contenido ut3

Máquinas Eléctricas (clave AEF-1040)

Contenido UT-3 Máquinas de Corriente Directa (C.D.).

Competencia específica a desarrollar:

Identificar los diferentes tipos de generadores y motores de corriente directa y sus

características.

Actividades de Aprendizaje: ¿Qué hacer para aprender?

1. Identificar los principios de la generación de una FEM inducida.

2. Identificar la construcción del generador de CD y su funcionamiento.

3. Analizar los diversos esquemas de generadores auto-excitados.

4. Analizar el efecto motriz y su relación para la producción del par en los motores de

CD.

5. Analizar y evaluar las características en vacío y con carga de la velocidad y el par.

6. Analizar el par de arranque de los diferentes tipos de motores de CD para la

aplicación de las cargas adecuadas.

Actividades de Aprendizaje Conceptual.

Para las respuestas a las preguntas siguientes, se recomienda consultar el libro:

Electricidad, de Harry Mileaf, Tomo 7, Editorial Limusa, en cada título del tema se

indican las páginas de consulta.

1. El motor eléctrico (1-10).

1. ¿Qué información aportaron los experimentos de Oersted sobre los efectos

magnéticos de la electricidad?

2. ¿Por qué no era práctico el primer motor de Faraday?

3. ¿Cuál es la regla de la mano derecha para motores?

4. ¿Cuál es la regla de la mano izquierda para motores?

5. ¿Qué es un par? ¿Por qué es importante para los motores?

6. ¿Qué es el plano neutro?

7. ¿Qué es un conmutador?

1

8. ¿Por qué son necesarios los conmutadores?

9. Dibuje el esquema de un motor elemental de c.c.

10. Describa brevemente cómo funciona el motor que dibujó para la pregunta 9.

2. Limitaciones del motor elemental de c.c. (12-22).

1. En el motor elemental de una sola espira, ¿por qué en el plano neutro no interactúa el

flujo de armadura con el campo?

2. ¿Por qué el motor de armadura con dos espiras arranca por sí solo?

3. ¿Funciona uniformemente un motor elemental con armadura de dos espiras?¿Por

qué?

4. Si se agregan espiras, ¿cómo se dispondrían los circuitos de espiras con un juego de

escobillas para que el motor funcione de manera uniforme?¿Por qué?

5. ¿Qué puede hacerse para obtener un funcionamiento uniforme con un motor de

espiras múltiples si no se usara la disposición de circuito de espiras en serie?

6. ¿Cuál es la desventaja de usar las escobillas para energizar a las espiras y alejarlas del

plano neutro? ¿Por qué ocurre esto?

7. ¿Por qué es aceptable e inocuo que una espira se conecte en corto en el plano neutro?

8. ¿Qué es reacción de armadura y por qué desplaza al plano neutro?

9. ¿En qué dirección se desplaza el plano neutro a causa de la reacción de armadura?

10. ¿Cómo contrarrestan los interpolos la reacción de la armadura?

3. Comparación entre motores y generadores (39-49)

1. Para las dos reglas diferentes usadas en motores y generadores, si dos dedos

correspondientes cualesquiera de cada mano señalan en la misma dirección, indique la

dirección en qué señalarán los terceros dedos.

2. Mencione en qué dirección se desplaza el plano neutro de los generadores a causa de

la reacción de la armadura.

3. ¿Cómo influye el sentido del desplazamiento del plano neutro (respuesta a la pregunta

dos) en el tipo de devanado usado en motores y generadores?

4. ¿Por qué produce un motor fcem?

2

5. ¿Cuál es el efecto de la fcem en los devanados de la armadura, respecto de la

resistencia del devanado?

6. ¿Por qué un aumento en la tensión aplicada a la armadura tiene poco efecto en la

velocidad del motor?

7. ¿Cómo contrarresta la fcem los cambios de carga?

8. ¿Qué ley describe la fcem? Enúnciela.

9. ¿Qué puede hacerse para cambiar la velocidad de un motor de c.c.?

10. ¿Qué describe la característica carga-velocidad de un motor?

4. Clasificación de los motores de c.c. (51-59).

1. ¿Cuál es la diferencia que hay entre los devanados de campo de los motores en

derivación y los motores de serie?

2. ¿Qué motor se debe usar para obtener una velocidad constante con cargas variables?

¿de serie o derivación? Dibuje el circuito eléctrico característico.

3. ¿Qué motor conviene usar para obtener alto par de arranque: ¿de serie o derivación?

Dibuje el circuito característico.

4. ¿Cuántos watts produce un caballo de fuerza?

5. ¿Cuál es la magnitud en unidades físicas (kg-m/seg) de un caballo de fuerza?

6. ¿Cuál motor es mayor: uno que tiene una entrada de 186.5 watts u otro cuya salida es

de ¼ de hp?

7. Si se tiene un motor con salida de 1 hp y 75% de eficiencia ¿cuánta corriente tomaría

de una línea de 110 volts?

8. ¿Cómo se transformaría un motor de derivación en motor de velocidad ajustable?

9. ¿Qué le sucede a un motor serie cuando su devanado de campo se abre? ¿Qué le

ocurre a un motor de derivación?

10. ¿Qué le sucede a un motor de derivación cuando se quita la carga? ¿Qué le ocurre a

un motor serie?

11. ¿Qué es un motor compound?

3

5. Rotación en motores de c.c. (61-68).

1. ¿Tiene un buen par de arranque el motor compound diferencial?

2. ¿Qué diferencia hay entre un motor compound acumulativo de derivación larga y otro

de derivación corta?

3. ¿Qué característica se busca mejorar con el diseño de un motor compound

acumulativo?

4. ¿Qué efecto ocurre en la dirección de rotación de un motor de c.c. si se invierte la

polaridad de las conexiones de potencia al motor cuando está en operación?

5. ¿Cuál es la diferencia que existe entre los motores compound acumulativo y

compound diferencial? Dibuja los circuitos eléctricos de ambos motores con sus

corrientes correspondientes.

6. Menciona cuál tiene mejor regulación de velocidad, el motor acumulativo o el motor

diferencial. ¿Por qué?

7. ¿Tiene mejor regulación de velocidad el motor compound acumulativo que el motor

de derivación?

8. ¿Qué es esencialmente el motor compound diferencial?

9. ¿Cómo se puede invertir el sentido de la rotación en un motor serie? ¿Cómo en un

motor de derivación?

10. Menciona cuál motor compound, también se le llama motor de serie-derivación.

11. Realiza una tabla comparativa de motores de c.c., donde indiques: tipo de motor,

características operativas, y donde se usa.

6. Arrancadores y dispositivos de control (70-76).

1. ¿Por qué es necesario un arrancador de motor?

2. ¿Qué usan todos los arrancadores para controlar la corriente del motor?

3. ¿Qué significan los puntos en un arrancador de dos, tres o cuatro puntos?

4. Generalmente, ¿a qué porcentaje de corriente nominal a plena carga limita el

arrancador de tres puntos la corriente de arranque?

5. ¿Cómo evita el arrancador de tres puntos que se desboque un motor derivado?

4

6. ¿Por qué se conecta en forma diferente el imán de sujeción de un arrancador de tres

puntos en el caso de motores en serie y motores derivados?

7. ¿Qué clase de protección ofrece el imán de sujeción en un arrancador de tres puntos a

los motores serie?

8. ¿Cuál arrancador ofrece protección contra desboque a un motor en serie?

9. ¿De qué manera difiere un arrancador de cuatro puntos del arrancador de tres puntos

en motores derivados?

10. Explica ¿por qué mueve generalmente el operador el brazo del arrancador con un

movimiento suave y continuo?

7. Dispositivos de control para motores (78-87).

1. ¿De qué manera difieren los dispositivos de control de los motores, de los

arrancadores?

2. ¿En un control de velocidad superior a la normal, en qué dirección debe moverse el

brazo del reóstato para aumentar resistencia al circuito de campo?

3. Con referencia a la pregunta dos, ¿tendrá eso algún efecto antes de alcanzar la

velocidad normal? ¿Por qué?

4. ¿Qué clase de motores son los que generalmente están provistos de controles?

5. ¿Cuántos juegos de resistencia tiene un control de motor de velocidades superior e

inferior a la normal?

6. Con un control de velocidades superior e inferior a la normal, ¿cuándo cambia la

resistencia de armadura? ¿Cuándo cambia la resistencia de campo?

7. Con el control de velocidad mayor que la normal, ¿cómo se derivan las resistencias

para velocidad normal?

8. ¿Cuándo son más útiles los controles de tambor?

9. ¿Qué otro control adicional de motor proporciona el mismo resultado que un control

de tambor?

5

10. Cuando el brazo de control está colocado en la posición deseada, ¿cómo difiere la

forma en que se sujeta el brazo un control de tambor en esa posición con respecto a

los demás tipos de control?

*Nota: Para las preguntas siguientes la Referencia es: Capítulo 6, Pagina 126 - 169, del

libro; Máquinas Eléctricas Rotativas y Transformadores, Cuarta Edición. Por: Donald V.

Richardson y Arthur J. Caísse, Jr. Editorial: Pearson Educación.

Estudiar y comprender los ejemplos prácticos siguientes:

11. Ejemplos prácticos:

6-1 (Pág. 132), 6-2(Pág. 135), 6-3 (Pág. 137), 6-4 (Pág. 141), 6-5 (Pág. 145), 6-6 (Pág. 145),

6-7 (Pág. 150), 6-8 (Pág. 160),

12. Ejercicios extra-clase: 6-1, 6-2, y 6-3 de la página 168.

8. Eficiencia de las máquinas de c.d. (páginas 170-219).

*Nota: Para las siguientes preguntas la Referencia es: Capítulo 6, Pagina 170 - 219, del



Subtema 5 Eficiencia de las máquinas de corriente directa. *

Los propósitos al terminar este subtema son los siguientes:

a. Evaluar la eficiencia de las máquinas de cd.

b. Conocer las pérdidas presentes en la operación de las máquinas de cd.

c. Comprender cómo se calibra un motor o un generador de cd.

Conocimientos conceptuales:

1. Defina la eficiencia en términos generales.

2. ¿Debe ser la entrada de cualquier dispositivo menor o mayor que la salida? ¿Por qué?

3. ¿Qué forma de datos de potencia es más conveniente medir en un generador de cd?

4. ¿Qué forma de datos de potencia es más conveniente medir en un motor de cd?

5. ¿Cuál es la dificultad para medir en forma directa la potencia de salida de un motor o

la potencia de entrada de un generador?

6

6. Enumere las categorías principales de pérdidas en una máquina de cd.

7. ¿Cuáles son algunas de los componentes de las pérdidas por rotación?

8. ¿Cuáles son algunas de las pérdidas en devanados en una máquina de cd?

9. ¿Por qué se consideran por separado las pérdidas en el campo en derivación?

10. ¿Cuál es la relación de pérdidas a la eficiencia máxima de una máquina?

11. ¿Cómo se determinan las pérdidas por rotación?

12. ¿Cómo se encuentran las resistencias de devanado?

13. ¿Cuál es la ventaja del método de Forgue?

14. ¿Cómo se puede calibrar un motor o un generador?

15. ¿Para qué sirve una máquina de cd calibrada?

16. Ejemplos prácticos: 7-1 (Pág. 173), 7-2(Pág. 177), 7-3 (Pág. 180), 7-4 (Pág. 181), 7-5

(Pág. 185), 7-6 (Pág. 188), 7-7 (Pág. 199), 7-8 (Pág. 199), 7-9(Pág. 199) y 7-10 (Pág.

207).

17. Ejercicios extra clase: 7-1 al 7-7 de la página 218.

9. Características de los generadores de corriente directa.




Contenido en referencia: Introducción (Pág. 87), El generador excitado en forma externa

(Pág. 88), Tipos de generadores básicos (Pág. 91), Acumulación y polaridad en el

generador en derivación (Pág. 91), Características externas del generador en derivación

(Pág. 94), Generador en serie (Pág. 100), Características externas del generador en serie

(Pág. 102), Operación de un generador compuesto (Pág. 104), Características del

generador compuesto (Pág. 107), Ajustes del generador compuesto (Pág. 108).

Los propósitos al terminar éste subtema son los siguientes:

a. Identificar los principios de la generación de una FEM inducida.

7

b. Analizar la operación del generador excitado en forma externa.

c. Analizar los diversos esquemas de generadores auto-excitados.


1. ¿Qué entiende por generador excitado en forma externa?

2. ¿Por qué la curva de magnetización o saturación se flexiona y tiende a aplanar?

3. ¿Qué entiende por generador auto excitado?

4. ¿Qué es la acumulación del generador?

5. ¿Mencione tres tipos básicos de generadores de cd?

6. ¿Qué factor o factores determinan la polaridad del voltaje de salida de un generador

de cd?

7. ¿Qué información da la recta de excitación del campo en la curva de magnetización de

un generador?

8. ¿Qué diferencia hay entre las curvas características interna y externa de un

generador?

9. Mencione dos causas principales de pérdida interna de voltaje en un generador de cd

en condiciones de carga.

10. ¿Qué se entiende por regulación de un generador?

11. ¿cuál es el voltaje de salida disponible en un generador en serie operando en vacio (sin

carga)?

12. ¿Continúa aumentando el voltaje de salida de un generador en serie aun si se le aplica

una gran corriente de sobrecarga?

13. Diga que se entiende por empobrecimiento de un generador y si representa algún

riesgo para el mismo.

14. ¿Cuáles son las dos conexiones internas básicas que pueden hacerse en un generador

compuesto y cuyos efectos son de los más importantes sobre la curva característica

externa del generador?

15. ¿Cuáles son las dos conexiones distintas que se aplican al campo en derivación de un

generador compuesto?

8

16. La polaridad del campo magnético residual, ¿es una consideración importante en un


17. ¿Cómo se ajusta un generador compuesto a una curva característica en particular?

18. Ejemplos prácticos: 4.1 (p-96), 4.2 (p-99), 4.3 (p-103) y 4.4 (p-109).

19. Ejercicios Extra clase: 4-1 al 4-5 (página 111).

10. Conexión en paralelo de los generadores de C.D.




Contenido en Referencia: Introducción (Pág.-113), Aplicaciones modernas de la conexión

en paralelo (Pág.-114), Requerimientos de los generadores de corriente directa

conectados en paralelo (Pág. 114-115), Generadores en derivación conectados en

paralelo: Unidades idénticas (Pág. 116-117), Generadores en derivación conectados en

paralelo: unidades distintas (Pág. 117-119), Generadores compuestos acumulativos

conectados en paralelo: Unidades idénticas (Pág. 119-122) Generadores compuestos

acumulativos en paralelo: valores nominales diferentes (Pág. 122-124).

Los propósitos al terminar éste subtema son los siguientes:

a. Comprender cómo se operan generadores de cd en paralelo.

b. Conocer las fallas operativas de generadores en paralelo.


Nota: Se recomienda el uso de las figuras (5.1 a 5.4) que presenta el autor, en las

respuestas, para que proporcionen ayuda más gráfica en la comprensión.

1. ¿Por qué en muchos barcos se utilizan varios generadores de cd en paralelo?

2. ¿Por qué en muchas aeronaves se utiliza un generador por motor?

9

3. Mencione las condiciones eléctricas que se requieren para lograr una conexión exitosa

de generadores de cd en paralelo.

4. ¿Por qué es relativamente sencillo hacer una conexión en paralelo de generadores en

derivación?

5. ¿Qué sucede si un generador que se va a conectar a un conjunto que ya está

operando, se pone sustancialmente por encima del voltaje de la barra al que se va a

conectar en paralelo?

6. ¿Qué sucede si un generador se conecta a un conjunto para producir exactamente el

mismo voltaje de la barra a la cual se va a conectar en paralelo?

7. ¿Qué sucede si un generador se pone con un voltaje en vacío inferior al del voltaje de

la barra al que se va a conectar en paralelo?

8. ¿Qué sucede si la terminal positiva de un generador que se va a conectar a un

conjunto en operación se conecta al negativo de la barra, y la terminal negativa del

generador se conecta a la positiva de la barra?

9. ¿Qué pasa si los generadores que se van a conectar en paralelo tienen diferentes

porcentajes de regulación de voltaje?

10. Considere dos generadores separados pero idénticos y movidos por el mismo eje; ¿es

posible conectarlos exitosamente en paralelo si se ajustan a voltajes distintos?

11. ¿Qué característica de circuito se requiere para conectar exitosamente en paralelo un


12. ¿Qué sucede sí la característica de circuito a la que se alude en la pregunta 11 se omite

o no se conecta?

13. ¿Hay algún requerimiento especial de conexión para una barra equipotencial?

14. ¿Qué condición adicional se necesita para conectar con éxito en paralelo generadores

compuestos de diferentes lotes o con diferentes valores nominales?

15. ¿Qué sucesión de operaciones puede requerirse para conectar un generador

compuesto en paralelo con otros generadores que ya estén operando?

16. ¿Cómo llegan a invertirse las polaridades de algunos generadores compuestos

operando en paralelo?

10

17. ¿Puede un generador compuesto con dos campos en serie en terminales opuestas de

la armadura conectarse exitosamente en paralelo con unidades que tengan un solo

campo en serie?

18. ¿Es posible conectar con éxito en paralelo dos generadores que se muevan en sentidos

opuestos?

19. ¿Es necesario que cada generador tome el mismo porcentaje de su carga nominal que

los demás generadores en un conjunto conectado en paralelo?

20. Ejemplo práctico: 5-1 (p. 116).

21. Ejercicios extra clase: 5-1 y 5-2 (página 125).

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