Prácticas mantenimiento de maquina alecop

MÁQUINAS ELÉCTRICAS
CM-281
Manual de prácticas
Copyright © Alecop S.Coop. 1999-2000
Aptdo. 81, Loramendi, 11
20500 MONDRAGÓN
(Gipuzkoa) ESPAÑA
Tel: + (34) 943 712405
Fax: + (34) 943 799212
www.alecop.es
e-mail:[email protected]
REF. MAN0003000
ALECOP
Enseignement Technique
ALECOP
Formaçao Tecnica e Profissional , Lda.
205 Grande Rue B.P.21
01121 Montluel Cedex
FRANCE
Tel. +(33) 472257122
Fax. +(33) 472257366
email: [email protected]
Av. 9 de Julho, 105-2.º Frente
2665-519 Venda do Pinheiro
PORTUGAL
Tel. +(351) 219862448
Fax. +(351) 219862307
email: [email protected]
ÍNDICE
MÁQUINA DE C.C. ............................................................................... 7
Descripción de las máquinas de c.c ........................................................................................... 9
Máquinas de c.c. AL-506 y AL-606 ............................................................................................21
PRÁCTICA Nº1 - Dinamo de excitación independiente. Puesta en marcha ..............25
PRÁCTICA Nº2 - Inversión del sentido de la tensión ..........................................................27
PRÁCTICA Nº3 - Modificación de la tensión de salida .......................................................28
PRÁCTICA Nº4 - Característica en vacío..................................................................................29
PRÁCTICA Nº5 - Característica exterior en carga ................................................................33
PRÁCTICA Nº6 - Característica en carga .................................................................................38
PRÁCTICA Nº7 - Característica del inducido ...............................................................................39
Dinamos autoexcitadas ................................................................................................................42
PRÁCTICA Nº8 - Dinamo autoexcitada. Puesta en marcha ................................................44
PRÁCTICA Nº9 - Característica exterior en carga de generador shunt........................45
Dinamo de excitación serie ........................................................................................................49
PRÁCTICA Nº10 - Dinamo de excitación serie. Puesta en marcha ................................51
PRÁCTICA Nº11 - Dinamo serie. Característica en vacío...................................................52
PRÁCTICA Nº12 - Característica exterior en carga de una dinamo serie ....................55
PRÁCTICA Nº13 - Acoplamiento de dinamos .......................................................................58
Máquinas eléctricas. Funcionamiento como motor ..........................................................61
PRÁCTICA Nº14 - Motor de c.c. excitación derivación.
Puesta en marcha. Modificación de la velocidad ................................................................64
PRÁCTICA Nº15 - Funcionamiento de una máquina de c.c. con
mala conmutación .........................................................................................................................65
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 3 de 245
ÍNDICE
PRÁCTICA Nº16 - Inversión de sentido de giro: Utilización de
conmutador rotativo .....................................................................................................................67
PRÁCTICA Nº17 - Motor c.c.- Inversión automática del sentido de giro .....................69
PRÁCTICA Nº18 - Motor c.c. excitación independiente. Frenado y arranque
con resistencia .................................................................................................................................70
PRÁCTICA Nº19 - Motor c.c. excitación independiente. Frenado con
inversión ............................................................................................................................................71
PRÁCTICA Nº20 - Cálculo de las pérdidas constantes .......................................................72
PRÁCTICA Nº21 - Característica velocidad n - corriente de inducido
IA excitación shunt o independiente .......................................................................................74
PRÁCTICA Nº22 - Característica par motor-intensidad excitación
independiente o shunt .................................................................................................................78
PRÁCTICA Nº23 - Característica par-velocidad ....................................................................80
PRÁCTICA Nº24 - Característica velocidad-intensidad del inductor
excitación independiente - potencia constante .................................................................82
PRÁCTICA Nº25 - Control reostático de la velocidad variación a par constante
excitación independiente o shunt ...........................................................................................86
PRÁCTICA Nº26 - Grupo Ward-Leonard ..................................................................................89
Motor serie ........................................................................................................................................91
PRÁCTICA Nº27 - Motor serie. Puesta en marcha ...............................................................93
PRÁCTICA Nº28 - Motor c.c. excitación serie.
Arranque y frenado con resistencias .......................................................................................94
PRÁCTICA Nº29 - Motor serie: arranque con resistencia, parada
con inversión de giro.....................................................................................................................95
PRÁCTICA Nº30 - Utilización del motor excitación serie como
motor universal ...............................................................................................................................96
PRÁCTICA Nº31 - Característica velocidad-intensidad motor
de excitación serie..........................................................................................................................98
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 4 de 245
ÍNDICE
PRÁCTICA Nº32 - Característica par motor-intensidad excitación serie .................. 102
MÁQUINA SÍNCRONA ....................................................................104
Alternador trifásico ..................................................................................................................... 106
PRÁCTICA Nº33 - Alternador trifásico excitación independiente:
modificación tensión eficaz modificación de frecuencia.............................................. 112
PRÁCTICA Nº34 - Alternador autoexcitado trifásico maniobra de cebado ............ 114
PRÁCTICA Nº35 - Acoplamiento de un alternador a la red .......................................... 115
PRÁCTICA Nº36 - Características del alternador,
características en vacío (VRMS-IEXC) .......................................................................................... 119
PRÁCTICA Nº37 - Características en cortocircuito ICC = f(IF) .......................................... 122
PRÁCTICA Nº38 - Impedancia síncrona ...................................................................................... 124
PRÁCTICA Nº39 - Circuito equivalente de un alternador.
Diagrama de Behn Eschenburg ...................................................................................................... 126
PRÁCTICA Nº40 - Característica en carga de un alternador trifásico ........................ 130
Motor síncrono ............................................................................................................................. 133
PRÁCTICA Nº41 - Arranque de motor síncrono con motor auxiliar .......................... 137
PRÁCTICA Nº42 - Característica de la máquina ................................................................ 140
MÁQUINA ASÍNCRONA ..................................................................144
Motor asíncrono........................................................................................................................... 146
PRÁCTICA Nº43 - Motor trifásico modificación de la frecuencia variación
de la velocidad de un motor jaula de ardilla .................................................................... 156
PRÁCTICA Nº44 - Motor c.a. - rotor en cortocircuito, ensayo en vacío ..................... 158
PRÁCTICA Nº45 - Ensayo en carga......................................................................................... 160
Obtención del diagrama de círculo ...................................................................................... 166
Motores de rotor bobinado ..................................................................................................... 173
PRÁCTICA Nº46 - Motor de rotor bobinado. Puesta en marcha ................................. 174
PRÁCTICA Nº47 - Convertidor de frecuencia. Puesta en marcha ............................... 177
PRÁCTICA Nº48 - Ensayo en vacío ......................................................................................... 180
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 5 de 245
ÍNDICE
PRÁCTICA Nº49 - Ensayo en carga......................................................................................... 182
Motor asíncrono monofásico .................................................................................................. 186
PRÁCTICA Nº50 - Motor monofásico de inducción. Puesta en marcha ................... 191
PRÁCTICA Nº51 - Arranque del motor monofásico, desconexión
del bobinado auxiliar ................................................................................................................. 192
PRÁCTICA Nº52 - Ensayo en vacío ......................................................................................... 193
PRÁCTICA Nº53 - Ensayo en carga......................................................................................... 194
Utilización de un motor trifásico con alimentación monofásica
y condensador .............................................................................................................................. 200
PRÁCTICA Nº54 - Ensayo en carga ................................................................................................ 201
Transformadores monofásicos ............................................................................................... 205
PRÁCTICA Nº55 - Ensayo en vacío ................................................................................................. 212
PRÁCTICA Nº56 - Ensayo en cortocircuito (V2=0) .................................................................. 214
PRÁCTICA Nº57 - Ensayo en carga......................................................................................... 218
PRÁCTICA Nº58 - Diagrama de Kapp - Caída de tensión............................................... 220
PRÁCTICA Nº59 - Diagrama de Kapp aproximado .......................................................... 222
PRÁCTICA Nº60 - Método de Boucherot ............................................................................. 224
PRÁCTICA Nº61 - Conexión en paralelo de transformadores monofásicos ........... 226
PRÁCTICA Nº62 - Estudio del transformador trifásico ........................................................ 230
PRÁCTICA Nº63 - Acoplamiento en paralelo de transformadores............................. 236
PRÁCTICA Nº64 - Transformación trifásica - hexafásica ................................................. 240
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 6 de 245
MÁQUINA DE C.C.
ÍNDICE
CONSTRUCCIÓN GENERAL
�
�
�
�
�
�
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 8 de 245
DESCRIPCIÓN DE LAS MÁQUINAS DE C.C
En éste, como en todos los capítulos de este manual, cada práctica consta de dos partes:
- La primera, estudia las generalidades técnicas imprescindibles para la utilización de la máquina.
- La segunda, trata del ensayo propiamente dicho.
Se recomienda estudiar bien la primera parte, antes de comenzar la manipulación y no tener contacto
con las máquinas, hasta asimilar bien los conocimientos técnicos.
DEFINICIÓN
Una máquina eléctrica es un órgano que asegura una transferencia de energía entre un sistema
mecánico y un sistema eléctrico.
Existen máquinas de corriente alterna y máquinas de corriente continua.
Cuando la energía es transferida de un sistema eléctrico a un sistema mecánico, la máquina funciona
como motor.
Cuando la transmisión es en sentido inverso, la máquina funciona como generador.
NOTA IMPORTANTE:
Una máquina eléctrica puede trabajar indistintamente como motor o como generador. Al hacer el
estudio técnico, no se distingue si es uno u otro, siendo comunes todas las especificaciones técnicas
y teóricas.
CONSTITUCIÓN DE UNA MÁQUINA DE C.C.
a. Estator: Juega el papel de inductor, cerrando el flujo magnético. Constituye el armazón de la
máquina y se fabrica en fundición o acero colado (2). Al armazón van sujetos mediante tornillos
los polos inductores, compuestos de dos partes: núcleo y zapata (1). El arco de circunferencia
de entrehierro abarcado por la zapata recibe el nombre de arco polar. Se denomina paso polar
a la expresión:
Pp =
Dr ⋅ π
2⋅ p
siendo:
Dr: diámetro del inductor
p: nº de pares de polos
Normalmente la longitud del arco polar es 2/3 del paso polar.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 9 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
Los polos se fabrican de chapa magnética cortada y apilada. Sobre ellos van dispuestos sendos
bobinados inductores. Todos ellos están conectados en serie y dispuestos de tal forma que los
polos quedan imantados N, S, N, S, sucesivamente.
El flujo que se genera es constante y unidireccional. La mayoría de las máquinas modernas van
provistas, además de con polos principales con otros auxiliares, colocados en las líneas neutras
de los polos principales. Su función se explica más adelante.
Fig. 1.a
b. Parte móvil - rotor: Es un cilindro también llamado corona, formado por apilamiento de chapas
magnéticas (5). En la periferia y en el sentido de la generatriz del cilindro se han mecanizado
las ranuras destinadas a alojar los conductores del inducido que giran en el seno del campo
magnético creado por los polos inductores.
El flujo que recorre la corona es alterno debido al movimiento giratorio del rotar. Sobre el árbol
del inducido se coloca el colector compuesto de láminas de cobre (delgas) (4) aisladas todas
entre sí y separadas del eje mediante láminas de mica.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 10 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
c. Entrehierro: Entre las zapatas y el rotar existe un espacio de aire llamado entrehierro.
Un entrehierro muy ancho reduce la dispersión de las líneas de fuerza pero exige muchos
amperios (vueltas en los polos principales).
d. Circuitos eléctricos:
Circuito inducido: Formado por las bobinas colocadas en las ranuras del rotar.
Circuito inductor: Constituido por las bobinas que rodean los núcleos de los polos.
PRINCIPIO DE INDUCCIÓN. CONSIDERACIONES SOBRE LA F.E.M.
INDUCIDA
Experimentalmente, se comprueba que desplazando una barra metálica en presencia de un campo
magnético con una velocidad v perpendicular al flujo, se genera una fuerza electromotriz entre
extremos cuyo valor es:
E = β ⋅l ⋅v
siendo:
E = tensión en voltios
β = inducción magnética = wb/m2
l = longitud de la barra = m
v = velocidad = m/s
Se puede definir la f.e.m. mediante otra expresión. En un tiempo t, la barra ha recorrido una distancia
d. La velocidad es:
v=
d
t
E = β ⋅l ⋅v = β ⋅l ⋅
d
S φ
=β⋅ =
t
t t
La tensión inducida es igual a la cantidad de flujo “barrido” en la unidad de tiempo. Si la velocidad
de desplazamiento no es uniforme se puede calcular la tensión inducida instantánea reduciendo el
tiempo a un valor diferencial:
e=
− dφ
dt
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 11 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
PRINCIPIO DE LAS MÁQUINAS ROTATIVAS
Espira giratoria en presencia de un campo magnético:
�
a
V
Vn
�
l
������
����� t
�
a
�
e
Fig. l.b
La tensión inducida en bornes de la espira es proporcional a la velocidad de corte de las líneas de
fuerza por los dos lados activos de longitud ℓ.
Velocidad tangencial:
V=
a
⋅ω
2
Velocidad normal:
Vn =
a
⋅ ω ⋅ sen ω t
2
Fuerza electromotriz:
e = 2 ⋅ β ⋅ l ⋅ Vn = β ⋅ l ⋅ a ⋅ ω ⋅ senω t = β ⋅ S ⋅ ω ⋅ senω t
Conociendo la técnica diferencial, el cálculo es más sencillo:
e = β ⋅ a ⋅ l ⋅ cos ω t
e=−
dφ
= β ⋅ a ⋅ l ⋅ ω ⋅ senω t = β ⋅ S ⋅ ω ⋅ senω t
dt
La tensión resultante es senoidal y tiene un valor máximo:
V max = β ⋅ ω ⋅ S = ω ⋅ φ
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 12 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
FUNCIÓN DEL COLECTOR
e
t
Fig. 1.c
El colector de las máquinas rotativas de c.c. tiene por objeto convertir en continua la corriente alterna
generada en cada una de las espiras del bobinado.
Mediante un colector de solo dos delgas se consigue una tensión unidireccional de la forma indicada
en la figura 1.c.
Colocando mayor número de espiras y delgas, desfasadas unas con otras un cierto ángulo de manera
que la tensión total sea la suma de las generadas en las espiras, se consigue una tensión constante y
unidireccional.
E
V
t
Fig. 1.d
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 13 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
La tensión inducida depende de las características de la máquina. En forma general es:
E = K ⋅ n ⋅φ
siendo:
K = constante
n = nº de revoluciones
ф = flujo inductor
FORMA DE EXCITACIÓN DE LAS MÁQUINAS DE CONTINUA
1. EXCITACIÓN INDEPENDIENTE
La corriente que pasa por el inductor está generada por una fuente exterior totalmente independiente
de la máquina. Para conocer las características de la fuente es necesario conocer la resistencia y la
intensidad del inductor.
2. AUTOEXCITACIÓN
La corriente inductora está generada por la propia máquina. Se sobreentiende que la máquina tiene
capacidad para cebarse espontáneamente cuando se inicia el movimiento de rotación. Las condiciones
de cebado varían según el tipo de conexión, que se explicarán más adelante.
a. Máquina serie:
Rs
A2
M
A1
A2
IA
M
IA
Rs
A1
+
+
Fig. 1.e
Fig. 1.f
El inductor está conectado en serie con el inducido. La corriente que atraviesa el inductor es grande. Para
que la caída de tensión en el inductor sea lo menor posible, se fabrica éste con hilo de mucho diámetro
y compuesto de pocas vueltas. Es una característica peculiar de las máquinas serie. Figura 1.e.
El reostato Rs tiene una resistencia del orden de la del inductor conectada en paralelo y permite regular
la corriente de excitación.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 14 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
b. Máquina shunt:
El inductor de esta máquina está en paralelo con el inducido. Figura 1.f.
La corriente que atraviesa el inductor es débil. Una máquina shunt tendrá un inductor de gran resistencia,
constituido por gran número de vueltas y un hilo relativamente fino. El reostato de excitación tiene
una resistencia del orden de la del inductor conectado en serie con él y permite regular la corriente
de excitación aumentando la resistencia del circuito inductor.
c. Máquina compound:
A2
A2
M
M
A1
A1
+
+
Fig. l.g
Posee, a la vez, un arrollamiento de carácter serie y otro de carácter shunt.
Cada una de las conexiones en derivación corta o larga permite a la vez dos posibilidades:
1. El flujo producido por el bobinado serie se añade al del bobinado shunt.
2. El flujo del bobinado serie se resta al del bobinado shunt. En marcha normal es preponderante
el flujo del bobinado shunt.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 15 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
PRINCIPIO DE REVERSIBILIDAD DE UNA MÁQUINA ELÉCTRICA
Fig. 1.h
MOTOR:
Cuando un conductor recorrido por una corriente eléctrica está situado en un campo
magnético, queda sometido a una fuerza. Si el conductor es libre de desplazarse, existe un
movimiento y una energía mecánica.
Fig. 1.i
GENERADOR:
Cuando se dispone de energía mecánica para provocar la rotación de un conductor móvil en
un campo magnético, aparece en el conductor una corriente inducida siempre que corte las
líneas de inducción magnéticas.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 16 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
SENTIDO DE ROTACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
Si los sentidos relativos de las corrientes en el inducido y en el inductor son los mismos, un motor de c.c.
gira en sentido inverso a un generador del mismo tipo. Se obtiene un par motor en el mismo sentido
de rotación cuando funciona como motor y un par resistente en sentido contrario al de rotación en
el caso de generador.
MAQUINA SHUNT:
A2
A2
G
A2
M
IF
A1
M
IF
A1
IA
A1
IA
+
IF
IA
+
+
Fig. l.j
Con una conexión idéntica de los bobinados, la máquina shunt gira en el mismo sentido como
motor y como generador.
Funcionando como motor, la polaridad de la tensión aplicada no influye sobre el sentido de
la velocidad.
MAQUINA SERIE:
A2
G
A2
M
IF
A1
A2
A1
IA
IF
A1
IA
IA
+
M
IF
+
+
Fig. l.k
La máquina serie no tiene el mismo sentido de rotación como generador y como motor. Del
mismo modo que la máquina shunt, el sentido de rotación, cuando funciona como motor,
no depende de la polaridad de la tensión aplicada.
MAQUINA COMPOUND:
El funcionamiento es el mismo que el de la máquina shunt.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 17 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
RENDIMIENTO GENERAL DE UNA DINAMO
Tiene la expresión:
µ=
Pu
VA ⋅ I A
=
Pu + p VA ⋅ I A + p
donde:
Pu = potencia útil
p = pérdidas
El problema consiste en evaluar las pérdidas p que son la suma de las pérdidas variables p1 y las
pérdidas constantes p2
p = p1 + p2
a. Evaluación de las pérdidas variables p1
1. Pérdidas por efecto Joule.
2
en el inducido: re ⋅ I a
en el inductor: RF ⋅ I F2
2. En las escobillas. w − 0, 6 ⋅ I A
Se considera despreciable.
b. Evaluación de las pérdidas constantes p2
Se hace girar la dinamo como motor en vacío en excitación separada en unas condiciones,
tales que el flujo inductor Φ sea el mismo que cuando la máquina funciona como generador
a la misma velocidad n. La potencia suministrada al motor se emplea para compensar las
pérdidas constantes. Práctica nº 20.
Forma de medición: Se aplica al motor una tensión E igual a la f.e.m. de la dinamo a velocidad
nominal. Se mide la intensidad en vacío lo para la velocidad nominal.
La potencia absorbida por el motor corresponde a las pérdidas mecánicas, pérdidas en el
hierro, pérdidas por histéresis y corrientes de Foucault.
W2 = E ⋅ I O − re ⋅ I O2
Generalmente se desprecia el valor re. Io2 < < E . Io
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 18 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
CORRIENTE ELÉCTRICA PRODUCIDA POR UNA F.E.M. INDUCIDA
El circuito eléctrico está formado por los siguientes elementos:
- Bobinado de la dinamo que presenta una resistencia interna re que está representada en
el exterior de la máquina. Figura 1.l.
- La resistencia de carga Rc
+A
re
+
IF
IA
A2
G
E
VA
RC
A1
B
Fig. l.l
Corriente eléctrica:
I
A
=
E
RC + re
Tensión en bornas:
Se considera la existente a la salida de la máquina:
V = E −r ⋅I
A
e A
Potencia eléctrica total:
Corresponde a la energía mecánica total aportada del exterior que se transforma en
eléctrica.
Su valor es:
WT = E ⋅ I A = ( RC + re ) ⋅ I A 2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 19 de 245
Descripción de las máquinas de c.c
Potencia eléctrica suministrada:
Corresponde a la potencia eléctrica que se aprovecha en el circuito exterior y se considera
útil.
WUt = VA ⋅ I A = I A 2 ⋅ RC 2
Potencia eléctrica perdida:
Una parte de potencia se consume en la propia máquina y queda desaprovechada en forma
de calor.
WP = I A 2 ⋅ re 2
Rendimiento eléctrico: μe
µe =
Put VA ⋅ I A VA
=
=
PT
E ⋅ IA
E
Rendimiento total: μ
µ=
VA ⋅ I A
VA ⋅ I A + p1 + p2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 20 de 245
MÁQUINAS DE C.C. AL-506 Y AL-606
FINALIDAD DE LOS POLOS AUXILIARES Y EL DEVANADO DE
COMPENSACIÓN
Las líneas de fuerza del campo magnético creado por un par de polos del inductor en un motor de c.c.
sufren una distorsión cuando el devanado del inducido es atravesado por una corriente.
En una máquina bipolar, cuando el inducido no es atravesado por una corriente y excitamos
independientemente el inductor, las líneas de fuerza siguen un camino como el que se representa en
la figura 2.a.
N
S
Fig. 2.a
Cuando circula corriente por el inducido, al campo magnético del inductor se le superpone un campo
magnético de reacción de inducido, según se puede ver en las figuras 2.b y 2.c en las que se indica, en
cada caso, el sentido de giro del inducido.
S
N
Fig. 2.b
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
N
S
Fig. 2.c
Página 21 de 245
Máquinas de c.c. AL-506 y AL-606
Una forma de evitar los efectos de la desviación de la línea neutra es decalar las escobillas. De este
modo se puede, no sólo contrarrestar los efectos de la desviación de la línea neutra, sino incluso
contrarrestar en parte la f.e.m. autoinducida.
Para ello, hay que decalar las escobillas un ángulo mayor que el de la desviación de la línea neutra.
La desviación de la línea neutra se produce en sentido contrario al del giro en los motores y en el
mismo sentido en los generadores.
La ejecución práctica de este hecho representa una gran complicación ya que la posición de las
escobillas debería cambiar con el sentido de giro y ajustarse en cada momento a las diferentes cargas.
Hay que tener en cuenta que el ángulo de desviación de la línea neutra varía con el valor de la corriente
que atraviesa el inducido.
En la figura 2.d se representa la máquina (motor) desarrollada y la curva de distribución de la inducción
magnética sobre la periferia del inducido enfrente de un par de polos, en vacío y en carga.
S
N
Fig. 2.d
1. en vacío
2. reacción de inducido
3. inducción resultante en carga. Existe un flujo inductor en la línea neutra.
La conmutación se realiza en el colector. El conjunto escobillas-colector cumple dos misiones: la de
alimentar eléctricamente un órgano en movimiento y la de permitir la conmutación que se debería
realizar en la línea neutra.
Sin embargo, a causa de la distorsión de campo que se ha explicado, cuando la máquina funciona
en carga los conductores que pasan por la línea neutra cortan líneas de fuerza induciéndose en ellos
una tensión.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 22 de 245
Máquinas de c.c. AL-506 y AL-606
Una buena conmutación debe producir el mínimo chisporroteo posible en las escobillas, cuyas causas
en una máquina construida correctamente desde el punto de vista mecánico, son las siguientes:
- F.e.m. autoinducida en la bobina que queda cortocircuitada por las escobillas debida a la
inversión del sentido de la corriente.
- F.e.m. inducida en los conductores por cortar líneas de fuerza, al no coincidir las escobillas
con la línea neutra real.
Estas dos causas actúan ambas en el mismo sentido.
Para corregir la distribución de la inducción entre los polos se recurre a los polos auxiliares. En la figura
2.e se indica la nueva distribución del flujo a lo largo del entrehierro de la máquina.
1. Distribución de la inducción debida a los polos auxiliares.
2. Distribución de la inducción sin la corrección de los polos auxiliares.
3. Distribución de la inducción corregida por los polos auxiliares. No existe flujo inductor en la
línea neutra.
S
S
N
N
S
�
Fig. 2.e
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 23 de 245
Máquinas de c.c. AL-506 y AL-606
Todavía queda una cierta distorsión del campo, debida a que sólo se ha contrarrestado la reacción de
inducido frente a la línea neutra teórica. Para eliminar el resto, en la medida de lo posible, se recurre
al devanado de compensación que consiste en un devanado alojado en ranuras sobre los polos
principales. Figura 2.f.
S
S
N
N
N
Fig. 2.f
Tanto las bobinas de los polos auxiliares como el devanado de compensación, deben ir conectadas
en serie con el inducido. De este modo, el campo magnético que crean es función de la corriente de
inducido, cuyo efecto pretenden contrarrestar.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 24 de 245
PRÁCTICA Nº1 - DINAMO DE EXCITACIÓN
INDEPENDIENTE. PUESTA EN MARCHA
DESCRIPCIÓN
Hay que cumplir dos requisitos para que una dinamo genere f.e.m.
- Presencia de flujo inductor.
Se hace circular una corriente continua por el devanado del inductor.
- Movimiento de los conductores activos del inducido en el seno del flujo inductor.
La expresión de la f.e.m. inducida es:
E = K ⋅φ ⋅ n
Modificando una de las variables Φ o n, varía la tensión inducida en bornas de la máquina VA
Al trabajar en vacío VA = E
REALIZACIÓN
1. Conectando A se pone en marcha el motor de arrastre que provoca el movimiento del rotor de
la dinamo.
El motor queda protegido mediante fusibles y relé térmico. Se puede elegir cualquier
velocidad.
2. Conectando el conmutador N queda cerrado el circuito del inductor estableciéndose una corriente
IF
3.Mediante el voltímetro se observa la presencia de f.e.m. en bornas de la máquina.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 25 de 245
PRÁCTICA Nº1 - Dinamo de excitación independiente. Puesta en marcha
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
Rt
P
N
A
24V
A
M
3
Rt
M
1
G
3
R2
2
A2
A
A1
A2
A1
VA
V
Fig. 1.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 26 de 245
PRÁCTICA Nº2 - INVERSIÓN DEL SENTIDO DE LA
TENSIÓN
DESCRIPCIÓN
Hay dos formas de invertir el sentido de la f.e.m. inducida.
- Cambiando el sentido de giro del rotor de la máquina.
- Invirtiendo el sentido de flujo inductor.
REALIZACIÓN
1. Pulsando MD o MI se selecciona el sentido de giro.
El circuito queda protegido mediante fusibles y relé térmico. La maniobra se realiza con el
enclavamiento necesario que imposibilita la conexión del mismo tiempo de D e l.
2. Accionando el conmutador N se invierte el sentido de la corriente de excitación.
3. Mediante el voltímetro se comprueba la polaridad de la tensión inducida.
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
Rt
+
1
3
5
1
3
5
2
4
6
2
4
6
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
P
D
I
N
D
24V
MI
MD
MD
Rt
D
A2
M
A1
A2
G
3
D
MI
I
I
A1
A2
A1
VA V
Fig. 2.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 27 de 245
PRÁCTICA Nº3 - MODIFICACIÓN DE LA TENSIÓN DE
SALIDA
DESCRIPCIÓN
Dada la fórmula general E = K ⋅ φ ⋅ n hay dos formas de modificar la f.e.m. inducida.
- Variando la velocidad de giro del motor de arrastre.
- Variando el valor del flujo inductor.
Se utiliza un motor de c.c. excitación serie como motor de arrastre. La alimentación del motor de c.c.
y del inductor se realiza a partir de una fuente de tensión continua.
REALIZACIÓN
1.
Accionando A se conecta el motor de c.c.
Para evitar una corriente excesiva en el arranque, R1 debe presentar su máximo valor para poder
realizar la maniobra.
Una vez arrancado el motor, disminuyendo R1, la velocidad de giro aumenta.
2.
Modificando R2 varía la corriente de excitación IF y el flujo inductor Φ
3. Mediante el voltímetro conectado en bornas de la máquina se comprueban las variaciones de
la f.e.m.
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
Rt1
+
1
3
5
2
4
6
1
3
5
A
A
2
4
6
U1
V1
W1
P
IF
Rt1
R1
1
G
3
R2
2
M
A
R1
3
A2
M
24V
A
A1
A2
A1
E V
Fig. 3.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 28 de 245
PRÁCTICA Nº4 - CARACTERÍSTICA EN VACÍO
Es la relación que liga la f.e.m. y la corriente de excitación.
Para medir la f.e.m. inducida E basta medir la tensión en bornas VA cuando la máquina está en vacío.
La expresión de la f.e.m. generada en el inducido es:
E = K ⋅ n ⋅φ
siendo:
n = nº de revoluciones
Φ = flujo
El flujo es función de las características del inductor y del hierro.
φ = f (NF , IF )
siendo:
NF = nº de espiras del inductor
IF = corriente del inductor
La representación de esta función corresponde a la curva de magnetización del hierro. Figura 4.1.
�
IF
Fig. 4.1
Para una velocidad determinada n1, la función que liga E e IF aparece en la figura 4.2 y tiene la misma
forma que la curva de magnetización del hierro. Figura 4.1.
- En el origen presenta una tensión residual correspondiente al magnetismo remanente.
- Hasta alcanzar la saturación del hierro, la f.e.m. es prácticamente proporcional a la corriente
del inductor IF
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 29 de 245
PRÁCTICA Nº4 - Característica en vacío
n1
E
n2
n3
IF
Fig.4.2
Para velocidades inferiores a la nominal, n2, n3, el valor de la f.e.m. disminuye proporcionalmente.
REALIZACIÓN
L2
I>
L3
I>
L1
I>
ESQUEMA GENERAL
+
IF
1
3
5
2
4
6
A
N
3
Wm
W
U1
R2
2
V1
A2
W1
M
G
3
VF
1
V
A1
E
V
Fig.4.3
1. Componer el esquema de la figura 4.3.
2. Hacer girar el motor de alterna a 1.500 r.p.m.
3. Anotar los valores de E en la tabla 4 para los valores de IF que allí se indican. Realizar el ensayo
con IF crecientes y repetirlo con IF decrecientes.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 30 de 245
PRÁCTICA Nº4 - Característica en vacío
4. Invertir la tensión de alimentación y repetir la operación. La característica total está formada,
por tanto, por cuatro partes.
5. Realizar un ensayo simplificado componiendo una sola de las partes de la característica para
n = 500 r.p.m. y n = 1.000 r.p.m.
6. Trazar las curvas correspondientes en papel milimetrado. Gráfica 4.
Velocidad: 1500rpm
0
1/7
IF (A)
Sentido: Corriente ascendente
2/7
3/7
4/7
5/7
6/7
Nominal
E (V)
Velocidad: 1500rpm
Nominal
IF (A)
Sentido: Corriente descendente
6/7
5/7
4/7
3/7
2/7
1/7
0
E (V)
Velocidad: 1500rpm
0
-1/7
IF (A)
Sentido: Corriente ascendente
-2/7
-3/7
-4/7
-5/7
-6/7
-Nominal
E (V)
Velocidad: 1500rpm
-Nominal
IF (A)
Sentido: Corriente descendente
-6/7
-5/7
-4/7
-3/7
-2/7
-1/7
0
E (V)
Velocidad: 1000rpm
0
1/7
IF (A)
Sentido: Corriente ascendente
2/7
3/7
2/7
3/7
4/7
5/7
6/7
Nominal
E (V)
Velocidad: 500rpm
0
IF (A)
Sentido: Corriente ascendente
1/7
4/7
5/7
6/7
Nominal
E (V)
Tabla nº4
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 31 de 245
PRÁCTICA Nº4 - Característica en vacío
E (V)
IF (A)
Gráfica nº4
CUESTIONARIO
1. Conociendo las características de la máquina, deducir la curva de magnetización del hierro.
Calcular la característica Φ = f(IF).
2. ¿Cuánto vale el magnetismo remanente, IF = 0?
3. ¿Cuántos amperio-vueltas son necesarios para eliminar el magnetismo remanente? A este
valor se le llama fuerza coercitiva.
4. ¿Cuál es el valor de la resistencia del inducido y del inductor?
5. Aproximadamente, ¿a qué tensión de excitación se alcanza la saturación del hierro?
6. ¿Por qué no coinciden las características al ser la corriente creciente o decreciente? ¿Influye
este hecho en algún tipo de pérdidas de la máquina?
7. ¿Cuánto vale la tensión inducida debida al magnetismo remanente?
8. El valor indicado por el watímetro, ¿a qué potencia corresponde? ¿Depende de la corriente de
excitación?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 32 de 245
PRÁCTICA Nº5 - CARACTERÍSTICA EXTERIOR EN
CARGA
DESCRIPCIÓN
Corresponde a la expresión que liga la tensión en bornas de la máquina VA en función de la corriente
de carga lA cuando la corriente de excitación IF y la velocidad n son las nominales.
Un esquema representativo del comportamiento de la máquina se indica en la figura 5.1.
VA
En
I
F
�U
I
A
I
Fn
Fig. 5.1
La parte izquierda corresponde a la característica en vacío. Para la intensidad nominal IFn corresponde
f.e.m. inducida nominal En a una velocidad nn
La tensión en bornas de la máquina VA disminuye al aumentar la corriente lA
Existen dos causas principales que originan este hecho:
1. Caída resistiva interna de la máquina.
Es debida a la resistencia re y a la caída de tensión en las escobillas. Se disipa en forma de calor.
Es proporcional a la intensidad lA
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 33 de 245
PRÁCTICA Nº5 - Característica exterior en carga
2. Reacción del inducido.
N
S
�P
�R
I
I
Fig. 5.2
La corriente que circula por el inducido crea un flujo perpendicular al flujo principal.
Esta reacción magnética entraña una disminución de la f.e.m. debido a la acción
desmagnetizante de los amperios vuelta del inducido.
Estas pérdidas quedan englobadas en la función ε(IA).
La utilización de polos auxiliares hace decrecer considerablemente la reacción del inducido. El
flujo creado en estos polos se opone directamente y anula el flujo de reacción ФR.
La ecuación general de la dinamo es:
V = E −  re ⋅ I A +ε ⋅ I A 
b
La caída de tensión total de la máquina es:
∆U = r ⋅ I + ε ⋅ I
e A
A
La reacción propia del inducido es:
ε ⋅ I = ∆U − r ⋅ I
A
e A
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 34 de 245
PRÁCTICA Nº5 - Característica exterior en carga
Estabilidad eléctrica
Un generador es estable cuando a una elevación de la corriente de carga motivada por una
variación de la resistencia del circuito exterior responde automáticamente con una disminución
del valor de la tensión en bornas.
El generador con excitación independiente es, por tanto, estable.
Al aumentar la intensidad disminuye la tensión en bornas.
REALIZACIÓN
L2
I>
L3
I>
L1
I>
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
5
2
4
6
N
Wm
3
IA
W
U1
DT
IF
V1
A
W1
R2
2
A2
M
G
3
1
V
A1
VA
V
R1-R3
Fig. 5.3
1. Conseguir la velocidad y corriente de excitación nominales.
2. Para los valores de lA indicados, anotar los resultados en la tabla nº 5 calculando las
magnitudes que se piden.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 35 de 245
PRÁCTICA Nº5 - Característica exterior en carga
3. Con los valores obtenidos, dibujar las curvas correspondientes. Gráfica nº 5.
0
1/6
2/6
3/6
4/6
5/6
Nominal
IA(A)
VA (V)
ΔU (V)
re . IA (V)
ε (V)
μ (%)
Tabla nº 5
��������������������
����
�����
Gráfica n º 5
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 36 de 245
PRÁCTICA Nº5 - Característica exterior en carga
CUESTIONARIO
1. Explicar la noción de estabilidad.
2. La tensión en bornas de la máquina disminuye ligeramente con la intensidad, ¿qué
procedimientos se pueden utilizar para compensar esta caída? En este sentido, ¿qué misión
tienen los devanados de una máquina compound?
3. El devanado de compensación y los polos auxiliares evitan, en gran manera, las pérdidas
debidas a la reacción magnética del inducido, E(IA); ¿qué tipo de pérdidas aumentan con
dicho bobinado?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 37 de 245
PRÁCTICA Nº6 - CARACTERÍSTICA EN CARGA
DESCRIPCIÓN
Se trata de obtener el valor de la tensión en bornas de la máquina VA, en función de la corriente de
excitación, manteniendo constante la velocidad y la corriente de carga lA
La ecuación general de la dinamo es:
V = E − r ⋅ I − ε⋅ I
A
e A
A
Cuando lA = 0 se obtiene la característica en vacío.
Para obtener la característica en carga basta deducir de la característica en vacío obtenida en la práctica
nº 4, el valor de las pérdidas eléctricas ∆U = r ⋅ I + ε ⋅ I
obtenidas en la práctica nº 5.
e
A
VA
A
�U
IF
Fig. 6.1
REALIZACIÓN
Con los valores deducidos en las prácticas nº 4 y 5, dibujar en el gráfico nº 4 la característica en carga
tensión de salida en función de la corriente de salida para su velocidad nominal y lA = 2A.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 38 de 245
PRÁCTICA Nº7 - CARACTERÍSTICA DEL INDUCIDO
IF = f(IA) para VA constante.
DESCRIPCIÓN
Se trata de obtener el valor de la corriente de excitación IF en función de la corriente del inducido lA,
para mantener en todo momento VA constante.
La caída interna de la máquina r ⋅ I
e
A
+ε ⋅ I
A aumenta proporcionalmente con la intensidad lA y
hace disminuir la tensión de salida.
Se puede compensar esta deficiencia aumentando la corriente de excitación IF que hace aumentar el
flujo inductor.
La relación entre variaciones de lA y de lF no son exactamente proporcionales ya que influye la
característica de magnetización del hierro de la máquina y la reacción magnética del inducido que
tampoco es exactamente proporcional a lA.
I
F
I
A
Fig. 7.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 39 de 245
PRÁCTICA Nº7 - Característica del inducido
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
L2
I>
L3
I>
I>
L1
+
1
3
5
2
4
6
A
IF
N
3
IA
U1
V1
A
W1
1
A2
M
DT
R2
2
G
3
A1
R1
Fig.7.2
1. Por medio de la resistencia variable R2 ajustar una tensión de salida VA = 150V.
2. Manteniendo constante la tensión de salida VA, realizar las mediciones oportunas para anotar
los valores que se indican en la tabla nº 7.
3. Realizar la característica correspondiente. Gráfica nº 7.
-IF (A)
IA (A)
0
1/6
2/6
3/6
4/6
5/6
Nominal
Tabla nº 7
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 40 de 245
PRÁCTICA Nº7 - Característica del inducido
�����
�����
Gráfica nº 7
CUESTIONARIO
En esta práctica se deducen los amperio-vueltas necesarios para compensar la reacción total del
inducido. En caso de querer convertir la máquina en excitación compound, añadiendo otro devanado,
¿qué característica deberá cumplir éste?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 41 de 245
DINAMOS AUTOEXCITADAS
PRINCIPIO DE AUTOEXCITACIÓN; DESCRIPCIÓN GENERAL
+
+
�
�
���
+
+
���
+
�
�
+
+
���
���
+
Fig. 3.a
Se hace funcionar una dinamo autoexcitada según los casos de la figura 3.a. En cada uno, sucede lo
siguiente:
a. El magnetismo residual de los polos inductor es procedente de operaciones previas de la
máquina tiene la polaridad indicada en la figura. La pequeña f.e.m. generada en el inducido
estará dirigida de tal forma que su corriente anula el magnetismo residual anulándose la
f.e.m.; la máquina, por tanto, no se ceba.
b. Se han invertido los terminales del inductor. La f.e.m. generada en el inducido refuerza el
magnetismo remanente incrementando la f.e.m. Existe un valor crítico de la resistencia del
inductor por encima del cual no es posible el cebado de la máquina.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 42 de 245
Dinamos autoexcitadas
Rb
V
Rc
Ra
RF =
V
IF
�
Fig. 3.b
Es preciso que la recta V = RF. IF corte a la característica en vacío de la máquina.
RF = Rb es el valor crítico.
Para cada velocidad se modifica la característica en vacío y también la resistencia del inductor RF
crítica.
c. Se ha invertido el sentido de giro. También es posible el cebado de la máquina.
d. Aplicando una tensión continua exterior se ha invertido el signo del magnetismo residual.
También es posible el cebado de la máquina.
Las razones que impiden el cebado de una máquina son, por tanto:
- Carencia de magnetismo remanente.
- Inversión de los terminales del devanado inductor.
- Excesiva resistencia en el circuito inductor debido a:
• Circuito abierto.
• Valor excesivo del reostato exterior.
• Contacto defectuoso en las escobillas.
• Colector sucio o grasiento.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 43 de 245
PRÁCTICA Nº8 - DINAMO AUTOEXCITADA. PUESTA EN
MARCHA
DESCRIPCIÓN
Las condiciones de autocebado se han descrito en la explicación general. Si la máquina ha sido utilizada
en las prácticas anteriores mantendrá el magnetismo remanente. La corriente en el inductor debe
reforzar el magnetismo remanente.
REALIZACIÓN
L2
I>
L3
I>
L1
I>
CIRCUITO GENERAL
Rt
1
3
P
5
A
2
4
6
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
3
Rt
M
3
N
A2
2
1
R2
V
G
A
M
A
A1
A2
A1
Fig.8.1
1. Accionar M para alimentar el motor de alterna trabajando a 1.500 r.p.m.
2. Hacer R2 = 0. Si la máquina no se ceba, se acciona el conmutador N para invertir la polarización
del inductor.
3. Aumentar R2 hasta llegar al valor crítico provocando el des cebado de la máquina.
4. Comparar el valor de R2 crítico, deducido experimentalmente, con la tag α en el origen de la
característica en vacío, RF crítico.
R2 critico + RF = RF critico
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 44 de 245
PRÁCTICA Nº9 - CARACTERÍSTICA EXTERIOR EN
CARGA DE GENERADOR SHUNT
DESCRIPCIÓN
Una manera gráfica de conseguir esta característica con algunas simplificaciones se indica en la figura
9.1.
Se ha supuesto que hasta la corriente nominal, la reacción del inducido queda perfectamente
compensada por los polos auxiliares y no existe, por tanto, ninguna merma de la f.e.m. ε(IA) = 0.
Además, se ha despreciado IF frente a lA. Se supone que cuando no existe carga exterior, la máquina
trabaja en vacío aunque circule una pequeña corriente de excitación, IF .
VA
N
M
E0
P1
P
E2
�
P2
VA2
�
S
I
F
I
F0
I
F2
0
I
C
I
A2
I
A
Fig.9.1
La curva OM es la característica en vacío correspondiente a la velocidad de funcionamiento nominal
de la máquina.
ON relaciona la tensión en bornas de la máquina con la corriente de excitación IF , de manera que
tag α = RF (resistencia del inductor).
La intersección de M y N en P definen la tensión en vacío EO.
Al existir una corriente de carga lA hay una caída de tensión interna en la máquina que hace disminuir
también la excitación.
El trazado de los puntos de la característica exterior se hace de la siguiente forma:
- Para una cierta tensión en bornas VA2 existe una corriente de excitación IF2 para la que corresponde
una f.e.m. inducida E2.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 45 de 245
PRÁCTICA Nº9 - Característica exterior en carga de generador shunt
- Con la aproximación expuesta se puede identificar E2 - V A2 = re . IA2. Desde la ordenada E2 se traza
una recta inclinada con un ángulo β hasta que corte la ordenada VA2.
La pendiente de esta recta es tag β = re .
- La intensidad máxima que corresponde al punto más alejado de la curva, precisamente el punto
P2 calculado, se relaciona con una tensión V A2 para la cual en la característica en vacío de máquina
(parte izquierda de la figura) corresponde una diferencia (E - VA) máxima.
- El punto Ic define la corriente de cortocircuito.
Desde EO a P2 la máquina es estable. Para un aumento de la corriente corresponde una disminución
de la tensión de salida.
Desde P2 a S la máquina es inestable. No es posible trabajar en esos puntos de la característica. A una
disminución de la corriente de salida corresponde una disminución de la tensión de salida que obligará
a bajar más la corriente. Hay un efecto acumulativo que sólo permite trabajar en valores extremos.
REALIZACIÓN
L2
I>
L3
I>
L1
I>
ESQUEMA GENERAL
1
3
5
2
4
6
N
Wm
W
3
U1
DT
V1
W1
M
3
A2
A
2
G
A1
1
IF
V
R1-R3
A IA
Fig. 9.2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 46 de 245
PRÁCTICA Nº9 - Característica exterior en carga de generador shunt
1. Acoplar la dinamo shunt a un motor de inducción haciéndola trabajar a velocidad nominal de
1.500 r.p.m.
2. Realizar las conexiones para conseguir el cebado de la máquina.
3. Anotar en la tabla nº 9 los valores de las magnitudes solicitadas para los valores de VA que allí
se indican. Los valores de E corresponden a la característica en vacío. (Práctica nº 4).
4. Realizar los gráficos correspondientes nº 9.
5. Calcular el punto de funcionamiento P.
VA (V)
190
170
150
130
110
90
70
50
30
0
IA (A)
IF (A)
E (V)
∆U (V)
re(IA-IF) (A)
ε(IA-IF) (A)
Wm (W)
μ (%)
μe (%)
Tabla nº 9
CUESTIONARIO
1. ¿Cómo repercute en el funcionamiento de la máquina la colocación de un reostato en serie
con el inductor?. ¿Qué modificaciones se han de realizar en la figura 9.1?
2. ¿Y cómo repercute la velocidad de la máquina?
3. Explicar por qué la máquina no puede funcionar en ningún punto de la característica
comprendido entre P2 y S.
4. Si no existe magnetismo remanente, ¿puede existir corriente de cortocircuito?
5. ¿Cómo se puede magnetizar una máquina para que pueda cebarse?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 47 de 245
PRÁCTICA Nº9 - Característica exterior en carga de generador shunt
��������������������
�����
������
Gráfica nº9
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 48 de 245
DINAMO DE EXCITACIÓN SERIE
DESCRIPCIÓN GENERAL
Ecuación de la dinamo en carga:
A2
RF
G
E
+
A1
IA
VA
Fig. 4.a
V = E −  RT ⋅ I A +ε ⋅ I A 
A
RT - Resistencia total del inducido:
•
resistencia del inducido
•
polos auxiliares
•
devanado de compensación
•
resistencia del inductor
•
resistencia de las escobillas
ε(IA) - Reacción magnética del inducido.
Caída de tensión: ∆U = E − V
A
= R ⋅I +ε ⋅ I
T A
A
Reacción magnética del inducido ε ⋅ I
A
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
= ∆U − R ⋅ I
T A
Página 49 de 245
Dinamo de excitación serie
CONDICIONES DE CEBADO
1. La corriente nominal debe crear un flujo en el inductor que refuerce el magnetismo
remanente.
En caso contrario, se deben invertir las conexiones del inducido, del inductor o el sentido de
giro.
2. Se debe trabajar por debajo de la resistencia crítica.
Si la resistencia de carga es de un valor elevado, la tensión y la corriente obtenidas son muy
pequeñas. Reduciendo lentamente la resistencia, se establece bruscamente el cebado,
alcanzando una tensión y corriente considerables.
PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento de la dinamo queda definido por dos circuitos.
- Circuito interior de la máquina, definido por la característica en carga. VA = f(IA).
- Circuito exterior a la máquina, dependiente del valor de la resistencia de carga RA que queda
definido por la función.
La intersección de ambos define el punto de funcionamiento al que corresponde una tensión y una
corriente concretas. La resistencia crítica se define:
R = tag α
cr
VA
VA = RA . IA
P
Tg �����Rcr
IA
Fig. 4.b
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 50 de 245
PRÁCTICA Nº10 - DINAMO DE EXCITACIÓN SERIE.
PUESTA EN MARCHA
DESCRIPCIÓN
En una dinamo serie, la misma corriente del inducido circula por el inductor.
Para que la máquina se pueda cebar, es necesario que la corriente inducida refuerce el flujo remanente
del inductor.
Sólo es posible el cebado cuando el valor de la resistencia de carga R1 es inferior al crítico. Cuando
se provoca el cebado, la corriente pasa de cero a un valor considerable, correspondiendo a un
funcionamiento inestable.
REALIZACIÓN
1. Ajustar R1 a su valor máximo, para poder realizar la maniobra de arranque.
2. Accionar M para la puesta en marcha del motor de inducción a la velocidad nominal de
1.500 r.p.m.
3. Mediante el voltímetro y el amperímetro se comprueba el cebado de la máquina.
Disminuir R1 hasta provocar el cebado. La corriente no debe sobrepasar la corriente nominal.
4. Si no es posible, el cebado de la máquina se conmutará N.
Rt1 protege el motor de inducción.
Rt2 protege el circuito de la dinamo.
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
P
1
3
A
2
4
6
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
M
3
A
5
Rt2
1
3
5
2
4
6
IA
Rt1
Rt2
3
Rt1
N
V
A2
R1-R3
2
1
G
M
A
R1
A
A1
A2
A1
Fig. 4.b
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 51 de 245
PRÁCTICA Nº11 - DINAMO SERIE. CARACTERÍSTICA
EN VACÍO
DESCRIPCIÓN
En el generador serie el inductor está conectado en serie con el inducido. Tiene, por tanto, una pequeña
resistencia y está recorrido por una corriente considerable.
Para calcular la característica en vacío se hace trabajar al generador en excitación independiente para
poder variar la excitación desde un valor bajo hasta su valor nominal.
Todas las consideraciones tenidas en cuenta para el cálculo de la característica en vacío de una dinamo
shunt sirven para la dinamo serie.
REALIZACIÓN
Ajustar R3 en su máximo valor al comienzo del ensayo.
1. Hacer girar la máquina a su velocidad nominal 1.500 r.p.m. Para los valores de la corriente de
inducido anotados en la tabla nº 11, indicar los correspondientes valores de VA. La corriente
máxima de excitación no puede sobrepasar la corriente nominal.
2. Trazar la característica correspondiente en el gráfico nº 11. De la misma forma que en las
dínamos shunt existe un fenómeno de histéresis si se repite el ensayo con valores
decrecientes de IF
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 52 de 245
PRÁCTICA Nº11 - Dinamo serie. Característica en vacío
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
+
N
1
3
5
2
4
6
A
IF
3
Wm
W
U1
V1
1
A2
W1
M
DT
R3
2
V
G
3
A1
V
Fig. 11.1
0
1/9
2/9
3/9
4/9
5/9
6/9
7/9
8/9
Nominal
IF (A)
VF (V)
VA (V)
Wm =
Tabla nº 11
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 53 de 245
PRÁCTICA Nº11 - Dinamo serie. Característica en vacío
������
�����������
Gráfica nº11
CUESTIONARIO
1. ¿Por qué la corriente de excitación es mucho mayor en un motor serie que en un motor
shunt?
2. ¿Por qué la tensión de excitación es mucho menor?
3. La forma de la característica es semejante a la de una dinamo shunt.
¿A qué corriente de excitación comienza la saturación del hierro? ¿Coincide con la intensidad
nominal de la máquina?
4. Para modificar el flujo en funcionamiento normal se puede colocar un reostato en paralelo
con el inductor; ¿qué problemas aparecerían cuando se quiera colocar un reostato en serie
con el inductor?
5. La potencia indicada por el watímetro, ¿a qué pérdidas corresponden?
6. ¿Cuál es el valor de la resistencia crítica del circuito para hacer posible el cebado de la
máquina?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 54 de 245
PRÁCTICA Nº12 - CARACTERÍSTICA EXTERIOR EN
CARGA DE UNA DINAMO SERIE
DESCRIPCIÓN
Esta característica describe el comportamiento de la máquina relacionando la tensión en bornas VA
con diferentes valores de la corriente de carga lA
La velocidad de rotación se mantiene constante.
Conociendo la característica en vacío y las pérdidas en el inducido, se calcula fácilmente la característica
en carga.
VA
E
RT.IA+ �.IA
P1
RT.IA
�.IA
IA
Fig.12.1
A cada corriente de excitación corresponde una f.e.m.E. Restando en todo momento la caída de tensión
en la resistencia de la máquina lA (RF + re) = RT. lA y la caída motivada por la reacción del inducido ε(IA),
se obtiene la característica en carga.
Estabilidad
La dinamo de excitación serie no es utilizable al ser inestable en un gran margen de su característica
(0-P1). Se puede reducir el margen de inestabilidad reduciendo la velocidad de la máquina en perjuicio
de la refrigeración.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 55 de 245
PRÁCTICA Nº12 - Característica exterior en carga de una dinamo serie
REALIZACIÓN
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
Rt1
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
PA
A
A
MA
Rt1
A2
A
G
M
3
A2
A
A1
3
2
V
A1
1
R3
Fig. 12.2
1. Conectar el motor de c.c. y hacer girar el generador a velocidad nominal. Haciendo R3 = 150Ω
superior a la resistencia crítica, la máquina no se ceba.
2. Disminuir progresivamente la resistencia de carga hasta conseguir el cebado.
3. Para los valores de lA señalados en la tabla nº 12, anotar el correspondiente valor de las
magnitudes que allí se indican. Los valores de E corresponden a la característica en vacío.
Práctica nº 11.
4. Dibujar las curvas correspondientes a cada una de las funciones. Gráfica nº 12.
0
1/9
2/9
3/9
4/9
5/9
6/9
7/9
8/9
Nominal
IA (A)
VA (V)
E (V)
ΔU (V)
(R3+re)IA (V)
ε(IA) (A)
μ (%)
Tabla nº 11
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 56 de 245
PRÁCTICA Nº12 - Característica exterior en carga de una dinamo serie
CUESTIONARIO
1. ¿Cómo se calcula el punto de funcionamiento de la dinamo serie autoexcitada?
2. ¿Cuál es el valor de la resistencia crítica?
3. ¿Por qué es inestable el funcionamiento de la dinamo serie?
�������������������������
�����
������
Gráfica nº 12
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 57 de 245
PRÁCTICA Nº13 - ACOPLAMIENTO DE DINAMOS
DESCRIPCIÓN
Con objeto de ajustar la práctica a las posibilidades del grupo polimórfico de máquinas se utilizarán la
dinamo shunt y la dinamo serie conectadas en excitación independiente. Este tipo de acoplamientos
se realizan generalmente con dínamos de las mismas características. Cuando la corriente de carga que
solicita un circuito es mayor que la que puede suministrar una dinamo, es preciso poner en marcha
un segundo generador de corriente en paralelo con el primero.
Si la tensión de una dinamo es excesivamente superior a la de otra, puede suceder que una dinamo
suministre corriente a la otra. Una de las máquinas funciona entonces como motor, siendo alimentada
por la otra.
El funcionamiento es totalmente adverso. En vez de conseguir una aportación de corriente al circuito
de utilización, se trabaja absorbiendo corriente del mismo.
Se puede impedir este inconveniente colocando un diodo entre la máquina y el circuito de
utilización.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 58 de 245
PRÁCTICA Nº13 - Acoplamiento de dinamos
REALIZACIÓN
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
5
2
4
6
1
3
5
IF2
A
2
4
6
U1
V1
W1
1
Rt1
3
I1
3
A2
A2
G1
G2
A1
A1
M
3
A
2
R3
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
B
1
R2
2
1
Rt2
M
I2
A
3
K1
L1
M1
A
V
V
V1
1
V2
3
C
2
4
+
R1
Rt1
Rt2
PA
PB
A
MA
A
A1
PC
B
MB
B
A2
A1
A2
C
MC
C
A1
A2
Fig. 13.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 59 de 245
PRÁCTICA Nº13 - Acoplamiento de dinamos
1. Conectar el motor M1 mediante contactor A, a velocidad de régimen. Se genera una tensión
nominal V1
2. Conectar el motor M2 mediante el contactor B a velocidad nominal.
Mediante el reostato R3 ajustar la tensión de excitación para que el voltaje en bornas de la
máquina V2 sea ligeramente superior a V1
De esta manera, se pretende compensar la caída interna que sufriera la máquina al conectarla
al circuito.
3. Conectar C para que quede acoplado el generador a la carga. Conviene que la corriente
suministrada sea lo menor posible.
4. Reparto de la corriente.
Se maniobra en los reostatos de regulación de campo R2 y R3 para reducir ligeramente V1 y
aumentar V2. Al ser G1 y G2 de la misma potencia, conviene que I1 = I2
5. Para desconectar una de las dínamos se disminuye progresivamente la tensión de excitación
hasta que no suministre corriente alguna.
Entonces se desconecta el contactor C. Sólo después se puede suprimir la excitación y parar el motor
M2
CUESTIONARIO
1. ¿A qué es debido que en esta práctica se utilicen dos motores en lugar de uno solo, para hacer
girar a los dos generadores?
2. Explicar qué ocurriría si las f.e.m. suministradas por ambas dínamos fuesen sensiblemente
diferentes.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 60 de 245
MÁQUINAS ELÉCTRICAS. FUNCIONAMIENTO COMO
MOTOR
DESCRIPCIÓN GENERAL: EXCITACIÓN SHUNT
re
A2
M
E
VA
A1
IA
Fig. 5.a
Corriente absorbida:
I
V −E
= A
A
re
Potencia eléctrica absorbida:
W =V ⋅I
el
A A
Potencia mecánica suministrada despreciando las pérdidas mecánicas:
W = E⋅I
m
A
f.e.m. inducida:
E = K ⋅ n ⋅ φ = VA − r ⋅ I
e A
Velocidad de rotación:
n=
VA − r ⋅ I
E
e A
=
K ⋅φ
K ⋅φ
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 61 de 245
Máquinas eléctricas. Funcionamiento como motor
Par motor:
T=
E⋅I
K ⋅φ ⋅ I
Wm
A =
A
=
2 ⋅π ⋅ n 2 ⋅π ⋅ n
2 ⋅π
n=r.p.s.
T=New . m
Rendimiento eléctrico:
E⋅I
Wm
E
A =
=
µ =
e W
V ⋅I
E +r ⋅I
el
A A
e A
PRECAUCIONES A TOMAR PARA EL ARRANQUE DE UN MOTOR
La ecuación de la corriente es:
I
V − E V − V ⋅ K ⋅φ ⋅ n
A
= A
= A
A
r
r
e
e
Hay dos casos particularmente importantes:
a. Ausencia de flujo Φ = 0
Se produce cuando se corta la excitación de un motor. Nunca se debe conectar un motor sin
asegurarse de haber conectado el inductor.
b. Velocidad nula n = 0
Se produce en el momento de arranque de un motor. La intensidad es muy grande y puede
ocasionar la destrucción del rotor o del colector. Para remediarlo se utiliza un reostato de
arranque que se interpone entre la fuente y el motor. Se admite una intensidad máxima doble
de la nominal. A medida que el motor toma velocidad se cortocircuita progresivamente el
reostato. Antes de conectar el inducido es preciso asegurarse que el reostato está colocado en
su valor máximo.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 62 de 245
Máquinas eléctricas. Funcionamiento como motor
Sentido de rotación
El sentido de rotación de un motor shunt es independiente del signo de la tensión aplicada, ya que se
invierte, a la vez, el sentido de la corriente en el inducido y en el inductor.
No es posible utilizarlo en corriente alterna al no ser igual la inductancia en ambos bobinados y existir
un desfase entre la corriente de inducido e inductor.
+
A2
G
E
IF
A2
M
E
A1
IF
A1
IA
IA
+
Fig. 5.b
El sentido del motor shunt y del generador shunt es el mismo cuando la corriente del inducido tiene
el mismo sentido, debido a que las corrientes en el inductor son de diferente sentido en uno y otro
caso.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 63 de 245
PRÁCTICA Nº14 - MOTOR DE C.C. EXCITACIÓN
DERIVACIÓN. PUESTA EN MARCHA. MODIFICACIÓN
DE LA VELOCIDAD
DESCRIPCIÓN
El esquema cumple las condiciones impuestas por un motor de c.c.
A. Conecta el inductor siempre que esté cerrado el contacto R1
B. Conecta el inducido con dos condiciones:
- que esté conectado el inductor
- que R1, resistencia de arranque, presente su máximo valor
Una vez realizado el arranque se puede disminuir el valor de R1 aumentando así la velocidad del
motor.
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
1
3
2
4
2
4
PB
B
A
3
A
2
A2
1
PA
R1
MB
B
M
MA
A1
A
A
A1
A2
R1
B
A1
A2
Fig. 14.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 64 de 245
PRÁCTICA Nº15 - FUNCIONAMIENTO DE UNA
MÁQUINA DE C.C. CON MALA CONMUTACIÓN
DESCRIPCIÓN
Este tipo de prácticas en las que la máquina se somete a un régimen especial son siempre peligrosas
y se realizarán con sumo cuidado.
Una conmutación defectuosa se comprueba fácilmente por la presencia de chispas en el colector.
Puede ser motivada por dos causas:
- Mala alineación de las escobillas que no están colocadas en la línea neutra.
- Conexión invertida del devanado de compensación o de los polos auxiliares.
Un régimen de trabajo largo en estas condiciones provoca el desgaste de las escobillas y del colector
acortando el tiempo de vida de la máquina.
Centrado de las escobillas
Un método práctico de centrado de las escobillas que se realiza con la máquina parada y no entraña
peligrosidad se realiza mediante el siguiente principio:
- Si se alimenta el bobinado del inductor con una tensión variable, el flujo inductor es también
variable.
Si las escobillas no están bien centradas en la línea neutra, entre ambas se induce una f.e.m. Si
están bien centradas, la tensión inducida es nula.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 65 de 245
PRÁCTICA Nº15 - Funcionamiento de una máquina de c.c. con mala conmutación
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
1
3
2
4
2
4
PB
B
A
3
A
2
A2
1
PA
R1
B
M
DT
MB
MA
A1
A
A
R1
A1
A2
B
A1
A2
Fig. 15.1
1. Componer el circuito de la figura y poner en marcha el motor de c.c. Para realizar la maniobra
de arranque R1 debe presentar su máximo valor.
2. Invertir la posición del conmutador N para conectar defectuosamente el bobinado de
compensación.
Comprobar la presencia de chispas en el colector y la variación de la velocidad.
3. Desviar como máximo 5° la posición del portaescobillas aflojando los tornillos de la tapa
lateral y comprobar la presencia de chispas en el colector y la variación de velocidad.
4. Anular la alimentación del motor desconectando A y B. Conectar un voltímetro entre las
bornas del inducido A y B. Provocar variaciones del flujo inductor aplicando una tensión
alterna en sus bornas. Ajustar la posición de las escobillas para hacer mínima la tensión
inducida entre los puntos A y B. Al final de la práctica, la máquina debe quedar en perfectas
condiciones para evitar un posterior desgaste innecesario.
CUESTIONARIO
1. Explicar la utilidad de los polos auxiliares y del bobinado de compensación.
2. ¿Cuáles son las causas que condicionan la presencia de chispas en el colector?
3. Explicar el método de alineación de las escobillas realizado en el punto 4.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 66 de 245
PRÁCTICA Nº16 - INVERSIÓN DE SENTIDO DE GIRO:
UTILIZACIÓN DE CONMUTADOR ROTATIVO
DESCRIPCIÓN
Para poner en marcha un motor de c.c. son necesarias las siguientes precauciones:
1. Conectar el bobinado inductor a la red de alimentación continua.
2. Colocar una resistencia variable en el circuito del inducido, de modo que al arrancar presente
su máximo valor.
3. A medida que el motor adquiere velocidad se puede suprimir la resistencia en el circuito.
Para invertir el sentido de giro caben dos posibilidades:
- Inversión del signo de la tensión del inducido.
- Inversión del signo de la corriente del inductor.
Hay que evitar que la corriente de inversión sobrepase dos veces la nominal. Hay dos posibilidades:
1. Eliminar la tensión de inducido y esperar que el motor se pare para realizar la inversión.
2. Introducir resistencia R1 en el circuito para aminorar la velocidad y realizar entonces la
inversión.
En ningún momento de la maniobra se puede eliminar la corriente de excitación.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 67 de 245
PRÁCTICA Nº16 - Inversión de sentido de giro: Utilización de conmutador rotativo
ESQUEMA GENERAL
+
1
2
3
N
3
R1
2
1
A2
M
A1
Fig. 16.1
Esperar que el motor se pare antes de realizar la inversión del sentido de
giro y comprobar que R1 está en su valor máximo.
CUESTIONARIO
Medir el tiempo de parada del rotor con el inducido en circuito abierto.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 68 de 245
PRÁCTICA Nº17 - MOTOR C.C.- INVERSIÓN
AUTOMÁTICA DEL SENTIDO DE GIRO
DESCRIPCIÓN
El circuito de mando protege el funcionamiento del motor.
- Para conectar el inducido debe estar conectado el inductor.
- Para realizar la inversión del sentido de giro, R1 debe presentar su máximo valor en el circuito del
inducido. La velocidad aumenta al disminuir R1
C conecta el inductor a la red.
A o B seleccionan el sentido de giro del motor.
ESQUEMA GENERAL
+
B
1
3
1
3
2
4
2
4
1
3
2
4
C
B
A
3
MB
B
A
MA
R1
PC
MB
A
2
1
MA
R
A2
A
M
B
MC
R
A1
A2
B
A1
A2
C
C
A1
A2
R1
C
A1
A2
A1
Fig. 17.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 69 de 245
PRÁCTICA Nº18 - MOTOR C.C. EXCITACIÓN
INDEPENDIENTE. FRENADO Y ARRANQUE CON
RESISTENCIA
DESCRIPCIÓN
El arranque se realiza por el procedimiento normal conectando primero A y luego B. R1 debe presentar
el máximo valor en el circuito del inducido.
Para parar se conecta C y se desconecta B.
El rotor del motor queda girando debido a su energía cinética, haciendo que el inducido alimente la
resistencia R1
La corriente de inducido lA cambia de sentido en el frenado.
La energía cinética se transforma en calor disipado en R1
ESQUEMA GENERAL
+
MC
PA
1
3
1
4
2
M
A
2
1
A2
B
B
C
2
C
1
A
MB
A
3
2
R1
R1
MB
B
MA
A1
A
A
A1
A2
R1
B
A1
A2
MC
C
C
A1
A2
Fig. 18.1
CUESTIONARIO
Medir el tiempo de parada del rotor con frenada por resistencia.
Comparar con el tiempo de parada en circuito abierto. Práctica nº 16
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 70 de 245
PRÁCTICA Nº19 - MOTOR C.C. EXCITACIÓN
INDEPENDIENTE. FRENADO CON INVERSIÓN
DESCRIPCIÓN
El arranque se realiza por el procedimiento normal conectando primero A y luego B. R1 debe presentar
su máximo valor. La velocidad aumenta al disminuir R1
Para invertir el sentido de giro se conecta C. A la vez se desconecta B.
El inducido del motor queda conectado a la red en sentido inverso y, por tanto, cambia el sentido del
par motor. Tiende a girar en sentido contrario.
A medida que la velocidad disminuye se puede disminuir R3
Al parar el motor se desconecta C. No se pretende realizar una inversión de sentido de giro.
CUESTIONARIO
1. Medir el tiempo de parada con frenado por inversión. Compararlo con los tiempos obtenidos
para frenados con inducido en circuito abierto y con frenado con resistencia.
ESQUEMA GENERAL
+
A
1
1
3
3
1
3
2
4
B
A
2
2
4
MC
PA
C
4
MB
C
3
3
2
A2
1
B
R1
MB
2
1
R3
MC
B
A
MA
M
A
A1
A1
A2
R1
C
R3
B
A1
A2
C
A1
A2
Fig. 19.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 71 de 245
PRÁCTICA Nº20 - CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS
CONSTANTES
DESCRIPCIÓN
Ver apartado RENDIMIENTO GENERAL DE UNA DINAMO del capítulo MÁQUINAS DE CORRIENTE
CONTINUA.
Las pérdidas constantes de una máquina corresponden a las pérdidas mecánicas que no dependen
de la corriente lA. Son motivadas por los rozamientos viscosos y las aletas de refrigeración y varían con
la velocidad.
Haciendo funcionar la máquina en vacío no se entrega potencia mecánica. La corriente absorbida es
muy pequeña y se pueden despreciar las pérdidas variables. Toda la potencia absorbida corresponde
prácticamente a las pérdidas constantes.
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
2
4
1
3
2
4
B
A
A
A
IA
3
2
MB
R1-R3
B
A
MA
1
A
A2
M
MB
PA
A1
A2
R1-R3
B
A1
A2
V
A1
Fig.20.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 72 de 245
PRÁCTICA Nº20 - Cálculo de las pérdidas constantes
1. Modificando el valor de R1 desde el valor máximo hasta O, anotar para los valores de n
indicados en la tabla nº 20, los correspondientes de VA e lA y p2 = VA . lA
2. Dibujar la función p2 = f(n). Gráfica nº 20.
n (rpm)
VA (V)
IA (A)
p2 (W)
150
300
450
600
750
900
1050
1200
1350
1500
Tabla nº 20
������
�������
Gráfica nº 20
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 73 de 245
PRÁCTICA Nº21 - CARACTERÍSTICA VELOCIDAD N
- CORRIENTE DE INDUCIDO IA EXCITACIÓN SHUNT O
INDEPENDIENTE
DESCRIPCIÓN
El comportamiento de un motor de c.c. se suele representar mediante sus curvas características. Son
la representación gráfica de las relaciones entre los diversos parámetros de la máquina. Cuando el
número de parámetros es grande, se trazan características que relacionan dos variables dejando las
demás magnitudes fijas.
Las curvas más interesantes en el estudio de un motor son:
- Característica de velocidad
- Característica de par
n = f(IA) para Φ = constante
T = f(IA)
- Característica mecánica
T = f(n)
La relación que liga lA y n es:
V − I ⋅r
N= A A e
K ⋅φ
(despreciando la reacción del inducido)
Trabajando en excitación shunt K . Φ = cte.
La forma de la característica corresponde a la de la ecuación V - re . lA
n
n0
I
A
Fig.21.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 74 de 245
PRÁCTICA Nº21 - Característica velocidad n - corriente de inducido IA
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
+
PA
1
3
2
4
1
3
2
4
PB
A
B
A
3
R3
R1
1
IA
A2
MA
q
s
M
A1
B
R1
2
G
V
U1
V1
R3
1
1
A1
B
A2
A1
A2
3
2
2
A
MB
W1
3
3
A
DT
A
2
1
Fig.21.2
1. Poner en marcha el motor a velocidad nominal. Para hacer la maniobra es preciso que R1 y R3
presenten su máximo valor.
Para la velocidad nominal, R1 = 0.
2. Se carga progresivamente el motor mediante el par resistente que presenta un alternador
alimentando a una resistencia variable R3
Modificando R3 varía el par resistente.
La potencia que consume el motor W
el
= V ⋅ I se desarrolla en tres apartados:
A A
• P1 - pérdidas constantes del motor calculadas en la práctica anterior, dependientes de la
velocidad
• p = r ⋅I2
2
e
A
- pérdidas variables. re es la resistencia de todos los bobinados conectados
en el circuito del inducido.
• Wut - potencia entregada al alternador que corresponde al par motor dado por la máquina.
W =W − p − p
ut
el
1
2
3. Para los valores de lA indicados en la tabla nº 21, anotar los correspondientes valores de n, p1,
P2, Wel, Wut y T
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 75 de 245
PRÁCTICA Nº21 - Característica velocidad n - corriente de inducido IA
4. Trazar la característica n = f(IA). Gráfica nº 21.
Cuando se dispone de una dinamo freno o una máquina equivalente, la medida del par motor se hace
directamente, siendo el procedimiento más exacto.
0
1/6
2/6
3/6
4/6
5/6
Nominal
IA (A)
n (rpm)
p1 (W)
p2 (W)
Wel (W)
Wut (W)
T=
W ut ∗ 60
(Nm)
2πn
Tabla nº 21
CUESTIONARIO
1. Explicar la forma de calcular el par motor entregado por el motor.
2. ¿Por qué es necesario conocer las pérdidas del motor para calcular el par motor entregado?
3. Conociendo las pérdidas del alternador también se puede deducir el par motor. ¿Qué
procedimiento se utilizaría?
4. ¿Qué precauciones se toman en el arranque del motor?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 76 de 245
PRÁCTICA Nº21 - Característica velocidad n - corriente de inducido IA
�������
������
Gráfica nº 21
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 77 de 245
PRÁCTICA Nº22 - CARACTERÍSTICA PAR MOTORINTENSIDAD EXCITACIÓN INDEPENDIENTE O SHUNT
DESCRIPCIÓN
T
�
IA
Fig.22.1
Corresponde a una recta cuya pendiente es:
Tgα =
K ⋅φ
2 ⋅π
La reacción del inducido y los problemas de saturación del hierro hacen que la característica no sea
completamente proporcional, sino que se presenten ciertas irregularidades.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 78 de 245
PRÁCTICA Nº22 - Característica par motor-intensidad excitación independiente o shunt
REALIZACIÓN
Con los valores obtenidos en la práctica anterior y sobre las mismas coordenadas, trazar la característica
T=f(IA). Gráfica nº 22.
������
������
Gráfica nº 22
CUESTIONARIO
1. En la práctica, el par se halla mediante la expresión:
T=
W
m
2 ⋅π ⋅ n
¿En qué unidades deberán estar el par, la potencia y la velocidad angular?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 79 de 245
PRÁCTICA Nº23 - CARACTERÍSTICA PAR-VELOCIDAD
DESCRIPCIÓN
Conocidas las expresiones matemáticas del par y la velocidad en función de lA es fácil deducir la fórmula
que liga n y T.
T ⋅2⋅π
V −
⋅r
A K ⋅φ e
n=
K ⋅φ
T ⋅2⋅π
donde V 
⋅r
A
K ⋅φ e
Por tanto, la velocidad es prácticamente independiente del par. En vacío, la velocidad es constante y
no existe peligro de embalamiento.
Se utiliza el motor shunt cuando no se puede permitir una variación grande de la velocidad con la
carga y a la vez que existen períodos de funcionamiento en vacío. La utilidad más conocida se presenta
en las máquinas herramientas.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 80 de 245
PRÁCTICA Nº23 - Característica par-velocidad
REALIZACIÓN
Con los valores obtenidos en la práctica nº 21, trazar la característica T = f(n). Gráfica nº 23.
������
�������
Gráfica nº 23
CUESTIONARIO
1. ¿Qué ventajas presenta este tipo de característica par-velocidad prácticamente horizontal?
2. Aumentando la tensión de inducido indefinidamente, ¿aumenta la velocidad del mismo
modo? ¿Es necesario que, para ello, aumente la corriente del inducido?
3. ¿Por qué se puede deteriorar un motor cuando la velocidad es excesiva?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 81 de 245
PRÁCTICA Nº24 - CARACTERÍSTICA VELOCIDADINTENSIDAD DEL INDUCTOR EXCITACIÓN
INDEPENDIENTE - POTENCIA CONSTANTE
DESCRIPCIÓN
Ecuación fundamental:
V −r ⋅I
n= A e A
K ⋅φ
Siendo Φ = f(IF), de acuerdo con la ecuación de magnetización del hierro.
La realización de este ensayo exige unas consideraciones con el par antagonista. Al aumentar el flujo
inductor aumenta también el par motor.
T=
K ⋅φ ⋅ I
2 ⋅π
A
La variación del par resistente con la velocidad hace variar la intensidad del inducido, condicionando
el tipo de característica.
Según esto, se pueden conseguir curvas en vacío, a par constante, etc.
La más normal es la característica a potencia constante:
W = (V − r ⋅ I ) ⋅ I
A e A A
La potencia no depende de la corriente de inductor IF
Al realizar este ensayo es necesario mantener, en todo momento, constante la potencia del motor o,
lo que es lo mismo, la intensidad del inducido modificando para ello el par resistente.
n
Fig.24.1
I
F
En un principio la curva es hiperbólica, haciéndose más rectilínea para intensidades mayores a medida
que se alcanza la saturación del hierro.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 82 de 245
PRÁCTICA Nº24 - Característica velocidad-intensidad del inductor excitación independiente
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
+
PA
1
3
2
4
1
3
2
4
A
B
A
R2
PB
R3
3
3
R1
2
1
1
IA
A2
MA
q
s
M
A1
B
R1
2
G
V
U1
V1
R3
1
1
A1
B
A2
A1
A2
3
2
2
A
MB
W1
3
3
A
DT
A
2
1
Fig.24.2
1. Arrancar el motor de c.c. hasta conseguir la velocidad nominal con un flujo inductor nominal,
que corresponde a un valor R2 = 0. Modificando R3, conseguir que la potencia sea la nominal.
2. Reducir el flujo inductor y anotar para cada valor de IF, el correspondiente valor de la velocidad
n.
Mantener en todo momento constante la potencia Wo o, lo que es igual, la corriente del inducido lA.
Modificar, para ello, R3
3. Anotar los valores obtenidos en la tabla nº 24. Pl se ha calculado en la práctica nº 20.
4. Trazar las características n = f(IF) Y T = f(IF). Gráfica 24.a.
5. Trazar la característica W = f(n) y T = f(n). Gráfica 24.b.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 83 de 245
PRÁCTICA Nº24 - Característica velocidad-intensidad del inductor excitación independiente
0
1/9
2/9
3/9
4/9
5/9
6/9
7/9
8/9
Nominal
IF (A)
n (rpm)
p2 (W)
re . IA2 (V)
T=
W − p2 − re ∗ I A 2
(Nm)
2π n
IA=
W=VA.IA
Tabla nº 24
CUESTIONARIO
1. ¿Por qué la potencia del eje se puede calcular a partir de la potencia consumida por el motor?
2. ¿Qué sucede si trabajando en vacío se elimina el flujo inductor?
3. ¿Cómo se puede proteger el motor contra este tipo de fallos?
�������
������
������
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticasGráfica nº 24.a
Página 84 de 245
PRÁCTICA Nº24 - Característica velocidad-intensidad del inductor excitación independiente
�����
������
�������
Gráfica nº 24.b
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 85 de 245
PRÁCTICA Nº25 - CONTROL REOSTÁTICO DE
LA VELOCIDAD VARIACIÓN A PAR CONSTANTE
EXCITACIÓN INDEPENDIENTE O SHUNT
DESCRIPCIÓN
n
IA
R0
A2
R1
M
VA
R2.IA1
R2
A1
3
2
1
R3
R1
I
A1
Fig.25.1
I
A
Fig.25.2
En la práctica nº 21 se estudió la característica velocidad-intensidad lA. Modificando el valor de R1 (figura
25.1), se puede conseguir un haz de características, tal como indica la figura 25.2.
Para una intensidad constante IA1 se consiguen varias velocidades distintas, según sea el valor de R1
La realización correcta de este ensayo requiere mantener, en todo momento, constante el par resistente
o, lo que es igual, la intensidad del inductor.
Modificando el valor de R1 se consigue una variación a par constante:
(
V −I ⋅ r +R
n= A A e 1
K ⋅φ
)
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 86 de 245
PRÁCTICA Nº25 - Control reostático de la velocidad variación a par constante
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
El mismo que la práctica nº 24.
1. Alimentar el inductor a tensión nominal.
2. Arrancar el motor de una R1 máxima. Disminuir progresivamente R1. Anotar, para cada valor de
n, el correspondiente valor de W.
Los valores de p1 y p2 se transcriben de la tabla nº 24. Mantener en todo momento constante
la corriente de inducido lA. Modificar, para ello, R3
3. Anotar los valores en la tabla nº 25. Los valores de p2 se han calculado en la práctica nº 20.
4. Trazar las características W = f(n) y T = f(n). Gráfica nº 25.
n (rpm)
p2 (W)
W=VA IA (W)
T=
0
150
300
450
600
750
900
1050
1200
1450
W − p2 − re ∗ I A 2
(Nm)
2π n
Vinduci. (V)
Tabla nº 25
CUESTIONARIO
1. ¿Por qué este tipo de control se denomina a par constante?
2. La intensidad es constante sólo cuando el par resistente es constante con la velocidad. En un
ascensor, ¿la velocidad depende del par resistente?.¿Y en un ventilador?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 87 de 245
PRÁCTICA Nº25 - Control reostático de la velocidad variación a par constante
�����
������
�������
Gráfica nº 25
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 88 de 245
PRÁCTICA Nº26 - GRUPO WARD-LEONARD
DESCRIPCIÓN
Este sistema es muy utilizado en sistemas industriales de todo tipo. Figura 26.2.
A. Conecta el motor de arrastre de la dinamo.
B. Conecta el motor de c.c. a la dinamo. El circuito queda protegido con un guardamotor Rt2 que
impide sobrecargas prolongadas.
R3. Gobierna el motor a par constante. La intensidad IF no debe sobrepasar su valor nominal. Se
modifica la tensión de alimentación del motor.
R2. Gobierna el motor a potencia constante, modificando el flujo inductor.
Para conocer las posibilidades de este montaje, conviene estudiar las prácticas de características de
los motores.
Existen, por tanto, dos maneras de modificar la velocidad de un motor de c.c.
A PAR CONSTANTE: (PRÁCTICA Nº 25)
Se modifica la tensión aplicada al inducido.
Se mantiene constante el flujo inductor.
A POTENCIA CONSTANTE: (PRÁCTICA Nº 24)
Se modifica la corriente de excitación y, por tanto, el flujo inductor.
Se mantiene constante la tensión y la corriente del inducido, siendo invariable la potencia
desarrollada.
T
W
T
W
nnomin.
n
Fig. 26.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 89 de 245
PRÁCTICA Nº26 - Grupo Ward-Leonard
Una representación muy utilizada del par motor y de la potencia en función de la velocidad, se indican
en la figura 26.1.
Desde 0 hasta la velocidad nominal se efectúa normalmente la variación a par constante. La potencia
aumenta proporcionalmente. Se modifica la tensión aplicada al inducido.
Por encima de la velocidad nominal se realiza una variación a potencia constante. El par motor decrece
hiperbólicamente. Se modifica la corriente del inductor.
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
5
2
4
6
IF
A
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
Rt1
A
3
Rt2
1
3
5
2
4
6
B
3
R3
2
R2
2
1
A2
A2
G
M
3
M
A1
Rt1
Rt2
PA
PB
1
DT
A1
R2
B
A
MA
A
A1
MB
B
A2
A1
A2
Fig. 26.2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 90 de 245
MOTOR SERIE
DESCRIPCIÓN GENERAL
Se ha visto que una máquina de corriente continua puede funcionar igual como motor y como
generador. Las características internas de las máquinas, como la característica en vacío y de reacción
magnética del inducido (aunque de sentido contrario), son las mismas.
Las características más importantes del motor son:
- Característica de la velocidad.
- Característica del par.
ESQUEMA BÁSICO
A2
RF
M
E
A1
IA
re
VA
Fig. 6.a
Del mismo modo que como generador, las peculiaridades del motor serie son:
- Poca resistencia dinámica (hilo grueso de pocas espiras).
- El flujo del inductor es variable porque la corriente lA que lo atraviesa es variable.
ECUACIÓN ELEMENTAL
(E corresponde a la característica en vacío)
V = E −ε ⋅I + R ⋅I
A
A
t A
que se simplifica despreciando ε ⋅ I
A
E
V = E + R ⋅I
A
t A
R = R +r
t
F e
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 91 de 245
Motor serie
SENTIDO DE ROTACIÓN
El sentido de rotación de un motor serie no depende del signo de la tensión aplicada en sus bornas, ya
que se invierte a la vez la corriente en el inducido y en el inductor. Por ello, se puede alimentar también
con tensión alterna siempre que el inductor esté fabricado con chapa magnética, denominándose
entonces máquina universal.
Para invertir el sentido de la rotación hay que invertir las conexiones del inducido o del inductor.
El motor serie gira en sentido inverso al de la dinamo serie cuando el sentido de la corriente en el
inducido es el mismo. El sentido del flujo se mantiene.
E = K ⋅ n ⋅φ
E = −K ⋅ n ⋅φ
-generador
-motor
n ha cambiado de signo.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 92 de 245
PRÁCTICA Nº27 - MOTOR SERIE. PUESTA EN
MARCHA
DESCRIPCIÓN
Para realizar el arranque R1 y R3 debe presentar su máximo valor.
Es necesario frenar el motor con un par antagonista para que no se embale.
Una vez hecho el arranque se puede disminuir R1
De esta manera se modifica, al mismo tiempo, la corriente de inducido lA y del inductor. Varía, a la vez,
el par motor y la velocidad.
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
2
4
A
R1
P
3
R3
2
1
IA
A
R1
A
q
s
MA
A2
M
G
A1
U1
V1
W1
3
3
3
R3
2
1
DT
A1
A2
2
2
1
A
1
Fig.27.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 93 de 245
PRÁCTICA Nº28 - MOTOR C.C. EXCITACIÓN SERIE.
ARRANQUE Y FRENADO CON RESISTENCIAS
DESCRIPCIÓN
Conectando A con R1 al máximo se realiza el arranque del motor. Disminuyendo R1 aumenta la
velocidad.
Es necesario frenar el motor con un par antagonista para evitar que se embale.
Conectando B se desconecta A. El inducido del motor queda cerrado a través de R1. El motor sigue
girando por inercia comportándose como un generador.
Para poder mantener la f.e.m. es necesario no cambiar el sentido del flujo. La corriente no debe cambiar
de sentido. Por ello, para realizar el frenado, se invierten las conexiones del inducido.
Medir el tiempo de parada cuando el motor gira a velocidad nominal.
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
A
B
P
MA
B
A
MA
3
A
1
2
P
R1
R1
q
s
A
A2
A1
A2
M
G
A1
U1
R3
W1
3
3
2
2
1
1
A1
A2
DT
V1
3
B
B
2
1
Fig. 28.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 94 de 245
PRÁCTICA Nº29 - MOTOR SERIE: ARRANQUE CON
RESISTENCIA, PARADA CON INVERSIÓN DE GIRO
DESCRIPCIÓN
El arranque se realiza conectando A, cuando R1 presenta su valor máximo.
Se frena el motor mediante un par antagonista que evita el embalamiento.
Al conectar B se desconecta A. Se invierte la corriente en el inducido y cambia el sentido del par. El
motor tiende a girar en sentido contrario.
A medida que baja la velocidad se puede disminuir el valor de R3. Cuando el motor se para, se desconecta
la alimentación para evitar que haya una inversión del sentido de giro.
+
1
3
2
4
1
3
2
4
B
A
R1
2
2
1
1
M
B
A
M
P
A
3
3
P
R1
R3
A
M
U1
A1
3
R2
G
V1
3
2
1
1
A1
A2
q
s
A2
W1
B
R3
B
A1
A2
DT
3
2
2
1
Fig.29.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 95 de 245
PRÁCTICA Nº30 - UTILIZACIÓN DEL MOTOR
EXCITACIÓN SERIE COMO MOTOR UNIVERSAL
DESCRIPCIÓN
Un motor se denomina universal cuando puede ser alimentado indistintamente con corriente continua
o con corriente alterna.
Para que un motor de excitación serie pueda ser alimentado con corriente alterna es necesario que
el estator y el rotor de la máquina estén construidos con chapa magnética para reducir al mínimo las
pérdidas por corrientes de Foucault.
La máquina AL-606 está fabricada con esta construcción mecánica y permite la alimentación con
corriente alterna. Las pérdidas variables son mayores que con alimentación de c.c.
Para invertir el sentido de giro se deben cambiar las conexiones del inducido o del inductor.
REALIZACIÓN
1. Comprobar la velocidad de giro en vacío.
2. Acoplar mecánicamente las dos máquinas y comparar la corriente eficaz que consume el
motor con la corriente media que circula por la dinamo.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 96 de 245
PRÁCTICA Nº30 - Utilización del motor excitación serie como motor universal
ESQUEMA GENERAL
R
S
+
1
3
2
4
1
3
5
2
4
6
A
Rt
P
Rt
M
A
A
IA
R3
q
s
A2
M
G
A1
U1
V1
W1
3
3
3
R3
2
1
DT
A1
A2
2
2
1
A
1
Fig. 30.1
CUESTIONARIO
1. ¿Se puede equiparar el valor de la corriente media consumida con alimentación de c.c. con el
valor eficaz de la corriente consumida con c.a.?. Razonar la respuesta
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 97 de 245
PRÁCTICA Nº31 - CARACTERÍSTICA VELOCIDADINTENSIDAD MOTOR DE EXCITACIÓN SERIE
DESCRIPCIÓN
Ecuación fundamental de la intensidad.
V − I ⋅r
n= A A e
K ⋅φ
Las resistencias de inducido e inductor están en serie. Existe una caída interna.
(
)
V − E = re + RS ⋅ I
A
A
El flujo está ligado a la intensidad del inducido por una función f(IA) que corresponde a la curva de
magnetización del hierro.
n
IA
Fig. 31.1
La ecuación resultante de la velocidad es:
(
V −I ⋅ r +R
n= A A e S
K ⋅ f ⋅I A
)
La representación gráfica tiene la forma de la figura nº 31.1.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 98 de 245
PRÁCTICA Nº31 - Característica velocidad-intensidad motor de excitación serie
La disminución de la carga en el motor va acompañada, necesariamente,
de un rápido incremento de la velocidad, que tiende a convertirse en
infinito a medida que el flujo se aproxima a cero.
Nunca se debe dejar un motor serie en vacío ante el riesgo de alcanzar
velocidades excesivas que hagan descomponerse el bobinado inducido.
Esta medida es particularmente importante para motores grandes para
los que la relación potencia/pérdidas es pequeña.
Sólo se utilizan motores serie en vacío en aparatos de poco consumo
como máquinas de afeitar, molinos de café, batidoras, etc., donde los
rozamientos son suficientes para impedir el embalamiento del motor.
Tienen aplicación especial en locomotoras, arrancadores de automóviles,
elevación y siempre que se precise un elevado par de arranque.
REALIZACIÓN
1. Se carga progresivamente el motor mediante un par resistente creado en un generador que
alimenta una resistencia variable Rl. Modificando Rl varía el par resistente.
2. Para los valores de lA indicados en la tabla nº 31, anotar los correspondientes de
2
W + p2 + re ⋅ I A
yT=
, los valores de p2 (pérdidas constantes) se han
A A
2⋅π ⋅n
calculado en la práctica nº 20.
n, W = V ⋅ I
Cuando se dispone de una dinamo balance o máquina equivalente, la lectura del par se
realiza directamente con una medición más precisa.
3. Trazar la característica correspondiente n = f(IA). Gráfica nº 31.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 99 de 245
PRÁCTICA Nº31 - Característica velocidad-intensidad motor de excitación serie
ESQUEMA GENERAL
+
N
A
q
s
A2
M
G
A1
U1
V1
W1
3
3
3
R3
2
1
DT
2
1
2
1
Fig. 31.2
0
1/8
2/8
3/8
4/8
5/8
6/8
7/8
Nominal
IA (A)
n (rpm)
W (W)
T (Nm)
Tabla nº 31
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 100 de 245
PRÁCTICA Nº31 - Característica velocidad-intensidad motor de excitación serie
�������
������
Gráfica nº 31
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 101 de 245
PRÁCTICA Nº32 - CARACTERÍSTICA PAR MOTORINTENSIDAD EXCITACIÓN SERIE
DESCRIPCIÓN
Ecuación del par motor:
T=
K ⋅φ ⋅ I A
2⋅π
El flujo Φ queda ligado a la intensidad de inducido lA por la curva de magnetización del hierro.
φ = f (I )
A
La ecuación resultante del par es:
T=
K
⋅ I ⋅ f (I )
A
2⋅π A
cuya representación gráfica se indica en la figura 32.1.
La curva es parabólica para corrientes pequeñas, haciéndose más recta a medida que se alcanza la
saturación del hierro para corrientes grandes.
T
IA
Fig. 32.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 102 de 245
PRÁCTICA Nº32 - Característica par motor-intensidad excitación serie
REALIZACIÓN
Sobre la gráfica nº 32 y con los valores del par obtenidos en la tabla nº 31, trazar la característica
T=f(IA).
������
������
Gráfica nº 32
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 103 de 245
MÁQUINA SÍNCRONA
MÁQUINA SÍNCRONA
CONSTRUCCIÓN GENERAL
(6)
(5)
(4)
(3)
(1)
(2)
(8)
(7)
(9)
(11)
(10)
(12)
(13)
(14)
1.- Tapa.
3.- Cojinete.
5.- Placa de características.
7.- Tapa.
9.- Aleta de refrigeración.
11.-Devanado del estator.
13.-Devanado inductor.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
2.- Anillos.
4.- Caja de bornes.
6.- Escobillas.
8.- Carcasa.
10.-Núcleo del estator.
12.-Núcleo inductor.
14.-Ventilador.
Página 105 de 245
ALTERNADOR TRIFÁSICO
DESCRIPCIÓN GENERAL
ESPIRA QUE GIRA EN PRESENCIA DE UN CAMPO MAGNÉTICO
�
E
Fig. 7.a
La f.e.m. producida en una espira, como se vio en el apartado PRINCIPIO DE LAS MÁQUINAS ROTATIVAS
del capítulo MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA, tiene por valor:
e = β ⋅ S ⋅ ω ⋅ sen ω t = φ ⋅ ω ⋅ sen ω t
que corresponde a una tensión máxima.
E = φ ⋅ω
En las máquinas reales se mantienen los conductores quietos, haciendo que el campo magnético sea
giratorio (figura 7.a). En los inductores alojados en el estator se induce la f.e.m. Estudiando la forma
de los polos y de los entrehierros se consigue que sea senoidal.
Si la velocidad del rotor es n revol./seg., la velocidad angular es:
ω = 2 ⋅π ⋅ n
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
radianes/seg.
Página 106 de 245
Alternador trifásico
Si la máquina tiene p pares de polos, el periodo de la tensión alterna generada será:
T=
1
p⋅n
La frecuencia será:
f = p⋅n
La expresión total de la f.e.m. es:
e = K ⋅ N ⋅ φ ⋅ senω t
siendo:
K = cte. dependiente de las características de la máquina
N = número de espiras
CONSTITUCIÓN DE UN ALTERNADOR
Se compone de tres partes: estator, rotor y excitatriz.
a. Estator: En la mayoría de los alternadores, sobre todo para potencias considerables, por
razones de construcción y de aislamiento, el estator lleva incluido el bobinado inducido.
Puede ser polifásico o monofásico.
Pp
Fig. 7.b
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 107 de 245
Alternador trifásico
En las ranuras van alojados los conductores activos que son barridos por el flujo inductor
alojado en el rotor. Las espiras son conectadas de manera que formen uno o varios
arrollamientos, en cuyos bornes aparece la tensión alterna. Para un alternador
monofásico se necesita un arrollamiento. Para un alternador trifásico se necesitan tres
arrollamientos monofásicos idénticos, de calados un tercio de intervalo comprendido
entre dos polos consecutivos. La f.e.m. inducida en dos arrollamientos están desfasadas 1/3
periodo.
Fase 1-
e = E ⋅ sen ω t
Fase 2 -
2 ⋅π 

e = E ⋅ sen  ω t −

3 

Fase 3 -
4 ⋅π 

e = E ⋅ sen  ω t −

3 

Son tres arrollamientos monofásicos idénticos que se han acoplado entre sí.
b. Rotor o inductor móvil: Es una rueda de acero colado solidaria al árbol de la máquina donde
están alojados los polos magnéticos. La rueda está arrastrada por un motor y gira en el interior
de la carcasa magnética del inducido.
Cada polo está rodeado por un arrollamiento magnético. Todos ellos están unidos en serie,
aunque el sentido de dos bobinados contiguos es contrario, con objeto de crear los polos N y
S.
Se llama paso polar a la distancia que separa dos polos consecutivos.
La conexión eléctrica se hace en dos anillos rozantes.
c. Excitatriz: Antiguamente se utilizaba una dinamo de c.c. montada sobre el mismo árbol que
el inductor. La tensión originada se utilizaba para crear el campo magnético en los polos
inductores. La conexión se hacía a veces interiormente, estando ambas máquinas dentro de la
misma carcasa.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 108 de 245
Alternador trifásico
CONEXIONADO DE LAS BORNAS
Normalmente en la placa de bornas de un alternador trifásico aparecen las conexiones de los tres
bobinados del inducido y los del inductor.
W
2
U V
2 2
W
2
U V
2 2
U
1
V W
1 1
U
1
V W
1 1
IL
If
IL = If S 3
VL = Vf
VL
VL = Vf S 3
Vf
If = IL
IL
If
(a)
(b)
Fig. 7.c
Al realizar los ensayos se adoptará, siempre que se pueda el montaje en estrella, ya que de otra forma
se pueden crear corrientes de circulación intensas en el caso de asimetrías o desequilibrio de fases.
En la figura 7.c se indican las dos configuraciones con la forma correspondiente de conexión de la
placa de bornas y las expresiones de la tensión y la corriente.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 109 de 245
Alternador trifásico
POTENCIA ÚTIL
Alternador monofásico:
La potencia útil desarrollada es:
P = U ⋅ I ⋅ cos ϕ
u
Alternador trifásico:
Conexión estrella:
V
P = 3 ⋅ V ⋅ I ⋅ cos ϕ = 3 ⋅ L ⋅ I ⋅ cos ϕ = 3 ⋅ V ⋅ I ⋅ cos ϕ
u
f f
L L
3 L
Conexión triángulo:
I
P = 3 ⋅ V ⋅ I ⋅ cos ϕ = 3 ⋅ V ⋅ L ⋅ cos ϕ = 3 ⋅ V ⋅ I ⋅ cos ϕ
u
f f
L 3
L L
Se puede medir con la ayuda de un watímetro intercalado en la resistencia de utilización.
PÉRDIDAS SUFRIDAS POR UN ALTERNADOR
Pérdidas constantes p1:
Son las pérdidas mecánicas, las pérdidas por histéresis y corrientes de Foucault, y las pérdidas por
efecto Joule en el inductor que es recorrido prácticamente por una corriente fija.
Se puede determinar esta potencia midiendo la potencia mecánica del motor de arrastre en el curso
de un ensayo en vacío del alternador en conexión de autoexcitación.
Pérdidas variables p2:
Son las pérdidas de efecto Joule en el inducido.
Cada arrollamiento tiene una resistencia r.
IL
re =
r
2
r
3
If
If
Re = 2 r
IL
Fig.7.d
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 110 de 245
Alternador trifásico
Conexión estrella:
Resistencia entre dos líneas
r = 2r
e
I =I
f
L
3
W = 3⋅ r ⋅ I 2 = ⋅ r ⋅ I 2
f 2 e L
Conexión triángulo:
Resistencia entre dos líneas
2
r = ⋅r
e 3
I
F
=I ⋅ 3
L
2
 IL 
3
3
2
W = 3⋅ r ⋅ I = 3⋅ ⋅ r ⋅
= ⋅r ⋅I2

f
2 e  3
2 e L
ambas expresiones coinciden, siendo:
re = resistencia medida entre dos bornes
IL = corriente exterior de línea
RENDIMIENTO:
P
Pu
µ= u =
Pt Pu + p1 + p2
REACCIÓN DEL INDUCIDO
En el bobinado inducido circula una corriente. De acuerdo con la ley de Lenz genera un flujo
electromagnético que se opone al flujo inductor. Este flujo depende de la intensidad y del factor de
potencia y repercute sobre la f.e.m. inducida E haciendo que disminuya la tensión en bornas a medida
que crece la intensidad.
Las máquinas de c.c. disponen de un bobinado auxiliar que anula la reacción del inducido. Las máquinas
de c.a. no disponen de dicho bobinado, ya que el flujo de reacción no tiene siempre la misma dirección
dependiendo ésta del factor de potencia que es variable con las características inductiva o capacitiva
de la carga.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 111 de 245
PRÁCTICA Nº33 - ALTERNADOR TRIFÁSICO
EXCITACIÓN INDEPENDIENTE: MODIFICACIÓN
TENSIÓN EFICAZ MODIFICACIÓN DE FRECUENCIA
DESCRIPCIÓN
De la misma forma que en una dinamo hay dos condiciones que posibilitan el funcionamiento de un
alternador:
- Movimiento de giro del rotor.
Conectando A se pone en marcha el motor de arrastre convenientemente protegido.
Se puede elegir cualquiera de las tres velocidades.
- Corriente de excitación del inductor.
Mediante el conmutador N queda conectado el inductor. La corriente de excitación se modifica
con R2
La expresión de la f.e.m. inducida es:
e = K ⋅ φ ⋅ ω ⋅ sen ω t
Modificando Φ varía el valor eficaz de la tensión.
Modificando w varía el valor eficaz de la tensión y su frecuencia.
Mediante un osciloscopio se puede observar la forma de la tensión de salida.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 112 de 245
PRÁCTICA Nº33 - Alternador trifásico excitación independiente
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
3
PA
PB
R2
Rt1
A
MA
B
MB
2
1
A
q
s
V1
Rt2
N
A
U1
Rt1
A2
W1
M
A1
B
A1
A2
G
3
U1
W1
V1
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
B
3
R3
3
2
1
3
2
1
Rt2
2
1
Fig. 33.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 113 de 245
PRÁCTICA Nº34 - ALTERNADOR AUTOEXCITADO
TRIFÁSICO MANIOBRA DE CEBADO
DESCRIPCIÓN
Si se rectifica mediante un puente trifásico la tensión obtenida a la salida del alternador se puede
conseguir una corriente continua que puede excitar el inductor.
Para que sea posible el cebado se necesita que en el arranque, esta corriente refuerce el magnetismo
remanente.
En caso de no ser así se invierte la conexión mediante el conmutador N.
Existe un valor máximo de R2 a partir del cual no es posible el cebado.
Al realizar el ejercicio se recomienda hacer R2 = 0 hasta encontrar la posición correcta de N que posibilita
el autocebado.
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
Rt2
Rt1
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
PA
A
3
R2
N
2
1
Rt1
V1
A1
A2
W1
M
3
A
q
s
U1
A
MA
G
U1
1
3
5
2
4
6
1
2
2
2
1
Rt2
3
3
3
R3
W1
V1
1
Fig. 34.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 114 de 245
PRÁCTICA Nº35 - ACOPLAMIENTO DE UN
ALTERNADOR A LA RED
DESCRIPCIÓN
Se supone que la potencia del generador equivalente a la red tiene una potencia infinita comparada
con la máquina síncrona y en caso de acoplo, la red impone su frecuencia y su tensión.
La condición de acoplo es:
Ealternador = Vred
E = 2 ⋅ sen ω t+ ϕ = V ⋅ 2 ⋅ sen ω t+ ϕ
1 1
2
2
Al ser magnitudes vectoriales, esta igualdad implica:
1.
equivalencia de fases ϕ = ϕ
2.
equivalencia de velocidad angular o de frecuencia ω = ω
3.
equivalencia de módulo E ⋅ 2 = V ⋅ 2
1
2
1
2
Para actuar sobre estas magnitudes se actúa en las siguientes variables:
1. Modificando la velocidad del motor de arrastre varía la frecuencia.
2. Modificando el flujo inductor varía la magnitud del módulo.
3. Para captar la igualdad de fases se utilizan lámparas de sincronismo conectadas según indica
la figura 35.1.
L1 L2 L3
��
1
3
5
2
4
6
N
��
��
s
G
�
��
��
V1
U1
��
W1
q
Fig. 35.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 115 de 245
PRÁCTICA Nº35 - Acoplamiento de un alternador a la red
Puede existir una correspondencia de frecuencia y de módulo. Si existe un desfase ρ, aparece en bornas
de las lámparas una tensión que corresponde a la diferencia vectorial U-E. Las lámparas que deben ser
de incandescencia se mantienen encendidas.
Cuando se ha realizado una sincronización perfecta, las lámparas se mantienen apagadas. Se cierra el
interruptor N cuando la extinción de las lámparas dura tres segundos seguidos.
Para que se pueda realizar la sincronización es necesario que la cadencia de fases L1, L2, L3 del
alternador coincida con la de red. El módulo SINCRONISMOS dispone de un sistema detector que
indica, mediante una lámpara encendida o apagada, si la denominación de las fases como L1, L2, L3 es
correcta o incorrecta.
En caso de ser incorrecta basta conmutar dos fases.
Si la tensión del alternador es excesivamente baja con respecto a la de red, puede suceder que la
corriente se invierta, en cuyo caso el alternador funciona como motor síncrono absorbiendo energía. La
tensión del alternador no es totalmente senoidal. Solamente en alternador es de gran potencia se ajusta
la construcción mecánica de los entrehierros de la máquina para obtener una sinusoide perfecta.
En las máquinas pequeñas aparecen muchos armónicos, que pueden causar perturbaciones en una
red trifásica que alimenta otros equipos. Por ello, al realizar esta práctica, no conviene alargar el tiempo
de conexión. Contando con dos alternadores se puede realizar esta misma práctica de la misma forma
que se hizo con dos dínamos y sin perturbar la tensión de red. Se tomaron medidas oportunas para
proteger las máquinas contra corrientes excesivas.
Es preciso insistir en la necesidad de conseguir una igualdad del valor de tensión y de fase en las
bornas de ambas máquinas para realizar la conexión. Manteniendo la velocidad constante y variando
las corrientes de excitación se puede distribuir convenientemente la corriente en las dos máquinas.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 116 de 245
PRÁCTICA Nº35 - Acoplamiento de un alternador a la red
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
L1
L2
L3
+
1
3
1
3
3
B
A
2
4
2
3
2
4
1
R1
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
C
R2
2
A2
DT
q
s
1
M
G
U1
A1
PA
Rt
W1
V1
PB
PC
A
Rt
MB
B
MA
A
A
A1
A2
R1
MC
B
A1
A2
C
C
A1
A2
Fig. 35.2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 117 de 245
PRÁCTICA Nº35 - Acoplamiento de un alternador a la red
1. Mediante el motor de arrastre y variando R1 ajustar la velocidad de rotación a 1.500 r.p.m.
2. Comprobar con el detector del módulo SINCRONISMO si la relación de fases L1, L2, L3 es
correcta en red y en el alternador.
3. Mediante R2 ajustar el módulo de la tensión.
4. Cuando las tres lámparas lleven apagadas el tiempo señalado de tres segundos se puede
accionar MC
El circuito tiene dispuesto un sistema de seguridad que desconecta el alternador cuando se
produzca una desincronización y la corriente sea excesiva.
Si en régimen normal de marcha se quiere comprobar la sincronización se puede pulsar PC.
Las lámparas deben mantenerse apagadas.
CUESTIONARIO
1. Explicar el funcionamiento del circuito.
2. ¿Cuáles son las condiciones de sincronización para poder realizar la conexión del alternador a
la red?
3. ¿Se puede sincronizar la máquina con la tensión de red si la cadencia de sus fases L1, L2, L3 no
es correcta? ¿Qué sucedería si se realiza entonces la conexión?
4. Si se invierte el sentido de giro del motor de arrastre cambia la cadencia de L1, L2, L3?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 118 de 245
PRÁCTICA Nº36 - CARACTERÍSTICAS DEL
ALTERNADOR, CARACTERÍSTICAS EN VACÍO (VRMSIEXC)
DESCRIPCIÓN
Es la curva del valor eficaz de la f.e.m. inducida E a velocidad constante en función de la corriente
continua de excitación IF
La expresión general de la f.e.m. es:
E = K ⋅ N ⋅ φ ⋅ ω ⋅ sen ω t
Valor eficaz de la expresión es:
1
V = K ⋅ N ⋅φ ⋅ω ⋅
ef
2
A velocidad constante, Vef depende exclusivamente del flujo inductor y, por tanto, presenta la misma
forma que en las dínamos.
REALIZACIÓN
1. Rellenar los valores indicados en la tabla nº 36 dando valores crecientes a IF
2. Repetir la operación dando valores decrecientes a IF
3. Con los datos obtenidos componer la curva correspondiente. Gráfica nº 36.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 119 de 245
PRÁCTICA Nº36 - Características del alternador, características en vacío
ESQUEMA GENERAL
L2
I>
L3
I>
I>
L1
+
1
3
5
2
4
6
3
R2
2
1
N
V
A
Wm
IF
W
q
s
U1
V1
W1
M
DT
G
3
U1
V1
W1
V
Vref
Fig. 36.1
0
1/9
2/9
3/9
4/9
5/9
6/9
7/9
8/9
Nominal
IF (A)
Vef (V)
w (rad/seg)
Vef (V)
Tabla nº 36
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 120 de 245
PRÁCTICA Nº36 - Características del alternador, características en vacío
CUESTIONARIO
1. ¿A qué pérdidas corresponde la potencia indicada por el watímetro?
2. ¿Por qué en máquinas grandes es más rentable colocar el inductor en el rotor?
3. ¿Cuál es la potencia consumida en el inductor?
��������
�������
������
Gráfica nº36
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 121 de 245
PRÁCTICA Nº37 - CARACTERÍSTICAS EN
CORTOCIRCUITO ICC = F(IF)
DESCRIPCIÓN
Es la curva representativa de la corriente eficaz en cortocircuito ICC en función de la corriente de
excitación. Permite determinar ZS (impedancia síncrona).
Al ser ICC alterna, el bobinado inducido presenta una impedancia inductiva considerable. Dentro de
unos límites, la máquina soporta el cortocircuito.
REALIZACIÓN
1. Ajustar el relé térmico Rt a la intensidad nominal de la máquina.
2. Poner en marcha el motor de c.c. a velocidad nominal.
3. Aumentar progresivamente la corriente del inductor observando y anotando los valores
correspondientes de I en la tabla nº 37.
No sobrepasar el valor máximo.
Mediante R1 mantener siempre constante la velocidad.
4. En la misma gráfica de la práctica nº 36 establecer una escala de corriente y dibujar en ella la
curva correspondiente a los resultados obtenidos.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 122 de 245
PRÁCTICA Nº37 - Características en cortocircuito
ESQUEMA GENERAL
+
Rt
1
1
3
3
2
2
4
4
3
PA
3
B
A
2
R1
PB
R2
A
1
2
R2
q
s
1
A2
M
U1
A1
B
R1
G
W1
V1
MA
A
A
A
MB
A1
B
A2
1
3
5
2
4
6
A1
A2
Rt
Fig. 37.1
0
1/9
2/9
3/9
4/9
5/9
6/9
7/9
8/9
Nominal
IF (A)
ICC (A)
Tabla nº 37
CUESTIONARIO
1. ¿Qué potencia consume la máquina en cortocircuito para la intensidad máxima?
2. ¿En qué se transforma la potencia?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 123 de 245
PRÁCTICA Nº38 - IMPEDANCIA SÍNCRONA
DESCRIPCIÓN
En un alternador en cortocircuito toda la tensión generada se consume en la reactancia interna de la
máquina.
Se puede establecer la siguiente igualdad vectorial:
  
V = re ⋅ I cc + Ls ⋅ω ⋅ I cc ⋅ j
U = re2 + L2s ⋅ω 2 ⋅ I = Z ⋅ I
cc
s cc
Se denomina impedancia síncrona a la relación:
V
Z = re2 + L2s ⋅ω 2 =
s
I cc
LS. N es la reactancia síncrona. Es constante cuando el hierro del inducido no está saturado (se considera
recta la curva de magnetización).
De hecho varía con la excitación.
V
I
A
B
C
IF
Fig. 38.1
Conociendo la característica en vacío y en cortocircuito (figura nº 38.1) es fácil calcular para cada valor
de IF
V
AC
Z =
=
s I
cc BC
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 124 de 245
PRÁCTICA Nº38 - Impedancia síncrona
REALIZACIÓN
1. Con los resultados calculados en las prácticas nº 36 y 37 deducir, para cada valor de la
corriente de excitación IF , el valor correspondiente de ZS. Anotar los resultados en la tabla nº
38.
2. Medir la resistencia de una fase.
Vef (V)
ICC (A)
ZS (Ω)
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
Tabla nº 38
CUESTIONARIO
1. Verificar que la impedancia XS = LS. w está muy cerca de la impedancia reactiva
Z = re2 + L2s ⋅ω 2
S
2. Deducir que:
I
cc

E
LS ⋅ω
es prácticamente independiente de la velocidad de la máquina.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 125 de 245
PRÁCTICA Nº39 - CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN
ALTERNADOR. DIAGRAMA DE BEHN ESCHENBURG
DESCRIPCIÓN
Un alternador posee, por tanto, una resistencia interna r’e y una inductancia LS. Aplicando la ley de
Ohm en valores instantáneos:
dI
e = V + r′ ⋅ I + L ⋅
e
s dt
E
V
�
.I
ZS
re 2.
I
LS�.I
Fig.39.1
Notación vectorial:
ω = 2 ⋅π ⋅ f
E = K ⋅ n ⋅φ
   
E = V + re′ ⋅ I + Ls ⋅ω ⋅ I
La tensión en bornas del alternador es:
    
V = E − re′ ⋅ I + Ls ⋅ω ⋅ I = E − Z s ⋅I
(
)
En este diagrama no se representa la reacción de inducido que afecta directamente a la f.e.m.(E).
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 126 de 245
PRÁCTICA Nº39 - Circuito equivalente de un alternador. Diagrama de Behn Eschenburg
SIMPLIFICACIÓN DEL CIRCUITO EQUIVALENTE
Normalmente la resistencia interna re es mucho menor que la impedancia inductiva LS . w. Se realiza
una simplificación importante suprimiendo re . I en el diagrama de Behn Eschenburg. La intensidad
es entonces proporcional a la caída interna de tensión en la máquina.
El factor de potencia es cosφ
El valor de la f.e.m. inducida E se modifica regulando la corriente de excitación que recorre el bobinado
inductor.
Zs.I
E
E’
�
I
V
I’
Zs.I’
�’
Fig. 39.2
Se observa que se puede conseguir una misma tensión de salida V con distintos valores de la f.e.m.(E).
dependiendo del factor de potencia con que trabaje la máquina.
La tensión ZS . I está siempre adelantada 90° con respecto a la corriente I.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 127 de 245
PRÁCTICA Nº39 - Circuito equivalente de un alternador. Diagrama de Behn Eschenburg
CÁLCULO DE LA CARACTERÍSTlCA EN CARGA
Para los alternadores de potencia, la característica en carga es difícil de trazar experimentalmente
por limitaciones prácticas. Se recurre a procedimientos gráficos a partir del diagrama de Behn
Eschenburg.
Otra representación del diagrama se indica en la figura nº 39.3, que tan sólo consiste en invertir el
orden de los vectores.
V
B
�
E
Zs.I
V
0 ���� A
I
Fig. 39.3
Para una corriente de excitación IF y una velocidad n concretas, queda definido el valor de E.
Para un cierto valor de I queda definido ZS I
Conociendo el factor de potencia cos a se traza una semirecta, que parte de B y forma un ángulo a
con I.
Trazando, con centro en O, un arco de radio E se puede conocer el punto de funcionamiento M,
definiendo así el vector V.
El segmento OB representa la caída de tensión interna de la máquina debido a la impedancia ZS, sin
tener en cuenta la reacción del inducido.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 128 de 245
PRÁCTICA Nº39 - Circuito equivalente de un alternador. Diagrama de Behn Eschenburg
En la figura Nº 39.4 se indica la forma de conocer la caída de tensión interior de la máquina para
distintos ángulos α1, α2, etc., teniendo en cuenta la reacción del inducido y manteniendo constante
la intensidad.
E
D
C
B
�1
Zs.I
0
�2
���� A
D’
Fig. 39.4
Con centro en O se traza un arco de radio E.
Con centro en B se traza otro arco de radio E.
Para un cierto ángulo al el segmento CD representa la caída interior real de la máquina.
BD representa la tensión en vacío.
BC representa la tensión en carga.
CD = BD - BC
Con reactancias capacitivas para ángulos mayores que α2 la tensión en bornas es mayor que la f.e.m.
ya que el flujo de reacción refuerza el flujo inductor, como se ha visto en la práctica nº 39.
CUESTIONARIO
1. Conociendo la f.e.m.(E). en vacío y la impedancia síncrona ZS deducir, mediante el diagrama de
Behn Eschenburg, la tensión en bornas de la máquina para una corriente de 4A y cos α = 0.8.
Comparar la solución con los resultados reales.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 129 de 245
PRÁCTICA Nº40 - CARACTERÍSTICA EN CARGA DE UN
ALTERNADOR TRIFÁSICO
DESCRIPCIÓN
Es la curva que representa la variación de la tensión eficaz en los bornes del alternador en función de
la intensidad eficaz suministrada cuando la corriente de excitación, la velocidad y el factor de potencia
del circuito exterior son constantes.
Una máquina síncrona presenta un parámetro suplementario a una de c.c.: el factor de potencia,
cosρ
Con diversos valores del cos p se puede obtener un haz de características diferentes.
Por ser las más utilizadas se desarrollan tres curvas distintas:
cos ρ = 0,
cos ρ ≈ 1,
cos ρ ≈ 0.8
Reacción del inducido
N
G
S
�i
N
G
�i
�R
N
G
S
�i
N
G
S
�i
�R
N
���
G
S
�i
�R
�R
�R
���
S
���
���
���
Fig. 40.1
En la figura nº 40.1 se realiza una comparación de la reacción del inducido en una dinamo y un
alternador.
a. En una dinamo ΦR es siempre perpendicular al flujo inductor
b. Carga resistiva. ΦR es también perpendicular al flujo inductor.
c. Carga inductiva. El flujo de reacción se opone directamente al flujo inductor.
d. Carga capacitiva. ΦR refuerza el flujo inductor.
e. Carga reactiva.
Se comprende que aunque la corriente de carga sea la misma en cada caso, el flujo resultante
Φi + ΦR es diferente, variando también la f.e.m.(E). En la práctica, la corriente suministrada no es
totalmente inductiva ni capacitiva sino que corresponde a un desfase menor de 90° eléctricos con
respecto a f.e.m.E.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 130 de 245
PRÁCTICA Nº40 - Característica en carga de un alternador trifásico
REALIZACIÓN
1. Poner en marcha el motor de arrastre de c.c. a velocidad nominal.
2. Disponer la resistencia de carga para que la intensidad sea mínima.
3. Manteniendo en todo momento constante la velocidad mediante R1, hacer variar la resistencia
de carga anotando los valores de la tensión de salida, la corriente y la potencia en la tabla nº
40.
4. Repetir la operación para cada factor de potencia, cuidando que éste se mantenga constante
en todo el ensayo.
5. Trazar las curvas correspondientes V = f(l) sobre la misma gráfica nº 40.
ESQUEMA GENERAL
+
PA
PB
A
1
3
1
3
3
B
A
2
4
2
4
3
R2
2
R1
R2
2
MA
q
s
1
A
A2
DT
M
A
G
A1
U1
B
R1
1
A1
A2
MB
B
A1
A2
W1
V1
�
�
�
�
3
R3
2
1
3
3
2
2
1
1
Fig. 40.2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 131 de 245
PRÁCTICA Nº40 - Característica en carga de un alternador trifásico
Velocidad
(rpm)
I (A)
IEXC(A)
0
1/8
2/8
Factor de
potencia
3/8
4/8
1
5/8
6/8
Factor de
potencia
0.8
4/8
5/8
6/8
Factor de
potencia
0.8
4/8
6/8
Resistivo
7/8
Nominal
V T (V)
Velocidad
(rpm)
I (A)
IEXC(A)
0
1/8
2/8
3/8
Inductivo
7/8
Nominal
V T (V)
Velocidad
(rpm)
I (A)
IEXC(A)
0
1/8
2/8
V T (V)
3/8
5/8
Capacitivo
7/8
Nominal
Tabla nº 40
V (V)
I (A)
Gráfica nº 40
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 132 de 245
MOTOR SÍNCRONO
DESCRIPCIÓN GENERAL
Se puede establecer una similitud entre el generador alternador trifásico y el motor síncrono, de la
misma forma que entre el motor de c.c. y la dinamo.
Hay una condición de reversibilidad.
Una realización sencilla de un motor síncrono que ayuda a concebir el funcionamiento del mismo, se
indica en la figura 8.a.
��
��
(1)
�
�
�����
Fig. 8.a
Al hacer girar la armadura del imán herradura (inductor) respecto a un eje vertical, se crea un campo
magnético giratorio. Para que la armadura inferior (inducido)(1) pueda girar arrastrada por la superior
es preciso que coincidan un polo N con uno S para que haya una atracción entre ellos.
La velocidad del inducido ha de ser forzosamente igual a la del inductor. Si por alguna causa se pierde
el sincronismo, el inducido se para y no es capaz por sí solo de recuperarse.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 133 de 245
Motor síncrono
CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO
La constitución real de un motor síncrono coincide con la de un alternador. Cuando trabaja como motor,
los bobinados del estator son el inductor. Se aplica en sus bornas una tensión trifásica que genera un
campo magnético giratorio, cuya velocidad es:
n=
f
p
siendo:
f: frecuencia de la tensión alterna trifásica aplicada
p: pares de polos
En este fenómeno se entiende perfectamente la ley de Lenz de la acción y la reacción.
Un campo magnético creado por un inductor giratorio induce en unos arrollamientos dispuestos
convenientemente, una tensión alterna trifásica.
La máquina funciona como generador. A su vez, funcionando como motor, una tensión alterna trifásica
aplicada a estos mismos bobinados generan un flujo magnético que se opone al campo hipotético
inductor generador de la tensión y que gira a su misma velocidad.
En la figura 8.b se indica un inductor muy sencillo al que se aplica una tensión trifásica L1, L2, L3 (b),
que crean tres flujos ΦL1, ΦL2 Y ΦL3
Haciendo la suma vectorial en tres puntos diferentes 1, 2 y 3 resultan tres flujos totales Φ1, Φ2 , Φ3 (c)
que corresponde a un módulo constante que gira en sentido horario.
Se puede comprobar fácilmente que invirtiendo dos fases los flujos totales resultantes corresponden
a un sentido de giro horario.
Se consigue, por tanto, una inversión del sentido de giro.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 134 de 245
Motor síncrono
�L2
�L1
�1
L-
�R
�T
L2
�S
�R
�T
L3
�S
�2
(2)
(1)
�L3
�3
(3)
(a)
(b)
�1
L1
L2
L3
�3
�2
1
(c)
2
3
(d)
Fig. 8.b
El inducido lo forma el rotor con los bobinados alimentados con c.c. mediante dos escobillas.
La utilización de motores síncronos presenta las siguientes limitaciones:
- Es imposible variar linealmente la velocidad de giro. Tan solo es posible modificar el número de
polos del bobinado inductor.
- Hay peligro de desenclavamiento:
. cuando se produce una variación brusca de la frecuencia,
. cuando el par antagonista es excesivo.
- Dificultades en el arranque: Hay que conseguir, por otros medios, la velocidad síncrona.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 135 de 245
Motor síncrono
DIAGRAMA DE BEHN ESCHENBURG
De la misma forma, con un alternador podemos expresar en un gráfico las distintas tensiones existentes
en un motor síncrono.
La ecuación general es:
   
V = E + X s ⋅ I + re ⋅ I
re.I
V
E
I
V
Xs.I
E
I
Zs.I
Fig. 8.c
En la figura 8.b se indica la expresión simplificada XS . I > > re . I. La corriente I es siempre perpendicular
a ZS I
CONDENSADOR SÍNCRONO:
Modificando el valor de la corriente de excitación varía la fuerza contra electro motriz E del motor.
Cuando el motor trabaja sobrealimentado, la f.c.e.m. es muy grande.
El diagrama de Behn Eschenburg correspondiente aparece en la figura 8.d.
I
V
Zs.I
E
Fig. 8.d
La corriente está adelantada casi 90º con respecto a la tensión aplicada. El motor se comporta como
un condensador. Esta es la aplicación más corriente de este tipo de máquinas, recibiendo entonces el
nombre de condensador síncrono.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 136 de 245
PRÁCTICA Nº41 - ARRANQUE DE MOTOR SÍNCRONO
CON MOTOR AUXILIAR
DESCRIPCIÓN
Muchas veces se utiliza un motor auxiliar, generalmente de inducción con rotor en cortocircuito, para
realizar la maniobra de arranque de un motor síncrono.
Se acoplan mecánicamente mediante un embrague los ejes de los motores.
Una vez alcanzada la velocidad nominal se conecta el motor síncrono, se desconecta el de rotor en
cortocircuito y se suelta el embrague.
En esta práctica no se utiliza embrague y el motor de rotor en cortocircuito queda acoplado al eje
soportando la máquina síncrona sus pérdidas constantes.
En el arranque, la máquina síncrona funciona como generador. Para realizar la conexión a la red es
necesario que la cadencia de las fases L1, L2, L3 sea la misma en bornas del alternador y en la red trifásica
utilizada.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 137 de 245
PRÁCTICA Nº41 - Arranque de motor síncrono con motor auxiliar
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
L1
L2
L3
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
A
Rt
+
W
A
3
2
4
B
R2
2
1
1
�
C
2
3
V1
U1
1
3
M
A2
W1
R1
2
1
M
A1
s
q
PB
PA
MA
A
Rt
R2
MA
B
R
A
MB
R
A
A1
R1
A
B
A2
A1
A2
C
A1
A2
R
A1
A2
Fig. 41.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 138 de 245
PRÁCTICA Nº41 - Arranque de motor síncrono con motor auxiliar
1. Conectar el motor de continua accionando MB. Para ello, R2 ha de estar a mínima resistencia y
R1 encontrarse en su máximo valor.
2. Comprobar si la cadencia L1, L2, L3 de la tensión de red y la tensión inducida en bornas de la
máquina coinciden. Utilizar, para ello, el módulo SINCRONISMO.
En caso contrario, invertir el sentido de giro del motor o conmutar dos bornas del alternador.
3. Aumentar R2 hasta que las tres lámparas de sincronización permanezcan apagadas durante
tres segundos. Accionar ahora MA. Se conecta el motor síncrono y la máquina de c.c. actúa
ahora como dinamo, es decir, como carga del motor síncrono.
CUESTIONARIO
1. ¿Qué pasa si el sentido de giro del campo inductor creado por el estator de la máquina es
contrario al sentido de giro del rotar en el momento de realizar la conexión de éste?
2. ¿Por qué se siente una perturbación intensa en la velocidad de la máquina al realizar la
conexión del motor síncrono si la sincronización no es perfecta?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 139 de 245
PRÁCTICA Nº42 - CARACTERÍSTICA DE LA MÁQUINA
Las características más frecuentemente trazadas son:
la característica en vacío
la característica en cortocircuito
las curvas en V, llamadas curvas de Mordey
Las dos primeras ya se han calculado haciendo funcionar a la máquina como generador.
CURVAS DE MORDEY O CURVAS EN V
DESCRIPCIÓN
Es la característica que relaciona la corriente de inducido absorbida por el motor I en función de la
corriente de excitación IF para una tensión de alimentación y una potencia constante.
Se realiza todo el ensayo para varias cargas diferentes tales como 1/4, 1/2, 3/4 Y 4/4 de la carga nominal
mantenida ésta constante en todo el ensayo.
Wn
I
½ Wn
¼ Wn
IF
Fig.42.1
Las curvas presentan todas un vértice inferior que corresponde a una intensidad mínima para una carga
determinada. La curva punteada que une todos los vértices se llama de cos ρ = 1 y permite deducir
las corrientes de excitación necesarias en diferentes cargas para mantener el factor de potencia igual
a la unidad.
Si la corriente de excitación es débil, la corriente absorbida está desfasada en retraso sobre la tensión. Si
la corriente de excitación es intensa, está desfasada en adelanto. De la curva cos ρ = 1 hacia la derecha
la máquina funciona como condensador síncrono.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 140 de 245
PRÁCTICA Nº42 - Característica de la máquina
REALIZACIÓN
1. El arranque del motor síncrono se realiza de la forma indicada en la Práctica nº 41.
Tómense las mismas precauciones que en la mencionada práctica para efectuar el arranque.
2. Ajustar el relé térmico a la corriente máxima del motor.
3. Modificar el valor de R1 o R3 colocados como carga de la dinamo y hacer trabajar al motor
síncrono a 1/4, 1/2, 3/4 Y 4/4 velocidad nominal.
Anotar en la tabla nº 42 los valores que se solicitan para las potencias que se indican.
Modificar la corriente de excitación mediante R3
4. Dibujar las curvas de Mordey y la curva cos ρ = 1
ESQUEMA GENERAL
L1
L2
L3
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
A
Rt
+
3
1
W
B
3
A
R2
2
2
1
1
C
�
3
M
W1
R1
2
A2
V1
U1
4
2
1
MG
A1
s
q
PB
PA
MA
A
Rt
R2
MA
B
R
A
MB
R
A
A1
R1
A
B
A2
A1
A2
C
A1
A2
R
A1
A2
Fig. 42.2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 141 de 245
PRÁCTICA Nº42 - Característica de la máquina
CUESTIONARIO
1. ¿Cómo se puede calcular el rendimiento total del motor síncrono?
2. ¿Cuándo trabaja el motor como condensador síncrono?
3. Trabajando como condensador, ¿cuando es más señalado el efecto capacitivo: en vacío o a
plena carga?
Vacío
W=
0
1/9
2/9
n=
3/9
4/9
5/9
6/9
7/9
8/9
Nominal
IF (A)
I (A)
cos ρ
Tabla nº 42.a
1/4 Potencia nominal
0
W=
1/9
2/9
3/9
4/9
Iinducido =
5/9
6/9
Vinducido =
7/9
8/9
Nominal
IF (A)
I (A)
cos ρ
Tabla nº 42.b
1/2 Potencia nominal
0
W=
1/9
2/9
3/9
4/9
Iinducido =
5/9
6/9
Vinducido =
7/9
8/9
Nominal
IF (A)
I (A)
cos ρ
Tabla nº 42.c
Potencia nominal
0
W=
1/9
2/9
3/9
4/9
Iinducido =
5/9
6/9
Vinducido =
7/9
8/9
Nominal
IF (A)
I (A)
cos ρ
Tabla nº 42.d
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 142 de 245
PRÁCTICA Nº42 - Característica de la máquina
�����
������
Gráfica nº 42
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 143 de 245
MÁQUINA ASÍNCRONA
MÁQUINA ASÍNCRONA
CONSTRUCCIÓN GENERAL
(4)
(3)
(2)
(1)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
1.- Tapa del ventilador.
3.-Caja de bornes.
5.-Carcasa.
7.-Devanados.
9.-Ventilador.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
2.-Tapa.
4.-Tapa.
6.-Base.
8.-Rotor de jaula de ardilla.
10.-Arandela del ventilador.
Página 145 de 245
MOTOR ASÍNCRONO
DESCRIPCIÓN GENERAL - FUNDAMENTO
En el capítulo anterior se ha estudiado el motor síncrono. La velocidad del rotar es la misma que la del
campo magnético giratorio. Inducido e inductor están en sincronismo. Son necesarios dos circuitos
magnéticos:
- uno giratorio creado por el estator
- uno fijo con respecto a la posición del rotar
En un motor asíncrono sólo se precisa del campo giratorio creado por el inductor. El otro se crea por
un fenómeno de inducción del primero.
Un motor asíncrono sencillo, donde se comprende perfectamente su fundamento, está representado
en la figura 9.a.
ns
n2
(1)
N
S
ns=n1
Fig. 9.a
Haciendo girar la armadura del imán respecto a un eje vertical se crea un campo magnético giratorio.
Si la rueda(1) está en un principio en reposo, los radios de la misma cortan las líneas de fuerza del
campo magnético giratorio, induciéndose en ellos una f.e.m. que da lugar a una corriente eléctrica. En
presencia del campo magnético aparece una fuerza en los conductores radiales que ocasiona el giro
de la rueda. Para que se mantengan las corrientes inducidas es preciso que haya corte de líneas de
fuerza. La velocidad de la rueda es inferior a la del imán. La diferencia relativa de velocidades recibe
el nombre de deslizamiento.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 146 de 245
Motor asíncrono
MOTOR INDUSTRIAL TRIFÁSICO
Está compuesto de las siguientes partes:
Inductor: Una parte bien fija, estator, alimentada con tensión trifásica y destinada a crear un
campo giratorio que tiende, en virtud de la ley de Lenz, a mantener en movimiento el
rotor.
Inducido: Parte móvil, el rotor, solicitada por un par motor. Se encuentra emplazado dentro del
campo magnético.
La velocidad nr varía con la carga pero siempre es inferior a la velocidad de
sincronismo ns (velocidad del campo giratorio). De ahí el nombre de asíncrono.
Se denomina deslizamiento a la relación:
n −n
g= s r
ns
CONSTRUCCIÓN
a. Estator:
No se diferencia en nada del estator de un alternador trifásico. Estaba constituido por tres arrollamientos
monofásicos idénticos dispuestos de tal forma que las tres f.e.m. inducidas estuviesen decaladas 1/3
periodo entre ellas.
b. Rotor:
Contrariamente al alternador, el rotar no necesita fuente de corriente continua para crear el magnetismo
de las piezas polares. El rotar es una pieza que no está unida eléctricamente a ninguna otra y es de
fácil fabricación. Constituye el motor industrial por excelencia.
Su fabricación es sencilla y barata, estando asegurada la robustez y seguridad de funcionamiento.
Existen dos tipos de rotores según la potencia del motor:
- Rotor en jaula de ardilla o rotor en cortocircuito
Los anillos, generalmente de aluminio, son unidos por unas barras del mismo material, formando,
todo ello, una especie de caja cilíndrica.
En el interior y rodeando la caja se encuentra el núcleo formado de hojas de chapa magnética
apiladas.
Los motores de pequeña y mediana potencia van generalmente equipados de este tipo de
rotor.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 147 de 245
Motor asíncrono
- Rotor bobinado o de anillos rozantes
Sólo los motores asíncronos trifásicos de grandes potencias poseen un rotar bobinado. Con fines
didácticos existen este tipo de motores para pequeñas potencias.
Consiste en un núcleo cilíndrico fabricado de chapas magnéticas apiladas, que posee cierto
número de ranuras en la parte lateral, en las que se alojan los conductores de cobre aislados y de
gran sección. Los bobinados forman tres arrollamientos separados que constituyen un sistema
trifásico con tantas secciones del inducido como polos del estator.
La forma de conexión es generalmente en estrella. Las tres salidas se conectan a tres anillos y con
las correspondientes tres escobillas se unen a la caja de bornas.
En funcionamiento normal se conectan estos bornes a los extremos de un reostato.
(1)
(2)
Rs
Rs
Rs
Fig. 9.b
El reostato presenta el máximo de resistencia para el arranque y se pasa progresivamente a
cortocircuito cuando el motor va tomando velocidad. De esta forma, se disminuye la corriente de
arranque y aumenta el par de arranque como se verá en las características correspondientes.
VELOCIDAD NOMINAL
La velocidad de un motor asíncrono está prácticamente determinada en la construcción por el número
de pares de polos del estator.
La fórmula general es:
f
n =
s p
donde:
f: frecuencia de la red en Hz
p: nº de pares de polos del estator
nS: velocidad del campo magnético giratorio en vueltas/seg.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 148 de 245
Motor asíncrono
nS es la velocidad de sincronismo y corresponde a la del campo magnético giratorio. La velocidad del
rotor es ligeramente inferior.
Se denomina deslizamiento a la expresión:
n −n
g= s r
ns
MOTOR DE VARIAS VELOCIDADES
En un mismo motor es posible conseguir dos, tres y hasta cuatro velocidades diferentes mediante
la variación del número de polos del bobinado del estator. Este procedimiento sólo se aplica a los
motores de rotar en jaula de ardilla. También se podría aplicar a los motores de rotar bobinado, pero
ello exigiría la simultánea variación de los polos del rotar. Al resultar excesivamente complejo no se
utiliza con estos motores.
Existen dos medios diferentes para conseguir dos velocidades:
- Conexión Dahlander
Se utilizan bobinados con dos mitades. Mediante un simple cambio de conexiones se consiguen dos
velocidades que estén en relación 2:1.
Caben dos posibilidades:
. Conexión estrella - doble estrella:
L1
L2
L1
L3
L2
L3
U1
V1
W1
U1
V1
W1
U2
V2
W2
U2
V2
W2
(a)
(b)
Fig. 9.c
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 149 de 245
Motor asíncrono
Es la disposición utilizada en los bobinados U6 - V6 - W6 y U12 - V12 - W12 del motor AL-206 que
corresponden a 6 y 12 polos respectivamente .
. Conexión triángulo - estrella:
L1
L1
L2
L2
L3
L3
(b)
(a)
Fig. 9.d
- Conexión con bobinados independientes
Se colocan dos bobinados independientes entre sí, calculado, cada uno, para formar el número de
polos necesario.
Esta combinación puede ser empleada para cualquier combinación de polos.
En el motor AL-206 el bobinado de 4 polos está superpuesto al bobinado de conexión Dahlander.
Superponiendo dos bobinados Dahlander pueden conseguirse cuatro velocidades.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 150 de 245
Motor asíncrono
FÓRMULAS FUNDAMENTALES
DESLIZAMIENTO
n −n
ω −ω
g= s r = s r
ns
ωs
POTENCIA NOMINAL SUMINISTRADA
W = T ⋅ω
m
r
donde:
Wm: Potencia mecánica suministrada
T: Par motor ejercido por las fuerzas electromagnéticas en Newton x metro
wr: Velocidad angular en radianes/seg.
POTENCIA ABSORBIDA
Motor monofásico:
W = U ⋅ I ⋅ cos ϕ
Motor trifásico:
W = U ⋅ I ⋅ 3 ⋅ cos ϕ
donde:
P: Potencia absorbida en watios
U: Tensión de línea
I: Corriente de línea
φ: Desfase entre I e U
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 151 de 245
Motor asíncrono
FACTOR DE POTENCIA COS
φ
cos�
W
Fig. 9.e
La variación del cos p presenta la forma indicada en la figura 9.e. Un motor asíncrono debe funcionar
a plena carga, porque a carga reducida o en vacío el factor de potencia es pequeño y perturba al
instalador. Al elegir un motor es por tanto conveniente cerciorarse que trabaje a plena carga.
CONSIDERACIONES EN LA CARACTERÍSTICA DEL PAR MOTOR
T
T
R1>R
R2>R1
R
R+R
R1>>R
R
n
(a)
T
��������
V
n
(b)
��������
T
R2>R1
V1<V
R1>R
R
R3>R2
V2<V
R4>R3
(c)
n
(d)
n
Fig. 9.f
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 152 de 245
Motor asíncrono
La forma de la característica del par motor en función de la velocidad se indica en la figura 9.f. Cabe
señalar:
- el par motor no es nulo en el arranque
- aumenta lentamente con la velocidad
- pasa por un máximo
- decrece bruscamente hasta anularse
PUNTO DE FUNCIONAMIENTO:
Si se acopla al motor un par resistente del que se conoce su característica (línea de puntos en la figura
9.f ), el punto de funcionamiento está en la intersección de ambas curvas.
Parte AB- Toda disminución del par resistente produce una disminución de la velocidad; el par
motor disminuye con ella y el motor puede llegar a pararse. No hay estabilidad.
Parte BC- Al aumentar el par resistente, disminuye la velocidad. El par motor aumenta hasta
igualarse al resistente.
En motor de rotor bobinado la curva T = f(nr) varía según la resistencia del rotor. Para obtener un
par motor bastante fuerte en el arranque, el rotor debe ser muy resistivo. La resistencia de arranque
presentará su máximo valor.
Por otra parte, para obtener un buen rendimiento, como se verá en la característica correspondiente,
el rotor debe tener poca resistencia. En régimen normal, el reostato de arranque se coloca en
cortocircuito.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 153 de 245
Motor asíncrono
CONEXIÓN Y PLACA DE BORNAS
Contrariamente a lo que sucede en los motores de c.c. no hay ninguna conexión eléctrica entre el
rotor y el estator. Los tres bobinados independientes del estator se conectan a seis puntos de la placa
de bornas.
W
2
U V
2 2
W
2
U V
2 2
U
1
V W
1 1
U
1
V W
1 1
IL
If
IL = If S 3
VL = Vf
VL
VL = Vf S 3
Vf
If = IL
IL
If
(a)
(b)
Fig. 9.g
El mismo motor se puede utilizar con red de 230V. ó 400V. En el primer caso se utiliza la conexión
triángulo. En el segundo caso se utiliza la conexión estrella: 230 ⋅ 3 = 400V En ambos, la tensión
que soporta cada bobinado es de 230V.
En ambos casos la inversión de dos hilos en la placa de bornas provoca la inversión del sentido de
giro.
Para una misma tensión de alimentación VL, la potencia consumida en estrella es tres veces inferior
que en triángulo.
W = U ⋅ I ⋅ 3 ⋅ cos ϕ
En estrella If y Vf son
3 veces menor que en triángulo.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 154 de 245
Motor asíncrono
ARRANQUE DEL MOTOR DE INDUCCIÓN
Para motores de rotor bobinado se utiliza un reostato de arranque destinado a aumentar el par de
arranque.
Antes de conectar el motor se debe asegurar que el reostato presenta la máxima resistencia. Se hace
arrancar el motor eliminando progresivamente el valor de ésta. Una decena de segundos son suficientes
estando el motor cargado.
Para los motores de rotor en cortocircuito el arranque se puede efectuar de varias formas.
Pequeña potencia - Se conecta directamente el motor sobre la red.
Grandes potencias - Introducir resistencias en el estator
- arranque estrella triángulo
- arranque por autotransformador
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 155 de 245
PRÁCTICA Nº43 - MOTOR TRIFÁSICO MODIFICACIÓN
DE LA FRECUENCIA VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD
DE UN MOTOR JAULA DE ARDILLA
DESCRIPCIÓN
En este ejercicio puramente conceptual se hace trabajar al motor de jaula de ardilla a frecuencia variable.
Este funcionamiento no es normal en la práctica. El rendimiento máximo del motor se consigue a
50Hz.
Trabajando con el motor en vacío la velocidad responde a la variación de la frecuencia de
alimentación.
Modificando el valor R1 varía la velocidad del motor de c.c., que arrastra al alternador y también varía
la frecuencia de la tensión inducida L1, L2, L3.
Dadas las características del alternador, el valor eficaz de la tensión de alimentación del motor es
también variable con la frecuencia.
El par motor a pequeñas velocidades es, por tanto, muy reducido y sólo funciona bien el motor en
vacío.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 156 de 245
PRÁCTICA Nº43 - Alternador trifásico modificación de la frecuencia
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
2
4
1
3
2
4
B
3
A
R1
2
1
q
s
A2
M
G
U1
A1
W1
V1
C
2
4
6
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
Rt
M
3
PB
Rt
A
PA
PC
MB
B
MA
A
A
A1
R1
MC
B
A2
A1
A2
C
C
A1
A2
Fig. 43.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 157 de 245
PRÁCTICA Nº44 - MOTOR C.A. - ROTOR EN
CORTOCIRCUITO, ENSAYO EN VACÍO
DESCRIPCIÓN
Permite calcular el factor de potencia en vacío y las pérdidas constantes. Estas medidas intervienen
en el cálculo del rendimiento. Si se desprecian las pérdidas variables en vacío, p = 3 ⋅ r ⋅ I 2 , frente a
las pérdidas constantes p2, la potencia indicada por el watímetro es W = p
1
2
Ver apartado PÉRDIDAS SUFRIDAS POR UN ALTERNADOR del capítulo ALTERNADOR TRIFÁSICO.
REALIZACIÓN
L2
I>
L3
I>
L1
I>
ESQUEMA GENERAL
1
3
5
2
4
6
�
�
�
�
U1
DT
V1
W1
M
3
Fig.44.1
1. Componer el circuito de la figura y poner en marcha el motor de corriente alterna.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 158 de 245
PRÁCTICA Nº44 - Motor c.a. - rotor en cortocircuito, ensayo en vacío
2. Anotar los valores que se indican a continuación.
w0=
P=
I0=
cos φ0=
V=
CUESTIONARIO
1. ¿Cuánto valen las pérdidas del motor en vacío?
2. ¿Qué porcentaje corresponde a las pérdidas variables debidas al calentamiento resistivo?. Se
pueden despreciar.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 159 de 245
PRÁCTICA Nº45 - ENSAYO EN CARGA
DESCRIPCIÓN
Se utiliza como par resistente una dinamo conectada en excitación independiente que alimente una
carga resistiva variable.
En todo momento, la potencia mecánica entregada por el motor es igual a la potencia total absorbida
por la dinamo que se compone de tres partes:
VA·IA -
Potencia eléctrica suministrada a la resistencia.
P2 -
Pérdidas constantes de la dinamo deducidas al hallar la característica en vacío y que
dependen ligeramente de la velocidad. Práctica nº 20.
P1 -
Pérdidas variables de la dinamo que son principalmente re . IA
El par motor Tm es igual al par resistente Tr siendo:
V ⋅I + p + p
T =T = A A 2 1
m
r
ω
Las unidades son:
VA ⋅ I A + p2 + p1
en watios
w
radianes/segundo
Tr
Newton x m
Este tipo de ensayos presenta los siguientes inconvenientes:
- El cálculo del par motor se realiza por procedimientos indirectos. No se consigue mucha precisión
en la medida.
- Sólo se deduce la parte estable de la característica T = f(n).
- El par resistente ofrecido por la dinamo depende directamente de la velocidad.
- No se puede deducir el par de arranque, ya que para n = 0 la dinamo sólo ofrece un par resistente
motivado por las pérdidas constantes.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 160 de 245
PRÁCTICA Nº45 - Ensayo en carga
Para el cálculo completo de las características del motor, tanto en la parte estable como en la inestable,
se necesita utilizar un banco de ensayos que se suministra a petición del cliente acompañando al
grupo de máquinas.
Ofrece las siguientes ventajas:
- La medida del par se da mediante señal eléctrica que permite su lectura inmediata en un cuadro
de medida.
- El freno se consigue con un mecanismo giratorio con entrehierro con polvo magnético que
permite un par resistente independiente de la velocidad. Se puede calcular el par de arranque
del motor.
- Mediante un circuito de regulación se puede hacer trabajar al sistema motor - freno a velocidad
constante y se puede deducir el régimen de funcionamiento desde n = 0 hasta la velocidad
nominal.
- Utilizando un registrador se traza directamente la característica T = f(n) al ser ambas variables
detectables como magnitudes eléctricas que se conectan a los ejes X, Y del registrador.
REALIZACIÓN
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
1
3
5
2
4
6
+
A
Rt
�
�
A
U1
DT
P
IA
�
�
V1
W1
M
3
A2
G
VA
V
R1-R3
2
1
A1
A
M
3
A
A1
A2
Fig. 45.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 161 de 245
PRÁCTICA Nº45 - Ensayo en carga
1. Ajustar el relé térmico a la corriente máxima del motor.
2. El valor p2 se consulta en la característica en vacío deducida funcionando como motor.
Práctica nº20.
3. Anotar en la tabla nº 45 las magnitudes que allí se indican. Modificar el valor de R1 desde un
máximo a un mínimo hasta alcanzar la potencia máxima del motor.
4. Trazar las siguientes curvas en una misma gráfica nº 45.a.
W = f (Wm )
Potencia absorbida en función de la potencia suministrada.
Tut = f (Wm )
Par útil en función de la potencia suministrada.
n = f (Wm )
Velocidad en función de la potencia suministrada.
5. Trazar las siguientes curvas en otra segunda gráfica nº 45.b.
I = f (Wm )
Corriente absorbida en función de la potencia suministrada.
µ = f (Wm )
Rendimiento en función de la potencia suministrada.
6. Trazar las siguientes curvas en una tercera gráfica nº 45.c.
Tut = f (n)
Par útil en función de la velocidad.
I = f ( n)
Corriente absorbida en función de la velocidad.
0
1/9
2/9
3/9
4/9
5/9
6/9
7/9
8/9
Nominal
I (A)
n (rpm)
W (W)
cos φ
IA (A)
VA (V)
P2 (W)
P1=re·I2 (W)
P1+P2+IA·VA=Wm (W)
Tm=Wm/w (Nm)
μ=Wm/W (%)
Tabla nº 45
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 162 de 245
PRÁCTICA Nº45 - Ensayo en carga
CUESTIONARIO
1. Sabiendo que la resistencia de un bobinado del motor es r, ¿Cómo se podría calcular la
potencia disipada en forma de calor en todo el bobinado, conociendo la resistencia entre dos
terminales del motor re?
Contestar suponiendo una conexión estrella o triángulo.
����������������
�������
������
Gráfica nº 45.a
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 163 de 245
PRÁCTICA Nº45 - Ensayo en carga
�����
�����
������
Gráfica nº 45.b
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 164 de 245
PRÁCTICA Nº45 - Ensayo en carga
Tut (Nm)
�����
�������
Gráfica nº 45.c
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 165 de 245
OBTENCIÓN DEL DIAGRAMA DE CÍRCULO
DESCRIPCIÓN
Gran parte del estudio de la máquina asíncrona, se basa en el estudio del diagrama de círculo, mediante
el cual se pueden determinar los parámetros de un punto de funcionamiento determinado.
Para la obtención del diagrama de círculo, son necesarios únicamente dos ensayos, el de vacío y el de
cortocircuito.
1. Ensayo de vacío
Consiste en alimentar el motor a la tensión nominal y observar, sin carga alguna, todas las
magnitudes que puedan ser medidas.
V0 =
l0 =
P0 =
cos φ0 =
2. Ensayo en cortocircuito
Consiste en alimentar al motor con una tensión reducida y, manteniendo el rotar bloqueado,
observar las diversas magnitudes presentes en el circuito.
Normalmente, se realizan varios ensayos de este tipo, ya que lo que se pretende hallar es la
resistencia del circuito equivalente, y la corriente que circularía en el caso de que se
alimente el motor con la tensión nominal y se mantenga el rotor bloqueado, es decir, la
corriente de arranque.
VCC =
ICC =
PCC =
cos φCC =
Al ser generalmente excesivo, el valor de dicha corriente se obtendrá extrapolando los valores
recogidos en el ensayo.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 166 de 245
Obtención del diagrama de círculo
La forma de extrapolación se indica en la figura 10.a.
I
Icc
Icc2
Icc1
Vcc1 Vcc2
Vn
V
Fig. 10.a
Sean (VCC1, ICC1) y (VCC2, ICC2) los resultados de dos ensayos realizados previamente. Vn es la
tensión nominal del motor, y se pretende hallar la corriente correspondiente a esta tensión
cuando el rotor está bloqueado.
El planteamiento del problema es sencillo si se considera lineal la relación Ice = f(Vee). Si a una
diferencia:
(VCC2 - VCC1) → (ICC2 -ICC1)
a una diferencia:
(Vn - VCC2) → X
El valor deducido de X se sumará al de ICC2 y ese es el valor de la corriente de arranque. Como
ángulo de desfase φCC, se tomará el que mayor cos φCC tenga de los ensayos realizados.
La potencia PCC, se obtiene igualmente por extrapolación.
Para calcular la resistencia del circuito equivalente, se utilizará el ensayo realizado con la
mínima tensión, ya que en este caso las pérdidas en el hierro apenas existirán.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 167 de 245
Obtención del diagrama de círculo
El circuito equivalente por rama es el siguiente:
R1
XL1
X’L2
R’2
s
I1
V1
Fig. 10.b
donde:
R1 : Resistencia al arrollamiento primario (estator) por rama
XL1 : Inductancia del estator por rama
X’L2 : Inductancia del rotar referida al estator
R’2 : Resistencia del rotar referida al estator
S
: Deslizamiento para un régimen de funcionamiento dado
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 168 de 245
Obtención del diagrama de círculo
REALIZACIÓN
Con el fin de facilitar la construcción del diagrama, se ilustrarán los distintos pasos a seguir mediante
las figuras apropiadas.
1. Componer los circuitos correspondientes para obtener los datos de los ensayos de vacío y de
cortocircuito.
2. Trazar unos ejes coordenados. A partir del origen representar, en una escala apropiada de
corriente, la corriente de vacío I0 con su correspondiente ángulo de desfase φ0, así como la
corriente de cortocircuito ICC con su ángulo φCC. Figura 10.c.
A
t
I cc
�CC
�O
I’ 2
B
Io
O
O’
t
C
D
Fig. 10.c
Desde el extremo de I0 hasta el extremo de ICC, trazar el vector I’2. En el punto medio de
dicho vector, trazar una perpendicular al mismo. El punto de corte de esta perpendicular
con la horizontal, que diste del eje de abscisas el valor de la ordenada de I0, es el centro de la
circunferencia.
Dibujar la correspondiente semicircunferencia. El segmento AB representa, en su
correspondiente escala, la resistencia RCC = R1 + R’2. Representar en el diagrama R1 y R’2, tal y
como se indica en la figura 10.d.
Lógicamente, el segmento O’B representa la inductancia de cortocircuito XCC = RCC· tag φCC
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 169 de 245
Obtención del diagrama de círculo
3. Trazar una recta a partir del punto O’ que pase por el punto C. Esta recta cortará al círculo en
un punto que es el que corresponde a un deslizamiento S = ± ∞, es decir, cuando RCC sea igual
a R1, ya que R’2/S = 0. Figura 10.d.
El segmento AD representará la potencia absorbida en cortocircuito, que será la suma de las
pérdidas Joule en el rotor, pérdidas Joule en el estator y pérdidas en el hierro.
Como del ensayo en cortocircuito se conoce la potencia absorbida en este régimen de
funcionamiento, se puede establecer una escala de potencias.
El segmento AC representa las pérdidas Joule en el rotor.
El segmento CB representa las pérdidas Joule en el estator.
El segmento BD representa las pérdidas totales en el hierro (histéresis, Foucault).
La recta O’C resulta ser la escala del par electromagnético.
EQ
A
S=
In
C
A’
I cc
B’
O
O’
C’
B
D
D’
Fig. 10.d
Un segmento paralelo al eje de ordenadas, que una la recta O’C con el círculo, representa, en
su correspondiente escala, el par generado por el motor para las condiciones que represente
dicho punto del círculo.
Para establecer la escala correspondiente de par electromagnético, es necesario hacer uso del
ensayo nominal de la máquina, realizado en la práctica nº 45.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 170 de 245
Obtención del diagrama de círculo
4. Representar, a partir del punto O, la corriente nominal con su correspondiente cos φ, teniendo
en cuenta el valor de la escala de corrientes determinada anteriormente.
El segmento A’C’, representará Potencia útil + Pérdidas Joule en el rotor + Pérdidas mecánicas,
es decir, la potencia electromagnética.
Como se conoce la velocidad N en ese punto, se puede determinar la escala de pares:
τ=
Pe
Pe
=
W 2⋅π ⋅ N
60
5. Obtener la escala de deslizamientos. Figura 10.e.
La escala de deslizamientos es una paralela a la escala de pares, trazada arbitrariamente.
El punto de deslizamiento unidad, corresponderá al corte de la escala con la prolongación de I’2
El punto de deslizamiento nulo, se hará corresponder con el corte de la escala con un vertical
que pase por el punto O’.
6. Obtener la escala de rendimientos.
Esta escala es una paralela al eje de abscisas, trazada también arbitrariamente.
El punto de rendimiento nulo es cuando la escala corte a la prolongación de I’2
El punto de rendimiento 100% es cuando la escala corta a una vertical que pase por el punto
en que la prolongación de I’2 corte al eje de abscisas (E). Figura 10.f.
1
S=
C
0
S=
O’
Fig. 10.e
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 171 de 245
Obtención del diagrama de círculo
�=100%
�=0
E
Fig. 10.f
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 172 de 245
MOTORES DE ROTOR BOBINADO
DESCRIPCIÓN GENERAL
Al hacer la descripción de los motores asíncronos se señalaron las características más importantes de
los motores de rotor bobinado.
El rotor dispone de tres arrollamientos separados conectados generalmente en estrella y que se unen
a la caja de bornas por medio de tres anillos rozantes.
El estator y el rotor se comportan como el primario y secundario de un transformador. Se puede medir
la relación de transformación a partir de un ensayo en vacío, colocando los arrollamientos del rotor en
circuito abierto y midiendo la tensión inducida con el rotor parado.
Todos los cálculos y planteamientos cuantitativos se pueden deducir de este hecho. Cuando el motor
está girando, el deslizamiento es menor y la tensión inducida disminuye.
Una manera de conocer el deslizamiento del motor consiste en conectar un amperímetro entre el
bobinado del rotor y la resistencia rotórica. El amperímetro mide una corriente variable con el tiempo.
Se cuenta el número de veces N que aparece un máximo y que corresponde a un periodo en el rotor,
en un tiempo determinado t.
El deslizamiento absoluto será:
N
=N
r
t
Este método solo es utilizable para pequeños deslizamientos. Se puede verificar que la ruptura de un
hilo del circuito del rotor hace aumentar el deslizamiento.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 173 de 245
PRÁCTICA Nº46 - MOTOR DE ROTOR BOBINADO.
PUESTA EN MARCHA
DESCRIPCIÓN
Las ventajas que presenta el rotar bobinado con respecto al de rotor en cortocircuito, son las
siguientes:
- Mayor par de arranque siempre que el valor de la resistencia rotórica sea el apropiado.
- Menor corriente de arranque.
Cuando se conecta un motor a plena carga, en el momento inicial, se intercalan todas las resistencias
rotóricas en el circuito del inducido. A medida que se va ganando velocidad, se va reduciendo el valor
de las mismas, hasta quedar totalmente cortocircuitadas para la velocidad nominal.
REALIZACIÓN
a. Eliminación manual de la resistencia rotórica mediante reostato.
Mediante R1 se modifica el par resistente.
Analizar de qué manera afecta R3 en el valor del par motor.
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
+
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
PA
Rt
A
R1
Rt
A2
A
M
M
3
R1
M
K
L
3
3
3
2
1
2
1
A
R3
3
R3
MA
A
A1
A2
A1
2
2
1
1
Fig. 46.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 174 de 245
PRÁCTICA Nº46 - Motor de rotor bobinado. Puesta en marcha
b. Eliminación de la resistencia rotórica mediante conmutador
Normalmente, las resistencias rotóricas son de valor fijo, ya que presentan varias formas
intermedias. Mediante un conmutador se va cortocircuitando la parte de resistencia que se
quiere eliminar a medida que aumenta la velocidad.
L1
I>
L2
I>
L3
I>
En este ejercicio se utiliza una resistencia con un sólo intermedio. Una vez el motor en marcha,
el conmutador debe pasar de la posición 0-1-2.
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
A
Rt
Rt
PA
A
MA
M
3
M
K
3
R1
3
2
1
L
A
A2
3
2
1
A1
2
1
0 1 2
N
Fig. 46.2
c. Eliminación automática de las resistencias rotóricas
DESCRIPCIÓN
Al conectar A se pone el motor en marcha con toda la resistencia rotórica intercalada en el circuito.
Al mismo tiempo se conecta el temporizador RT1
Al cabo de un tiempo t1 se cierra el contacto RT1 y se conecta B cortocircuitando parte de las resistencias
rotóricas. Al mismo tiempo, se conecta el temporizador RT2 y se desconecta RT1
Al cabo de un tiempo t2 se cierra el contacto RT2 y se conecta C, cortocircuitando todas las resistencias
rotóricas. Al mismo tiempo se desconecta A y RT2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 175 de 245
PRÁCTICA Nº46 - Motor de rotor bobinado. Puesta en marcha
L2
I>
L3
I>
L1
I>
CIRCUITO GENERAL
Rt
C
PA
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
Rt
3
R1
1
A1
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
RT1
A1
A2
B
A1
A2
RT2
A1
A2
C
A1
A2
3
2
1
C
C
L
3
2
A
A2
M
K
RT2
B
RT1
B
3
M
A
MA
A
B
2
1
B
Fig. 46.3
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 176 de 245
PRÁCTICA Nº47 - CONVERTIDOR DE FRECUENCIA.
PUESTA EN MARCHA
DESCRIPCIÓN
Existen problemas concretos en la industria que requieren la conversión de una red de una cierta
frecuencia en otra red secundaria de mayor o menor frecuencia que la original.
El caso se presenta cuando se quieren adaptar dos líneas de diferente frecuencia o cuando se pretende
conseguir una red de alimentación para motores de inducción de rotor en cortocircuito que trabajen
a velocidades superiores a 3000 r.p.m.
La frecuencia de la tensión inducida en un bobinado de un generador es proporcional a la velocidad
relativa de los conductores con el campo magnético. En un alternador normal de rueda polar, el inducido
es estático y la frecuencia de la tensión inducida, es proporcional al número de pares de polos p, y a
la velocidad de rotación del flujo inductor n1
f = p⋅n
n2
N
n1
S
Fig. 47.1
Si en un alternador de rueda polar se mantiene constante la velocidad del inductor n1 y se varía la
velocidad del inducido nz, la velocidad relativa es n1 + n2 correspondiente a una frecuencia:
f = (n1 + n2 ) ⋅ p
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 177 de 245
PRÁCTICA Nº47 - Convertidor de frecuencia. Puesta en marcha
La concepción del motor de rotar bobinado AL-306, que presenta igual número de pares de polos en
el inducido y en el inductor, permite la utilización de la máquina como conversar de frecuencia. Caben
dos posibilidades:
a. Si se alimenta el bobinado del estator que funciona como inductor con la tensión de red, se
consigue un campo magnético giratorio de:
n1 =
50
= 25 rps
p
Si mecánicamente se hace girar al rotor que funciona como inducido a una velocidad n2 en
sus bobinados se induce una tensión con una frecuencia:
f = (n1 + n2 ) ⋅ p
Si n2 es del mismo sentido que n1
f = (n1 − n2 ) ⋅ p
b. Si se alimenta el bobinado del rotar que ahora funciona como inductor con la tensión de red
de 50Hz y además se le hace girar con una velocidad n2, en el estator que funciona como
inducido, se genera una tensión alterna de frecuencia
f = (n1 + n2 ) ⋅ p
El valor de la tensión inducida crece así mismo con la frecuencia, existiendo un límite máximo
impuesto por la capacidad di eléctrica de los aislantes.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 178 de 245
PRÁCTICA Nº47 - Convertidor de frecuencia. Puesta en marcha
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
+
C
PB
1
3
1
3
2
4
2
4
Rt1
PA
3
2
U1
V1
W1
A2
M
1
M
3
M
K
L
1
3
5
2
4
6
U1
V1
W1
A
B
A
Rt1
MB
R1-R3
MA
A
Rt2
A
A1
A2
B
R1-R3
B
MC
A1
C
C
A1
A2
A2
A1
Rt2
M
3
DT
Fig. 47.2
1. Colocando el motor de anillos rozantes con rotar en cortocircuito, comprobar el sentido de
giro.
Poner en marcha el motor de c.c.:
- Ajustar R1 al máximo.
- Accionar MA y MB
Comprobar el sentido de giro para que sea contrario al anterior.
2. Acoplar mecánicamente las dos máquinas y hacer girar al motor de c.c. a velocidad baja.
3. Conectar C y deducir la relación entre la velocidad del motor de c.c. y la del motor de
inducción de rotar en cortocircuito.
4. Mediante un oscilas copio, analizar la forma de la tensión inducida relacionando su frecuencia
y su valor máximo con la velocidad del motor de c.c.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 179 de 245
PRÁCTICA Nº48 - ENSAYO EN VACÍO
Permite calcular el factor de potencia en vacío y las pérdidas constantes. Estas medidas intervienen
en el cálculo del rendimiento del motor.
REALIZACIÓN
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
Rt
A
P
Rt
A
M
�
�
A
�
�
U1
V1
A2
W1
M
DT
3
M
A1
K
L
�
3
R3
3
2
1
3
2
1
2
1
Fig. 48.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 180 de 245
PRÁCTICA Nº48 - Ensayo en vacío
1. Con la conexión de las resistencias rotóricas abierta y el rotor bloqueado, medir la tensión
entre dos bornas del bobinado inducido.
Calcular la relación de transformación del bobinado inductor inducido.
2. Con un amperímetro conectado en la resistencia rotórica, deducir el deslizamiento del motor
en vacío.
3. Soltar un hilo de la conexión del bobinado del rotor y deducir el nuevo deslizamiento.
4. Anotar los valores que se indican en la tabla nº 48
W0=
I0=
cos φ0 =
Tabla nº 48
CUESTIONARIO
1. ¿Cuánto valen las pérdidas totales del motor en vacío?
2. ¿Qué porcentaje corresponde a las pérdidas variables debidas al calentamiento en vacío? ¿Se
pueden despreciar?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 181 de 245
PRÁCTICA Nº49 - ENSAYO EN CARGA
DESCRIPCIÓN
Como siempre, se utiliza una dinamo conectada en excitación independiente alimentando una
resistencia para producir el par resistente. La potencia mecánica entregada por el motor es igual a la
recibida por la dinamo compuesta de tres partes:
W - potencia eléctrica
p2 - pérdidas constantes
p1 - pérdidas variables
L1
I>
L2
I>
L3
I>
ESQUEMA GENERAL
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
Rt
A
P
+
Rt
A
M
I
�
IA
�
�
U1
V1
A2
W1
G
3
R3
M
K
L
3
3
3
2
1
2
1
VA
A1
A2
A
M
DT
A
3
V
R1
2
1
A1
2
1
Fig. 49.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 182 de 245
PRÁCTICA Nº49 - Ensayo en carga
REALIZACIÓN
1. Ajustar el relé térmico a la corriente máxima del motor.
2. El valor p2 se ha calculado en la práctica nº 20.
3. Anotar en la tabla nº 49 las magnitudes que allí se indican. Modificar el valor de R1 desde un
máximo a un mínimo hasta alcanzar la potencia máxima del motor.
4. Realizar el ensayo para tres valores de R.
R = ∞ circuito abierto
R = 0 y R = 20Ω
5. Trazar las siguientes curvas, en una misma gráfica nº 49 .a, para dos valores de R3
n = f(Wm)
Velocidad en función de la potencia suministrada.
I = f(Wm)
Corriente absorbida en función de la potencia suministrada.
μ = f(Wm)
Rendimiento en función de la potencia suministrada.
6. Trazar en otra gráfica nº 49 .b para dos valores de R3
T = f(n)
Par útil en función de la Velocidad.
I = f(n)
Corriente absorbida en función de la velocidad.
0
1/9
2/9
3/9
4/9
5/9
6/9
7/9
8/9
Nominal
I (A)
n (rpm)
cos φ
W (W)
IA (A)
VA (V)
P2 (W)
P1 (W)
P1+P2+IA·VA= Wm (W)
Tm = Wm/w (Nm)
μ (%)
Tabla nº 49
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 183 de 245
PRÁCTICA Nº49 - Ensayo en carga
���������������
�����
������
Gráfica nº 49.a
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 184 de 245
PRÁCTICA Nº49 - Ensayo en carga
�����
������
�������
Gráfica nº 49.b
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 185 de 245
MOTOR ASÍNCRONO MONOFÁSICO
DESCRIPCIÓN GENERAL
Se ha visto en el capítulo MOTORES ASÍNCRONOS que el funcionamiento de un motor trifásico, se basa
en la acción ejercida sobre los conductores del rotor por el flujo giratorio creado por el bobinado del
estator al ser recorrido por un sistema de corrientes apropiado.
El motor monofásico dispone de una sola fase en el bobinado del estator, que recorrida por una corriente
senoidal, crea un flujo de dirección constante, aunque invierte de signo cada alternancia.
El valor instantáneo del flujo depende de la corriente instantánea y es, por eso, senoidal y de sentido
constante.
φ = φmax ⋅ sen ω t
donde:
Φmax : flujo correspondiente a la corriente máxima
w : pulsación de la corriente de alimentación
�max
�max
�
2
2
2
2
�max
�max
�max
�max
�
�
�max
�max
�
2
2
� �
(a)
�
(b)
(c)
�max
�max
2
2
�max
�max
�
2
2
2
2
�max
(d)
�max = 0
�max
�max
�max
(e)
(f)
Fig. 12.0
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 186 de 245
Motor asíncrono monofásico
Se obtiene el mismo resultado suponiendo que el flujo total 0 de sentido único, está creado por dos
flujos de valor máximo Φmax/2 que giran en sentidos opuestos con una velocidad n tal que:
ω = 2 ⋅π ⋅ n
φ=
φmax
φ
⋅ sen 2π nt + max ⋅ sen (−2π nt ) =
2
2
= φmax ⋅ sen 2π nt = φmax ⋅ sen ω t
Hay que insistir en que cada uno de los flujos giratorios se supone tiene un flujo máximo constante y
es giratorio con una velocidad angular w
De la misma forma que con un motor trifásico, este campo magnético puede arrastrar a un motor en
cortocircuito (jaula de ardilla) imprimiéndole un movimiento de giro.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 187 de 245
Motor asíncrono monofásico
PROCESO DE ARRANQUE
En el momento de arranque, el rotar se ve atraído con igual intensidad por los dos campos magnéticos.
Por sí solo no tiene capacidad para arrancar. Aplicando un pequeño esfuerzo, que le imprime un cierto
movimiento, el rotar queda sincronizado en uno de los dos sentidos, con un cierto deslizamiento y
continua girando indefinidamente.
El procedimiento de arranque automático consiste en crear dos flujos senoidales desplazados un cierto
ángulo eléctrico, a poder ser 90°, que actúan con un desfase geométrico de 90°
Del mismo modo que en una red trifásica, se consigue un flujo resultante de valor máximo constante
con un sentido de giro. Figura 12.b.
La mayoría de los motores monofásicos se fabrican con un bobinado auxiliar que posibilita el proceso
de arranque.
�p
�p �a
1
2
3
�a
t
4
�4
�1
�3
�2
Fig. 12.b
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 188 de 245
Motor asíncrono monofásico
Según el procedimiento de arranque existan varios tipos de motores monofásicos. Figura 12.c.
Np
Np
Na
Na
Ip
Ip
Ia
Ia
(a)
(b)
(c)
Fig. 12.c
a. El inductor contiene dos bobinados independientes.
- bobinado principal Np
- bobinado auxiliar Na que presenta mucha mayor impedancia que Np. La corriente la está
retrasada un cierto ángulo con Ip que es suficiente para dar lugar al campo magnético
giratorio.
b. Es la constitución más utilizada en los motores monofásicos. Por medio de un condensador C
la corriente Ia está adelantada respecto a Ip originando el campo giratorio.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 189 de 245
Motor asíncrono monofásico
c. Es una configuración usada para motores muy pequeños. Consiste en colocar una espira de
sombra en el entrehierro del inductor.
En ninguno de los casos se consigue un desfase entre los flujos de 90° pero, sin embargo, es
suficiente para realizar el arranque.
Una vez conseguida la velocidad nominal se puede eliminar la conexión del bobinado auxiliar.
A veces se utilizan interruptores centrífugos.
Para invertir el sentido de giro, hay que invertir las conexiones de sólo uno de los bobinados.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 190 de 245
PRÁCTICA Nº50 - MOTOR MONOFÁSICO DE
INDUCCIÓN. PUESTA EN MARCHA
DESCRIPCIÓN
Hay que alimentar al mismo tiempo el bobinado principal y el auxiliar para posibilitar el proceso de
arranque.
La forma de alimentación es la misma que para motores trifásicos mediante un contactar A y protección
con relé térmico.
ESQUEMA GENERAL
L1
L2
Rt
1
3
2
4
1
3
5
2
4
6
PA
A
Rt
A
MA
A
A1
A2
U1
V1
U1
V1
M
U2
C
V2
1
C
Fig.50.1
CUESTIONARIO
1. ¿Qué sucede si se elimina la conexión del bobinado auxiliar antes de arrancar el motor?
2. ¿Qué sucede si en esta situación se da un impulso manual en un sentido cualquiera al rotar?
3. Una vez arrancado el motor, ¿se puede eliminar la conexión del bobinado auxiliar?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 191 de 245
PRÁCTICA Nº51 - ARRANQUE DEL MOTOR
MONOFÁSICO, DESCONEXIÓN DEL BOBINADO
AUXILIAR
DESCRIPCIÓN
Los motores que llevan alimentado el bobinado auxiliar a través de un condensador, no llevan
dispositivo de desconexión para después del proceso de arranque.
En algunos motores de configuración tipo 12 c(a), según la descripción general, se utilizan dispositivos
centrífugos de desconexión.
En este ejercicio, puramente ilustrativo, se utiliza un temporizador RT que después de un tiempo de
realizado el arranque, desconecta el contactor B y el bobinado auxiliar.
L2
I>
L3
I>
L1
I>
ESQUEMA GENERAL
1
3
1
3
2
4
P
Rt
MA
A M
B
A
2
Rt
4
1
3
5
2
4
6
A
A1
A2
U1
A1
Rt
A2
R
A1
A2
R
B
A1
A2
U2
C
V1
R
V2
C
Fig. 51.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 192 de 245
PRÁCTICA Nº52 - ENSAYO EN VACÍO
DESCRIPCIÓN
Permite, del mismo que en los motores trifásicos, calcular el factor de potencia en vacío y las pérdidas
constantes.
Estas medidas intervienen en el cálculo del rendimiento.
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
L1
L2
N
V
A
IO
W
U1
DT
V1
M
1
U2
V2
Fig. 52.1
W0 =
I0 =
f . p. =
Vo ⋅ Io
Wo
CUESTIONARIO
1. ¿Cuáles son las pérdidas totales del motor en vacío?
2. ¿Qué porcentaje corresponde a las pérdidas variables debidas al calentamiento resistivo?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 193 de 245
PRÁCTICA Nº53 - ENSAYO EN CARGA
DESCRIPCIÓN
Se utiliza una dinamo conectada con excitación independiente que alimenta una carga resistiva
variable, para ofrecer un par resistente a la máquina.
En todo momento, la potencia mecánica entregada por el motor es igual a la potencia absorbida por
la dinamo que se compone de tres partes:
VA·IA:
Potencia eléctrica suministrada a la resistencia
p2:
Pérdidas constantes deducidas al hallar la característica en vacío haciendo trabajar la
máquina como motor. Dependen ligeramente de la velocidad. Práctica nº 20.
p1:
Pérdidas variables que son principalmente re. IA2
El par motor Tm es igual al par resistente Tr , siendo:
V ⋅I + p + p
T =T = A A 2 1
M
r
ω
VA ⋅ I A + p2 + p1
w : radianes/seg.
Tr: Newton x m
Cuando se dispone de una dinamo balance o máquina equivalente, se puede deducir directamente
la magnitud del par motor.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 194 de 245
PRÁCTICA Nº53 - Ensayo en carga
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
L1
L2
1
3
2
4
1
3
5
2
4
6
A
Rt
+
Rt
A
IA
V
U1
DT
A2
V1
M
1
PA
A
U2
G
VA
R1
2
V2
A
MA
3
V
1
A1
A
A1
A2
Fig.53.1
1. Ajustar el relé térmico a la corriente máxima del motor.
2. El valor de p2 se consulta en la característica en vacío deducida funcionando como motor.
Práctica nº 20.
3. Anotar en la tabla nº 53, las magnitudes que allí se indican. Modificar el valor de R1 desde un
máximo a un mínimo hasta alcanzar la potencia máxima del motor.
4. Una vez alcanzada la velocidad nominal, se puede suprimir la conexión del bobinado auxiliar.
Repetir el ensayo en estas condiciones, anotando los resultados en la misma tabla nº 53.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 195 de 245
PRÁCTICA Nº53 - Ensayo en carga
5. Trazar las siguientes gráficas:
53.a
53.b
53.c
W = f(Wm)
Potencia absorbida en función de la potencia suministrada.
T = f(Wm)
Par útil en función de la potencia suministrada.
n = f(Wm)
Velocidad en función de la potencia suministrada.
I = f(Wm)
Corriente absorbida en función de la potencia suministrada.
μ = f(Wm)
Rendimiento en función de la potencia suministrada.
T = f(n)
Par útil en función de la velocidad.
I = f(n)
Corriente absorbida en función de la velocidad.
0
1/9
2/9
3/9
4/9
5/9
6/9
7/9
8/9
Nominal
I (A)
IA (A)
VA (V)
P2 (W)
P1 (W)
IA·VA+P1+P2=Wm (W)
Tm = Wm/w (Nm)
cos ρ·μ = Wm/V·I
Tabla nº 53
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 196 de 245
PRÁCTICA Nº53 - Ensayo en carga
�������������������
�������
������
Gráfica nº 53.a
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 197 de 245
PRÁCTICA Nº53 - Ensayo en carga
�����
�����
������
Gráfica nº 53.b
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 198 de 245
PRÁCTICA Nº53 - Ensayo en carga
I (A)
������
�������
Gráfica nº 53.c
CUESTIONARIO
1. Explicar cuantitativamente por qué aumenta el factor de potencia con la potencia del motor.
2. ¿Cómo se puede invertir el sentido de giro de un motor monofásico?
3. ¿Por qué la potencia de un motor monofásico es menor que uno trifásico para unas mismas
dimensiones?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 199 de 245
UTILIZACIÓN DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON
ALIMENTACIÓN MONOFÁSICA Y CONDENSADOR
DESCRIPCIÓN GENERAL
Los diferentes acoplos de las fases de un motor asíncrono trifásico posibles para hacerlo funcionar con
una red monofásica con condensador se indican en la figura 13.a.
C
C
C
C
Ur
Ur
Ur
Ur
(a)
(b)
(c)
(b)
K=1
K=2
K=3
K=4
Fig. 13.a
El procedimiento general consiste en crear un bobinado principal y otro auxiliar cuya corriente esté
desfasada aproximadamente 90° con respecto a la primera.
Si consideramos el número de espiras de la fase principal Np y auxiliar Na ligados por la relación:
a=
Np
Na
Se demuestra que el par máximo Tmax del motor será tanto mayor cuanto más elevado sea K.
En el funcionamiento con tensión monofásica, la potencia obtenida en el árbol del motor, será
sensiblemente igual al 75% de la potencia útil obtenida con tensión trifásica de igual magnitud.
Los acoplos más ventajosos de la figura 13.a son los b y d. En estos dos acoplos, el valor de K es el
mayor.
El motor trifásico utilizado sobre una red monofásica con condensador, permite una gama de utilización
muy grande para un par definido. Permite regular el valor del par de arranque en la puesta en servicio
sin más que variar la capacidad a valores bien determinados que nos pueden dar un margen de 50%
a 25% del par nominal.
Para este ejercicio se puede utilizar el condensador C = 25μF adosado al motor de inducción monofásico
AL-106.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 200 de 245
PRÁCTICA Nº54 - ENSAYO EN CARGA
DESCRIPCIÓN
Se utiliza como par resistente una dinamo conectada en excitación independiente que alimenta una
carga resistiva variable.
En todo momento, la potencia mecánica entregada por el motor, es igual a la potencia total absorbida
por la dinamo, que se compone de tres partes:
VA·IA:
Potencia eléctrica suministrada a la resistencia
p2:
Pérdidas constantes deducidas en el ensayo en vacío
p1:
Pérdidas variables que son principalmente RI2
El par motor Tm es igual al par resistente Tr , siendo:
V ⋅I + p + p
T =T = A A 2 1
m
r
ω
Las unidades son:
V ⋅ I + p + p - watios
A A
2 1
w - radianes/segundo
Tr - Newtons x metro
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 201 de 245
PRÁCTICA Nº54 - Ensayo en carga
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
L1
L2
+
1
3
2
4
1
3
5
2
4
6
A
Rt
U1
A
V1
W1
A2
G
M
DT
Rt
IA
A
3
VA
PA
3
V
R1
2
A
MA
1
A1
A
A1
A2
Fig.54.1
1. Configuración d. (Figura 13.a - Capítulo UTILIZACIÓN DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON
ALIMENTACIÓN MONOFÁSICA Y CONDENSADOR).
Ajustar el relé térmico a la corriente máxima del motor.
2. El valor de p2 se consulta en la característica en vacío, deducida funcionando la máquina
como motor. Práctica nº 20.
3. Anotar en la tabla nº 54, las magnitudes que allí se indican. Modificar el valor de R1 desde un
máximo a un mínimo, hasta alcanzar la potencia máxima del motor.
4. Repetir el ensayo con la configuración C, utilizando los mismos gráficos.
5. Trazar las siguientes características:
54.a
54.b
n = f(Wm)
Velocidad en función de la potencia suministrada.
I = f(Wm)
Corriente absorbida en función de la potencia suministrada.
T = f(n)
Par útil en función de la velocidad.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 202 de 245
PRÁCTICA Nº54 - Ensayo en carga
0
1/9
2/9
3/9
4/9
5/9
6/9
7/9
8/9
Nominal
I (A)
n (rpm)
V (V)
IA (A)
VA (V)
P2 (W)
P1 (W)
IA·VA+P1+P2=Wm (W)
Tm = Wm/w (Nm)
μ · cos ρ = Wm/V·I
Tabla nº 54
�����
�������
������
Gráfica nº 54.a
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 203 de 245
PRÁCTICA Nº54 - Ensayo en carga
������
�������
Gráfica nº 54.b
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 204 de 245
TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS
DESCRIPCIÓN GENERAL
Un transformador se puede considerar como una máquina eléctrica que transfiere energía de una a
otra red, con un mínimo de pérdidas, modificando tensiones y corrientes.
CONSTITUCIÓN:
Un transformador monofásico se compone:
a. Un circuito magnético.
b. Un arrollamiento primario de ni espiras alimentado con una tensión V1
c. Un arrollamiento secundario de n2 espiras con una tensión V2. El flujo que abarca a ambos
circuitos es el mismo.
i2
n1
i1
n2
R2
U1
V2
V1
R1
U2
n1
V1
n2
V2
Fig. 14.a
En los cálculos siguientes se denomina:
R1: Resistencia del arrollamiento primario.
R2: Resistencia del arrollamiento secundario.
i1: Intensidad instantánea del primario.
i2: Intensidad instantánea del secundario.
a: Relación de transformación
a=
n1
n2
L1: Inductancia de fugas del primario.
L2: Inductancia de fugas del secundario.
I10: Corriente de vacío del primario.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 205 de 245
Transformadores trifásicos
Para una correcta determinación de las características de un transformador, se han de realizar los
siguientes ensayos:
1. Ensayo de vacío
2. Ensayo en cortocircuito
3. Ensayo en carga
CONCEPTOS BÁSICOS
a. Relación de transformación. a
Por relación de transformación, se entiende el cociente entre el número de espiras del
primario y el número de espiras del secundario.
a=
n1
n2
b. Resistencias v autoinducciones de los arrollamientos. R y L
Todo arrollamiento, tiene una impedancia propia, compuesta por una resistencia y una
autoinducción, que producirán pérdidas por efecto Joule, así como desfases de las corrientes
con respecto a las correspondientes f.e.m.
1. Funcionamiento en vacío en régimen sinusoidal (i2 = 0)
En notación vectorial, se puede escribir la ecuación en vacío de un transformador.
Figura 14.b.1.

  
dφ
V1 = R1  I10 + jL1  wI10 + jn1
dt
o bien:
   
V1 = R1  I10 + jX 1 I10 + jE1
donde:
X1 = L1w - reactancia del arrollamiento primario
R1 y L1 son despreciables frente a n1·dΦ/dt, lo que entraña que dΦ/dt está retrasado 90º con
respecto a la tensión V1. Por efecto del fenómeno de histéresis en el hierro, el flujo no es
totalmente senoidal.
Además, aparte de las debidas al efecto Joule, se producirán pérdidas por corrientes de
Foucault y por histéresis.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 206 de 245
Transformadores trifásicos
R1
L1
I10
I10
In
Ig
E1
Xn
Rg
(2)
(3)
I10
V1
V1
E1
(1)
Fig. 14.b
Figura 1. Circuito equivalente de transformador en vacío
Figura 2. Aproximación que desprecia L1 y R1
Figura 3. Circuito equivalente del esquema idealizado Y
En el circuito equivalente del transformador idealizado existen, por tanto, dos corrientes:
In = I10 . sen φ0 corriente magnetizante
Ig = I10 . cos φ0 corriente de pérdidas en vacío (histéresis, Foucault, Joule)
que corresponden a una reactancia:
Xn =
V1
In
supuesta en paralelo con una resistencia:
Rg =
V1
Ig
siendo φ0 el factor de potencia del primario del transformador en vacío. Figura 14.c.
Ig
�a
V1
In
Fig.14.c
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 207 de 245
Transformadores trifásicos
Resultado de la transformación en vacío
Si se desprecian los valores de R1 y L1, se cumple la siguiente igualdad:

 
dφ
V1 = E1 = jn1
dt
Tanto el devanado primario como el secundario, son atravesados por el mismo número de
líneas de fuerza, por tanto, el valor del flujo es el mismo en ambos devanados.

 
dφ
V2 = E2 = jn2
dt
 
V1 E1 n1
 =  = = a
V2 E2 n2
2. Funcionamiento en carga a tensión de Primario Constante
Es el régimen de funcionamiento normal del transformador. En este caso, no son
despreciables los valores de R y L, ya que las corrientes son apreciables.
Se pueden establecer unas ecuaciones representativas de este régimen de funcionamiento.
Figura 14.e .
   
V1 = R1 I1 + jX 1 I1 + E1
   
E2 = V2 + R2 I 2 + jX 2 I 2
 
E1 = aE2

  I 2
I1 = I10 +
a
E
I1
[2]
I10
I2
a
�
Fig. 14.d
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 208 de 245
Transformadores trifásicos
Circuito equivalente
R1
I2
X1
I1
V1
Ig
In
Rg Xn
R2
X2
a
I2
E1
E2
n1
V2
Z
n2
Fig. 14.e
Traslación de parámetros
Para el estudio del circuito equivalente de un transformador, resulta más sencillo trabajar
únicamente con un circuito eléctrico, bien el primario o bien el secundario.
Para hacer factible esta solución, se refieren todos los datos del secundario al primario, o
viceversa.
Si se considera:
I10 = 0
I2
= I '2
a
E1 = E2 a = E '2
I1 =
R '2 = R2 a 2
X '2 = X 2 a 2
Se utilizará la siguiente nomenclatura:
R e1 = R1 + R '2
X e1 = X 1 + X '2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 209 de 245
Transformadores trifásicos
La ecuación del transformador trasladado al primario, así como su circuito equivalente se
representa en la figura 14.f.
Re1
Xe1
I1
Z’C
V’2 = a-V2
V1

 
V1 = ( Re1 + jXe1 ) I1 + aV2
Fig. 14.f
[5]
donde:
Re1 es la resistencia equivalente vista desde el primario, y Xe1 es la reactancia equivalente
vista desde el primario.
Se puede perfeccionar más este circuito equivalente, teniendo en cuenta el circuito idealizado
de magnetización Y. El circuito equivalente así descrito, será el de la figura 14.g.
X1
R1
I10
I1
V1
R’2
E1
X’2
I’2
E’2
V’2
Z’C
Fig. 14.g
Las ecuaciones indicativas del mismo son, por tanto:

 
V1 = ( R1 + jX 1 ) I1 + E1
 
E1 = E '2
  
I1 = I10 + I '2

 
E '2 = ( R '2 + jX '2 ) I '2 + V '2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 210 de 245
Transformadores trifásicos
3. Ecuación del transformador trasladado al secundario
Por un procedimiento análogo al precedente, se demuestra que la ecuación del
transformador trasladado al secundario es:

 V1

V2 = − ( Re2 + jXe2 ) I 2
a
con:
R1 Re1
=
a2 a2
X
Xe
X 2 = X 2 + 21 = 21
a
a
Re2 = R2 +
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 211 de 245
PRÁCTICA Nº55 - ENSAYO EN VACÍO
DESCRIPCIÓN
Este ensayo permite determinar, la relación de transformación
a=
n1 V1
=
n2 V2
P0, potencia en vacío; representa las pérdidas en el hierro, por histéresis y corrientes de Foucault, y
pérdidas por efecto Joule (R1 .I102), que en general son despreciables.
Conociendo el cos φ0, se pueden determinar los parámetros del circuito idealizado Y, así como la
distribución de la corriente de vacío por las dos ramas componentes del mismo.
In = I10. sen φ0
Ig = I10. cos φ0
REALIZACIÓN
ESQUEMA GENERAL
W
A
V1
I10
V10
n1
V
V
Fig. 55.1
1. Medir, para diferentes valores de V1 comprendidos entre 0 y 220V., los valores de V2
correspondientes, P0 potencia absorbida en vacío e ha corriente en vacío.
Anotar los resultados en la tabla nº 55.
2. Calcular la relación de transformación, que debe ser independiente de la tensión de
alimentación V1
3. Trazar la curva P0 = f(V1). Interpretar la misma. Determinar Xn y Rg para V10 = 200V.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 212 de 245
PRÁCTICA Nº55 - Ensayo en vacío
V10 (V)
V20 (V)
P10 (W)
I10 (A)
a
Tabla nº 55
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 213 de 245
PRÁCTICA Nº56 - ENSAYO EN CORTOCIRCUITO (V2=0)
DESCRIPCIÓN
La ecuación del transformador en cortocircuito se deduce de la ecuación (5) del estudio teórico del
transformador haciendo V2 = 0 y llamando I1cc a la corriente en cortocircuito del primario.
  
V1 = Re1  I 1 cc + jXe1  I 1 cc
con:
Re1 = R1 + a 2  R2
Xe1 = X 1 + a 2  X 2
Este ensayo permite determinar:
- Las pérdidas por efecto Joule en el transformador en carga. La tensión en el primario debe ser muy
pequeña para que la corriente no sobrepase la nominal. Por consiguiente, el flujo es pequeño y
las pérdidas en el hierro en cortocircuito son despreciables.
Pcc ≈ 0
- Se puede, por tanto, mediante este ensayo, calcular indirectamente la resistencia y la reactancia
del circuito equivalente.
P1cc = Re1  I1cc 2 = Re1
I 2 cc 2
a2
Conociendo el cos φ0, se puede determinar la Xe1
Xe1 = Re1 · tg φcc
También puede calcularse la tensión de cortocircuito en % :
ε cc =
V1cc
x100
V1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 214 de 245
PRÁCTICA Nº56 - Ensayo en cortocircuito
Valor de Re1 y Xe1
Escribiendo en forma vectorial la ecuación del transformador en cortocircuito.



 
V1 = Re1  I1cc + Xe1  I1cc = Re12 + Xe12  I1cc = Ze1  I1cc
Conociendo Re1 por la ecuación (2) se puede deducir Xe1:
V1
Xe1 = Ze − Re
2
1
Xe1 . I1cc
2
1
Re1 . I1cc
Fig.56.1
ESQUEMA DE MONTAJE
W
0 < V1 << 230V
V1
I1cc
A
V10
I2cc
A
V
n1
n2
Fig.56.2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 215 de 245
PRÁCTICA Nº56 - Ensayo en cortocircuito
REALIZACIÓN
1. Aumentar paulatinamente la tensión aplicada al primario, V1, aumentando con ello la
corriente del secundario desde el valor 0 hasta el valor nominal de I2 a plena carga. (Este valor
máximo se puede determinar a partir de la potencia aparente del transformador).
Hay que tener mucha precaución para limitar el valor máximo de la corriente en
cortocircuito, de forma que la lectura en los amperímetros no debe sobrepasar el valor
nominal predeterminado.
2. Medir, para varios valores de V1cc, los valores correspondientes de I1cc, I2cc y P1cc. Como dato de
referencia, tomar una variación de I2cc desde su valor nominal hasta un valor nulo. Anotar los
resultados en la tabla nº 56.
3. Determinar ahora Re1 y Xe1 de la forma explicada anteriormente.
4. Trazar las curvas:
P1cc = f(I1cc)
y
V1cc = f(I2cc)
sobre el mismo gráfico.
Nominal
3/4
1/2
1/4
0
I2cc (A)
I1cc (A)
V1cc (V)
P1cc (W)
εcc
Tabla nº 56
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 216 de 245
PRÁCTICA Nº56 - Ensayo en cortocircuito
��������
��������
��������
Gráfica nº 56
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 217 de 245
PRÁCTICA Nº57 - ENSAYO EN CARGA
Este ensayo permite medir la potencia p2 en el secundario, que será útil para el cálculo del rendimiento.
Además, se podrá trazar V2 = f(I2) para distintos valores del cos φ en la utilización.
Para cargas importantes, se tiene simplemente:
I2
=a
I1
ESQUEMA GENERAL
A1
W1
A2
V1
W2
V2
n1
ZC
n2
Fig. 57.1
En todo el ensayo es preciso mantener la tensión del primario constante para cualquier valor de la
carga. Si es necesario, modificar el cursor del variador de la tensión de entrada.
REALIZACIÓN
Caso 1º. φ = 0 cos φ = 1
El receptor está compuesto por un reostato.
Haciendo variar la carga, medir P1, I1, P2, I2 con V1 = 230V. Anotar los valores en la tabla
nº 57.1. (Comprender los valores de I2 entre 1/10 y su valor nominal).
1/10
2/10
3/10
4/10
5/10
6/10
7/10
8/10
9/10
Nominal
I2 (A)
I1 (A)
V1 (V)
V2 (V)
P1 (W)
P2 (W)
Tabla nº 57.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 218 de 245
PRÁCTICA Nº57 - Ensayo en carga
Caso 2º. φ = 60º cos φ = 1/2
El receptor está compuesto de un reostato en paralelo con una inductancia.
Se consigue φ = 60º cuando:
P2
1
=
V2  I 2 2
Medir I1, I2, V1, V2, P1 y P2 con V1 = 230 y consiguiendo unos valores de I2 comprendidos entre 1/10
y su valor nominal.
Anotar los resultados en la tabla nº 57.2.
1/10
2/10
3/10
4/10
5/10
6/10
7/10
8/10
9/10
Nominal
I2 (A)
I1 (A)
V1 (V)
V2 (V)
P1 (W)
P2 (W)
Tabla nº 57.2
- Medir los valores R1 y R2 de los arrollamientos primario y secundario mediante un óhmetro.
- Trazar la curva V2 = f(I2) para φ = 0 (sobre la misma gráfica nº 56 de la práctica anterior) V1cc =
f(I2cc).
- Calcular la relación:
I2
=
I1
- Calcular Re1 con los valores obtenidos anteriormente Re1 = R1 + K2 . R2
CUESTIONARIO
1. ¿Qué método se utiliza para calcular R1 y R2?
2. ¿Hacia qué valor tiende la relación I1/I2 cuando I2 se hace muy grande?. ¿Por qué?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 219 de 245
PRÁCTICA Nº58 - DIAGRAMA DE KAPP - CAÍDA DE
TENSIÓN
DESCRIPCIÓN
Cuando un transformador es de gran potencia existen inconvenientes de forma para realizar los ensayos
directamente. Se recurre a métodos indirectos para el cálculo de los parámetros más interesantes del
transformador.
La ecuación del circuito equivalente del transformador visto desde el secundario es:

V1 Re1 
Xe  
= 2 I 2 + j 21 I 2 + V2
a
a
a
R e1
a2
Xe1
a2
I2
V1
a
V2
Fig. 58.1
La representación de esta ecuación se llama diagrama de Kapp. Permite determinar la caída de tensión
del secundario para una intensidad I2 dada y un desfase φ2 del receptor.
Construcción
a. Se construye a partir del triángulo OAB o triángulo de cortocircuito a partir del ensayo en ,
cortocircuito. En efecto, cuando V2 = 0, en cortocircuito, la ecuación del transformador vista
desde el secundario se puede escribir:

V1cc Re1 
Xe 
= 2 I 2 cc + j 21 I 2 cc
a
a
a
semejante a tres vectores
  
OB = OA + AB
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 220 de 245
PRÁCTICA Nº58 - Diagrama de Kapp - Caída de tensión
Se ha visto que:
Pcc
=
1
Re
I cc 2
2 2
a
luego:
 Re
Pcc
OA = 21 I 2 cc = 1
a
I 2 cc

 V cc
OB = 1
a
También se puede calcular el triángulo OAB conociendo Re y Xe.
b. A partir de B se traza la recta Bx paralela a OA y Bt desfasada φ2 con respecto a Bx.
M
t
V2
B
�2
X
V1cc
a
O
re
a2
Xc
a2
. I2cc
. I2cc
A
Fig. 58.2
c. Con centro en O se traza un arco de radio V1/a que corta a Bt en M. La cantidad BM es la
tensión secundaria del transformador que suministra la corriente I2 en un receptor de factor
de potencia cos φ2
La caída de tensión es:

V 1    
− V 2 = ∆U = OM − BM
a
REALIZACIÓN
Realizar el diagrama de Kapp y calcular la caída interna en el transformador para el régimen
siguiente:
V1 = 230V
I2 = 60% y 100% nominal
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 221 de 245
PRÁCTICA Nº59 - DIAGRAMA DE KAPP APROXIMADO
DESCRIPCIÓN
Hay que señalar que el triángulo OAB es pequeño con relación a OM. Es, entonces, más preciso utilizar
el diagrama aproximado siguiente:
M
�
B
C
�2
D
O
A
Fig.59.1
Con centro en M se traza un arco de radio OM = V1/a
Se prolonga BM hasta la intersección con este arco C.
Como en un transformador, el ángulo α es siempre pequeño, la aproximación consiste en suponer:
 =ϕ
MOA
2
OC perpendicular a MC y MO
Siendo D la proyección de B sobre OM se puede escribir:
OD = BC = caída de tensión interna del transformador
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 222 de 245
PRÁCTICA Nº59 - Diagrama de Kapp aproximado
Simplificación:
B
C
V1cc
a
� cc
O
D
Xc. I
2cc
a2
�2
re . I
2cc
2
a
A
Fig. 59.2


Se traza el triángulo OAB y el círculo de diámetro OB. La cuerda OD que forma con OA un ángulo
φ2 corta la circunferencia en D.
OD es la caída de tensión buscada: es máxima para φ2 = φcc
REALIZACIÓN
Aplicar esta construcción a los dos casos de la práctica precedente y comparar entre sí los
resultados.
Para I = 60% Inominal , I = 100% Inominal
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 223 de 245
PRÁCTICA Nº60 - MÉTODO DE BOUCHEROT
DESCRIPCIÓN
Consiste en obtener el rendimiento y la caída de tensión del transformador a partir de los diferentes
ensayos realizados, partiendo de unas determinadas condiciones de carga.
REALIZACIÓN
1. Distribuir en una tabla tres columnas: una para potencia activa, una para potencia reactiva y
otra para potencia aparente.
2. Partiendo de la potencia entregada a la carga en un régimen de funcionamiento dado,
calcular en primer lugar las pérdidas en el cobre en el secundario.
Se conoce ya la potencia entregada al secundario.
3. A partir del ensayo de vacío, se conocen las pérdidas en el hierro.
Por tanto, se puede determinar la potencia entregada al hierro.
4. Se calcula la potencia perdida en el primario del transformador.
Se conoce ya la potencia entregada al transformador.
5. Calcular el rendimiento y la caída de tensión.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 224 de 245
PRÁCTICA Nº60 - Método de Boucherot
POTENCIA ACTIVA
POTENCIA REACTIVA
POTENCIA APARENTE
Potencia activa entregada a
la carga
P2 = V2 · I2 · cos φ2
Potencia reactiva entregada
a la carga
Q2 = V2 · I2 · sen φ2
Potencia aparente entregada
a la carga
S2 = V2 · I2
Pérdidas joule en secundario
Pcu2 = R2 · I22
Pérdidas pot. reactiva en
secundario
Qx2 = X2 · I22
Potencia activa entregada al
secundario
P21 = P2 + Pcu2
Potencia reactiva entregada
al secundario
Q21 = Q2 + Qx2
Pot. aparente entregada al
secundario
E2 = S 21 / I 2
S 21 = P212 + Q212
Potencia activa perdida en el
hierro
PFe =
Potencia reactiva perdida en
el hierro
Qμ =
Potencia activa entregada al
hierro
P12 = P21 + PFe
Potencia reactiva entregada
al hierro
Q12 = Q21 + Qμ
Potencia aparente entregada
al hierro
S12 = P12 2 + Q12 2
E1 = E2 a
I1 =
Pérdidas Joule en el primario
Pcu1 = R1 · I12
Potencia reactiva perdida en
el primario
Qx1 = X1 · I12
Potencia activa entregada al
transformador
P1 = P12 + Pcu1
Potencia reactiva entregada
al transformador
Q1 = Q12 + Qx1
cos ϕ1 =
P1
S1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
µ=
P2
P1
S12
E1
Pot. aparente entregada al
transformador
S1 = P12 + Q12
V1 =
S1
I1
Página 225 de 245
PRÁCTICA Nº61 - CONEXIÓN EN PARALELO DE
TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS
DESCRIPCIÓN
En algún caso puede interesar elevar la potencia suministrada a una red de distribución.
Hay dos posibles soluciones:
1. Cambiar el transformador actual por uno de mayor potencia.
2. Conectar, en paralelo con el actual, uno o varios transformadores.
Para poder realizar la conexión en paralelo de transformadores, se tienen que cumplir las condiciones
siguientes:
a. Idéntica relación de transformación
b. Conexión de la misma polaridad
c. Mismos índices de carga
a.
Idéntica relación de transformación
En caso de no poseer la misma relación de transformación, las tensiones de salida de ambos
transformadores, serán diferentes, por ]0 que circula una corriente a través de los secundarios,
con ]a consiguiente pérdida de potencia.
b.
Conexión de la misma polaridad
En dos arrollamientos afectados por un flujo común, dos extremos tienen igual polaridad
cuando simultáneamente poseen potenciales de igual signo en relación con los extremos
opuestos.
Un método para la determinación experimental de polaridades, se expone a continuación.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 226 de 245
PRÁCTICA Nº61 - Conexión en paralelo de transformadores monofásicos
Método de determinación por corriente alterna:
Se unen, al azar, un borne del arrollamiento primario, con otro del secundario. Se aplica una
tensión sinusoidal al primario. Ver figura 61.1.
Si:
V1 = V2 - V3
X e Y son de la misma polaridad.
Si:
V1 = V2 + V3
X e Y son de polaridad contraria.
V1
V
V3
V2
X
n1
n2
Y
Fig.61.1
c.
Mismos índices de carga
Se entiende por “índice de carga” de un transformador en un régimen de funcionamiento
dado, al cociente entre la corriente absorbida y la corriente nominal, multiplicado por la
tensión de cortocircuito en %
Ic =
I
ε cc
In
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 227 de 245
PRÁCTICA Nº61 - Conexión en paralelo de transformadores monofásicos
La relación entre los índices de carga de dos transformadores que se quieren conectar en
paralelo, viene dada por:
Ia
I
ε cca = b ε ccb
I an
I bn
donde:
Ian = Corriente nominal del transformador “a”
Ia = Corriente de régimen del transformador “a”
εcc = Tensión de cortocircuito en tanto por ciento
Para cumplir la relación anterior, se deberá verificar que:
εcca ≈ εccb
En caso de no darse esta condición, si uno de los transformadores está trabajando a plena
carga, el otro lo estará haciendo por debajo de sus posibilidades.
El conjunto no se puede cargar más, dado que el transformador que estaba trabajando en
condiciones nominales, se verá ahora sobrecargado.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 228 de 245
PRÁCTICA Nº61 - Conexión en paralelo de transformadores monofásicos
REALIZACIÓN
1. Comprobar que los dos transformadores tienen idéntica relación de transformación.
2. Comprobar la polaridad de ambos transformadores.
3. Conectar los según el esquema de la figura 61.2.
4. Medir las corrientes la, lb e lc para distintos valores de carga.
5. Realizar una tabla con los datos obtenidos.
A
Ib
A
A
Rc
Ic
Fig. 61.2
CUESTIONARIO
1. Si las relaciones de transformación y los índices de carga de ambos transformadores fuesen
exactamente iguales, ¿qué valor tendrían las corrientes por los secundarios Ia e Ib?. ¿Por qué?
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 229 de 245
PRÁCTICA Nº62 - ESTUDIO DEL TRANSFORMADOR
TRIFÁSICO
DESCRIPCIÓN
El estudio del transformador trifásico es similar al del monofásico. No obstante, es conveniente hacer
unas consideraciones sobre las formas de conexión de este tipo de transformaciones, con la respuesta
que ofrecen a cargas desequilibradas.
a. ESTRELLA-ESTRELLA
Se presentan dos clases de desequilibrios, bien entre fase y neutro, o bien entre fases.
El caso extremo de desequilibrio entre fase y neutro, es cuando hay una carga entre una de las
fases y neutro. Figura 62.1
PR.
A
B
C
I 1I
I1III
33.3A
33.3A
I1II
66.6A
I2
100A
a’
c’
b’
SC.
Zc
Fig. 62.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 230 de 245
PRÁCTICA Nº62 - Estudio del transformador trifásico
En el conjunto, las fuerzas magnetomotrices deben compensarse, sin embargo,
considerando las columnas independientes, se observa que en cada columna aparece una
fuerza magnetomotriz resultante del mismo sentido y de igual magnitud, es decir, que existen
tres flujos alternos que pulsan al mismo tiempo y que, al no disponer de camino de retorno, se
cierran por el aire a través de los dieléctricos y de la carcasa exterior.
Debido a estas fuerzas magnetomotrices, se inducen tensiones en cada fase que
se suman vectorialmente a las fuerzas electromotrices generadas por los flujos magnéticos
originales, resultando unas tensiones simples distintas en magnitud y fase a las originales, con
el consiguiente desplazamiento del neutro. Figura 62.2.
+33.3%
-66.6%
+100%
+33.3%
+33.3%
+33.3%
+33.3%
PR.
SC.
A
O
C
O‘
B
Fig. 62.2
Si el desequilibrio es entre fases, el caso más extremo es cuando hay una carga conectada
entre dos fases. En este caso, el diagrama de tensiones no se deforma. No hay más efectos
perjudiciales que un mal aprovechamiento del transformador.
La conexión estrella-estrella es la más empleada cuando se trata de cargas equilibradas, ya
que, además de ser menos voluminoso que la conexión triángulo, tiene la ventaja de disponer
de punto neutro. Permite la distribución a 4 hilos.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 231 de 245
PRÁCTICA Nº62 - Estudio del transformador trifásico
b. TRIÁNGULO-ESTRELLA
Esta conexión se recomienda cuando existen desequilibrios de importancia en la línea
secundaria.
En caso de cargas desequilibradas, no provoca la circulación de flujos magnéticos por el aire,
ya que el desequilibrio se compensa magnéticamente en las tres columnas. Figura 62.3.
PR.
116A
58A
A
PR.
58A
B
0A
C
58A
A
58A
58A
B
C
0A
58A
58A
a’
Zc
b’
c’
a’
b’
100A
c’
n
Zc
100A
SC.
SC.
(a)
(b)
Fig. 62.3
En la figura 62.3.a se muestra el reparto aproximado de corrientes cuando existe un
desequilibrio de 100A. entre dos fases secundarias.
La figura 62.3.b hace lo propio cuando el desequilibrio es entre una fase y el neutro.
La gran desventaja es que, al estar el primario en triángulo, si la tensión del mismo es elevada,
hace que el transformador sea muy voluminoso debido a que los aislantes son mayores.
c. ESTRELLA-ZIGZAG
Ya se ha visto que los transformadores en conexión estrella-estrella resultan eficaces
y presentan la ventaja de poder disponer de hilo neutro en el primario y secundario, sin
embargo tienen el inconveniente del mal funcionamiento con cargas desequilibradas. Para
evitarlo y sin perder ninguna de las ventajas citadas, se recurre a conectar los arrollamientos
secundarios en zig-zag.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 232 de 245
PRÁCTICA Nº62 - Estudio del transformador trifásico
Esta conexión, consiste en hacer que la corriente que circula por cada conductor activo del
secundario, afecte por igual y simultáneamente a dos fases primarias, por las cuales habrán de
pasar corrientes que se compensarán con las del secundario. Para lograr este fin, se dividen los
arrollamientos secundarios en dos mitades. Figura 62.4.
A
B
C
A
B
C
A
PR.
C
n
B
A
c’
SC.
b’
a’
a’
a’
b’
b’
c’
c’
Fig. 62.4
En el diagrama vectorial de la figura 62.4 se representan la distribución de las f.e.m.s.
secundarios.
Por otra parte, en la figura 62.5 se representan las distribuciones de corrientes en los casos de
máximo desequilibrio.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 233 de 245
PRÁCTICA Nº62 - Estudio del transformador trifásico
PR.
A
58A
B
PR.
C
A
58A
B
116A
58A
100A
C
58A
100A
100A
n
100A
Zc
a’
100A
b’
c’
n
a’
100A
Zc
100A
SC.
100A
b’
c’
SC.
Fig. 62.5
Obsérvese que en ninguno de los arrollamientos primarios circula corriente que no esté
compensada por una f.e.m. equivalente originada en el secundario.
REALIZACIÓN
1. Componer el esquema de la figura 62.6.a correspondiente a una transformación λλ con
desequilibrio entre fase y neutro en el secundario.
2. Observar y anotar corrientes y tensiones tanto en el primario como en el secundario del
transformador.
3. Observar mediante un osciloscopio las dos fases entre las tensiones simples del secundario,
así como su amplitud.
4. Componer el esquema de la figura 62.6.b correspondiente a una transformación estrellazigzag con desequilibrio entre fase y neutro del secundario.
5. Observar las diferencias existentes con el montaje anterior en cuanto a tensiones y corrientes.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 234 de 245
PRÁCTICA Nº62 - Estudio del transformador trifásico
ESQUEMA DE MONTAJE
L1
L2
L3
L1
L2
L3
Zc
Zc
(a)
(b)
Fig. 62.6
CUESTIONARIO
1. ¿Cuál de los dos tipos de transformadores descritos es aconsejable para la distribución de 4
hilos con cargas equilibradas?. Razonar la respuesta.
2. Determinar, para una misma relación de transformación, la potencia entregada a una misma
carga por los diversos tipos de transformadores estudiados en esta práctica.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 235 de 245
PRÁCTICA Nº63 - ACOPLAMIENTO EN PARALELO DE
TRANSFORMADORES
DESCRIPCIÓN
Con el fin de conseguir mayor potencia, se conectan dos transformadores en paralelo.
Para conectar en paralelo dos transformadores trifásicos es necesario que se cumplan las siguientes
condiciones:
a. Idéntica relación de transformación, para evitar que, aún en vacío, haya corrientes de
circulación entre secundarios.
b. Iguales tensiones de cortocircuito, para que el reparto de cargas sea homogéneo.
c. Igual índice horario, para que los valores instantáneos de las tensiones de bornas unidas sean
iguales.
DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE HORARIO DE UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO
Para la conexión en paralelo de varios transformadores, es necesario que ambos tengan el mismo
índice horario.
El índice horario es el desfase existente entre las tensiones simples del primario y del secundario.
Dicho ángulo de desfase, siempre va a ser múltiplo de 30°, por lo que es fácilmente comparable al
ángulo que forman las agujas de un reloj cuando señalan una hora exacta.
La manera más sencilla de comprender la determinación del índice horario, es mediante un ejemplo
práctico.
Las bobinas correspondientes al primario se señalan con letras mayúsculas y las correspondientes al
secundario, con letras minúsculas. Figura 63.1.
A
A
a
c
O
B
C
O
b
C
B
a
b
c
Fig.63.1
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 236 de 245
PRÁCTICA Nº63 - Acoplamiento en paralelo de transformadores
Se dibuja, al azar, un triángulo de tensiones del primario. A continuación se comparan las f.e.m. en las
columnas del secundario con su correspondiente en el primario.

 
Por ejemplo, la f.e.m. oa , tiene la misma dirección y sentido que OA , ob la misma dirección y sentido

que OB , etc ... Es decir, las f.e.m. simples del transformador, se encuentran en fase.


Tomando oa como manecilla pequeña de un reloj y OA como la grande, se lee el índice horario. El
montaje propuesto será:
Como ilustración a la teoría expuesta, se acompaña la resolución de otro ejercicio en la figura 63.2.
El circuito de la figura será, por tanto:
Δλ - 11
Obsérvese en ambos montajes, que se consideran f.e.m. del mismo sentido en una misma columna,
si ambas “entran” al núcleo o si ambas “salen” del mismo.
A
B
C
A
a
O
O
b
C
c
B
a
b
c
Fig. 63.2
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 237 de 245
PRÁCTICA Nº63 - Acoplamiento en paralelo de transformadores
REALIZACIÓN
1. Determinar el índice horario del montaje de la figura 63.3.
2. Comprobar que la relación de fases es correcta.
3. Conectar ahora los transformadores en paralelo.
4. Medir las corrientes de circulación por los secundarios de ambos transformadores, así como
las corrientes de carga, para diferentes valores de ésta.
5. Comprobar también las corrientes de línea.
ESQUEMA
L1
L2
L3
Fig. 63.3
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 238 de 245
PRÁCTICA Nº63 - Acoplamiento en paralelo de transformadores
CUESTIONARIO
1. Determinar el índice horario de los montajes de las figuras 63.4.a y 63.4.b.
A
B
C
a
b
c
A
a
(a)
B
b
C
c
(b)
Fig.63.4
2. Explicar qué ocurre si los dos transformadores que se conectan tienen distinto índice horario.
3. Si los índices horarios de dos transformadores a conectar en paralelo, se diferencian en
“cuatro horas” , 120°, ¿Se pueden conectar en paralelo? Explicar la forma de hacerlo.
4. ¿Pueden conectarse en paralelo dos transformadores con diferente configuración? Explicar
por qué. En caso afirmativo, poner un ejemplo.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 239 de 245
PRÁCTICA Nº64 - TRANSFORMACIÓN TRIFÁSICA HEXAFÁSICA
DESCRIPCIÓN
Aunque los sistemas de más de tres fases no se emplean en redes de distribución, tienen gran
importancia para la alimentación de conmutatrices y de rectificadores.
Los sistemas hexafásicos son los más interesantes, desde el punto de vista de su aplicación industrial,
ya que resultan fáciles de obtener. Figura 64.1.
360º
I
60º
60º
60º
60º
60º
60º
I
II
III
IV
V
VI
(V)
II
A
III
B
C
PR.
SC.
(I)
I
II
III
Rc
IV
V
VI
Fig.64.1
En la figura 64.1, se representa un sistema hexafásico que, como se puede apreciar, presenta un desfase
de 60° entre las tensiones del secundario.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 240 de 245
PRÁCTICA Nº64 - Transformación trifásica - hexafásica
Los tipos de conexión más importantes son:
1. CONEXIÓN HEXAFÁSlCA DIAMETRAL O EN DOBLE ESTRELLA
Se obtiene tal y como se indica en la figura 64.2.
PR.
A
B
C
A
N
a
b
c
C
B
U2
a
n
b’
I2
a’
I2
c
c’
b’
2
3
4
5
c’
V2
b
a’
V2
1
U2
6
n
SC.
Fig.64.2
Este tipo de conexión permite obtener conductor neutro desde el punto medio de la doble
estrella. Por ello, esta conexión es de las que más se utiliza en la alimentación de rectificadores
y conmutatrices.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 241 de 245
PRÁCTICA Nº64 - Transformación trifásica - hexafásica
2. CONEXIÓN HEXAFÁSlCA EN DOBLE TRIÁNGULO
En la figura 64.3 se indica esta forma de conexión, que está constituida por dos conexiones
trifásicas en triángulo, independientes entre sí y con sus fases en oposición.
El mayor inconveniente de este tipo de conexión es que no se obtiene conductor neutro.
PR.
A
B
C
A
N
a
b
c
C
B
U2
I2
c’
a
U
b’
a’
I2
b’
2
c’
c
V2
b
a’
V2
1
2
3
4
5
6
SC.
Fig. 64.3
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 242 de 245
PRÁCTICA Nº64 - Transformación trifásica - hexafásica
3. CONEXIÓN TRIFÁSICA-HEXAFÁSICA POLIGONAL O EN ANILLO
Tal y como se observa en la figura 64.4, se obtiene dividiendo en dos partes iguales cada fase
secundaria y uniendo sucesivamente en serie aquellas partes de los arrollamientos cuyas
f.e.m. están desfasadas 60°
Este tipo de conexión no permite obtener conductor neutro, lo que resulta el mayor
inconveniente para su empleo práctico.
PR.
A
B
C
A
N
a
b
c
N
C
B
U2
V 2 c’
I2
a
b’
a’
I2
c’
b’
=
U2
1
2
6
5
3
b
4
a’
c
V2
1
2
3
4
5
6
SC.
Fig. 64.4
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 243 de 245
PRÁCTICA Nº64 - Transformación trifásica - hexafásica
REALIZACIÓN
1. Componer el esquema de la figura 64.2.
2. Calcular y medir las tensiones y corrientes del secundario del transformador al conectar una
carga en sus bornas.
3. Repetir los apartados 1 y 2 con los montajes de las figuras 64.3 y 64.4.
CUESTIONARIO
1. ¿Por qué se utilizan en rectificación sistemas hexafásicos?
2. Explicar las principales aplicaciones de cada una de las conexiones descritas.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS CM-281 Manual de prácticas
Página 244 de 245
Copyright © Alecop S.Coop. 1999-2000
Aptdo. 81, Loramendi, 11
20500 MONDRAGÓN
(Gipuzkoa) ESPAÑA
Tel: + (34) 943 712405
Fax: + (34) 943 799212
www.alecop.es
e-mail:[email protected]
ALECOP
Enseignement Technique
ALECOP
Formaçao Tecnica e Profissional , Lda.
205 Grande Rue B.P.21
01121 Montluel Cedex
FRANCE
Tel. +(33) 472257122
Fax. +(33) 472257366
email: [email protected]
Av. 9 de Julho, 105-2.º Frente
2665-519 Venda do Pinheiro
PORTUGAL
Tel. +(351) 219862448
Fax. +(351) 219862307
email: [email protected]