cI ~I:,. Generadores y...-109 na corriente continua pulsante de acuerdo ,con la figura 144 por III....

es GENERALIDADES Todo 10 que estudiaremos en este ~apltulo y

en el proximo sobre generadores y motores de corriente alterna es desarrollo del experimento fundamental que estudiamos en la pri~ mera parte pag 100 fig 80 y 81 bull Siempre se trata de la acci6n mushytua de un conductor (0 valios conductores) que se mueve en un camshypo magnetico Este experimento es reversible si al conductor Ie dashymos un movimiento mecanico obtenemos una corriente electrica

rYi i cI ~~I ~

s N s

Fig 141

(generador) y si Ie comunicamos una corriente electrica obtendreshymos un movimiento mecanico (motor) (Vease experimento fundashymental pag 85 figura 82 de la primera parte)

- La figura 141 ya explicada en la prhnera parte muestra el disposishytivo mas sencillo para producir una corriente (en eate caso corriente alterna) que se transporta afuera POl medio de los dOB anillos mosshytrados en la figura 82 de la primera parte

Ahora bien una pequeiia modishyficaci6n nos permiteproducir con este mismo aparato una corriente continua Esto 10 muestra la fishygura 142

En ella hemos reemplazado los Fig 142 anillos del colector por dos sectores

semicirculares a los cuales estan unidos 10$ extremos del cuadro movil Las escobiIlas en lugar de frotar sobre dog anillos distintos se colocaran diametralmente 0shypuestas yestan en contacto cada una con un sector Los sectores estan fijos sobre el eje del cuadro giratorionaturalmente aislados entre Sl EI conjunto queacabamos de describir se denomina conmushytador y pertenece al grupo de rectificadores mecanicos (vease mas tarde) Veremos en seguida como conseguimos POl medio de el Ula direccion de corriente constante-ontinua pulsante-El

- 108

cuadro moviJ al efectuar media revoluci6n estara recorrido por una corriente que varia desde un voltaje 0 hasta un voltaje maximo para volver luego a 0 Durante la otra media revolucion el voltaje sufre la nlisma variaci6n pero la corriente atraviesa el cuadro en sentido contrario De III sola observacion de la figura 142 nos damos cuenta de que durante la segunda media revoluci6n que hemos mencionado la corriente enel circuito exterior 0 sea el que esUi coshynectado it las escobillas sera del mismo sentido del de la primera meshydia revolucion pues en el instante preciso en que la corriente del cuadro cambie de sentido la escobilla Bl estara en contacto con el sector S2 y la escobilla B2 estara en contacto con el sectorSl bull De esta

w v n

W b

n

rencia entre estas curvas consiste en que la segunda siempre esta de un mismo lado del ejemientras que la primera y III de la corrienshyte del circuito interior fig 143 es sencillamente una copia de la curva dela fig 81 de la primera parte

I I I Vi Il-- V i-shy I Vi

0 V

I V i V II I Ideg11 I 9~ l t2 j[ 0

I I I 10 I i i I- IJ I I i I

I I I I 0

L 1 I I i OJciol( del cuadra en radoJp

Fig 144

La corriente representada en 111 Figura 144 se llama corriente continua pulsante

Claro que la electrotecnia no se ha contentado con producir ushy

~ shy

- I

I I I

_ 10

90 160 Z10 J60 POllCIOn del cuaclro

Fig 146

shy

I

I

450

rriente mas uniforme a costa de dos grandes inconvenientes prishymero cada par de sectores del conmutador tendra un voltajeJelevado cuando se pone en contacto con III escobilla (chispeo fuerte y deteshyrioro de sector y escobilla) segundo de cada cuadro utilizamos unishycamente qurante unafracciondesu tiempo de revolucionel voltaje producido y mientras no esta en contacto con las escobillas el volshytaje produCido es inutil EI segundo inconveniente 10 podriamos evishytar distribuyendo alrededor del conmutador tantas escobillas co- rno sectores considerando cada par deescobillas como una pila y conectandoadecuadamente las escobillas entre Sl enserie demaneshyra que en el circuito exterior entre un voltaje igual a la suma de los voltajes producidos por las distintas pilas Claro que en cashyda momenta los voltajes de las distintas pilas son desishyguales y por esto no se evitara elprimer inconveniente puell-

Fig 143

manera en la escobilla Bl siempre entra la corriimte producida seshygun muestra la f1echa en el dibujo bien sea del conductor Cl 0 del conductor C2 despues de media revolucion En la escobiIla B2 sushycedera 10 correspondiente la corriente siempre pasara del circuito exterioral interior En la figura 144 vemos la representacion grafi ca de la corriente del circuito exterior (escobillas) La unica dUeshy

-109 shy

na corriente continua pulsante de acuerdo con la figura 144 por III sencilla razon de que resultademasiado heterogenea Ademas ocushypar el espacio entre los dos imanes con una sola vuelta de alambre no tendria importancia practica En seguida mostraremos las mejoshyras del principiodescrito Poniendo un mayor numero de cuadros giratorios y naturalmente un mayor numero de segmentos en el

conmutador y colocando estos cuadros de manera uniforme la corriente producida sera mas uniforme En efecto cada cuashydro de estos generara una coshyrriente como la que describishy

I mos antes pero estara desfasashyda un poco con relaci6n 111 cuashydro anterior

Con dos cuadros cuatro secshytores en el conmutador y dos escobillas vease fig 145 con-

Fig 145 seguiremos una corriente como la representada en la fig 146

De la misma manera obtendriamos la forma de corriente que conseguirlamos con 8 cuadros 16 sectores y dos escobillas Es claro que al tener en la circunferencia del conmutador 48160 mas secshytores un par de ellos estara en contacto con las escobillas unicashymente durante un cuarto un octavo un dieciseisavo de revolucion y comolas escobillas estan colocadas de tal manera que reciban siempre la parte superior de la curva sinusoidal obtendremos una corriente en el circuito exterior como la representada por la parte negra de la ultima fig 14( Con esto hemos conseguido una co

$0

- 109

na corriente continua pulsante de acuerdo con la figura 144 por la sencilla razon de que resultamiddot demasiado heterogenea Ademas ocushypar el espacio entre los dos imanes con una sola vuelta de alambre no tendrla importancia practica En seguidamiddot mostraremos las mejoshyras del principiodescrito Poniendo un mayor numero de cuadros giratorios y naturalmente un mayor numero de segmentos en el

conmutador y colocando estos cuadros de manera uniforme la corriente producida sera mas uniforme En efecto cada cuashydro de estos generara una coshyrriente como la que describishymos antes pero estara desfasashyda un poco con relacion al cuashydro anterior

Con dos cuadros cuatro secshytores en el conmutador y dos escobilIas vease fig 145 con-


De la misma manera obtendrlamos la forma de corriente que conseguirlamos con 8 cuadros 16sectores y dos escobillas Es claro que al tener en la circunferencia del conmutador 4 8 16 0 mas secshytores un par de ellos estara en contacto con las escobillas unicashymente durante un cuarto un octavo un dieciseisavo de revolucion y comolas escobilIas estan colocadas de tal manera que reciban siempre la parte superior de la curva sinusoidal obtendremos una corriente en el circuito exterior como larepresentada por la parte negra de la ultima fig 141 Con esto hemos conseguido una coshy

fiC

90

shy

I I

270 369 POICion del cuadro

Fig 146

450 540

rriente mas uniforme a costa de dos grandes inco~venientes prishymero cada par desectores del conmutador tendra un voltajelelevado cuandose pone en contacto con la escobilla (chispeo fuerte y deteshyrioro de sector y escobilla) segundo de cada cuadro utilizamos unishycamente durante unafracciondesu tiempo de revolucionel voltaje producido) y mientras no esta en contacto con las escobillas el vol taje produddo es inutil El segundo inconveniente 10 podrlamos evi tar distribuyendo alrededor del conmutador tantas escobilIas comiddot mo sectores considerando cada par deescobillas como una pila y conectando adecuadamente las escobillas entre Sl en serie de maneshyra que en ~l circuito exterior entre un voltaje igual a la suma de los voltajes producidos por las distintas piIas Claro que en cashyda momenta los voltajes de las distintas piIas son desishyguales y por esto no se evitara elprimer inconveniente puellshy

llO

to que algunos pares de sectores darlan chillpeo fuerte y algunos menos chispeo

A causa de que el metodo de colocar un gran numero de esco billas tropiezacon una dificultad mecanica desmasiado grande (serta sumamente dificil aislar bien entre sf 30-40 escobillas que exigirtan los 30-40 sectores del conmutador de los generadores moshydernos) los electricistas han resuelto el problema de veneer los inshyeonvenientes mencionados de otra manera eon el sistema de anillo de Gramme y del tambor de Hefner Alteneek que estudiare mos en seguida

Hasta ahora hemos supue~to que los euadros que producen la corriente de induecion giraban Em el aire entre los dos polosEsto tenshydria practicamente el gran inconveniente deque la densidad magneshytiea de hls lineas cortadas seria sumamente baja Por esto la electroshyteenia envuelve los cuadros alrededor de un ~nucleo de hierro~ de manera que todo el espacio intrapolar que no esta oeupado por conshyductores contiene una sustancia como hierro que produce una denshysidad magnetiea 10 mas alta posible

EI anillo de Gramme es un anillo 0 un cilindro hueco de hIerro al rededor del eual van los alambres conductores comose ve en la figura 147

En la ultima figura se ve como las IIneas magneticas pasan a traves del anillo 5upongamos que el anillo gire en el sentido de la~ f1echa entonces los eonductores eortaran las lineas magneticas de acuerdo eon la regia de la mano izquierda y la cltrriente de induccion tendra el sentidoindieado por las f1echas pequenas En lafig148se ve muy claro que eada delga (asi se lIaman a veshyees 105 segmentos del conmutador) esta coshynectada con el extreshy

mo de una bobina y 0 h~Lprincipio de la si shy~ bull If I

- ~ guiente y tanto as bull lt~ies bobinas de la izquierda como de la

~~~ 1 ~laquoltr~cta quedaran coshy hecrailas en serle de manera Que el voltashy

jeerf el circuito exteshyriol lera la suma de los voltajes en cada bobi~a Tambien se ve que la corrienshyte en la escobilla A siempre va del circuishyto exterior a las bobishynas interiores y en la eseobillaB del circuishyto interior al exterior quedando asi las dos mitades conectadas Fif 147 en paralelo

I If

5i el anilllo sigue girando un poco mas adelante de la posicion mostrada en la figurala escobilla formara una especie de puente entre ~os delgas vecinas 10 que significa que una bobina esta en cortocitcuito Pero esto no perj1ldicara porque la bobina que eata en

111

corto cireuito no lIeva eorriimte de induccion por no cortar Ilneas de fuerza en este momento Por esta razon las escobillas deben colocarshyse sobre un diametro perpendicular a las lIneRS de fuerza como 10 muestra la figura 148

Lo que acabamos de decir relativo a la posicion de lasescobillas en la practica sufre una variacion debido a un fenomeno secundari~ que mostraremoll en seguida

Fig 14B Fig 149

Cu~ndo el anillo esta girando las bobinas dilltribuidas en ellIeshyvan corrllente que por supuesto engendra por sf en el anillo un eampo magnetico tal como 10 muestra la figura 149

Fig 150 8

III

corto circuito no lIeva corriente de induccion por no cortar lineas de fuerza en este mmnento Por esta razon las escobillas deben colocarshyse sobre un diametro perpendicular a las lineas de fuerza como 10 muestra la figura 148 -

Lo que acabamos de decir relativo a la posicion de lasescobillas en la practica sufre una variacion debido a un fenomeno secundario Que mostraremos en seguida

Fig 148 Fig 149

Cuando el anillo esta girandolas bobinas distribuidas en ellIeshyvan corriente que por supuestoengendra por sl en el anillo un calIlpo magnetico tal como 10 muestra Ia figura 149

-

se manifiesta en una disminuci6n del voltaje producido por el geshynerador Pero convieneestudiar este detalle mas adelante cuando ya hayamos entrado en la desshycripci6n deteriida de los distinshytos tipos de generadores

Tambien veremos mas adelante como puede por medio de polos aushyxiiares evitarse el desplazamienshyto de las escohillas Estos polos auxiliares son nada mas que peshyquenos polos que se colOcan entre los polos principales y que tienen como unico destino contrarrestar el campo transversal EI enrollamiento de los polos auxiliares esta conectado siempre en serie con el enrollamiento del rotor cualquieshyra que seala clase de excitaci6n del generador(vease mas adelante) Fig 152

se llama paso del embobinado La figura 152 represents un tumhor con12 ranuras en secci6n Los 6conductores superiores de acuerdo con la regia de la mano izquierda y si suponemos el sentido dn giro en el sentido del reloj lIevaran la corriente como si entrara en el papel En los otros G conductores la corriente de acuerdo con la misma regia de la mano iZquierda como si saHera el papel (La cruz del di~ bujo significa que la corriente entra en el papel es la hueUa del exshytremo de la flecha el punto significa que la corriente sale del papcl es la punta de la flecha indicadora Esta convenci6n es general y pounde usacuando se quiere mostrarelsentido delacorriente en un alamhre cortado normalmente)

En la cara posterior vamos a unir un conductor en que entre la corriente con un conductor en que salga la corriente ed uno de 1a mitad superior con uno de la mitad inferior Adoptaremos para ello un paso en las uniones posteriores igual a n2 0 (n-l) 2 siendo n el nushymero de ranuras usando sieinpre el numero de estos que sea impar (Veanse en el dibujo las uniones punteadas) Si las uniones en In parte posterior tienen un paso hacia adelante las uniones de la cara anteshyrior tendrin siempre un paso hacia atris igual al paso posterior me-nos 2 ~

- 112shy

Este campo magnetico secundario se sobrepone al campo magshynetico principal Como consecuencia tendremos un campo resultanmiddot to desplazado tal como 10 muestra la figura 150

151

Ahora para cotOcar las escobillas debidamente sobre lall delgas correpondientes a la bobina que no lIevacorrientedebemoscolocar el eje de las escohillas en la direcci6n c-d posicion en la cuallas boshybinas no cortaran ninguna linea de fuerza ASI se obtiene un funshycionamiento sin chispeo

Este movimiento de las escohillas hacia adelante en la direcshycion de giro sera tanto mas grande cuanto mas grande sea la corriente que se tome de las esobillas y trae tambien otra conshysecuencia la acci6n de losllamados contra - amperios - vueltas que

- 113shy

Para generadores grandes en lugar de usar unicamente dos polos magneticos se emplean cuatro 0 mas Tales maquinas sll lIaman generadores multipolares La fig 151 representa un gerierador de cuatro polo doce bobinas doce delgas y cuatros escobillas En la figura vemos que las hobinas correspondientes a las cuatro escobillas no cortan Hneas de fuerza y que entre dos escobillas consecuti- vas se encuentran siempre dos bobinas en serie Tambien vemos que en cada grupo las bobinas estan en serie y que los grupos estan conectados en paralelo EI voltaje entre las escobillas Bl y B2 es 1 iguaral voltaje entre las escobillas B3 y B4 y sera igual al voltaje exterior La corriente que la maquina produce sera iguala cuatro veces la corrientre entre Bl y B2 ya que hay cuatro grupos igua-

Ies conectados en paralelo Viendo la figura 147 con mas detenimiento podemos observar

dos inconvenientes del anillo de Gramme primero los conductores que estan situados en la parte interior del anillo no son utiles como productores de corriente sirven unicamente como enlace de los conshyductores exteriores en los que se produce la corriente segundo el interior del anillo debe ser de una materia aislante 0 mala conductora de las lineas magneticas como madera cobre aluminioetc Esto conshyel objeto de impedir a las lineas magneticas penetrar al interior porshyque si esto sucediera los conductores colocados en el interior cortarian dichas lineas y se generaria en ellos una corriente Aplicando la regia de la mano izquierda se ve que esta ultima corriente es opuesta a la de los conductores exteriores cuya corriente se debilitarla con esto

Por las razones anotadas 0 sea en resumen para obtener una mejor distribucion de los conductores y conseguir una menor resisshytencia magnetica en el interior del rotor (0 se dice tamhien indu cido) Hefner-Alteneck introdujoel sistema que Ileva su nombre y quesellamainducido de tambor Este tambores esencialmenteuncishylindro de hierro dulce con unas ranuras distribuidas uniformemente en su 8uperficie En cstas ranuras se colocan los conductores y se unen entre si como vamos a explicar en seguida

Llamaremos cara ant~rior del inducido la cara donde se enshycuentra el conmutador y cara posterior allado opuesto SupongamoS

por un instante que cada ranura del inducido contenga unicamenshyte un hilo 0 conductor Para que la corriente pueda circular es neshycesario unir entre sl tanto en una cara como en la otra estos conshyductores Estas uniones se hacen en los extremos y en elias nose geshynera corriente EI numero de ranuras que Abarca una union de estas

F i

- 113shy

Para generadores grandes en lugar de usar unicamente dos poshylos magneticos se emplean cuatro 0 mas Tales maquinas se Haman generadores multipolares La fig 151 representa un gerierador de cuatro polos doce bobinas doce delgas y cuatros escobillas En la fig-ura vemos que las bobinas correspondientes a las cuatro escobillas no cortan lineas de fuerza y que entre dos escobillas consecuti vas se encuentran siempre dos bobinas en serie TambUm vemos que en cada grupo las bobinas estan en serie y que los grupos estan conectados en paralelo EI voltaje entre las escobillas 81 y 82 es iguaral voltaje entre las eseobillas B3 y 84 y sera igual al voltaje exterior La corriente que la maquina produce sera iguala cuatro veces la corrientre entre 81 y 82 ya que hay cuatro grupos iguashy


dos inconvenientes del anillo de Gramme primero los conductores que estan situados en la parte interior del anillo no son utiles como productores de corriente sirvenunicamente como enlace de los conshyductores exteriores en los que se produce la corriente segundo el inshy

terior del anillo debe ser de una materia aislante 0 mala conductora de las Ifneas magneticas como madera cobre aluminio etc Esto conshyel objeto de impedir a las lineasmagneticas penetrar al interior porshyque si esto sucediera IDs conductores colocados en el interior cortarian dichas lineas y se generaria en ellos una corriente Aplicando la regIa de la mano izquierda se ve que esta ultima corriente es opuesta a la de los conductores exteriores cuya corriente se debilitaria con esto

Por las razones anotadas 0 sea en resumen para obtener una mejor distribuci6n de los conductores y conseguir una menor resisshytencia magnetica en el interior del rotor (0 se dice tambien Hindu_ cido) Hefner-Alteneck introdujo el sistema que Ileva su nombre y quesellama inducido de tambor Este tambores esencialmenteuncishylindro de hierro dulce con unas ranuras distribuidas uniformemente en su superficie En estas ranuras se colocan los conductores y se unen entre Sl como vamos a explicar en seguida


por un instante que cada ranura del inducido contenga unicamenshyte un hilo 0 conductor Para que la corrien~e pueda circular es neshycesario unir entre sl tanto en una cara como en la otra estes conshyductores Estas uniones se hacen en los extremos y en ellas nose geshynera corriente EI numero de ranuras que abarca una union de estas se llama paso del embobinado La figura 152 representa un timbor con12 ranuras en secci6n Los 6 conductores superiores de acuerdo con la regia de la mano izquierda y si suponemos el sentido do giro en elsentido del reloj llevaran la corriente como si entrara en el papel En los otros 6 conductores la corriente de acuerdo con la misma regIa de la mano iZquierda como si saHera el papel (La cruz del dishybujo significa que la corriente entra en el papel es la huella del exshytremo de la f1echa el punta significa que la corriente sale del papel es la punta de la f1echa indicadora Esta convenci6n es general y pounde usa cuando se quiere mostrar el sentido de la corriente en un alambre cortado normalmente)

En la cara posterior vamos a unir un conductor en que entre la corriente con un conductor en que salga la corriente ed uno de la mitad superior con uno de la mitad inferior Adoptaremos para ello un paso en las uniones posteriores igual a n2 0 (n-l)2 siendo n el nushymero de ranuras usando siempre el numero de estos que sea impar (Veanse en el dibujo las uniones punteadas) Si las uniones en la parte posterior tienen un paso hacia adelante las uniones de la eara anteshyrior tendran siempre un paso hacia atras igual al paso posterior meshynoa 2

- 114 --

Todas las unlones tant~ las de la cara posterior como las de la cara anterior no sirven sino de puentes a la corriente menos las dos de la cara anterior que en el dibujo tienen dos flechas Como 10 muesshytra la figura 153 la mitad de cada union anterior la unimos a una delshyga del conmutador y las escobilias las ponemos sobre las delgas coshyrrespondientes a las uniones de las cuales unicamente salecoshyrriente 0 en las cuales entra corriente del gas e y b

Asi todo el enrollamiento es un solo alambre el cual esta dishyvidido exactamente en dos parshytes iguales y entre sl en paralelo por los dos alambres que a trashyves de deign y escobilla comushynican 01 circuito exterior

Lo descrito vale para un geshynerador de dos polos Si hay vashyrios polos el enrollamiento se hace de manera analoga

En la practica los rotores tieshynell de 30 a 40 ranuras y en cada ranura no va solalnente un alambre sino varios conducshytores

Debido al cambio constante N de posicion del nucleo del inshyducido con relacion a los polos Fig 153 este tiene que fabricarsc de un material que nOconserve su imanacion 0 sea cuya curva de histeshyresis tenga muy poca superficie (vease pag 83 de la primera parte) Ademas no se hace macizo sino se Ie com pone de muchas laminas delgadas aisladas entre sicon papel de seda 0 barnz para evitar la for maciCn de las lIamadas corrientes parasitas Estas corrientes se forshyman en el interior del nucleo por ser estetambien un conductor que sc mueve en un campo magn6tico Dichas corrientes circularan alrededor del nucleo y 10 calentaran 10 que viene a representar una perdida de eriergia Con 01 sistema de laminas en el nucleo 10 que no afecta apreciablemente sus propicdades nlagneticas se Inteshyrrumpen estas corrientes pues las aminas tienen un sentido bansshyversal al sentido que tendrian elias Igualmente se hacen laminadas las piezas que forman los polos para evitar formacion de corrienshytes de esta clase en elIas

Ya sahemos que para producir corriente de induccion es absoshylutamento indispensable In presencia de un campo magnctico Este podemos producirlo por medio de imanes permanentes como se hashyce en pequenos generadores 0 por medio de electroimanes Lo ulshytimo se hace en toda clase de generadores industriales ya que unishydades grandes necesitan un campo magnetico muy potente 10 que no podria lograrse con los pequenosimancs permanentes de herradura

Para producir eJ magnetismo en estos electroimanes necesitamos una corriente clectrica Esta corliente la podemos obtener de una bashyteria de pilas 0 acumuladores pero 10 mas practico es tomaria de la misma corriente producida por el generador Asi tendremos segun la excitacion de los imanes dos grupos de generadores de corriente conshytinua generadores con excitacion independiente y generadores con autocxcitacion Los ultimos se subdividen segun el modo como se comshybina el circuito de excitacion y el circuito principal en tres grupos generadores en serie en derivacion y compuestos fig 155

Se preguntarn como se empieza a generar corriente en un $eshynerador autoexcitado Pero si tenemos en cuenta que en todo hierro

- 115middotshy

queda algo de magnetismo que I1amamos magnetismo remanente (vease primera parte pag 82) podremos comprender como se inicia la corriente porque los conductores del inducido en las primeras vueltas cortaran estas poeas lineas Inagncticas la pequena corrienshyte asi generada reforzara ei campo magmitico y de esta manera se

I generara unacorriente mas fuerte hasta que se llega a la imanashycion normal Cuando el inductor (nombre tecnico de los imanes) ha perdido por completo el magnetismo el generador autoexcitado no empieza a funcionar En tal caso es necesario excitarlo desde fuera la primera vez p e con un acumulador

En la figura 154 mostramos como ejemplo de la marcha de las IIneas magmiticas del inductor cl campo de un gcnerador tetrapolar

Motores y Gcneradores Ya desdc la pri shy

mera parte (Capitushylos 5 B y 5 C 1) sashyhemos que un conshyductor con cmriente se mueve al enconshytrarse en un campo magnetico y que esshyte fcnomeno tieno su inverso en Ia forshymadon de la coshyrricnto de induccion que resulta del moshyvimiento de un conshyductor en un camshypo magnctico Ahoshyra bien si a uno de los generadores que hemos mencionado en luar de comunishycarle energia medi-

Fig 154 nica mos

Ie comunicashyuna corriente

electrica en el rotor tendremos una Sl-rie de conductores con corrionte en el seno del campo magnCtico de los inductores que tenshydriui que moverse de acuerdo con la regia de la mano derecha proshyduciendo energia medinica Este aparato es 10 que lIamamos motor electrico Vemos que los generadores de corriente continua son ala vez motores de corriente continua segun 10 que se entregue enershygia mecanica ( energia electrica (Vease tambienmiddot primera parte

pag 48) En cuanto a la combinaci6n de la corriente alimentadora y de la corriEmte excitadora en el motor tenemos tres posibilidades motor en serie motor en paralelo y motor compuesto Estos tres corres- ponden a los tres ultimos generadores de la figura 155 Desde rueshygo podria construirse tambien un motor con excitacion indepenshydiente este recibiria dos corriente distintas una para el rotor y otra para los imanes

Desde la primera parte cuando estuiliamos la ley de Lenz (pag 87) sabemos que la corriente de induccion que naceen un conductor al moverse en el campo magnetico es de un sentido tal que el conducshytor sufre una reaccion mecanica que se opone al movimiento iniciaL

-115shy

-+

queda algo de magnetismo que llamamos magnetismo remanente (vease primera parte pag 82) podremos eomprender como se inicia la corriente porque los conductores del inducido en las primeras

vueltas cortaran estas pocas lineas magncticas la pequena corrienshyte asi generada reforzara ei campo magnctico y de esta manera se


En la figura 154 mostramos como ejemplo de la marcha de las Iineas magneticas del inductor el campo de un generador

tetrapolar

Matores y Generadores Ya desde la pri shy

mera parte (Capitushylos 5 B y 5 C I) sashybemos que un conshyductor can corriente se mueve al encon- trarse en un campo magnetico y que esshyte fenomeno tiene su inverso en la forshymadon de la coshyrriente de induccion que resulta del moshyvirniento de un conshyductor en un camshypo magnctico Ahoshyra bien si a uno de los generadores que hemos mencionado en luar de comunishycarle energia meca-

Fig 154 nica Ie comunicashymos una corriente

electrica en el rotor tendremos una serie de conductores con corriente en el seno del campo magnctico de los inductores que tenshydrin que moverse de acuerdo COIl la regia de la Inano derecha proshyduciendo energia mecanica Este aparato es 10 que llamamos motor

electrico Vemos que los generadores de corriente continua son ala vez motores de corriente continua segun 10 que se entregue enershygia mecinica 0 energla electrica (Vcase tambicn primera parte

pag 48) En cuanto a la comhinacion de la corriente alimentadora y de

Ia corrimte excitadora en el motor tenemos tres posibilidades motor en serie motor en paralelo y motor compuesto Estos tres corrcs-

ponden a los tres iiltimos generadores de la figura 155 Desde lueshygo podria construirse tambiiiin un motor con excitadon indepenshydiente cste recibirla dos corrientes distintas una para el rotor y otra para los imanes

Desde la primera parte cuando estucliamos la ley de Lenz (pag 87) sabemos que la corriente de induccion que nace en un conductor al moverse en el campo magnetico es de un sentido tal que el conducshytor sufre una reacci6n mecanica que se opone al movimiento iniciaL

-116 -

Esta reacci6n es la que precisamente hay que vencer con energia meshycanica 01 mover un generador En los motores eIectricos sucede 10 analogo les comunicashymos una corriente y esta corriente hace que el rotor gire en un campo magnetico Ahoraviene la reaccion pues debido al movimiento de los conductores del rotor en el campo magnetico se genera en ellos otra corriente opuesta ala entregada (ley general de la fisica toda acci6n tiene su reacci6n) Que las dos corrientes en un motor son opuestas se ve claramente en la regia de la mano izquierda y en la regia de la mana derecha

Lo que hemos dicho acerca del campo magnetico desplazamiento de las escobillas construcci6n del

mutatis mutandis-igualmente pa-rotor etc para el generador valeshy

ra cl motor

8J G

2-Generadores

a) Generador de excitacion Independiente

EI esquema de un generador excitado independientemente 10 vemes arriba en la fig 155

Cuando la velocidad de este geshynerador qucdaconstante y el eamshypomagnetico no varia elvoltaje teoricamente producido sera consshytante puesto quesegun la formushyla de la corriente de induccion (vease primera parte pall 88) el volshytaje producido en el mismo numeshyro de conductores depende unicashymente del numero de limgtas magshyneticas cortadas en la unidad de

j

tiempoEstevoltaje que I1amaremos voltaje total no es el mismo que se mide entre las escobillas 0 sea el aprovechable el que va al cir shycuito exterior Este ultimo voltaje entre escobiHas 10 lIamarem08 volshytaje utH EI voltaje util resulta del voltaje total descontandole las pershy Fig 155didas en la misma maquina Estas perdidas aumentan a medida que aumenta la intensidad en el circuito exterior Esta intensidad circula desde luego tambien en los conductores del rotor y puesto que el conjunto de estos conducshyt~res siemp~e ftece Ina cierta resstencia (aun cuando mu) pequeshy(na el voltaJe ubi es 19ual al voltaJe total menosel producto de la resistencia del rotor (resistencia interna) multiplicada con la intenshysidad del circuito exterior (e interior) La intensidad en el circuito exterlor la llamaremos ca~ Para el ingeniero es muy importante conocer la relacion que hay entre la carga y el voltaje utH Esto se exshypresa por medio de graficos Que se Haman caracteristicas extershynas La fig 156 linea B muestra la caracterlstica externa de un generador excitado independientemente y explica graficamente nada mas que 10 que hemos dicho anteriormente 0 sea que el voltaie util disminuye a medida que aumenta la carga puesto

- 117shy

I I shyi

- - shy -- -- shy -shy -shy --shy -shy --shy -shy -shy --shy -shy- - -shy - --shy -shy -shyE-- shy middotx - 6 ~-0 lt

I- A

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I I

I II

10

I lt1ltgt I40

Fig 156

que voltaje utH =voltaje total-resist4mcia interior Xcarga En algunos generadores de esta clase la forma de la curva de la

caracterlstica externa no es como la que acabamos de ver que es recta sino que tiene una forma que cae mas rapidamente y enforshyma curva Unea A de la figura

En la figurn 156 hemos representado el voltaje total la curshyva anterior (curva B) y en la linea gruesa el voltaje utH verdadero (curva A ) De manera que en estos generadores hay otra perdida fuera de las descritas que estudiaremos en seguida

Recordamos que en algunos generadores (en los que no tienen polos de compensacion) tuvimos que desplazar las escobillas debido al magnetismo secundario en la armadura (asl tambien se llama el rotor) para colocarlas en la zona sinchispeo Tal hecho trae una

complicacion nueva en la figura 157 hemos representado el eje neushytro por la Hnea a b y la posicion sin chispeo por el eje c d su si shy

metricopor el eje c d Si las escobillas estuviesen en la posicion a b habria de cada lado de elias 10 bobinas con corriente opuesta pashyra cada grupo que crearlan un campo como el que hemos represenshytado en la figura 149 Este campo seria perpendicular al campo prinshycipal la resultante1de los dOli que se ve en Ia figura 150 origina el desplazamiento de las escobiIlas Ahara bien despuell de desplazadas las escobillas observamos que unicamente las bobinasde la armadushyra comprendidas en los angul08 cd y c d tienen bobinas colocadas

- 117-shy

10

---

~ -- -- -- ---- -- --- --~--- -- -- ---I __

-- ---- -- --- -- --E--r- -x - -- s -

-r- 0

A

i i

i

I 1-- I I I

I

8

to

Fig 15G

que voltaje litH =voltaje total-resistencia interior Xcarga En algunos generadores de esta clase la forma de la curva de la

caracteristica externa no es como la que acabamos de ver que es recta sino que tiene una forma que cae mas rapidamente y entorshyma curva linea A de la figura

En la figura 156 hemos representado el voltaje total la curshy

va anterior (curva B) y en la linea gruesa el voltaje litil verdadero (curva A ) De manera que en estos generadores hay otra perdida fuera de las descritas que estudiarem08 en seguida

Recordamos que en middotalgunos generadores (en los que no tienen polos de compensaci6n) tuvimos que desplazar las escobillas debido al magnetismo secundario en la armadura (asi tambien se llama el rotor) para colocarlas en la zona sin chispeo Tal hecho trae una

complicaci6n nueva en la figura 157 hemos representado el eje neushytro por la linea a b y la posici6n sin chispeo por el eje c d su sishymetrico por el eje c d Si las escobillas estuviesen en la posici6n a b habria de cada lado de elias 10 bobinas con corriente opuesta pashyra cada grupo que crearian unmiddot campo como el que hemos represenshytado en la figura 149 Este campo seria perpendicular al campo prinshycipal la resultante1de los dos que se ve en la figura 150 origina el desplazamiento de las escobillas Ahora bien despues de desplazadas las escobillas observamos que linicamente las bobinas de la armadushyra comprendidas en los angulos c dye d tienen bobinas colocadas

-118 shy

simetricamente con relacion al eje a b y con corriente en sentido contrario Estos dOB grupos de bobinas originan el campo transvershysal Bemejante al de la figura 149 que motiva el desplazamiento de las eBcobillas EI campo creado por los grupos de bobinas de la armashy

~

Fig 157

dura comprendidos en losangulos c c y d d no es transversal pues como se ve en la figura 157 el hecho de que la corriente en cada grupo circule en un mismo sentido crea en ambas partes un camshypo magnetico nuevo de direccion horizontal cuyo unico efecto esdeshybiUtar el campo magnetico principal En la figura 158 podemos ver

Fig 158

los tres campos de que hemos hablado a ~aber el middotprincip~l el secundario perpendicular a el y eJ secundario de direccion conttaria

EI debilitamiento que acabamosmiddotde citar tiene como consecuenshycia una disminucion del voltaje generado y otra vez e8ta disminushycion es funcion de la carga por ser el debilitamiento ocasionado por

- 119

el campo secundario horizontal proporcional a la int~nsidad que circula en las bobinas de la armadura

( As hemos visto que el voltaje total sufre dos rebajasquedando como volaje 6tH el representado por la curva gruesa de la fig 156 hnea A )

En maquinas con polos compensadores el campo transversal se anula con el efecto de ellos y no ell necesario desplazar las escobillas Entonces no existira el debilitamiento del campo magnetico de que hablamos siendo la caracterlstica externa de estas maquinasla de la curva B (figura 156) Todas las maquinas de que hablaremos en los capitulos proximos las supondrcmos provistas de polos compensadoshyres 0 vueltas compensadoras

Las vueltas compensadoras reemplazan en algunas maquinas los polos auxiIiares Son unas pocas vl-leltas enrolladas en los imashynes de excitacion pero conectadas en serie con eI circuito del roshytor Las vueltas alrededor de los imanes van en sentido opuesto a las vueltas de excitacion Crean un campo igual opuesto al campo secundario y la intensidad en las vueltas del rotor es la misma que middoten las vueltas compensadorasmiddot

Otro grafico muy importante parael ingeniero esla llamada caracteristica interna curva de imanaCion 0 curva de saturacion Esta curva es nada mas que la curva BIH quemiddot ya conocemos desshyde la primera parte (vease pag 70 y 8l) con la 6nica diferencia que en una caracterlstica interna se suele hazar en ia vertical el voltae total generado y en la horizontal los amperios-vueltas de excitaci6n en los inductores Tal caracteristica Iia hemos representado en la figura 159 que se obtiene haciendo girar el generador a una veloshy

~ Vr-- I It

~5Ir---+--~~~~-r---+--~----rl---+~~middot~~

toIi-t7-_I-j---middot-t1--t-----t---r--C-1-+-rl--J 5 i )middot1

1 Iii I I ~oo 400 600 (joa 1000 ROO 1400 ~oO

crmp_rIOJ vuelO enf campo por por de pOOJ

Filt 159

cidad constante sin carga y haciendo variar la intensidad de la corriente de excitaci6nmiddot

Los voltajes leidos son las ordenadasmiddotdel grafico y el n6mero do amperios-vueltas de excitacion las abcisas shy

PROBLEMA Vamos a estudiar en un ejemplo practico el efccto de los contra-amperios-vueltas Supongamos que el generashy

dol de la figura 157 sea un generador de baja tension con una coshy

- 120shy

rriente a plena carga de 100 amperios y que sU curva de satushyracion este indicada en la figura 159 Cuando la corriente inducshytora se hace 10 suficientemente grande para producir 1500 ampeshyrios-vueltas en las bobinas inductoras el voltaje entre terminales en vacio llegara aser 25 voltios

Cuando la maquina produce 100 amperios deben circular 50 am~rios por cada conductor en el inducido puesto que hay dos drshycuitos en una maquina con dos escobillas

Hay 3 bobinas de 2 vueltas cada una 0 sea 6 contra-vueltas con las escobillas en la posicion indicada en la figura 157 asi que hay 6 X50 =300 amperios-vueltas desmagnetizantes en el inducido a pleshyna carga Esto reduciria la fuerza magnetizante en el inductor de 1500 a 1200 amperios-vueltas la que a su vez disminuye el voltaje de la maquina a 23 voltios como se ve en la figura 159 Este generador por 10 tanto produce 23 voltios a 9lena car)en vez de los 25 que produce en vacio e ~ iILt c z~~ ( 8 1

A media carga 50 amperios la accion desmagnetizante delas contra~vueltas seria 6 X 25 150y el total de efecto magnetizante bull en el inductor 1500 - 150 1350 amperios-vueltas este produciria

24 voltios segun la curva figura 159 Segun vimos en la curva de imanacion el voltaje generado

aumenta al aumehtar Ill intensidad en el circuito de excitacionbull Esta circunstancia se aprovecha en los generadores para compenshysar Ill perdida de voltaje que se via en ia caracteristica externa Pashyra eso se instala en el circuito de excitacion una resistencia variashyble debidamente construida Estol aparatos se denominan aparatos de control

Eritiendes~ por regulacion todo cambio que se produce autoshymaticamente cuando cambia la carga a menos que este estableshycido de otra manera Se computa el cambio de vacio II plena carga Asi la regulacion de la tension de un generador que produzca al vacio 25 voltios y a plena carga (100 amperios) 20 voltios se estashybleceria sobre 5 voltios Generalmente se expresa la regulacion de tension por el porcentaje de esta variacion del voltaje referido al de plena cargal diriamos por 10 tanto que nuestro generador tiene 25 de regulacion El reducir la regulacion es ventajoso para los generadores por muchos conceptos

Por control se entiende todo cambio que se produzca en la cashyracteristica por elmanejo de aparatos auxiliares Por ejemplo vereshymos proximamente que un encargaclo puede aumentar la corriente en el inductor de un generador quitando resistencia exterior fuera del campo y elevar por 10 tanto el voltaje entre terminales

La regulacion se refiere a todo cambio inherente a la esshytructura de la maquinay se produce cuando se cambia la carga EI control se refiere a todo cambio que puede producirse manipulando aparatos auxiliares aunque sea 0 no cambiada la carga

PROBLEMA La curva de saturacion de un generador de 6 poshylos 6 circuitos cuando gira a 1100 revoluciones por minuto indica con 700 amperios vueltas 220 voltios y con 600 amp vueltas 200 voltios Como Ill maquina no tiene palos de eonmutaci6n se giran las esshycobillas hacia adelante un angulo de 50 EI inducido tiene 360 conshyductores activos y una resistcncia de 018_vMttmo La corriente a pleshyna carga es de 60 amperios Con una excitacion del inductor de 700 amperios-vueltas por par de polos zcual sera la regulaci6n de la maquina si funciona como generador excitado independienteshymente

Caida de tension en el inducidol 018X60=108 voltios Contra vueltas en el inducido5 X2 X360360 = 10 por par de polos Contra-amperios-vueltas por par de polos en el inducido a pleshy

na cargal 10X606=100

bull

- 121

Ah1ONtIJ n h 41(1 Y ~_IUill

I A

I i Y(to

I V V

bull -- H=FPI

r-- t- Ie

1 lt ~ rl I

e

II r IOC

bullbullbull -I f

Jtilit 11--

Fig 160

EI voitaje en vacio (700 aniperios-vueitas en el campo) indicad~ por Ia curva segun dato es de 220 voltios

Campo inductor resultante a plena carga I 700-100 =600 amperios-vueltas

Voltios consumidos en el inducido = 108 Voltios para 600 a~perios-vueltall induci(Jos segun dato 200 Voltaje entre terminales a plena ~arga

200-108 = 18~2 voltioll

220-1892 Regulacion == 163

1892

b) Gerterador en serie If

Como su nombre 10 indica en este generador el circuito exterior y el circuito de excitacion sehan conectado en serie Toda Ill corriente externa atraviesa tambien las bobinas de los electroimanes La~cashyracteristicasde un g~nerador con esta conexion lamostramos en Ill Figura 160

En Ill mismafigura vemos tanto la caracteristica interna A como la caracteristica externa B Ambas curyas tienen forma semejante En efecto cuando no hay carga tampoco hay excitacion aunque Sl hay un pequeno voltaje generado debido al magnetismo remanente Cuando aumenta 1a carga al principio crece muy rapidamente el numero de Hneas de fuerza en el campo causando un aumento mashy

bull

- 121 _

-shy A oo

-bullbullbull V

v gt

V r- shy - i shy i

J ~-l~bullbull I I 1

I

110

I II If I

middotb I 400

I

if I I 0

i I 10 II II IJ J IS 14

AmpItN()I ~ I bull bull GlfInJt u

Fig 160

El voltaje en vacio (700 arriperioa-vueltaa en el campo) indicado por la curva aegun dato ea de 220 voltioa

Canlpo inductor reaultante a plena carga 700-100 =600 amperioa-vueltaa

Voltioa conaumidoa en el inducido 108 Voltioa para 600 aniperioa-vueltat inducidoa aegun datomiddot200 Voltaje entre terminales a plena cargal

200-108 18~2 voltios

- 220-1892 Regulacion = 163

1892

b) Generador en serie

Como au nombre Ioindica en estegenerador elcircuitoexteriory el circuito de excitacion sehan conectado en serie Toda la corriente externa atraviesa tambien las bobinas de loa electroimanes Lascashyracterlaticasde un glnerador con esta conexion lamostramoa en la figura 160

En la misma figura vemos tanto la caracterlstica interna A como la caracterlatica externa B Ambas curyas tienen forma aemejante En efecto cuando no hay carga tampoco hay excitacion aunque al hay un pequeno voltaje generado debido al magnetismo remanente Cuando lIumenta la carga al principio crece muy rapidamente el nurriero de Hneaa de fuerza en el campp causando un aumento mashy

122 -

yor en el voltaje generado Ya dijimos anteriormente que la caracteshy rlstica interna 0 sea la curva A de la figura 160 muestra el voltaje generado cuando Ja carga es cero (se dice voltaje en vacio) Entonshycesla curvaB o sea la caracterlstica externa siempre estarii debashyjo de la primera yaque ella muestra el voltaje totalmenos las pSrshydipas debidas al aumento de la carga (resistencia del rotor X carga)

bull Allado derecho de la caracteristica exteriorse nota un sentido desce-tdente de la curva Esto 10 entendemos diindonos cuenta de que para altos amperajes la curva BIH tiende a ser mas y mas horizontal (se acerca al estado de saturacion) mientras que las perdidas son funshycion directa de la carga Alprincipioel crecimiento rapido de la imanacion y las perdidas relativamente pequeiias permiten a lacaracshyterlstica externa subir mientras que e8to no 8ucede hacia el fin de la curva donde la caracteristica de imanaci6n tiende a for-mar una linea horizontal -

Estos generadores hoy en dia ya no tienen gran uso se usaron mucho en el siglo pasado para la iluminaci6n de las ciudades con lamparas de arco lIoltaico Eran miquinas de muy alto voltaje p e de unos 2000 voltios alimentaban pues grupos hasta de 40 arcos en serieTal instalacion la mostramos en la fig 161

En la fig 161 se ve tambiltn un regulador de tension que es un reostato en paralelo con el campo excitaor___~_

Solian llamarse estas maquishynas generadores de amperaje constante el nombreproviene del hecho de que las instalacio- nes externas s~ arreglaban de manera que la intensidad extershyna siempre quedaba constante p e al daiiarse una limpara los carbones se unian dismishy

Fig 161

~WNWWv f-bull-_---~----

r ~

Fig 162

- 123shy

nuyendo aSlla resistencia del circuito externo Inmediatamente ei amperimetroen 111 planta central marcaba mas intensidad pero enshytonces se haCia pasar mas corriente pOl el reostato reguladorcon 10 que se debilitba el voltaje hsta que la planta otra vez funcionaba con un amperaje normal i

PROBLEMA leomo scdetemin~ Iii caracieristica de ~n ie~e- rador en serie

Primero separamos el ci~cuib exterior del drcuito deima~a-cion fig 162

EI circuito exterior 10 conectamosa un voltimetro donde leeremos directamente el voltaje generado (Olden~da de la curva) el shycircuito de excitacion 10 alimentaremos con ulla corriente continua variable luministrada p e pOl acumuladoresUn amperimetro inter- calado en este circuito nos moslrara la hltensidad de excitacion que multiplicada par el numero de vueltas de los polos nos daralas abCi~ sas de nuestra curva

~)Generador en patal~loi r

En este generador parael ~ircuito de excitaci6ilse emplelI u~j- camente parte de 111 corriente producida POl el generador corriente que se saca de las escobillas y se haec pasar alrededor de los polos La fig ~ 163 nos muestra la caracterlstica externa de ~al generador Es

110J I

~- _____1- -

~- - shy - - -shy - __ J

~-_ B I M r--- ---1

I I f~ I

80 O 0 LO O 40 SO GO

COrllene produdq pOl el suroor I i

Fig 163

muy semejante ala caracteristica deun genei-ador excitado indepenshydientemente pero seve que cae aun mas Para expliearestovamos a suponer que la maquina tenga polos de compensacion despreshyciando las perdidas debidas a los contra-amperios-vueltas Enionces fuera de las perdidas debidas a las resistencias del rotor debe haber otras que se deben aIa siguiente razon

Las dos curvas de la pagina 124 muestran el modo de encontrar el voltaje en vacio de tal maquina La linea recta R representa la tenshysion de excitacion en funcion de la intimsidad de excitacion Tiene que ser una linearecta de acuerdo con la ley de Ohm (E R bull I) ya que la resistencia de la excitacion es constanteLa otra curva A es lacurva de

-- -- --- --- ---

-124 shy

I J3 -J l-bullbullbullr7shyI

~ ia I

()( t=ttttf-I-shyerr

y 401-shy V

V

V +6O

I V I

111

It V

veloci act 00 v m

- shy 00 100 00

-If-shyI-shy

I

zooo 100

Fig 164

VR A_L-a

~ 20 vshy VJ

V ()

V V

I bull

I ~

1 0 10 ~O 0 ~Q so 00 7i+AoIOCampo ~ C~ flit mlflhQI

Fi 165

125

imanaclOn 0 sea la que representa el voltaje total en funcion de Ill intensidad de excitaci6n (Se puede ver que esta curva tiene la misma forma para sada clase de generadores) Ahora bien tenienshydo en cuenta que el voltaje exterior es igual al voltaje de excitacion (por estar en derivaci6n) encontraremos este voltaje en el punta comun a las dos curvas 0 sea en el punta g fig 164

Lo descrito vale para la maquinaen vacio Para encontrar el volshytaje GtH con determinada carga tenemos que tener en cuenta dOli coshysal Primera que forzosamente este voltaje util tiene que ser un punta de la linea recta R fig 164 ya que en estas maquinas eltvolshytaje Gtil es igual al voltaje de excitaci6nJ Segunda la distancia vertical entre este voltaje Gtil (f en fig 165) y la curva A tiene que representar las perdidas debidas a la resistencia del rotor Este proshycedimiento ya 10 empleabamos antes cuando encontrabamos el volshytaje GtH restando las perdidas del voltaje total generado

E generador en paralelo tiene un comportamiento semejante ai generador excitado independientemente pero con Ill diferencia que precisamente acabamos de ilustrar mie1ras que en el generador exshycitado independientemente restabamos as perdidas de un voltaje total constante no 10 podemos hacer as con el generador en parashyleloporque en este el voltaje total no es constante y se encuentra en Iii curva A y no en la recta ab (fig 165)

EI ingeniero electricista para encontrar el voltaje Gtil de un generador en paralelo que trabaja con cierta carga 10 hace de la si shyguiente manera Para Ill carg dada y conociendo la resistencia del rotor se calcula Ill perdida~ue es el producto Esta perdida la marcamos en un papelito con Ill misma escala de la curva 165 y la movemos verticalmente hasta que quede comprendida entre la curva A y R Sobre estas leeremos los voltajes total y exterior ASl hallamos los puntos e y f correspondientes a Ia perdida e f En realidad el voltaje f es el voltaje Gtil buscado porque este volshytaje en el circuito de excitaci6n hace circular una intensidad de 061 amperios la cual motiva el voltaje total e que menos la pershydida e f nos da el voltaje 6tH f de que partimos 0 sea el nece sario para la correspondiente excitacion

De todo estoresulta que las tensiones Gtiles para distintas carshygas son menores que las que resultarian si la misma maquina trabajashyse con excitaci6n separada En Ill figura 163 hemos dibujado Ill caracshyteristica externa de un generador en derivacion (linea A) Para comshyparaci6n hemos trazado en puntos la caracteristica de la misma mashyquina sila excitasemos seJ)aradamentes(linea B) Las perdidas debidas a contra-amperios-vueltas no las hemos tenido en cuenta porque como ya dijimos la maquina debe tener polos de corppensaci6nbull

Estos generadorea en paralelo suelen llamarse en el comercio generadores de voltaje constante aunque como hemos visto el voltaje varia un poco con la carga La regulaci6n del voltaje se hace por medio de un reostato en serie con el campo de manera que cuando disminuye el voltaje debido a la cargaexterior se disminuye la resistencia en el campo con 10 cual se aumenta el voltaje generado

Sabemos queIa-excitacion de un electroimlm depende del producto amperios por vueltas Ahora bien como en el generador en derivaci6n la corriente que se emplea en la excitacion es una corriente gastada sin posibilidad de aproveeharla en el cireuito exterior para hacerla 10 menor posible se emplean parala excishytadon muchas vueltas de alambre delgado y poca intensidad En los generadores en serie sucede 10 contrario bastaran poeas vueltas de alambre grueso yamiddot que por ellaspasara toda la eoshyrriente de la maquina ASI podemos distinguir faeilmente desde fuera si un generador esti conectado en derivaci6n 0 en aerie

- 125-

imanacion 0 sea la que representa el voliaje total en funcion de la intensidad de excitacion (Se puede ver que esta curva tiene la misma forma para sada c1ase de generadores) Ahora bien teniendo en cuenta que el voltaje exterior es igual al voltaje de excitashycion (por estar en derivacion) encontraremos este voltaje en el punto comun a las dos curvas 0 sea en el punto g fig 164

Lo descrito vale para la maquinaen vado Para encontrar el volshytaje uti con determinada carga tenemos que tener en cuenta dos coshysas Primera que forzosamente este voltaje utH tiene que ser un punto de la linea recta R fig 164ya que enestas maquinaselvolshytaje utH es igual al voltaje de excitacion~ Segunda la distancia vertical entre este voltaje utH (f en fig 165) y la curva A tiene que representar las perdidas debidas a la resistencia del rotor Este proshycedimiento ya 10 empleibamos antes cuando encontribamos el volshytaje uti restando las perdidas del voltaje total generado

El generador en paralelotiene un comportamiento semejante al generador excitado independientemente pero con la diferencia que precisamente acahamos de ilustrar mie1ras que en el generador exshycitado independientemente restibamos as perdidas de un voltaje total constante no 10 podemos hacer as con el generador en parashylelo porque en este el voltaje total no es constante y se encuentra en Iii curva A y no en la recta ab (fig~ 165)

EI ingeniero electricista para encontrar el voltaje uti de un generador en paralelo que trabaja con cierta carga 10 hace de la sishyguiente manera Para la car~ dada y conociendo la resistericia del rotor se calcula la perdida que es el producto Esta perdida la marcamos en un papelito co la misma escala de la curva 165 y la movemos verticalmente hasta que quede comprendida entre la curva A y R Sobre estas leeremos los voltajes total y exterior As hallamos los puntos e y f correspondientes a Ia perdida ef En realidad el voltaje f es el voltaje utH buscado porque este volshytaje en el circuito de excitacion hace circular una intensidad de 061 amperios la cual motiva el voltaje total e que menos la pershydida e f nos da el voltaje utH f de que partimos 0 sea el neceshysario para la correspondiente excitacion

De todo estoresulta que las tensiones utiles para distintas carshygas son menores que las que resultarian si la misma maquina trabajashyse con excitacion separada En la figura 163 hernos dibujado la caracshyterlstica externa de un generador en derivacion (linea A) Para comshyparacion hemos trazado en puntos la caracteristicade la misma mishyquina si la excitisemos selaradamenteJ(Hnea~) bull Las perdidas debidas a contra-ampenos-vueltas no las hemos tenldo en cuenta porque como ya dijimos la maquina debe tener polos de compensacilm

Estos generadorea en paralelo suelen llamarse en el comercio generadores de voltaje constante aunque como hemos visto el voltllje varla un poco con la carga La regulaci6n del voltaje se hace por medio de un reostato en serie con el campo de manera que cuando disminuye el voltaje debido a la cargaexterior se disminuye la resistencia en el campo con 10 cual se aumenta el voltaje generado

Sabemos queta-- excitacion de un electroiman depende del producto amperios lor vueltas Ahora bien como en el generador en derivacion la corriente que se emplea en la excitaci6n es una corriente gastada sinposibilidad de aprovecharla en el circuito exterior para hacerla 10 menor posible se emplean parala excishytacion muchas vueltas de alambre delgado y poca intensidad En los generadores en serie sucede 10 contrario bastaran pocaS vueltas de alambre grueso ya que por ellas pasara toda Ia coshyrriente de la maquina ASl podemos distinguir facilmente desde fuera si un generador esti conectado en derivacioll 0 en aorie

126

d) Generadores compuestos

Los generadores compuetos tienen excitacion en ~erie y en pashyralelo pero sentamos como principio que son primariamente geneshyradoreamp en paraieio y que tienen apenas unas pocas vueitas en serie cuyo objeto es variar hasta cierto punto la caracteristica externa desshycendente de los generadores en derivacion Segun el modo de disposhyner la bobina en serie con relacion a la bobina (principal) en deri shyvacion distilJguimos dOG casos generadores compuestos de conexion Jarga(fig 166JY de conexion cortafig 167 Tambien cualquiera de 108

anteriores se puede subdividir en normafmente compuestos e hipershycompuestos

j

Fig 166 Fig 167

Las explicaciones que vamos a dar en seguida las daremos pashyra un generador compuestode conexion IargaLos generadores de conexion corta trabajan de lit misma manera pero en la practica

( se prefiere hoy Ia primera cohexion CUllndo no tiene carga la mashyI quinala misma corriente atraviesa las ~obinas en seriey en derivashy cion y estaexcitacion crea el voltaje normal en vacio Cuando hay

carga toda la intensidad de carga debe pasar por la bobina en serie EI campo se encuentra aSI reforzado por la excitacion que crea esta bobina en serie EI numero de vueltas de ella es tal que el refuerzo del campo es igual al debilitamiento ocasionado por las perdidas de que hablamos al discutir Ja caracterlstica del generador en deri shy

lvadon Por ejemplo 5i el voltaje de un generador en paralelo y en vacio e5 125 voltios y la caida del voltaje a plena carga 60 amperios

J lAS It5

r-shy pltilna cO C I 0 tI

I I I )75

l~ I I J

C I I

) 5 I I I

I

0 )0IQ ZU 30I

l204 1 12

amltYlos enngados

Fig 168 Fig 169

127

es de 20 voltios elvoltaje terminal seria 105voltiosdemasltldb b~jo para ciertos usos En nuestro caso la bobina enseritfcon e8tos60 amperios decarga reforzaria el campo tanto queer voltaje seria de los mismos 125 voltios a plena carga Resultaasi la caracteI-istica externa aproximadamente una Ilriea recta horizontal por ser In caida

de ella como la de un generador en paralelo y elrefuerzo del pampo debido a la bobinaenserie proporcional a la clirgademanera que

aproXimadamentese compensan Sin embargose nota en la figura 168 que para cargas medias la caracteristica sube un poco Esto sedebe aque la funcion dela bobina en serie noeslineal ytiene un pequeno exceso sobre la perdida correspondientepara Iii misina carga

Si en lugar de poner en serie las vueltas preeisas para que ha-ya una compensacion a plena carga ponemosun pequeno exceso sucedera que el refuerzo del campo para una bulldeterminada carga sera siempre un poco superior alas perdidas que tendia el geneshyrador en derivacionflara la misma carga Tendriamosasiun generador hipercompuesto de conexion larga cuya caracteristica como 10 muestra la figura 169serialigeramente ascendente consiguienshydose con esto que el voltaje exterior suba un pocoill aumentarla carshyga exterior Este aumento de voltaje se puede dar en middotpordmtaje

Un 5 de hipercomposicion significaria que para la carga maxima de un generadorde 125 voltios tendriamos un voltaje utH de 131 voltios~ mas 0 menos

~

j ~ 3~-Motores 1

a) Motores en paralelo

Ya s~Jje~osque la unica diferelicia ese~cial entre motores yge neradores esque a los primeros se les eritrega energia electrica Y middot ellos efect(iap trabajo mecanico mientras que los segundos conshyvierten eriergia mecanica en electrica la construcci6n de ambasmashyquinas eS la misma

De aCllerdo con esto tenem9s tambien en los motores una parte que prpduce un Campo magnetico (imanes inductores) y una parte rQtatoria que por medio de unconmutador comunica con las escobishylIas (rotor inducidp ilrmadura) pound1 campo magnetico obra sobre los conductoresdel rotor con it- nafuerza que es igual a B I L 10 dinas (vease primera parte pag 85)

si ladensidad magnetica en el campo es igual a B la intensidad de la cprriente en el cOllductor delrotor igua1 a I y la 10ngitud del conducshy

to~qu~ se e~cuentra en el interior del campo iglal a Lmiddot Imaginemonos ahora que el inducido en forma de tambor (que tambien en los motores modernos es la forma mas preferida) tengaen

middot la superficie un gran nurnero nde conductores cntonces la fueza que hace girar al rotor sera Ii veces mayor que con un solo conductor Al ingeniero no Ie interesa solamente conocer tal fuerza sino

qu~tlene bullquedeterminar tambien el par del rotor 0 sea ei moshy mento de rotacion de el para esto no necesitamos sino conocer el ridi~ de Iii seccion circular del tambor y multiplicarlo por la fuershy0 za determinada anteriormente Un fimomeno fundamental e importantisimo en er funcionashy

~ miento del motor es el que hemos esbozado en la pagina 116 0 sea er hecho de crearse en cada motor una tension electrica opuesta a la que Ie entregamos para moverlo Esta tension generada en un motor se llama contratension 0 contravoltaje la palabra fuerza contraeshy

Iectromotriz que se encuentra mucho en Ia literatura ciendfica es poco recomendable Aprovechemos el estudio de este fenameshy

bull no para explicar de una vez cual esel valor de I en la fOrmula B I L

9

I

- 128 - shy

10 dada mas arriba Si a un generador Ie entregamos en las escoshybiHas el voltaje Eey el voltaje generado en el rotor movitmdo

este es Ec (contra - voltaje) entonces la tension que obra verdaderamente sobre los conductores del rotor es jgual a Ee -Ec= Ea Esta tension Ea ladividimos por la rasistencia delroshytor y conseguimos asi la intensdiad I que como dijimos mas arri shyba nos sirve para calcular la fuerza y el par de giro producido

Desde luego Ec tiene que ser Menor que Ee Te6ricamente y en un caso practicamente irrealizable las dos tensiones pueden ser iguales Esto es del caso si por los conductores del rotor no pasa corriente ya sea cuando el par giratorio es igual a 0 0 cuanshy

do el rotor de un motor para moverse no consume ni gasta ninguna energia 0 cuando la maquina trabajaabsolutamente en vacio Sabemos sin entrar en los detalles del estudio de motores electri shycos ya desde los furidamentos elementales de ra flsica que esto es imposible porque aun cuando nuestro motor no moviera ninshygun aparato acoplado a 411 (torno molino carro de tranvia etc) siempre se necesitaria energia para vencer la resistencia de rozashymiento de las chumaceras resistencia del aire etc

ASl mismo de 10 que acabamosde explicar acerca del contravolshytaje se deduce que la intensidad que cireula por los conductor-es del rotor no es siempre la mismaytiene que ser unafuncion de la velocishydad de la maquina puesto que el voltaje entregado 10 suponemos por supuesto como constante (asl como en el tratado de los generadores nunca variabamos elnumero de revoluciones) y el voltaje generado forzosamente Hene que ser funcion de la velocidad con que semueve

el conductor (0 los conductores) en el campo magnetico (vease primeshyrapartepag88) luegoporun calculosencillisimo nos resulta que la intensidad en el rotor es tanto mayor cuanto mas despacio se mueshyve Al empezar a trabajar un motor por ejemplo el amperaje en los conductores del rotor tendra un valor maximo porque al no girar este no hay contravoltaje 10 que significa que el amperaje en los rotores es sencillamerlte el cuociente del voltaje entregashydo (por 10 general relativamente alto) y de la resistenciadel roshytor (por 10 general relativamente baja) Esta esla razOn de ciertas meshydidas y precauciones tecnicas que estudiaremos mas tarde

En el estudio sobre los generadores hablabamos del desplazashymiento de las escobillas inaniobra que se exige para conseguir un moshyvimiento de la maquina libre de chispeo Sucede 10 mismo en los moshytores puesto que estos como acabamos de ver trabajan tambien coshymo generadores Pero una diferencia resalta a la vista si en el geshynerador (sin polos de CODJDUtaeUm polos auxiIiares) tuvimos que coshyrrer las escobiHas en el sentido de la rotacion en el motor sera inver samente Se evita el chispeo girando el eje de las escobillas uncierto angulo en el sentido opuesto a Ia rotacion de la maquina Sin em- bargo supondremos que los motores tratados en los siguientes cashypltulos estan provistos de polosauxiliares

Ya dijimos que la misma corriente que se entrega al rotor pueshyde servir para la excitacion de los imanes yen efectoes esteelmetodo empleado bien sea en forma de motores en paralelo motores en

bull serie 0 motores compuestos EI tipo mas usado es el motor en paralelo siendo tambien las propiedades predominantes de 10amp motores compuestos las de un motor en paralelo Para estos moshytores viene pues una corriente continua de cierta fuente (generador aeumuladores) va alas escobillas y se ramifica aqui en circuito del rotor y circuito de excitacion

Mientras que la caracterlstica externa de un generador que esla curva mas importante para el ingeniero describe la relacion entre inshy

f tensidad del circuito externo y voltaje entre las escobillas la curvaI mas importante de un motor es la earacteristica velocidad-amperaje

-129 shy

o sea el grafi~o que nos infozma sobre la elacion ~ntre el ~umero ~e revoluciones por unidad de bempo (velocldad) y el amperaJe en el Clrshycuito exterior (circuito alimentador) Esta rela~ion la va~os ~ estushydiar ahora para el motor en paralelo La lntensldad en el Clrculto exshyterior desde luego es igual a la suma de la intensidad en el rotor yla intensidad de excitacilm Practicamente la intensidad en e~ CI~~Ulto exterior es igual a la intensidad en el rotor pues gasta la excltaelonen un motor en paralelo muy poca corrl~nt-~Mlentrasq~e en~un geneshyrador en paralelo la intensldad de excltaclon puede varlar (vease el estudio de la fig 16S) en un motor en paralelo esta intensidad pershymanece siempre la misma

Para hallar la curva velocidad-intensidad de un motor en parashylelo vamos a estudiar primero el siguiente problema

Cierto motor en paralelo de 110voltios de coriente alimenshytadora tiene un rotor con una resistencla de 012 ohmlos la reslstenshycia de las bobinas exeitadoras es 338 ohmios IA que velocldad trashybajara este motor cuando por el rotor pasan 40 amperlOs

Para resolver el problema consideramos un momento el motor com~ generador 10 hacemos mover en ellaboratorio con cualquiera

fuerza mecanica y determinamoscon los ins~ru~entos corr~sponshydientes la relacion entre la intensldad de excltaclon y el voltaJe geshynerado (voltaje total) A la vez medimos la veloci~ad a la cual ~e hizo el experiniento sea 100 revoluciones por mlnuto ~uego dlshybujamos la curva de imanaci6n Esta curva se ve en la flgura 170

J I

1

10

fO

~I--t--

j

VV

1

17 V

I

11

0 I 00

[7 70 -r-

~Jplusmn )

f7 - Jso

17 J H f

0

~7(

I

0 HOOD noo ~ sooo i i

~CCN71pO ~n cOnp(1rfoJ vll~Iltgts lQ JO +CI ~ GO 1flt1m~O t1lt (onlCnlC ~n omP(rtOJ

Fig 170

I

-129 shy

o Ilea el graEico que riOIl inEorma lIobr~ la reIaci6n entre el numero de revoluciones POl unidad de tiempo (velocidad) y el amperaje en eI cir shycuito exterior (circuito alimentador) Esta relaciOn la vamos a estushydial ahora para eI motor en paraleIo La intensidad en el circuito exshyterior desde luego es igual a la 8uma de laintensidad en el rotor y la intensidad de excitaci6n Practicamente la intensidad en el circuito exterior es igual ala intensidad en el rotor pues gasta la excitaci6n en un motor en paraIeIo muy poca corriente Mientras que en un geneshyrador en paralelo la intensidad de excitaCi6n puede variar (vease el ell- tudio de la lig 165) en un motor en paralelo esta intensidad per- manece siempre la misma

Para hallar la curva velocidad-intensidad de un motor en paralelo vamos a estudiarprimero el siguiente problema

Cierto motor en paralelo de 110 voltios de corriente alimenshytadora tiene un rotor con una resistencia de 012 ohmios la resistenshyciade las bobinas excitadoras es 338 ohmios lA que velocidad trashybajara este motor cuando por el rotor pasan 40 amperios

Para resolver el problema consideramos un momento el motor como generador 10 hacemos mover en ellaboratorio con cualquiera Euerza mecanica y determinamos con los instrumentos corresponshydientes Ia relaci6n entre la intensidad de excitaci6n y el voltaje geshynerado (voltaje total) A la vez medimos la velocidad a la cual se

hizo el experimento sea 100 revoluciones por minuto Luego dishybujamos la curva de imanaci6n Esta curva se ve en la figura 170

1

0shy0

40

fj 13 gt

I 10

IC fOO

0

0

0-1

00

I

j

V

0~

-~ ~ V V

V

J

It bull I

14

Fig 170

-130 shy

Enla miama figura anterior agregamoa ahora undetalleposhy

nemoaenel eje delaa ordenadaa en vez del voltaje generadoa 100 middot revolucionea el voltaje genet-ado POl revolucion pOI minutoemiddotd

dividimoa los valores de las aBeiaaamp anteriores POl 100 Ahora podeshymos hacer mover la maquina acualquier velocidady determinar el voltaje generado sencillamente multiplicando los valores de lasabcisas de la segunda escala pOI el dato qle nos da el velocimetro

Ahora resolvemos nuestro problema considerandola maquina como motor de la siguiente manera dice el problema que porel roshytor pasan 40 amperios Entonces multiplicamos esta intensidad pOI la resistencia del rotor 40 bull 012 = 48 y tenemos aSI la tension que debe resultar restando del voltaje entregado el contravoltaje geneshy

middot rado bajo las condiciones que supone el problemaEc+Ea =110 Ea = 48 luego Ec = 1052 voltios Sabemos pues que bajo las

middot condiciones supuestas en el problema nuestro motor genera un conshytravoltaje de 1052 voltios es decir que nuestra maquina considera-

-da comogenerador genera este voltaje Luegonuestro problema se middot ha concretado a la pregunta lque velocidad tiene la maquina cuando

genera 1052voltios siendo laintensidad de excitacion 325 amperios (Este ultimo valor n08 resulto sencillamente dividiendo el voltaje entregado por la resistencia de las bobinas excitadoras11I1r 338 325)

La fig 170 nos muestra quela maquina con tal excitacion genera bull Ol1voltiosshse hace una revolucionmiddot pOI mhluto Luego generara

1052 voltios ai marchaa una velocidad de 1052 011 =956revolushyciones pOI minuto que es la velocidad que el problema pidio

(Facilmente se calculamiddotque lavelocidaddel motoren vacio abshysoluto practicamente no realizable sera de 1000revoluciones por minutobull En este caso el voltaje entregado serta 110 voltiosmiddotyelconshytravoltaje tambien 1l0voltios ed la intensidad en los conductores del rotor seria nula

bull Ahora bien a medida que crece la reaistencia mecanica que el motor t~ene que vencer aumenta la intensidad en los conductores del rotor Nosotros podemos calcular con el metodo quemiddot acabamos de

--- I 1 000

qoO

600 i

00

~o

i

(- lOO

00

00 t I

ltgt 70

1 r

-131 shy

dar enmiddot ei problema la velocidad de lamaquina para cualquiera in tensidad en el rotor (0 tambien para cualquier intensidad en elcir shycuito alimentador) De esta manera podemos construir la caracte- rtstica velocidad-iniensidad representada para el mismo motor del proDleina en la figura 171

Esta curva es semejante a la laractertstica externa delgeneshyrador en paralelo perCgt baja menos Los motores en paralelo sueshylen llainarse en el comercio motores de velocidad constantebull

Un problema muy importante para el electricista es el amperaje altlilimoen los conductores del rotor al arrancar la maquina e d cuando middottodavta no se ha generado el contravoltaje Facilmente se1ve que los conductores del rotor en nuestro problemaen el moshymeQtode entregarle la corriente tlenen que resistlr 110 012 = 917iamperios intensidad que muy probablemente daiiarhi el em-shybobinadobullPara evitar ese peligro el ingeniero intercala en el cireui- todelrotor un reostato que reduce el v~ltaje primitivo y que se quita poco a poeo a medida que el rotor aumenta de velocidad En cambio a los imanes se les entrega ya desde un principio el voltaje entero para

tene~ de unavez un campo fuerte La maniobra descrita se realiza por mediode una instalacion cuyo esquema se ve en la fig 172

O C es una palanca de cobre que se mueve desde laposicion dishy

--_---r_________---l ~ bujada correspondiente a la quietud hasta la posicion P coshy

rrespondiente al trabajo normal Esta instalacion es paraP manejoa mano y puedesuceder

que un empleado haga parar la maquina con el interruptor

pero dejando la palanca de ashy_---------J~- rranque en la posicion P Al volshy

0 C~ vera po~ercorrientecon el misshy ino interruptor y quedando la

Fig 172 palal]ca en la ~isma posicion P el reostato de arranque queda ~nutil y el rotol al recibir la intensidad alta y peligrosa se quemabullbullPor este motivo en la practica se utilizan reostatos de arranque semeJanshytes al que vemos en la fig 173 La palanca C esta constantemente atral- da p~gtr medio de un resorte S a la posicion de arranque A mana se

~ Fig 173

- 131-

dar en el problema la velocidad de lamaquina para cualquiera in tensidad en el rotor (0 tambien para cualquier intensidad en el cirshycuito alimentador) De esta manera podemos construfr la caracteshyristica velocidad-intensidad representada para el mismo motor del proJjlema en Ia figura 171

Esta curva es aemejante a la caracteristica externa del geneshyrador en paraieIo pero baja menos Los motores en paralelo sueshylen Ilamarse en el comercio motores de velocidad constante

Unproblema muy importante para el electricista es elamperaje altillimo en los conductores del rotor al arrancar la maquina e d cuando todavia no se ha generado el contravoltaje Facilmente se1veque los conductores del rotor en nuestro problema enel moshymento de entregarle la corriente tienen que resistir 110 012 o=917amperios intensidad que muy probablemente daiiaria el emshybobinadoPara evitar ese peligro el ingeniero intercala en el circuishyto del rotor un reostato que reduce el v~ltaje primitivo y que se quita poco a poco a medida que el rotor aumenta de velocidad En cambio a 1011 imanes se les entrega ya desde un principio el voltaje entero para tene~de una vez un campo fuerte La maniobra descrita se realiza por mediode una instalacion cuyo esquema se ve en la fig 172

1 C es una palanca de cobre que se mueve desde laposiciOn dimiddot

-_----rshy_________--l lt-bitjada correspondiente a la quietud hasta la posicion P coshy

rrespondiente al trabajo nor-

P mal Esta instalacion es para

manejo a mano y puede suceder que un empleado haga parar la maquina con el interruptor

pero dejando la palanca de ashy -1~- rranque en la posidon P AI volshyC~ ver a ponercorrientecon el mis~ rno interruptor y quedando la

Fig 172 pala~ca en la ~isma posicion P bull el reostato de arranque queda ~nutil y el rotoral recibir la intensidad alta y peligrosa se quema Por este motivo en la practica se utilizan reostatos de arranque semeJan- tes al que vemosen lafig173 LI1 pahinca Cestaconstantemente atrai- shyda p~r medio de un resorte S la posicion de arranque A mano se

[

0

Fig 173

bull

132 shy

mueve a traves de los contactos hasta la posicion 10 En esta posicionmiddot el motor funciona normalmente y la palanca de arranque queda sosshy

tenida en esta posicion por medio de unelectroiman M excitado con la corriente de las bobinas inductoras La parte K de la palanca es de hierro dulce con el objeto dequese pegue alnucleo del elecshytroiman M Si por cualquier motivo por ejemplo con el interrupshytor I 0 por rotura de un fusible se interrumpe la corriente alimenshytadora inmediatamente el iman M pierde su magnetismo y la pashylanca C se devuelve a su posicion inicial -merced a la accion del resorte S Esta iristalacion con otras palabras es un disyuntor como los que describimos en las pags 81 y 82 Los motores en el comercio van acompaiiados de una caja especial quecontiene el disyunr-- tor Lasconecciones se hacenentoncescomo 10 rnu~strala fig 174

La instalacion descrita hace parar el motor tambien en el caso de~que se dane elcircuito de excitacionlo que seria peligrosisimo porque en tal caso la velocidad del rotor creceria tanto que la maquina se danaria En efecto si el campo no tiene sino las pocas lineas debidas almagnetismoremanente los voltios generados en la maquina por revolucion por minuto serian muy pocos (Para el generador del proshyblema vease fig 170 serian 0006) Entonces el numero de revolucioshynes para un contravoltaje de 1052 voltios seria de 17535 revolucioshynes A esta velocidad la fuerza centrifuga despedazaria integramenteel rotor

De acuerdo con 10 que acabamosde ver podemos regular la veloshycidad de lamaquina de dos maneras 0 variando el circuito del rotor o variando la corriente de excitacion Con una excitacion invariable la velocidadsera menor a medida que el voltaje en el rotor baje puea un voltaje menor exige unmiddotcontravoltaje menor por consiguiente un menor numero de revoluciones Para esta maniobra nos puede servir el mismo reostato de arranque pero por 10 general estos aparatoa no estan construidos para resistir durante un tiempo largo auna intensishydad alta como laque recibiria el rotor Tambien se reduce la veloshycidad si se aumenta el campo En realidad en -un campo rn~a

Fig 174

fuerte el mismo contravoltaje puede generarse con menos revolushyciones En la fig 173 se ve que la misma palancade arranque al recorrer de la posicion 1 a la posicion 10 ala vez aumenta el voltaje enshytregado al rotor y disrninuye la intenilidad de excitacion Con eso bull se consigue una marcha normal en un tiempo mas cortoy mas economicamente En cuanto al campo se procura hacerlo al pincipio muy fuerte p~ra que desde eI principiose obtenga un contravoltaje

- 133shy

I alto y hacerlo durante la marcha normal un poco mas debil para que no gaste mucha corriente excitadora

Otra curva importante en el eatudio de los motores ea la curva que muestra la relacion entre el par y la intensidad en el circuito alishymentador Recordamoa que el par es el producto de la fuerza B I L POf el brazo 0 aea por el radio del rotor Deeatoa cuatro datoll en un

~~ ~bull ~

0

L

rJv V

lO oifO 60 0 100 olrit n1 itludclo

Fig~ 175

motor en paraleloaon constantea B L yr Entonces la curva que da la relacion entre pare intensidad sera una linea recta puesto que varia en relacion lineal con la intenaidad (vease fig 115 derecha)

b) Aotores en serie

i En esta maquina hl corriente entregada pasa igualmentepor el rotor como por el circuito de excitacion Cuando funciona sin carga la velocidad de un motor en serie creceria mas y mas porque despues

bull del arranque el motor aumenta au velocidad para crear un contravol-

I 1

I

I

i

I I

I

i I

I

I I

I I

I

2

shy~

~ I

I

3 4 P

-r-r-shy -G 7 n 9 10 II

I

I

I I

12 corrtenTe 6n c Ctnno(-iufct

Fig middot176

- 134-

taje igual alexterior En este momento la intensidad es menor y coshymoesta misma intensidades la excitadora el campomiddotsemiddotdebiIita Pashyra compensarel debili tamientodel campo elmotortiene Queaumenshytar susrevolucionegt con 10 cual otra vez debilitida intensidad dlll rtory la excitadOra Nuevamente se debilita el campo y en segJli~a bene que aumentarse Jaslevoluciones etcmiddotetc hasta que lafuer- za centrifuga despedaza la maquina En el caso ideal t~mbien esta maquina cuando va sin carga mecanica no tiene intensidad atraVeg de los conductores del rotor entonces la vefocidad es infinita

Mientras ttue para el motorenmiddotparalelo 1a regIa de precaucion es nunca abrirt1 circ~itlt de txeitaci6n en elnio~oren seriedebe presshytarse mucha atencl6n para no arrancarlo nunca sin cargmiddota

La fig 176 muestra la carllcterlstica velocidadlintensidad de un motor en serie

Vemos que para una intensidad 0 la velocidad es infinita Desshypues la curva cae rapidamente con el primer aumento de intensidad y despues mas sUllvementea medida que la intensidad estli vecina d~ su maximo

En cuantoa IIgt relaci6n ent~e par lte rotacion y amperaje tamshybIen en esta maqulna el par se determlna por los valores BI L y r Pero en este caso no son constantes sino los dos valores Lmiddoty ri Bvaria con laviariaci6n de 10 sea a medida que sube la intensidad del drshycuito alimimtador sube tambicn la densidadmagnctica dercampc) EI aumcnto de B no va en relac~6n lineal con til aumento de1 (po~que I- curva BIH no es linea recta) perCgt sin emoargo puede decirse aproshyxlmadamente que el par varia como el cuadrado de la intensidad de manera que tenemos apoca velocidad una intensidad muy alta

) un par muy grande Estapropi~dadcaracteriza el motor en serie y determina sumiddot uso pO e en los tranvias

- Lo fig~ra 177 muest~~ ~l diagralla parji~tellsidad d~1 motor el1 ~rle

2 3 4 5 6 7 tI 9 10 II 12 corrunte fin --lei- ci710cla

Fig 177

- 135 --

~

Para la inversion delsentido de giro de unmiddotmotor auto exdtado es necesario invertirel sentido de la corriente 0 en el rotor 0 en la excitacion Invirtiendomiddot ambos el sentidode giro queda el mism0 tanto en el motor ~n paralelo como en el enseriemiddotEstomiddot 8e deduce directamente de la regIa de la man~ derecha

C) Motores cq~PUo~~tos ~ -- -r~~ - -

Los motores compuestos en primer Jugal son motoreil en-para~ lelo (vellnse generadores compuestos) La bobinaenseriemiddot siryeyuni camente pararectificar la caracterlstica velocidad-intensidad S4l distinguell dos tipos de motores comfuestos 0 seael diferencia[y el acu~uta~lvoJlgUras 178 y 179

f ~ I

middotFig179 Fili 178

1 ~ i ~ bull bull ~ 1 ~

Enel motor diferendalia veloeidad es casi constante Los am- bullperios-vueltas de la pequena bobina nserieestanen sentido contra rio de los de la bobina en paralelo De manera que alaumlntarla intensidad en la bobina en seriecuando Iaicarga del motor erece se debilita el campo principal creadopor la bobina en paraleio Este debilitamientodelcampo como vimqsanteshace aumentar III velo~ cidlld Asiselogra quelamiddot curvavelocidadlintensidad resulte mas o

bull menos lInalineahoriltontal el comportamiento demiddot un motor di-~ ferencial es muy sernejante al de Un motor enderivaci6n 0

En elmotoracumulativo los amperiosl-ueltas dela bobinaen serie se suman a los de la bobina en derivacion Esta middotdisposiGion haceque el motor cuando arrancale asemeje aun motol en serie teniendo un par de arranqUe muy grande sin Ia desventaja de enlo- quecerse por Ia falta de carga pues Jas middotbobinasmiddot en derivacionmiddotmiddotmiddot mantienen el campo La caracteristica velocidadlintensidadsoacershyca a la de un motor en seriebullLa velocidad cae con el aumento do carga porque como vimos el campomiddotexcitador aumenta middotPara~evishytar este inconveniente a vecesdespues del arranque las vueltas en serie Se anulan con un interruptor especial EI motor entoncesarran- ca como motormiddot en serie yfuncionamiddotnormalmente como motor middoton derivacionmiddotr -r- - ~

bull ~ ~ t ~ bull i i

G~Jile~a~ores y ~Q~Ore~ de corrIente alterna

hr

1 EI- Generador Sincronico

EI geru~rador~omuniiy mas usadopara corri~rit~ alterna ya 10 -coriociQo~middotds~e ~~ pri~~ra parte (vh~~ Primera ~ar~~ pag100 y101)1 el mlSn10 eseI fundamento del generadorde corrlente contI-bull bull - ~ bull I

- 135 shy

f

Para Ia inversion delsentido de giro de unmotor aUto exdtado es necesario invertir-elsentido de I corriene 0 en el rotor 0 en la eXcitacion Invirtiendomiddotambos el sentidode giro qUedael miSIn0gt tanto en el motor ~n paralelo como en el enseriemiddotEstose deduce directamente de Ia regIa de Ia manr derecha

c) Motores cqmp~~~io r-~ ~

Los motores compuestos e~p~i~e~luga~ s~~ ~~t~~~~ e~ para~ lelo (veanse generadores compuestos) La hobina enseriemiddot $hmiddotveuni camente pararectificar Ia -caracteristica velocidad-intensidad Se distinguel dostipos de motores compuestos o sea eI ~iferencia[yel acumulabvo hguras 178 y 179 _ d

l bull I bull

Fig 178 q ~J ~ 1~

En el motor diferencialla velolldad es casi constante-LOIl am-middot perios-vueltas de la pequeiia bobina ~nserieestanen sentido con-tral rio de los de la bobina en paralelo De manera que aIaumentarla intensidad en la bobina en seriecuando lacarga del motor crece se debilita el campo principal creadQporla bobina en paralelo Este debilitamiento delcampo como vimqsanteshace aumeptar III velo~ ddad Asrselogra quemiddotla curvavelocidadlintensidad resulte mas 0

bull menos una HneamiddothoriEontal el comportamiento demiddot un motor dibullbull ferendal es muy semejantemiddotal de uq~otor en derivacion lt

En elmotormiddotacumulativo los amperloslvueltas dela middotboblnamiddoten seriese suman a los de la bobina en derivad6n Esta middotdisposiei6n

haceque elmiddotmotor cuando arranca e asemeje aun motor en seriemiddot teniendo un par de arranque muy grande sin la desventaja de enlo- bull quecerse poria falta de cargaPUes asmiddotbobinas en derivad6nmiddotmiddotmiddot mantienen el campobull La caracterlstica elocidadlintensidad se acershyca a la de un motor en serie La veloddad cae con el aumento de carga porquemiddot como vimosel campomiddotexcitador aumentaParalevishytar este inconveniente a vecesdespues del arranque las vueltas en serie se anulan con un interruptor especial EI motor entonces-arranmiddot bull ca como motor- enserie y funcionamiddotnormalmente como motor en derivad6nbull

- 108

cuadro moviJ al efectuar media revoluci6n estara recorrido por una corriente que varia desde un voltaje 0 hasta un voltaje maximo para volver luego a 0 Durante la otra media revolucion el voltaje sufre la nlisma variaci6n pero la corriente atraviesa el cuadro en sentido contrario De III sola observacion de la figura 142 nos damos cuenta de que durante la segunda media revoluci6n que hemos mencionado la corriente enel circuito exterior 0 sea el que esUi coshynectado it las escobillas sera del mismo sentido del de la primera meshydia revolucion pues en el instante preciso en que la corriente del cuadro cambie de sentido la escobilla Bl estara en contacto con el sector S2 y la escobilla B2 estara en contacto con el sectorSl bull De esta

w v n

W b

n

rencia entre estas curvas consiste en que la segunda siempre esta de un mismo lado del ejemientras que la primera y III de la corrienshyte del circuito interior fig 143 es sencillamente una copia de la curva dela fig 81 de la primera parte

I I I Vi Il-- V i-shy I Vi

0 V

I V i V II I Ideg11 I 9~ l t2 j[ 0

I I I 10 I i i I- IJ I I i I

I I I I 0

L 1 I I i OJciol( del cuadra en radoJp

Fig 144

La corriente representada en 111 Figura 144 se llama corriente continua pulsante

Claro que la electrotecnia no se ha contentado con producir ushy

~ shy

- I

I I I

_ 10

90 160 Z10 J60 POllCIOn del cuaclro

Fig 146

shy

I

I

450

rriente mas uniforme a costa de dos grandes inconvenientes prishymero cada par de sectores del conmutador tendra un voltajeJelevado cuando se pone en contacto con III escobilla (chispeo fuerte y deteshyrioro de sector y escobilla) segundo de cada cuadro utilizamos unishycamente qurante unafracciondesu tiempo de revolucionel voltaje producido y mientras no esta en contacto con las escobillas el volshytaje produCido es inutil EI segundo inconveniente 10 podriamos evishytar distribuyendo alrededor del conmutador tantas escobillas co- rno sectores considerando cada par deescobillas como una pila y conectandoadecuadamente las escobillas entre Sl enserie demaneshyra que en el circuito exterior entre un voltaje igual a la suma de los voltajes producidos por las distintas pilas Claro que en cashyda momenta los voltajes de las distintas pilas son desishyguales y por esto no se evitara elprimer inconveniente puell-

Fig 143

manera en la escobilla Bl siempre entra la corriimte producida seshygun muestra la f1echa en el dibujo bien sea del conductor Cl 0 del conductor C2 despues de media revolucion En la escobiIla B2 sushycedera 10 correspondiente la corriente siempre pasara del circuito exterioral interior En la figura 144 vemos la representacion grafi ca de la corriente del circuito exterior (escobillas) La unica dUeshy

-109 shy

na corriente continua pulsante de acuerdo con la figura 144 por III sencilla razon de que resultademasiado heterogenea Ademas ocushypar el espacio entre los dos imanes con una sola vuelta de alambre no tendria importancia practica En seguida mostraremos las mejoshyras del principiodescrito Poniendo un mayor numero de cuadros giratorios y naturalmente un mayor numero de segmentos en el

conmutador y colocando estos cuadros de manera uniforme la corriente producida sera mas uniforme En efecto cada cuashydro de estos generara una coshyrriente como la que describishy

I mos antes pero estara desfasashyda un poco con relaci6n 111 cuashydro anterior

Con dos cuadros cuatro secshytores en el conmutador y dos escobillas vease fig 145 con-


De la misma manera obtendriamos la forma de corriente que conseguirlamos con 8 cuadros 16 sectores y dos escobillas Es claro que al tener en la circunferencia del conmutador 48160 mas secshytores un par de ellos estara en contacto con las escobillas unicashymente durante un cuarto un octavo un dieciseisavo de revolucion y comolas escobillas estan colocadas de tal manera que reciban siempre la parte superior de la curva sinusoidal obtendremos una corriente en el circuito exterior como la representada por la parte negra de la ultima fig 14( Con esto hemos conseguido una co

$0

- 109






fiC

90

shy

I I


Fig 146

450 540


llO










I If


111



Fig 14B Fig 149


Fig 150 8

III



Fig 148 Fig 149


-





- 112shy


151



- 113shy







F i

- 113shy









- 114 --









- 115middotshy






Fig 154 nica mos





-115shy

-+





tetrapolar










-116 -




ra cl motor

8J G

2-Generadores




j


- 117shy

I I shyi


I- A

-~--

I I

I II

10

I lt1ltgt I40

Fig 156







- 117-shy

10

---

~ -- -- -- ---- -- --- --~--- -- -- ---I __

-- ---- -- --- -- --E--r- -x - -- s -

-r- 0

A

i i

i

I 1-- I I I

I

8

to

Fig 15G







-118 shy


~

Fig 157


Fig 158



- 119






~ Vr-- I It

~5Ir---+--~~~~-r---+--~----rl---+~~middot~~




Filt 159





- 120shy













bull

- 121


I A

I i Y(to

I V V

bull -- H=FPI

r-- t- Ie

1 lt ~ rl I

e

II r IOC

bullbullbull -I f

Jtilit 11--

Fig 160




200-108 = 18~2 voltioll

220-1892 Regulacion == 163

1892




bull

- 121 _

-shy A oo

-bullbullbull V

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I

110

I II If I

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I

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Fig 160




200-108 18~2 voltios

- 220-1892 Regulacion = 163

1892




122 -






Fig 161


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Fig 162

- 123shy







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Fig 163



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Fig 164

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Fig 166 Fig 167





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Fig 168 Fig 169

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j ~ 3~-Motores 1











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- 128 - shy












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Fig 170

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- 131-











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Fig 173

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Fig 174


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Fig~ 175


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2

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Fig 148 Fig 149


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Fig 156







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Fig 157


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220-1892 Regulacion == 163

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200-108 18~2 voltios

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Fig 161


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Fig 161


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Fig 161


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Fig 166 Fig 167





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Fig 168 Fig 169

127






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j ~ 3~-Motores 1











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- 128 - shy












-129 shy






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1

10

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11

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Fig 170

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- 131-











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0

Fig 173

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Fig 174


- 133shy



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0

L

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Fig~ 175


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2

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- 134-









Fig 177

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Fig 157


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Filt 159





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I

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Fig~ 175


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I 1

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Fig 166 Fig 167





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Fig 168 Fig 169

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- 128 - shy












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Fig middot176

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Fig middot176

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Fig 177

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Fig 170

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Fig~ 175


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Fig middot176

- 134-









Fig 177

- 135 --

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1 ~ i ~ bull bull ~ 1 ~






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- 135 shy

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l bull I bull

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~ Fig 173

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Fig 173

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Fig 174


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Fig~ 175


b) Aotores en serie



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cI ~I:,. Generadores y...-109 na corriente continua pulsante de acuerdo ,con la figura 144 por III....

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