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CAPITULO 1

Introducción. Conceptos básicos del

electromagnetismo.

La transformación de la energía en otros tipos de energía se lo realiza por medio de

diferentes tipos de máquinas, en nuestro caso nos ocuparemos de la transformación de

cualquier tipo de energía en energía eléctrica, también de la intervención que las máquinas

eléctricas tienen desde su generación hasta la utilización y la respectiva transformación de

energía eléctrica en otro tipo de energía para nuestro uso.

La máquina que transforma la energía mecánica en eléctrica se denomina generador, la que

lo hace en forma inversa, es motor, por eso se puede decir que la mayoría de las máquinas

eléctricas son reversibles.

El principio general es el campo electromagnético, que consta de circuitos eléctricos y

magnéticos interconectados, en forma concreta puedo definir tres principios claves:

1. En un imán permanente o electroimán, los polos del mismo signo se repelen y del

signo contrario se atraen.

2. Si por un conductor, circula una corriente eléctrica, alrededor del mismo se crea un

campo magnético.

3. Si un conductor, corta o es cortado por un campo magnético, se induce en éste, una

fem., según la ley de Faraday se puede escribir:

℮ = Ν (d Φ/ d t) (1.1)

Donde:

N .- es el # de espiras,

Φ .- es el flujoY la división para el tiempo t, es la velocidad del corte de este flujo

magnético.

Bajo estos tres principios funcionan los generadores, motores y transformadores.

El presente texto es un complemento de las guías de prácticas del laboratorio de máquinas

eléctricas, cátedra que se imparte a los estudiantes del tercer semestre de la escuela de

Ingeniería de Mantenimiento, por lo que comenzamos el estudio con máquinas de corriente

continua (cc), seguimos con máquinas monofásicas de corriente alterna (ca),transformadores y máquinas trifásicas.



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La importancia que representan las máquinas eléctricas en la: generación, transmisión y

distribución de la energía eléctrica y posterior utilización, como usuarios de la misma, es

esencial, por lo que su estudio es fundamental, ya que Éstas están presentes en los procesos

productivos ya sea como transformadores de energía eléctrica en mecánica (motores),

soldadoras, etc.

En la figura 1, representamos todo este proceso.

T

Turbina

G

Transforma cualquiertipo de energía

GeneradorTransforma laenergía en mecánica

en mecánica

eje deacoplamiento

en eléctrica

TransformadorTransforma parámetros eléctricosel T1, eleva el voltaje para la trasmisiónel T2, disminuye para la subtrasmisión

T1 T2

línea de transmisióna 230KV

T3

T3, disminuye para la distribución

T4

T4

losT4,trafos de distribución

M

diferentesusuarios

MotorTransforma laenergía eléctricaen mecánica

Fig.1 Proceso de generación, transformación, transmisión, distribución y utilización de laenergía eléctrica y el rol que juegan las máquinas eléctricas.

Se inicia el proceso desde la transformación de un tipo de energía, que puede ser natural,

tales como la caída de agua (hídrica), del viento (eólica), volcánica (geotérmica), del calor

del sol o fotoeléctrica, etc. También de energía proveniente de la combustión del petróleo o

carbón.

La energía antes descrita se transforma en energía mecánica por medio de la turbina ver la

fig. 1.Para la transformación en energía eléctrica, acoplamos el eje de la turbina al eje del

generador, y por medio del electromagnetismo producimos electricidad, ver el capitulo 7

del presente texto.

Por cuanto las estaciones de generación de energía eléctrica, se encuentran lejos de los

centros de consumo, necesitamos trasmitir esta energía con las mínimas pérdidas, las

mismas que vienen dadas por la ley de Joule:

Ep= I

2

*R*t (1.2)Donde:



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Ep .- Pérdidas de energía

I.- Intensidad de corriente eléctrica

t.- Tiempo

Por la fórmula anterior vemos que para bajar las pérdidas, es necesario disminuir la

intensidad de corriente, y esto lo logramos aumentando el voltaje mediante los

transformadores, ver capitulo 5.

De igual manera para el consumo de energía eléctrica es necesario un voltaje apropiado y

esto lo obtenemos mediante los transformadores.



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CAPITULO 2

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA.

2.1 GENERALIDADES TECNICAS DE LOS MOTORES CC

Los motores de corriente continua son insuperables para aplicaciones en las que se deba

ajustar la velocidad, también cuando se requiere un par grande.

Los motores de corriente continúa son de gran aplicación para el accionamiento de bombas

y máquinas – herramientas, siendo especialmente utilizados en todos aquellos casos en que

se precisa: regulación de la velocidad, una gran tracción eléctrica y un gran par de

arranque; por tal motivo esta clase de motores se emplean por lo general en los tranvías,

ascensores, grúas y ferrocarriles eléctricos.

Se construyen de potencia comprendida entre 1/100HP para juguetes, a varios miles de

caballos.

Sus partes constitutivas más importantes son:

• Estator: es la parte estática, en donde se alojan las bobinas que crean un campo fijode excitación (polos notables), ésta se divide en dos, las que se conectan en serie

(bobinas de grueso calibre y pocas espiras) y las que se conectan en paralelo

(bobinas de calibre fino y muchas espiras).

• Rotor: es la parte móvil (rotatoria), ésta se compone de un bobinado de polos

variables, para suministrar corriente a este bobinado es necesario un conjunto de

escobillas (parte estática), a un colector (parte móvil), que está compuesto por un

conjunto de delgas las mismas que se conectan a las diferentes madejas deconductores que constituyen el circuito electromagnético del rotor o llamado

también armadura por este complejo sistema (vale repetir que el rotor funciona

solamente con corriente alterna)

En forma general el motor se compone de: el rotor, llamado también armadura, las bobinas

del estator, la carcasa, los escudos y el puente de los porta escobillas. La armadura es la

parte rotativa y está formado por un paquete de chapas de hierro, de calidad especial,

dotado de ranuras donde se alojan las bobinas de arrollamiento.



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El núcleo va fuertemente prensado sobre el eje del motor, en el que también se monta el

colector. Este último, compuesto por delgas aisladas una de otra, sirve para dar paso a la

corriente desde las escobillas al arrollamiento.

La carcasa suele ser de fundición o de hierro forjado, y su interior, generalmente de forma

circular, se construye de tal modo que puedan montarse convenientemente las bobinas. En

muchos motores las carcasas son de hierro laminado. Las bobinas de campo van afirmados

en el interior de la carcasa mediante tornillos o pernos, aunque en los motores pequeños

suelen ir fundidos junto con la carcasa. En los motores grandes los polos se forman con

chapas, y van empernados a la carcasa. Alrededor de los polos van dispuestas las bobinas.

Los escudos, en número de dos, tienen por objeto soportar el peso del inducido y de

campo, formados con hilo aislado y encintadas para mantenerlo equidistante de los polos.

Llevan los cojinetes, en los que gira el eje del inducido, pudiendo ser dichos cojinetes de

fricción o de bolas.

En todos los motores de corriente continua, para conectar eléctricamente, de una parte

móvil a una fija, la corriente entra por las escobillas, y por las delgas del colector pasa por

las bobinas de la armadura y campo. Las escobillas (generalmente de carbón) van

dispuestas en porta escobillas y estos, a su vez, en el puente de las porta escobillas

montado en un escudo. El citado puente va, por lo general, montado en el escudo frontal y

está previsto para que pueda variarse la posición de las escobillas (para encontrar el punto

neutro). En los motores pequeños, los porta escobillas forman parte integrante del escudo.

En todos los motores, cualquiera que sea su potencia, los porta escobillas van bien aisladas

del escudo para evitar posibles contactos con la masa y cortocircuitos en las escobillas.

2.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES CC

Las bobinas del estator crean un campo magnético fijo ya que están alimentadas por cc, para que exista movimiento, es necesario una interacción magnética y ésta se produce

cuando circula una corriente eléctrica en el rotor, si la configuración de las bobinas fuera la

misma que en el estator el motor daría un movimiento hasta que se encuentren polos de

distinto signo y el motor se detendría, en este caso se convertiría en un freno

electromagnético, para conseguir un movimiento continuo, es necesario que exista un

campo magnético giratorio en el rotor, y esto se consigue alimentándolo con ca, por esta

razón se ha inventado el colector y las escobillas, que reciben el nombre de conmutador,que es un dispositivo mecánico que convierte la corriente continua de la red, en alterna o



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sea es un inversor mecánico de frecuencia (existen motores que tienen inversores

electrónicos).

El par que se produce en estos motores depende de la corriente de la armadura y del campo

del estator. Cuando sus corrientes son grandes el par será grande, pero su velocidad será

pequeña, es el caso de los automóviles, cuando se pone en primera marcha, para que la

velocidad aumente es necesario disminuir la intensidad del campo, con lo que se consigue

disminuir el par y aumentar la velocidad, en similitud con los automóviles es ir cambiando

la marcha, disminuye la potencia del automóvil pero aumenta su velocidad.

2.3 CONEXIONES DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA.

Hay tres tipos de motores de corriente continúa: el motor serie, el motor derivación (shunt)

y el motor compuesto (compound). Exteriormente los tres tipos tienen la misma apariencia,

pero interiormente difieren en la construcción de las bobinas de campo y en las conexiones

entre las mismas y la armadura.

2.3.1 EL MOTOR SERIE.

+

-

fuente

Vc-d

camposerie

Armadurao rotor

de c-d

Fig. 2.1 Conexión del motor de corriente continua en serie

Lleva las bobinas de campo compuestas por pocas espiras de hilo conectadas en serie con

la armadura, como se indica en la Figura 2.1. Este motor tiene elevado par de arranque y



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una amplia zona de velocidades. Cuanto mayor sea la carga tanto menor será la velocidad.

Los motores en serie se emplean preferentemente para grúas, cabrestantes, tranvías, etc.

Entre las ventajas de este motor se puede contar lo siguiente:

• Es un motor de velocidad variable.

• Mayor par de arranque.

• Durante el arranque produce corrientes mayores que la nominal para una buena

aceleración.


• Disminuye la velocidad con el aumento de la carga.

• La velocidad sin carga llega a ser muy elevada y puede adquirir velocidades

peligrosas.

2.3.2. EL MOTOR EN PARALELO O DERIVACION (SHUNT).

+

-

Armadurao rotor

campo enderivacion

fuente

Vc-d

de c-d

Reóstato

Fig. 2.2 Conexión del motor de corriente continua en paralelo

Lleva bobinas de campo de gran número de espiras, que van conectadas en paralelo con la

armadura, como se representa en la Figura 2.2. Este motor es de velocidad constante y par

de arranque medio, se emplea en todas aquellas aplicaciones que requieren velocidad

constante, como por ejemplo en taladradoras, tornos, etc. La velocidad se puede controlar

mediante el reóstato, ya que este puede regular la intensidad del campo, a mayor intensidad

de campo menor velocidad.



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• Es esencialmente de una velocidad casi constante.

• La velocidad es casi independiente de la carga.

Entre las desventajas de este motor se puede contar lo siguiente:

• Par de arranque bajo.

2.3.3. MOTOR COMPOUND (COMPUESTO).

+

-

Armadurao rotor

campo enderivacion

fuente

Vc-d

de c-d

Reóstato

campo

serie

Fig. 2.3 Conexión del motor de corriente continua en paralelo

El motor compound se conecta del modo indicado en la Figura 2.3, las bobinas shunt se

disponen con la polaridad correcta y derivadas sobre la línea. Las bobinas serie se conectan

con el rotor y se comprueba si su polaridad es la debida. Es de mayor importancia que la

polaridad de una bobina serie sea igual a la de la bobina shunt del mismo polo. Las

conexiones con la armadura completan el montaje.

En el motor acumulativo de shunt largo circula la corriente por las bobinas serie y shunt de

cada polo en la misma dirección, tal como se indica en las Figuras 2.3,. Se dice que este

motor tiene conexión acumulativa. Cuando el campo shunt se conecta directamente a la red

recibe el nombre de shunt largo. Si en un motor compound se invierten las conexiones del

campo shunt con respecto a las del campo serie, la corriente circulará en dirección opuesta

a través de ambos campos, de manera que en los campos serie shunt de un mismo polo se



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crean polaridades opuestas, entonces se tiene un motor diferencial. Si el campo shunt de un

motor compound se conecta a los terminales de la armadura en lugar de la red, resulta un

motor de shunt corto; este motor puede ser tanto acumulativo como diferencial.


• Tiene las ventajas del motor en serie y el motor en paralelo.

• Entre las desventajas de este motor se puede contar lo siguiente: Mayor costo.

Para cambiar el sentido de rotación de un motor de corriente continua hay que invertir la

corriente en la armadura. En los motores serie lo normal es invertir el sentido de la

corriente en la armadura, basta con permutar los terminales de los porta escobillas para

conseguir la inversión deseada. En todo caso se puede invertir también las conexiones del

bobinado del campo, en los motores shunt, se procede de la misma manera.

2.4 GENERALIDADES DE LOS DINAMOS O GENERADORES DE C. C.

Antes de entrar en el estudio de los generadores de corriente continúa hay que conocer bien

la diferencia entre un motor y un generador.

Ya se dijo anteriormente que un motor era una máquina que, alimentándola con corriente,

servirá para realizar un trabajo mecánico, tal como, por ejemplo, accionar una grúa, unascensor, una máquina – herramienta, etc.

Un generador, por el contrario, es máquina accionada por medios mecánicos (turbina),

como, por ejemplo, una máquina de vapor, motor Diesel, una turbina accionada por el

viento (eólica), etc., y que produce energía eléctrica. Es decir se transforma de energía

mecánica en energía eléctrica.

Los generadores de corriente continúa o dínamos se construyen de potencia comprendida

entre una fracción de KW hasta varios miles de KW.

Estos generadores son similares, en apariencia y construcción, a los motores de corriente

continúa. Tanto la armadura como el inductor son idénticos en ambas máquinas. Por dicha

razón una dínamo puede transformarse fácilmente en motor de corriente continúa, y

viceversa.

FUNCIONAMIENTO DE UNA DINAMO.

Si se hace mover un conductor en un campo magnético de manera que corte a las líneas de

fuerza, se engendrará en aquel una fuerza electromotriz (ver electromagnetismo, en la



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introducción), cuyo valor puede medirse conectando los terminales de un voltímetro a los

extremos del citado conductor. Si en lugar de un conductor son varios y van conectados en

serie (o sea el mismo caso que las espiras de una bobina), el valor de la fuerza

electromotriz inducida será igual a la suma de las fuerzas electromotrices o tensiones

engendradas en cada uno de los conductores. El valor de la tensión inducida depende

también de la intensidad del campo y de la velocidad con que se muevan los conductores.

Cuanto mayor sea la intensidad del campo, tanto mayor será la tensión inducida, cuanto

mayor sea la velocidad del conductor, tanto mayor será también la tensión (ver el punto

tres de la introducción).

Si el conductor, que se encuentra dentro de un campo magnético, se mueve hacia abajo, la

corriente inducida en el mismo será en un sentido. Si el conductor se mueve hacía arriba, la

corriente inducida será de sentido contrario. El sentido de la corriente depende, pues, de la

dirección del movimiento del conductor. Así mismo, un cambio de dirección del campo

magnético (líneas de fuerza) motiva el cambio de sentido de la corriente inducida.

campo enderivacion

E A

Armaduravoltaje desalida

intensidad de excitación

reóstato para regularla excitación

I

Fig. 2.4 Conexión del generador de corriente continua con autoexcitación.

De lo expuesto, se deduce que para engendrar la corriente eléctrica se necesitan tres

factores: líneas de fuerza, flujo de un campo magnético, un conductor y que este último

corte a las primeras; es decir que exista movimiento. El campo necesario para la

producción de la corriente eléctrica puede obtenerse por medio de imanes permanentes

(como en las magnetos), por excitación de las bobinas de campo con corriente continúa



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suministrada por una batería o por otro generador menor (excitación independiente) o

excitando las bobinas de campo con la misma corriente que produce el inducido (auto

excitación).

Las dínamos se pueden clasificar por la forma de excitación en lo siguiente:

a. dínamo con excitación independiente.

Cuando las bobinas de campo se excitan con corriente suministrada por un medio eléctrico

exterior se tiene la dínamo con excitación independiente. Al girar el inducido en el campo

magnético, la corriente inducida que se engendra circula por el circuito de utilización o

carga.

b- dínamo con autoexcitación.

La mayoría de las dínamos utilizan como corriente de campo la misma corriente producida

en su inducido, por lo que las llaman dínamo con auto excitación. En la Figura 2.4 se

representa el esquema de una dínamo de este tipo. Al no girar el inducido, el campo es

débil, pues sólo dispone del magnetismo remanente. Al girar el inducido, los conductores

cortan las líneas de fuerza de este débil campo y se genera en ellos una pequeña corriente

que excita las bobinas inductoras, aunque ligeramente, y crea un flujo adicional. Entoncessobre el inducido en movimiento actuará un flujo magnético más intenso, que hará

incrementar la corriente producida y, por consiguiente, la que circula por las bobinas

inductoras, lo que, a su vez, incrementa el flujo o líneas de fuerza del campo inductor. Este

proceso continúa hasta que se llega a la saturación magnética de los polos.

Hay tres tipos de dínamos con auto excitación: la dínamo serie, la dínamo shunt o

derivación y la dínamo compound. La más recomendable es la shunt de la Figura 2.4. En

esta dínamo van las bobinas de campo y el inducido conectados en paralelo, la intensidad

del campo es, por tanto, prácticamente constante e independiente de la carga. Sin embargo,

al aumentar la carga disminuya la tensión en los bornes debido a la mayor caída de tensión

que se produce en el inducido. Una característica de la dínamo shunt es, pues, la de ofrecer

un ligero descenso de la tensión en los bornes al aumentar la carga. En vacío la tensión es

máxima, decreciendo gradualmente a medida que la carga aumenta. Para el control del

voltaje se tiene un reóstato, cuya función es aumentar o disminuir la intensidad del campo



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magnético, al aumentar la fuerza del campo, la velocidad del motor diminuye, pero su par

aumenta.

Cabe destacar que la corriente inducida o generada, por su naturaleza es alterna, por lo

tanto para que se transforme en corriente continua, se tiene un rectificador mecánico, queconstituyen las escobillas con el colector, denominado el conjunto como conmutador.



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CAPITULO 3

MOTORES MONOFASICOS.3.1. MOTORES DE FASE HENDIDA O PARTIDA.

fuente 1f de c-a.

InterruptorBobina de trabajo

Rotor de

Bobina de arranque

Centrìfugo

Jaula de ardilla

Fig. 3.1 Conexión del motor de fase partida (hendida).

.El motor de fase partida es un motor de corriente alterna de potencia inferior a un caballo,

que se emplea para el accionamiento de ciertos aparatos tales como quemadores de aceite,

máquinas para lavar la ropa y bombas pequeñas, se alimenta con corriente monofásica y

tiene por lo general tres arrollamientos independientes, todos ellos necesarios para el

funcionamiento correcto del motor. Uno de éstos se encuentra en el rotor y se designa con

el nombre de arrollamiento en cortocircuito o de jaula de ardilla. Los otros dos

arrollamientos se hallan en el estator.

Durante el arranque, al circular la corriente por ambos arrollamientos situados en el estator

los mismos que están conectados en paralelo y desfasados 900 eléctricos, se forma en el

interior del motor un campo magnético giratorio, que induce una corriente en el

arrollamiento del rotor (jaula de ardilla), la cual a su vez origina otro campo magnético.

Estos campos magnéticos al combinarse producen el giro del rotor.

El arrollamiento de arranque es necesario en la puesta en marcha del motor para engendrar

el campo giratorio. Una vez el motor en marcha, ya no se precisa el arrollamiento de



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arranque y por ello se desconecta automáticamente de la red por medio del interruptor

centrífugo. Para invertir el sentido de giro se debe invertir las conexiones del bobinado de

arranque o de trabajo.

Interruptor centrífugo

El interruptor centrífugo va montado en el interior del motor. Su misión es la de

desconectar el arrollamiento de arranque en cuanto el rotor ha alcanzado una velocidad

prevista. El tipo más corriente consta de dos partes principales, una fija y otra giratoria. La

parte fija lleva dos contactos, siento su funcionamiento análogo al de un interruptor

unipolar corriente. La parte giratoria o móvil va dispuesta sobre el rotor.

El funcionamiento de un interruptor centrífugo puede explicarse del modo siguiente:

Cuando el motor se halla en reposo, están cerrados los dos contactos de la parte fija del

interruptor centrífugo debido a la presión que la parte móvil ejerce sobre ellos. Al alcanzar,

aproximadamente los tres cuartos de la velocidad de régimen, la parte giratoria deja de

presionar sobre los citados contactos, quedando así automáticamente desconectado el

arrollamiento de arranque de la red de alimentación.

Funcionamiento

Durante el arranque, al circular la corriente por ambos arrollamientos, se forma en el

interior del motor un campo magnético giratorio, que induce una corriente en el

arrollamiento del rotor (jaula de ardilla), la cual a su vez origina otro campo magnético.

Estos campos magnéticos al combinarse producen el giro del rotor. El arrollamiento de

arranque es necesario en la puesta en marcha del motor para engendrar el campo giratorio.

Una vez el motor en marcha, ya no se precisa el arrollamiento de arranque y por ello se

desconecta automáticamente de la red por medio del interruptor centrífugo.


• Menor costo.

• Amplia difusión debido a que existe redes monofásicas de 120 V y 220 V.


• Reducido par de arranque con carga.

• La corriente de arranque es más elevada que la nominal.

• La pérdida por calor en los devanados es elevada.



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• El devanado auxiliar es vulnerable a quemarse.

• Son ruidosos.

• Vibración alta.

Rotor

El rotor, consta de tres elementos esenciales. El primero es un paquete de láminas o chapas

de hierro, de calidad especial, que constituye el núcleo. El segundo elemento es el eje sobre

el que va dispuesto el núcleo a presión. El tercer elemento es el devanado en cortocircuito,

llamado “Jaula de ardilla”, que consiste en unas barras de cobre dispuestas en ranuras

practicadas en el núcleo de chapas y puestas en cortocircuito mediante dos aros de cobre,

uno a cada extremo del núcleo. En ciertos tipos de motores el rotor lleva un arrollamiento

de una pieza, de aluminio fundido.

ROTOR DE JAULA DE ARDILLA

Fig. 3.2 Devanado del rotor de Jaula de ardilla

Estator

El estator de un motor de fase partida se compone de un núcleo de chapas con ranuras

semicerradas, una armadura de fundición o carcasa donde van montadas las chapas a

presión, y dos arrollamientos de conductor de cobre aislado, dispuestos en las ranuras,

llamados de régimen y arranque.

Estos arrollamientos consisten en un devanado de cable de cobre aislado, que por regla

general va dispuesto en el fondo de las ranuras del estator, conocido con el nombre de

arrollamiento de régimen, trabajo o principal, y otro, formado también por conductor de



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cobre aislado, que por lo general va dispuesto por encima del de régimen, llamado

arrollamiento de arranque o auxiliar. Ambos arrollamientos van conectados en paralelo.

3.2 MOTORES CON CONDENSADOR .

Se puede obtener una variación de fase más cercana a los 90º, mediante el sistema de

arranque por capacitor, lo que no se puede obtener en el motor de fase hendida sin capa-

citor. Este motor utiliza un capacitor de poca reactancia, conectado en serie con el

devanado de arranque. El capacitor y el devanado de arranque se desconectan mediante el

interruptor centrífugo.

Los motores con condensador trabajan con corriente alterna y se construyen para potencias

desde 1 / 20 HP hasta 10 HP. Su empleo se ha generalizado para el accionamiento de

refrigeradoras, compresores, quemadores de aceite y máquinas de lavar ropa. El motor con

condensador es de construcción similar al de fase partida, diferenciándose solamente de

éste por la existencia de condensador, conectado en serie con el arrollamiento de arranque

o auxiliar.

Interruptor

Condensador

Bobina de trabajo

Rotor de

Bobina de arranque

Centrìfugo

Jaula de ardilla

fuente 1f de c-a.

Fig. 3.3 Conexión del motor de arranque por capacitor.

Este condensador va generalmente montado sobre el motor, se acostumbra también a

disponerlo a un lado o en el interior de la carcasa. El motor con condensador produce

mayor par de arranque y absorbe menos corriente que el de fase partida, se alimenta

generalmente con corriente monofásica.



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El condensador

Son dos placas conductoras separadas por un dieléctrico (un aislante).

El condensador actúa, en esencia, como un almacén de energía eléctrica. Todos los

condensadores, cualquiera que sea su clase, poseen mayor o menor facultad de almacenaje,

facultad que viene medida por la capacidad. Eléctricamente todos los condensadores son

similares, diferenciándose únicamente por su construcción mecánica.

Condensadores con dieléctrico de Papel

Un condensador se forma separando dos conductores, generalmente de metal, por un

aislante por ejemplo, papel parafinado. El condensador con dieléctrico de papel consta de

dos o más finísimas láminas metálicas separadas por una o varias hojas de papel

parafinado. En el tipo que se utiliza para motores, las láminas y hojas se disponen en forma

de rollo compacto dispuesto en una funda metálica, cilíndrica o rectangular, que se coloca

directamente sobre el motor. Un condensador tiene dos terminales para conectarlo al

circuito.

Condensadores en aceite

Algunos condensadores llevan el dieléctrico de papel impregnado de aceite y ven incluidos

en un depósito lleno del mismo líquido, con objeto de aumentar el poder dieléctrico y al

mismo evitar un exceso de calentamiento, o sea utilizando el aceite, como medio

refrigerante.

Condensadores Electrolíticos

En muchos motores se emplea el condensador electrolítico. Este tipo de condensador

consiste en dos láminas de aluminio separados por una o más capas de gasa impregnadascon una solución química llamada electrolito, que forma una película y constituye el

dieléctrico del condensador. El paquete de hojas va arrollado e introducido en un recipiente

de aluminio. Los condensadores electrolíticos que se utilizan para el arranque de motores

no deben quedar en circuito más que pocos segundos cada vez que arranca, ya que sólo

están previstos para funcionamiento intermitente.

Capacidad



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La capacidad de un condensador se mide en microfaradios (abreviado µF). Un

condensador puede ser de 10 o de 150 µF, según su tamaño y tipo. Por el uso prolongado

y por calentamientos excesivos, un condensador puede perder capacidad; en tal caso

deberá ser sustituido por otro nuevo, ya que de no ser así el motor no tendría el par dearranque adecuado. En muchos motores se utiliza el condensador únicamente como

elemento de arranque y por tal motivo se denomina el condensador de arranque. En otros

tipos de motores el condensador se emplea durante el arranque y continúa luego trabajando

durante la marcha. A esta clase se les llama condensadores de arranque y régimen.


• Se puede obtener una variación de fase más cercana a los 90º.

• Un par de arranque superior que en condiciones normales.

• Inferior factor de potencia en el arranque.


• Vibraciones un poco altas

• Costo más elevado.

Los motores con condensador de arranque suelen ir muchas veces equipados con un

aparato especial, llamado termóstato, que tiene por objeto protegerlo contra sobrecargas,

calentamientos excesivos, cortocircuitos, etc. Este aparato, también conocido con el

nombre de “guarda-motor”, consiste esencialmente en un elemento bimetálico conectado

en serie a la red y que por lo general va montado sobre el mismo motor.

El elemento bimetálico se compone de dos láminas metálicas, de distinto coeficiente de

dilatación, fuertemente soldadas, que al calentarse se dilatan desigualmente, lo que hace

que la pieza en conjunto se doble. Normalmente uno de los extremos del elemento es fijo y

el otro constituye el contacto propiamente dicho.

Al circular una corriente excesiva por el motor, se calienta el elemento bimetálico y al

doblarse queda el motor desconectado de la red. En algunos tipos de guarda motores los

contactos vuelven a cerrarse automáticamente cuando el elemento bimetálico se ha

enfriado. En otros por el contrario, hay que pulsar un botón para remontar el mecanismo y

dejarlo listo para la próxima maniobra. Hay también otros tipos de guarda motores en los

que el elemento bimetálico se caldea indirectamente mediante una resistencia envolvente

conectada en serie con la red. Al circular una corriente excesiva por dicha resistencia, esta



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se pone rápidamente incandescente y calienta el elemento bimetálico, que al doblarse

interrumpe el circuito. En todos los motores con protección térmica hay que cuidar de

conectar el termostato en serie con la red.



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CAPITULO 4

MOTORES UNIVERSALES.

DEVANADO DEL CAMPO EN SERIE

ARMADURA

DEVANADO DE COMPENSACIONfuente 1f de c-a.o de c-c.

Fig. 4.1 Conexión del motor universal con el devanado de compensación en serie.

Se llama motor universal al que puede funcionar lo mismo con corriente continúa que con

corriente alterna monofásica sin que su velocidad sufra variación sensible. Los motores

universales no suelen ser de potencia superior a un caballo, siendo sus principales

aplicaciones el accionamiento de aspiradores de polvo, electrodomésticos, herramientas

manuales, taladros, amoladoras, sierras, máquinas de coser, etc.

Se trata de motores serie de gran par de arranque y velocidad variable. En vacío alcanzan

una velocidad peligrosa (se disparan), por cuyo motivo suelen venir siempre formando unaunidad con el mecanismo o aparato que accionan. Hoy se construyen distintos tipos de

motores universales. El más conocido es similar al motor serie bipolar y lleva dos polos

concéntricos, otro tipo lleva el arrollamiento de campo distribuido en varias ranuras, como

el motor de fase partida. Estos motores se construyen generalmente con potencia

comprendida entre 1/20 y 1/3 de HP, aunque para ciertas aplicaciones los hay también

mayores.

Entre sus partes principales están: la carcasa, el estator, el rotor y los escudos.



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La carcasa suele ser por lo regular de acero laminado, de aluminio o de fundición, siendo

sus dimensiones las adecuadas para mantener firmes las chapas del estator. Los polos

suelen ir afirmados a la carcasa con pernos. Con frecuencia se construye la carcasa de una

pieza con los soportes o patas del motor.

El estator o inductor, consiste en un paquete de chapas de forma adecuada, fuertemente

prensadas y fijadas mediante remaches o pernos.

El rotor o inducido es similar al de un motor de corriente continua pequeño. Consiste en

un paquete de chapas, formando un núcleo compacto con ranuras normales u oblicuas, y un

colector al que van conectados los terminales del arrollamiento denominadas delgas. Tanto

el núcleo de chapas como el colector van sólidamente afirmados al eje.

Los escudos, como en todos los motores van montados en los frentes de la carcasa y

asegurados con tornillos. En los escudos van montados los cojinetes, que pueden ser de

fricción o de bolas, y en los que descansan los extremos del eje. En muchos motores

universales puede sólo demostrarse un escudo, pues el otro suele fundirse junto con la

carcasa. Los porta escobillas van por lo general empernados con el escudo frontal.

El principio de funcionamiento consiste en lo siguiente: cuando por los devanados en serie

del inducido (armadura) y del inductor (del campo) circula la corriente, se forman dos

flujos magnéticos que, al reaccionar provocan el giro del rotor, tanto si la corriente

aplicada es continúa como alterna, para reducir las pérdidas en ca, se coloca un bobinado

de compensación, este puede conectarse en serie de tal manera que se oponga al flujo del

campo o independientemente cortocircuitarse, en el primer caso es una compensación

conductiva, en el segundo es una compensación inductiva.

La inversión de marcha en el motor universal de polos concentrados se consigue

invirtiendo el sentido de la corriente en la armadura o bien en las bobinas inductoras. El

método más empleado consiste en permutar los terminales de los porta escobillas. Lamayoría de motores universales se construyen para giro en un solo sentido y por lo regular

los porta escobillas son fijos. En estos motores la inversión de marcha puede igualmente

obtenerse por el método explicado, aunque vendrá acompañada de gran producción de

chispas por quedar las escobillas fuera de la línea neutra. Para eliminar las chispas no hay

otro medio que proceder a un nuevo calado de la escobillas.


• La posibilidad de trabajar con corriente alterna o continua.



22

• Alta velocidad.

• Mucha potencia.

• Tamaño pequeño.

• Muy utilizado en electrodomésticos y herramientas portátiles.


• Mayor costo.

• un motor universal no compensado pierde casi toda su potencia.

• Al mismo tiempo, aumenta el chisporroteo en las escobillas.

• El par de arranque en corriente alterna es menor que en corriente directa.

DEVANADO DEL CAMPO EN SERIE

ARMADURA

DEVANADO DE COMPENSACION

fuente 1f de c-a.o de c-c.

Fig. 4.2 Conexión del motor universal con el devanado de compensación en corto-circuito.



23

CAPITULO 5.

TRANSFORMADORES

5.1 INTRODUCCIÓN

Se denomina transformador un aparato electromagnético estático destinado para

transformar un sistema primario, de corriente alterna, en otro, secundario, con la misma

frecuencia, pero con otras características, en particular, tensión (voltaje) y corriente

distintas.

Por regla general el transformador consta del núcleo armado con chapas de acero para

transformadores, y dos o varios devanados acoplados electromagnéticamente y en el casodel autotransformador conectados también eléctricamente.

El transformador que tiene dos devanados se denomina de doble devanado, el

transformador con tres o varios devanados se denomina de tres devanados o de devanados

múltiples. Según el número de fases los transformadores se clasifican en: monofásicos,

trifásicos y polifásicos. Se entiende por devanado del transformador polifásico el conjunto

de todos los devanados de fase de igual tensión, conectados entre sí de un modo

determinado.El devanado del transformador, al cual se aplica la energía de la corriente alterna se

denomina primario y el otro, del cual se toma la energía se llama secundario. En

concordancia con las denominaciones de los devanados, todas las magnitudes relacionadas

con el devanado primario como, por ejemplo, potencia, corriente, resistencia, etc., se

denominan también primarias y las relacionadas al devanado secundario, secundarias.

El devanado conectado a la red de tensión más alta se denomina devanado de alta tensión

(AT); y el devanado acoplado a la red de tensión más baja se denomina devanado de bajatensión (BT). Si la tensión secundaria es más baja que la primaria, entonces el

transformador se llama reductor, y si es más alta, elevador.

Se denomina transformador de tomas, al transformador cuyos devanados tienen

derivaciones especiales para variar la relación de transformación. Para evitar la influencia

nociva del aire sobre el aislamiento de los devanados y mejorar las condiciones de

refrigeración del transformador, su núcleo junto con los devanados instalados en él se

introduce en una cuba llena de aceite para transformadores. Estos transformadores se

llaman transformadores en aceite.



24

Los transformadores que no están sumergidos en aceite se denominan transformadores

secos, los transformadores secos se utilizan dentro de las edificaciones o en lugares que sea

peligroso la explosión del aceite.

5.2. MAGNITUDES NOMINALES DE LOS TRANSFORMADORES.

Las magnitudes nominales de los transformadores: potencia, tensión, corriente, frecuencia,

etc., están marcados en la placa de características que debe estar situada en un lugar de

libre acceso. El término “nominal” puede aplicarse también a las magnitudes que no

figuran en la placa pero que pertenecen al régimen nominal, así como, el rendimiento

nominal, las condiciones nominales de temperatura del medio refrigerante, la impedancia,

etc.

Se denomina régimen nominal de servicio de un transformador al indicado en la placa de

características del transformador.

Se denomina potencia nominal del transformador la potencia en los bornes del devanado

secundario, es decir la potencia que el transformador entrega, está indicada en la placa de

características y expresada en kilovoltamperios (KVA). La potencia del primario asimila

las pérdidas internas del transformador, es decir aquellas necesarias para que exista la

transformación.

Se denomina tensión primaria nominal la tensión indicada en la placa de características, si

el devanado primario tiene derivaciones, su tensión nominal se indica especialmente.

Se denomina tensión secundaria nominal a la tensión en los bornes del secundario de un

transformador en vacío, cuando el secundario tiene derivaciones, su tensión nominal se

marca especialmente.

Se denominan corrientes nominales del transformador (primaria y secundaria) las

corrientes indicadas en la placa de características y calculadas por los correspondientes

valores de la potencia nominal y las tensiones nominales. En este caso, teniendo en cuentaque el rendimiento del transformador es muy grande se considera que las potencias

nominales de ambos devanados son iguales (pérdidas pequeñas comparadas con la

potencia del transformador). Sea, por ejemplo, la potencia nominal de un transformador

trifásico:

Sn = 100 kVA

Y las tensiones nominales primaria y secundaria:

U1N = 6000 V y U2N = 230 V,Entonces:



25

AU

Sn I

N

N 63.96000*3

10*100

*3

3

1

1 ===

5.3. TIPOS BÁSICOS DE TRANSFORMADORES.A continuación se daremos una exposición concisa de los transformadores más importantes

que existen y cual es la finalidad de cada uno.

5.3.1 LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA PARA LA TRANSMISION DE LA

ENERGIA ELECTRICA.

Descripción:

Se utilizan para subtransmisión y transmisión de energía eléctrica utilizando el alta y media

tensión.

Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales de generación y en grandes

usuarios.

Características Generales:

Se construyen en potencias normalizadas desde 1.25 hasta 20 MVA, en tensiones desde

13.2 a 230 kV. y frecuencias de 50 y 60 Hz.

5.3.2 TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION

Se utilizan para servicios domésticos (edificios, urbanizaciones), industriales, bancos,

hospitales, etc. Pueden ser monofásicos o trifásicos.

5.3.3 DIFERENTES TIPOS DE TRANSFORMADORES

• Los autotransformadores que sirven para transformar tensiones en límites

relativamente moderados, para unir sistemas energéticos de diferentes tensiones,

para el arranque de motores de corriente alterna, etc.

• Transformadores para alimentar instalaciones con convertidores estáticos

(ignitrones, válvulas a semiconductores, etc.) durante la conversión de la corriente

alterna en corriente continua (rectificación) y al contrario, la corriente continua en

alterna (inversión).

• Transformadores para efectuar ensayos a alta y extra alta tensión.



26

• Transformadores de potencia para fines especiales: para hornos eléctricos, para

soldadura, etc.

• Transformadores de medida para medir la corriente y la tensión al conectarse en los

circuitos de los aparatos medidores.• Los radio transformadores que se usan en radiotécnica, etc.

La gama de utilización de los transformadores es muy amplia. Pero en todos los casos los

procesos fundamentales que determinan el funcionamiento del transformador, así como los

métodos de estudio de los fenómenos que ocurren en ellos, son esencialmente los mismos.

Por eso, en lo sucesivo al hablar sobre el transformador nos referiremos a su tipo básico

que es el transformador de potencia de dos devanados monofásico y trifásico.

Las estructuras de los distintos tipos de transformadores que se utilizan en la práctica son

muy diferentes y dependen de sus parámetros principales y de su finalidad. Actualmente

las potencias de los transformadores oscilan desde varios voltamperios hasta 600 MVA y

más en una unidad las tensiones, desde fracciones de voltio hasta 1 MV y más altas en una

unidad (para transformadores de ensayo de alta tensión).

Aunque la estructura de los transformadores es muy diferente en dependencia de la

finalidad de los mismos (por ejemplo, hay transformadores de potencia ordinarios y

transformadores de medida de corriente y de tensión, transformadores de ensayo y de

hornos de alta tensión para grandes corrientes, etc.), no obstante, todos los tipos y todas las

estructuras de los transformadores pueden ser representados como una variedad de un tipo

de transformador inicial que se obtiene al cambiar la forma y la disposición mutua de los

elementos fundamentales de este transformador, que son: sus devanados y el núcleo de

chapas de acero.

5.4. PARTES PRINCIPALES DE LOS TRANSFORMADORES.

El transformador consta de las siguientes partes principales: núcleo, devanados primario y

secundario, cuba de aceite para los transformadores en aceite, aisladores de salida tanto en

el primario como en el secundario.

Se denomina núcleo del transformador el sistema que forma su circuito magnético con

todas las piezas. Como fue dicho más arriba, según el tipo de núcleo los transformadores se

dividen en:



27

• Transformadores de columnas, en los cuales los devanados envuelven las columnas

del núcleo.

• Transformadores acorazados, en los cuales los devanados están abarcados

parcialmente por el núcleo.Independientemente del tipo de núcleo, éste se hace de chapas de acero especial, llamado

acero para transformadores, de 0,35 ó 0,5 mm de espesor. Actualmente se utilizan dos

clases principales de acero para transformadores: el acero laminado en caliente y el acero

laminado en frío.

Los devanados de los transformadores deben satisfacer una serie de exigencias entre las

cuales las principales son:

• El devanado debe ser económico tanto en lo que se refiere a los gastos iniciales,

teniendo en cuenta el grado de déficit del cobre, como en lo pertinente al

rendimiento del transformador durante su servicio. Los transformadores

monofásicos a instalar serán a 7970-240/120V y deben de cumplir con la norma

técnica ecuatoriana INEN 2114; 2003 segunda revisión.

• El régimen térmico del devanado ha de corresponder a los requisitos de las normas

técnicas ya que la divergencia de estas exigencias hacia la tolerancia de altas

temperaturas reduce bruscamente el plazo de servicio del transformador.

• El devanado debe ser mecánicamente resistente a los esfuerzos que surgen durante

los cortocircuitos instantáneos del transformador.

• El devanado debe poseer una resistencia eléctrica suficiente contra las

sobretensiones.

• Estas exigencias son, a menudo, mutuamente contradictorias. Así, por ejemplo,

cuando en el devanado la densidad de la corriente es mayor, los gastos de cobre son

menores, pero se hacen mayores las pérdidas en el cobre, y, por consiguiente, es

más bajo el rendimiento del transformador. Tolerando mayores excesos de

temperatura en el devanado, se disminuyen las dimensiones exteriores del

transformador pero se reduce la duración de su servicio, etc.

Por lo tanto, la construcción moderna de los devanados de un transformador,

particularmente de un transformador de alta tensión, es el resultado de un largo trabajo,

comprobado por la experiencia de explotación de los transformadores.



28

Según la disposición de los devanados de alta y baja tensiones (AT y BT) con respecto uno

al otro, éstos se dividen en:

• Devanados concéntricos, o sea, los que en todas las secciones transversales repre-

sentan circunferencias con centro común.

• Devanados alternados en los que las partes de los devanados de AT y BT se

suceden alternativamente por la altura de la columna.

Actualmente los transformadores más importantes son los de aceite en los cuales el propio

transformador, o la así llamada parte desmontable, es decir, su núcleo con los devanados

instalados en él, está sumergido en una cuba llena de aceite. El aceite se calienta y circula

dentro de la cuba efectuando de este modo la refrigeración natural del transformador.

La construcción de la cuba está relacionada estrechamente con el cálculo calorífico del

transformador. Las cubas ordinarias de los transformadores de potencia son ovaladas. En

sentido mecánico la cuba debe resistir una sobrepresión interior de 0,5 atm. La cuba se

instala sobre un carro de rodillos que deben estar calculados para resistir el peso total del

transformador.

Las condiciones de refrigeración del transformador son tanto más duras, cuanto mayor es

su potencia.

Los transformadores de muy pequeña potencia (hasta 30 KVA) tienen cuba lisa, que se

considera como el tipo de cuba más simple.

En los transformadores de mayor potencia (alrededor de 3000 KVA) se utilizan cubas

tubulares en cuyas paredes están soldados tubos de aproximadamente 50 mm de diámetro

dispuestos en una, dos o tres filas. Las cubas de hierro ondulado que se utilizaban antes

ahora no se usan, puesto que en comparación con las tubulares son mecánicamente menos

resistentes y enfrían peor el transformador.

Los transformadores de aproximadamente hasta 10.000 KVA de potencia tienen

refrigeradores-radiadores con enfriamiento natural incorporados en las paredes de la cuba.

En los transformadores de 10.000 KVA y más de potencia se utiliza el soplado de los

radiadores. Al principio se utilizaba ampliamente el sistema centralizado de soplado con

uno o dos grupos de ventiladores. La experiencia ha demostrado que este sistema es menos

económico que el sistema de soplado de los radiadores por separado con ayuda de uno o

varios ventiladores de 150—200 W de potencia instalados en cada radiador.



29

En los transformadores instalados en centrales hidroeléctricas se utiliza la refrigeración del

aceite por agua en enfriadores de aceite de uno u otro tipo. En este caso se practica la

circulación forzada del aceite por medio de un grupo especial de bombeo. Los

transformadores que tienen este método de refrigeración son de menores dimensiones

exteriores que los ordinarios.

Con el fin de mejorar el aislamiento y la refrigeración de la parte activa del transformador

esta se introduce en una cuba llena de aceite mineral para transformadores. El aceite de

petróleo que se utiliza en la exURSS tiene las siguientes características principales (se

presupone el aceite de servicio): densidad (para +200C con respecto al agua a +40C) no

más de 0,895, rigidez eléctrica de 20—35 kV/mm, capacidad calorífica de 1790—1870

W/(kg. grado), temperatura de inflamación no más baja de 1350C, temperatura de

congelación 350C, coeficiente de dilatación cúbica 0,069% para 1 grado.

Junto con las valiosas propiedades indicadas anteriormente el aceite para transformadores

tiene dos inconvenientes principales: Es inflamable y sus vapores, en ciertas condiciones,

forman con el aire mezclas explosivas. Por eso en los edificios públicos, en las minas,

talleres de fábricas, etc., son preferibles los transformadores secos o llenos de algún líquido

especial incombustible e inexplosible. Entre estos últimos en los EE.UU. obtuvo amplia

difusión el piranol, en la exURSS se ha creado un líquido llamado sovtol que por sus pro-

piedades aislantes y de refrigeración es parecido al aceite para transformadores, pero que

no se oxida y es resistente a la acción química.

El sovtol también posee una serie de defectos: es caro, es muy sensible a toda clase de

contaminación, requiere la sustitución de algunos materiales que se utilizan en la

fabricación de transformadores por otros, y cuando es sometido a un arco eléctrico (por

ejemplo, en caso de una ruptura dentro del transformador) desprende cloruro de hidrógeno,

nocivo para la salud del hombre. Desde este punto de vista representa gran interés el

transformador seco hecho de acero laminado en frío con aislamiento de fibra de vidrioimpregnante resistente al calor. Pero con todo, el tipo principal de transformador de

potencia sigue siendo el transformador lleno de aceite mineral para transformadores.

5.5. TRANSFORMADORES MONOFASICOS.

Consiste en dos o más bobinas de alambre envueltas alrededor de un núcleo

ferromagnético común. Estas bobinas no están conectadas directamente. La única conexión

entre las bobinas es el flujo magnético común presente dentro del núcleo.



30

Una de las bobinas del transformador esta conectada a una fuente de fuerza eléctrica de c.a.

y la segunda (y quizás una tercera) bobina suministran fuerza eléctrica a las cargas

(consumidores). La bobina del transformador, conectada a la fuente de fuerza se llama

bobina primaria o bobina de alimentación y las bobinas conectadas a las cargas se llaman

bobina secundaria o bobina de salida de energía.

Un transformador cambia un nivel de voltaje de c.a. en otro nivel de voltaje sin afectar la

potencia real suministrada. Si un transformador eleva el nivel de voltaje de un circuito,

debe disminuir la corriente para conservar igual la potencia que ingresa al aparato y la

potencia de salida del aparato. Por consiguiente, la potencia eléctrica de ca puede

generarse en una estación central, su voltaje puede elevarse para transmitirlo a las cargas a

distancias con muy pocas pérdidas y disminuirlo nuevamente para el uso final. El propósito

final de un transformador es convertir la potencia de c.a. de un nivel de voltaje en potencia

de c.a. del la misma frecuencia en otro nivel de voltaje.

I1I2

U1U2NÚCLEO

BOBINADO1

BOBINADO2

BOBINADOS1,2NÚCLEO

CHAPASACERO ALSILICIO

a) b)

Fig. 5.1 Formas de conectar las bobinas de los transformadores monofásicos: a) tipo

columnas y b) tipo acorazado.

Uno de los aspectos más importantes, es conocer la relación de transformación de los

parámetros antes indicados, o sea de voltajes e intensidades, para el efecto partimos de la

fem inducida tanto en el primario como en el secundario (E1,E2), para un transformador

que funciona en vacío se tiene lo siguiente:

E1= U1 ;



31

E2= U2

Considerando que la fem, es directamente proporcional al # de espiras del bobinado

primario y secundario (N1 y N2, respectivamente), se puede decir que:

E1= N1 ;

E2= N2

Se denomina relación de transformación n a las siguientes igualdades:

1

2

2

1

2

1

2

1

I

I

U

U

E

E

N

N n ==== (5.1)

Se incluye las intensidades, porque se considera transformadores ideales (que no tienen

pérdidas), en el que la potencia de entrada es igual al de salida:

P1=P2

O sea:

U1*I1=U2*I2

De aquí fácilmente obtenemos:

U1/U2 = I2/I1.

5.6. EL AUTOTRANSFORMADOR.

a

c

1E

1I

b

2E2I

2E

a

c

1E

b

2I

1I

a) elevador b) reductor

Fig. 5.2 Formas de conectar la bobina de los autotransformadores



32

En los transformadores existe un acoplamiento magnético, pero en el autotransformador

además de este, existe un acoplamiento eléctrico, es decir, que el mismo devanado sirve

tanto para el primario como para el secundario, teniendo un área en común, que pertenece

a un bobinado y es parte del segundo bobinado (Fig. 5.2.).

A diferencia del transformador ordinario, el aislamiento del devanado secundario, debe de

de calcularse para la mayor tensión, de igual forma el calibre del conductor debe de ser

para la mayor intensidad, es decir de la parte que no es común, ya que en la parte común

las intensidades se restan (Fig. 5.2).

Para la relación de transformación, partimos de la fig 5.2, y que del punto c al punto b,

tenemos Ncb, espiras, por cuanto es proporcional la fuerza electromotriz al número de

espiras se tiene que:

E1=Ncb

De esta forma podemos formular las siguientes ecuaciones:

a)ca

cb

bacb

cb

N

N

N N

N

E

E n =

+==

2

1 (5.2)

b) cb

ca

cb

bacb

N

N

N

N N

E

E

n =

+

==2

1

(5.3)

En los autotransformadores tiene dos formas de trasmitir la energía, en forma eléctrica y

electromagnética, siendo la última por la que se tiene que calcular la potencia del

transformador, la rentabilidad y la aplicabilidad de éstos, resulta cuando está entre

0.5<n<1.

5.7. TRANSFORMADORES TRIFASICOS.

La estructura de los transformadores trifásicos es análoga a la de los transformadores

monofásicos con la diferencia de que los primeros deben tener tres devanados de fase

aislados de mayor tensión y de menor tensión (fig.5.3), existen caso especiales en que las

tensiones del primario y secundario son iguales, a estos transformadores se les conoce

como transformadores para aislar eléctricamente un circuito, se los utiliza en tableros

aislados a tierra especialmente en los hospitales, en las áreas de quirófanos unidades de

cuidados intensivos.



33

Por supuesto que se puede obtener energía trifásica conectando tres transformadores

monofásicos, que es utilizado en grandes potencias, pero el costo es mayor, por esta razón

se tiene en un solo bloque los tres devanados primarios y los tres secundarios. Para

analizar los tipos de conexiones se designará con las letras mayúsculas los de A.T., las

entradas serán las primeras letras del alfabeto A,B y C (también se los puede denominar

con U,V y W) y las salidas con las últimas letras del alfabeto X,Y y Z, para la B.T. con

letras minúsculas.

A B C

X Y Z

x y z

a b c

bobinado de mayor tensión

bobinado de menorr tensión

Fig. 5.3 Transformador trifásico, con bobinas de mayor tensión (AT) y de menor tensión

(BT).

5.7.1. CONEXION DELTA – DELTA.

La conexión delta – delta (Fig. 5.4) de transformadores trifásicos se usa generalmente en

sistemas cuyos voltajes no son muy elevados.

También en aquellos casos, en los que se debe mantener la continuidad de un sistema.

Esta conexión se emplea tanto para elevar la tensión como para reducirla.

En caso de falla o reparación la conexión delta – delta se puede convertir en una conexión

delta abierta – delta abierta.



34

ALTA TENSION BAJA TENSION

A

X B

YC

Z

x

a

zcy

b

R E D A . T .

R E D B .T .

Fig. 5.4 Conexión delta-delta o triángulo-triángulo

5.7.2. CONEXION ESTRELLA – ESTRELLA.

Y-Y


R E D A . T .

R E D B .T .

AX

B

Y

C

Z

a

x

by

c

z

Fig. 5.5 Conexión estrella-estrella o Y-Y

La conexión estrella – estrella (Fig. 5.5) da un servicio satisfactorio únicamente en las

cargas trifásicas balanceadas, cuando en la carga se desbalancea el neutro eléctrico estará

en el centro exacto de un punto que hará desigual los tres voltajes de línea a neutro. Esta

conexión se emplea en sistemas que operan con tensiones elevadas.



35

También nos sirve en el caso de tener problemas de resonancia ferromagnética, en estos

casos se tiene que tener mucho cuidado en los cálculos de las redes subterráneas, ya que el

efecto capacitivo de estas redes puede ocasionar dicho fenómeno.

5.7.3. CONEXION DELTA – ESTRELLA.

La conexión delta – estrella (Fig. 5.6) de las más empleadas se utiliza en los sistemas de

potencia para disminución de voltajes en los sistemas de distribución (a cuatro hilos) para

alimentación de fuerza y alumbrado.

Con este sistema se obtienen dos voltajes, de línea y de fase, además se pueden utilizar los

dos sistemas: trifásico y monofásico.

A

X B

YC

Z

a

x

b

y

c

z R E D A . T .

R E D B

.T .


Fig. 5.6 Conexión triángulo- estrella o ∆-Y

5.7.4. CONEXION ESTRELLA – DELTA.

La conexión estrella – delta (Fig. 5.7) es contraria a la conexión delta – estrella se emplea

para elevar los voltajes de la conexión delta – estrella y para reducirlos, los devanados

conectados en estrella se conectan al circuito de más alto voltaje, fundamentalmente por

razones de aislamiento.



36

Y-

A X

B

Y

C

Z

x

a

zcy

b

R E D A . T .

R

E D B .T .


Fig. 5.7 Conexión estrella-triángulo o Y-∆



37

CAPITULO 6

MOTORES TRIFASICOS

Se construyen motores trifásicos de las más diversas potencias, desde una fracción de

caballo hasta varios miles de caballos. Se caracterizan por su velocidad prácticamente

constante y por lo que respecta al par de arranque, los hay de muy diversas características.

Unos tienen par de arranque elevado, en otros en cambio, este par es bajo, según sea su

aplicación algunos se construyen para corriente normal de arranque y otros para elevadacorriente de arranque. Se construyen asimismo para cualquier tensión normal y frecuencia,

y muchas veces suelen estar previstos para funcionar con dos o más tensiones. Los motores

trifásicos se utilizan para accionamiento de máquinas–herramientas, bombas montacargas,

ventiladores, grúas, ascensores y de otras muchas máquinas.

Entre sus partes principales están: el estator, rotor y tapas (escudos).

El estator consiste en una armazón de fundición, un núcleo de chapas, idéntico al empleado

en los motores de fase partida y un arrollamiento formado por varias bobinas alojadas ensus correspondientes ranuras, el rotor puede ser de jaula de ardilla o bobinado. Ambos

tipos de rotor llevan un núcleo de chapas prensado sobre el eje. El rotor de jaula de ardilla

es similar al de un motor de fase partida. El rotor bobinado consiste en un arrollamiento

convenientemente dispuesto sobre el núcleo y conectado a tres anillos de toma o de

fricción, montados sobre el eje.

Los escudos, al igual que en cualquier otro tipo de motor, van firmemente empernados a la

carcasa y en ellos se encuentran los cojinetes en los que se apoya y gira el eje del motor.

Los cojinetes empleados pueden ser de bolas o de fricción.

El principio de funcionamiento

Las bobinas alojadas en las ranuras del estator van conectadas convenientemente formando

tres arrollamientos independientes llamados fases. Las citadas fases van conectadas de

manera conveniente a fin de que en el interior del estator se forme un campo magnético

giratorio que obligue al rotor a girar a determinada velocidad.

La velocidad de giro del campomagnético del estator, es decir la velocidad conocida como

sincrónica (ns) ,depende de la frecuencia (f) y del número de pares de polos (p):



38

p

f n s

60= (6.1)

6.1 MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA.

Tiene el rotor más sencillo y de mayor aplicación en los motores de inducción.

El rotor jaula de ardilla se compone de un núcleo de hierro laminado que tiene ranuras

longitudinales al rededor de su periferia. El estator está constituido por un bobinado

trifásico, los mismos que serán utilizados con corriente alterna trifásica.

La velocidad de giro del rotor va ha depender del deslizamiento, que es la diferencia de

giro entre el campo magnético y el giro propiamente del rotor.

Entre sus partes principales están: el estator, rotor (jaula de ardilla), carcasa y

rodamientos.

Fig. 6.1 Motor trifásico de jaula de ardilla


• Es el motor más empleado debido a su fácil construcción.

• Bajo costo de mantenimiento.

• Es más seguro en su funcionamiento.• Es más robusto.



39

• No hace falta aislamiento entre el núcleo y las barras del rotor.


.El par de arranque es bajo, debido a que en reposo el rotor tiene una reactancia inductiva

relativamente elevada, con respecto a su resistencia.

ROTOR DEJAULA DEARDILLA

A LA

RED

A LA

RED

a) Conexión en estrella a) Conexión en triángulo

Fig. 6.2 Conexiones de un motor de jaula de ardilla.

6.2 MOTORES SINCRONICOS

Un motor sincrónico es aquel cuyo rotor gira en sincronismo con el campo magnético

creado en el estator. Así, por ejemplo si en un motor tetrapolar( dos pares de polos), un

campo magnético de 60 Hz, gira a razón de 1800 rev/min, el rotor girará también a esta

velocidad.

En el motor de inducción el rotor gira algo más despacio que el campo rotatorio, lo que

resulta necesario con objeto de que los conductores de la jaula de ardilla se desplacen con

respecto al campo inductor y, al cortar líneas de fuerza, se genere en ellos una corriente

inducida. A esta diferencia entre la velocidad del rotor y la de rotación del campo

magnético, se la denomina deslizamiento. En los motores sincrónicos el deslizamiento es

nulo.

Los motores sincrónicos, se construyen con potencia comprendida entre 20 caballos y

varios cientos de caballos, y se utilizan en todas las aplicaciones que requieran una

velocidad constante. En muchos casos se emplean los motores sincrónicos para mejorar el



40

factor de potencia de la instalación eléctrica de una fábrica o taller. También se fabrican

motores sincrónicos pequeños pero de construcción diferente de la de los motores grandes.

El principio de funcionamiento consiste en que, cuando se cierra el interruptor de línea y la

corriente circula por el arrollamiento del estator, se forma en el motor un campo magnético

giratorio, se induce una corriente en el arrollamiento de jaula de ardilla y se crea en este

otro campo, resultando de ambos un par que hace que el motor arranque.

La velocidad de este va aumentando poco a poco hasta llegar casi a la de sincronismo a

esta velocidad se excitan las bobinas del campo del rotor con corriente continúa, quedando

así formados sobre aquel polos magnéticos definidos que tienden a situarse frente a los

giratorios del estator de nombre contrario. De este modo se incrementa la velocidad hasta

que el rotor alcance la del sincronismo.

SR

reóstato para controlar laintensidad del rotorfuente

de c-d

dec-a

fuentetrifásica

rotor

bobinas

del

estator

Fig. 6.2 Motor sincrónico

Cuando se utilizan estos motores para corregir el factor de potencia de una instalación de

corriente alterna, se sobreexcitan los arrollamientos del rotor, con lo que el motor absorbe

una gran corriente en avance. Con ello se corrige un factor de potencia en retraso, pues en

una instalación con varios motores de inducción la corriente va en retraso de fase. La

corriente en avance del motor sincrónico, mejora el factor de potencia. Al motor



41

sincrónico utilizando para la corrección del factor de potencia se denominará en ocasiones

condensador sincrónico.

Entre sus partes principales están: el estator, 3 devanados, carcasa, rotor, reóstato,

rodamientos.

El arrollamiento de estator de un motor sincrónico consiste en un número determinado de

bobinas, alojadas en las ranuras del núcleo, igual que en el motor trifásico de inducción.

La conexión de las bobinas puede ser en estrella o en triángulo. Del estator se sacan al

exterior tres hilos para conexión a la red.

Las bobinas de rotor, de las que tiene que haber tantas como polos tenga el estator, se

devanan de igual manera que las bobinas de campo de los motores de corriente continua.

El arrollamiento de jaula de ardilla, que sólo sirve para el arranque, va embutido en el

núcleo del rotor y sus barras unidas por ambos extremos por dos anillos de cobre.

El arrollamiento del rotor forma un determinado número de polos de campo conectados en

serie para crear polaridades alternadas. Se sacan dos terminales al exterior, que se conectan

a los anillos de toma, por los que se envía corriente continua al arrollamiento.

Hay motores sincrónicos cuyo motor va excitado con corriente continua, otros no llevan

excitación en el rotor. Los del primer tipo tiene un núcleo y un arrollamiento de un estator

como los de un motor trifásico de inducción, el rotor tiene polos salientes como los de un

inductor de motor de corriente continúa. De las bobinas de campo, que van montadas en

los polos del rotor y conectadas en serie para cerrar polaridades alternadas, parten dos hilos

que van a dos anillos de fricción montados sobre el eje del motor. Las bobinas de campo

del rotor se excitan con corriente continúa que suministra una batería o bien una pequeña

dínamo (excitatriz) que suele ir montada directamente sobre el eje del motor. Para el

arranque lleva el motor un arrollamiento de jaula de ardilla dispuesto alrededor del rotor,

pues estos motores no pueden arrancar por si solos y lo hacen con el arrollamiento de jaula

de ardilla como un motor de inducción.El motor sincrónico con rotor no excitado puede construirse para trabajar con corriente

monofásica o polifásica. Un tipo de este motor comprende un estator similar al de un motor

de fase partida o al de uno polifásica, y un rotor de jaula de ardilla con superficie

chaflanada o semicuadrática, formando así unos polos salientes.

El arrollamiento de jaula de ardilla sirve para el arranque del motor y para acelerarlo hasta

cierta velocidad, con la cual los polos salientes del rotor giren en sincronismo con la

frecuencia de la corriente del campo rotativo. El número de polos saliente del rotor tieneque ser igual al de polos del estator, de los cuales reciben su magnetismo por inducción.



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Cuando el motor alcanza la velocidad de sincronismo, el arrollamiento de jaula de ardilla

no tiene ya misión alguna, y la rotación continúa por la atracción entre los polos salientes

del rotor y los del estator. En algunos motores, los polos del rotor son de acero imantado y

conservan permanentemente su magnetismo.


• Útil para cargas pulsatorias.

• Puede ser satisfactorio cuando se requiera velocidad constante.

• Es importante cuando el control de recorrido es importante.

• Se puede invertir el sentido de rotación, cambiando dos de las tres fases del estator..


• Con altas cargas pierde su sincronismo.

• Costo un poco elevado.



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CAPITULO7

GENERADORES (ALTERNADORES)7.1 GENERALIDADES

Un alternador es similar en construcción a un motor sincrónico de rotor excitado. Consiste

en un estator con arrollamiento trifásico y un rotor de polos salientes excitados con

corriente continua. El que lleve o no lleve arrollamiento de jaula de ardilla depende del uso

a que se destine el alternador.

Lo mismo que la dínamo, el alternador tiene que ser movido por un motor, turbina de

vapor o hidráulica, motor Diesel, etc. Del arrollamiento del estator, que por lo regular va

conectado en estrella, se sacan al exterior tres hilos, y cuatro si la distribución se hace con

tres fases y neutro.

SR

reóstato para controlar laintensidad de la excitatrizfuente

de c-d

de c-a

energía

generada

rotor

bobinas

del

estator

N

A

B

C

-

+

trifásica

acopladoa unaturbina

Fig. 7.1 Generador trifásico

Para la puesta en marcha de un alternador primero se acopla por medio de una banda con el

motor que lo acciona hasta cierta velocidad, y luego se excitan lentamente los polos del

rotor con corriente continúa. Al girar el campo magnético creado por el rotor, el

arrollamiento del estator corta líneas de fuerza y se produce en él corriente. Si el estator

lleva arrollamiento trifásico, se engendrará corriente trifásica, para corriente monofásica



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sólo se utilizan dos de los hilos sacados al exterior, o si la conexión es en estrella, un hilo

de fase y el neutro. Si se desea corriente bifásica, habrá que transformar la corriente

trifásica en bifásica, o bien utilizar un alternador bifásico.

Siendo la frecuencia de la corriente producida por un alternador función de la velocidad y

del número de polos, la variación de la tensión de excitación no influirá sobre la

frecuencia, aunque si sobre la tensión engendrada por la máquina. Esta tensión varía con la

carga, razón por la cual, si se quiere que se mantenga constante, será preciso establecer un

sistema de regulación del voltaje de excitación, lo que puede efectuarse a mano o con un

regulador automático de tensión.

7.2 CLASIFICACION DE LOS ALTERNADORES

El alternador es una máquina sincrónica que funciona como generador, en el se inducen

fuerzas electromotrices de frecuencia proporcional a la velocidad, obteniéndose tensiones y

corrientes alternas.

Se clasifican según la forma del rotor siendo estos de polos salientes y polos lisos. Se

utilizan de polos salientes cuando la velocidad de rotación no es muy alta, en cambio de

polos lisos es para los turbogeneradores, es decir de altas velocidades.

7.3 GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA

Existen generadores con excitación independiente y autoexcitados.

El generador con excitación independiente tiene muchas aplicaciones .Sin embargo, posee

la desventaja de que se requiere una fuente de alimentación independiente de corriente

directa, para excitar el campo en derivación. Esto es costoso en casos y en ocasiones

inconveniente, por lo que el generador de CD autoexcitable es a menudo más apropiado.

En un generador con autoexcitación, el devanado de campo se conecta a la salida del

generador. Se le puede conectar directamente a la salida, en serie con esta o bien, usandouna combinación de ambas conexiones. La forma en que el campo se conecte (derivación,

serie, compuesta) determina muchas de las características del generador.

Todos los generadores antes citados tienen la misma construcción. La autoexcitación es

posible debido al magnetismo remanente de las partes de los polos del estator. Cuando gira

la armadura, se induce un pequeño voltaje en sus devanados. Cuando el devanado de

campo se conecta en paralelo (en derivación) con la armadura, se tendrá el flujo de una

pequeña corriente de campo. Si esta pequeña corriente de campo fluye en sentido



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adecuado, el magnetismo remanente se refuerza, lo cual aumenta más todavía el voltaje de

armadura y, por lo tanto se produce un rápido aumento de voltaje.

Si la corriente de campo no fluye en el sentido no adecuado, el magnetismo remanente se

reduce y no se genera voltaje. En este caso la situación se corrige intercambiando

simplemente los terminales del campo en derivación.

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