc en derivación es un motor cuyo circuito de campo toma su potencia directamente de los terminales de la armadura del motor. Cuando se asume la fuente de alimentación del voltaje constante, no hay diferencia practica en el comportamiento de estas dos máquinas. A menos que se especifique lo contrario, el comportamiento del motor con excitación independiente.

La ecuación de la ley de tensiones de Kirchhoff para el circuito de armadura de este

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Si el eje y la velocidad, así la característica terminal de un motor es una gráfica de sus salidas par versus velocidad.

¿Cómo hace un motor en derivación para responder a la carga? supóngase que se in­crementa la carga en el eje del motor en derivación. Cuando el par de carga Tcarga exceda el par producido Tind en la máquina, el motor comenzará a ir más despacio. Cuando va más lento, el voltaje generado cae (EA = K !) así que la corriente de armadura en el motor se incrementa. Como la corriente de armadura se eleva, incre­menta el par producido en el motor y finalmente el par producido será igual al par de la carga a una menor velocidad mecánica de rotación .

La característica de salida de un motor de cc en derivación se puede obtener de las ecuaciones del voltaje y par inducidos en el motor, más la ley de voltajes de Kirchhoff. La ecuación de la ley de voltajes de K.irchhoff para el motor en derivación es:

 = (K VT / K )-(RA /(K )2)Tind

Esta ecuación es, en efecto, una línea recta, con pendiente negativa. La característica re­saltante de par'velocidad del motor en derivación se muestra.

Es importante aclarar que la velocidad del motor varia linealmente con el par, siempre y cuando los otros términos en esta expresión permanezcan constantes con la variación de la carga. Se asume que el voltaje en terminales suministrado por la fuente de cc, es constante si no es constante, entonces las variaciones del voltaje afectarán la forma de la curva par-velocidad.

Otro efecto interno del motor que puede afectar la forma de !a curva para velocidad es la reacción de la armadura, entonces cuando se incrementa su carga el efecto desmagnetixzante reduse su flujo, el efecto de una reducción en el flujo, a cualquier carga dada, es un incremento a la velocidad del motor, con respecto a la velocidad que giraría sin reacción de armadura. Si un moto tiene devanados de compensación por supuesto no habrá problemas por el efecto desmagnetizante en la máquina y su flujo permanecerá constante.

Si en un motor en derivación de cc se conocen la velocidad y la corriente de armadura, a cualquier valor de la carga, entonces es posible calcular la velocidad a cualquier valor de la carg, mientras se conozca, o pueda determinarse, la corriente de armadura a esa carga.

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Motor de CC de Imán Permanente

Un motor de cc de imán permanente es un motor cuyos polos son hechos de imanes permanentes. En esencia, es un motor en derivación en el cual su circuito de campo se remplaza por imanes permanentes. Estos motores alguna veces se emplean para manejar pequeñas cargas en lugar de motores en derivación, puesto que son menos complicados.

Por definición, en un motor de imán permanente el flujo es flujo, así que su velocidad no pude controlarse mediante la variación de la corriente o flujo de campo.

Motor de CC en Serie

Es un motor de cc cuyo devanado de campo consta de unas relativamente pocas espiras conectadas en serie con el circuito de armadura. En un motor en serie la corriente de armadura, la corriente de campo y la corriente de línea son todas la misma.

Par Producido en un Motor de CC Serie

Las características terminales de un motor de cc serie son muy diferentes de las del motor en derivación, previamente estudiado. El comportamiento básico de un motor de cc serie es debido al hecho de que el flujo es directamente proporcional a la corriente de armadura, al menos hasta alcanzar la saturación. A medida que incrementa la carga sobre el motor, también incrementa el flujo del motor causa un decremento en su velocidad. El resultado es que un motor serie tiene una característica par-velocidad con una caída brusca.

El flujo en esta máquina es directamente proporcional a su corriente de armadura (al menos hasta la saturación del metal). Por lo tanto, el flujo en la máquina puede expresarse por:

 = p IA

En otras palabras, el par en el motor es proporcional al cuadrado de su corriente de armadura. Como resultado de esta relación, es fácil ver que un motor serie da más par por amperio que cualquier otro motor de cc. Por esto se utiliza en aplicaciones que se requieren pares muy altos.

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Las Características Terminales de un Motor de CC Serie

Para determinar las características terminales de un motor de cc serie, el análisis se basará en la suposición de una curva de magnetización lineal y luego el efecto de la saturación se considerará en un análisis grafico.

Obsérvese que para un motor serie no saturado, la velocidad del motor varia como el reciproco de la raíz cuadrada del par, la cual es una relación verdaderamente inusual.

De esta ecuación puede verse inmediatamente una desventaja del motor serie. Cuando el par en este motor va a cero, su velocidad va a infinito. En la practica, el par no puede ser totalmente cero a causa de las pérdidas mecánicas del núcleo y adicionales que debe vencer. Sin embargo, si no se conecta otra carga al motor, puede girar lo suficientemente rápido para dañarse a si mismo. Un motor serie nunca debe estar completamente descargado y nunca conectado a una carga por una correa u otro mecanismo que se pueda romper. Si esto pudiera ocurrir y el motor llega a estar sin carga mientras gira, el resultado podría ser serio.

Control de Velocidad de un Motor Serie

A diferencia del motor en derivación de cc, solamente hay una forma eficiente para cambiar la velocidad de un motor serio de ce. Este método es cambiar ei voltaje terminal del motor. Si el voltaje terminal se incrementa, el primer término de la ecuación se incrementa, resultando una velocidad más alta para cualquier par dado.

La velocidad de un motor serie de cc también puede controlarse mediante la inserción de una resistencia en serie con el circuito del motor, pero esta técnica es muy antieconómica en potencia y solamente se usa para períodos intermitentes durante el arranque algunos motores.

Hasta los últimos 20 años o más, no había una forma conveniente de cambiar VT así, que el único método de control de velocidad disponible era el método de la antieconómica resistencia en serie. Esto se ha modificado hoy gracias a. la, introducción de . circuitos de control basados en SCR. Las técnicas de obtener voltaje terminal variable, ya se discutieron y de nuevo se consideraran mas adelante en este capitulo.

Motor de CC con Excitación Compuesta

Un motor de cc con excitación compuesta es un motor con ambos campos en derivación y serie. Nuevamente se utiliza la convención al punto, corresponde a una fuerza magnetomotriz positiva, en donde el signo, positivo en las ecuaciones esta asociado con un motor de excitación compuesta acumulativa, y el signo negativo asociado con un motor de excitación compuesta diferencial.

Es importante observar que ocurre con un motor de excitación compuesta cuando la potencia fluye al revés. Si un motor de excitación compuesta acumulativa llega a ser un generador, su corriente de armadura fluye al revés, mientras que su corriente de campo permanece en la misma forma que antes. Entonces, un motor de excitación compuesta acumulativa llegara a ser un generador de excitación compuesta diferencial, y un motor de excitación compuesta diferencial llagará a ser un generador de excitación compuesta acumulativa. Esto influencia a menudo la escogencia de máquinas de cc en sistemas, especialmente en conjuntos de motor - generador en donde la potencia puede fluir en ambas direcciones. Más adelante se dirá algo más sobre la escogencia de motores, cuando se examine el motor de excitación compuesta diferencial.

La característica Par-velocidad de un Motor de Excitación Compuesta Acumulativa de CC

Como se produce el giro del rotor  El funcionamiento de un motor de c. c. se basa en el principio de que un conductor que se encuentra dentro de un campo magnético y por el que circula una corriente tenderá a moverse en dirección perpendicular al campo (regla de la mano izquierda).  Como puede verse en la figura, el sentido de la corriente en el conductor de ida y en el de retorno es opuesto, creando sus propios campos magnéticos, que reaccionan con el campo producido por el inductor. Se produce, así pues, un par de fuerzas alrededor del eje que originan el giro. Cuando el bucle entra en la zona neutra, se crea un cortocircuito en la bobina, además, esta, ya no corta lineas de fuerza por lo que el par es nulo y la bobina solo gira por inercia. Una vez superada la zona neutra, la corriente que circula por la bobina cambia de sentido y vuelve a cortar lineas de fuerza, por lo que se produce de nuevo un par en el mismo sentido que antes. Estableciendose de esta manera el giro continuado del rotor.

 Para evitar el problema de la falta de par al pasar por la zona neutra y poder disponer de un par de giro en todas las direcciones se ha desarrollado el motor de tres "polos", pero tiene el inconveniente de que dicho par de giro no es uniforme debido a que hay momentos en los que fluye corriente por los tres bobinados y otras en las que solo fluye por dos, quedando el tercero cortocircuitado. Este efecto se atenua aumentando el número de "polos", con lo que tenemos los motores de cinco "polos". 

BIBLIOGRAFIA

• MAQUINAS ELECTRICAS Y TRANSFORMADORES, KOSOV

• http://zeus.dci.ubiobio.cl/electricidad/transformadores/constitu.htm

• http://www.ri4160.org.mx/transformadores/quees.htm