1) diagrama de flujo de potencia de un generador de Cd

El rendimiento de una mquina elctrica de corriente continua est expresado, por la expresin: Potencia suministrada / potencia absorbida Exp.1Tambin puede expresarse de esta forma:Potencia suministrada / (potencia suministrada + prdidas de potencia) Exp. 2Tambin como:Potencia absorbida - prdidas de potencia / potencia absorbida Exp. 3Por lo tanto, si las prdidas de la mquina se conocen, se puede obtener el rendimiento correspondiente a cualquier potencia til o absorbida.Como que se hacen intervenir magnitudes elctricas ms bien que mecnicas en las determinaciones de rendimientos, la Exp.1 se aplica a los generadores (potencia til elctrica) y la Exp.3 a los motores (potencia absorbida elctrica).Tambin, cuando se emplea la Exp.1, un error porcentual en, la potencia til o en la absorbida conduce al mismo error porcentual en el rendimiento, y como la precisin de los aparatos elctricos es elevada, la diferencia entre la potencia til y la absorbida suele ser pequea, y la Exp.1 no resulta muy precisa. En las Exp.2 y 3, excepto para pequeas cargas, las prdidas son pequeas, comparadas con la potencia til o la absorbida, y cualquier error que se produzca en la evaluacin de las prdidas afecta el rendimiento nicamente en una fraccin pequea del mismo. De aqu que, en muchos casos, se prefiera utilizar las Exp.2 y 3, para la determinacin del rendimiento de los aparatos elctricos.Por otra parte las prdidas se pueden dividir en 2 grandes grupos:Las prdidas de marcha en vaco Po que comprenden las que hemos llamado prdidas en vaco y, adems, las prdidas por excitacin. Las primeras son constantes puesto que su valor no depende de la carga ni de la corriente del inducido. Las prdidas por excitacin son proporcionales al cuadrado de la corriente de excitacin pero, en conjunto, resultan muy pequeas en comparacin con las anteriores. Por lo tanto, se puede decir que las prdidas de marcha en vaco son sensiblemente constantes, es decir,Po = a = constanteLas prdidas de marcha en carga Pj que dependen, esencialmente, de la corriente del inducido y son proporcionales al cuadrado de dicha corriente, excepto en lo que se refiere a las prdidas adicionales que, por ser de valor muy pequeo respecto a las anteriores, no se tienen en cuenta. En resumen, que las prdidas de marcha en carga son proporcionales al cuadrado de la corriente del inducido:El rendimiento puede expresarse de la siguiente manera:KI/(KI+a+bI2)Si se trata de un generador, la potencia mecnica Pm es la absorbida por el generador.Pm = Pb + PpLa potencia Pb es la suministrada. Para un generador, el rendimiento est expresado por.Pb/Pm =Pb /(Pb + Pp)La curva de rendimiento proporciona la variacin del rendimiento de una mquina de corriente continua, en funcin de la carga de la misma, o sea la caracterstica f(I).

Curva de Rendimiento de una mquina de corriente continua.Prdida I2R de cobre de armadura:La MLT (vuelta de longitud media) se encuentra mejor por diseo, pero un valor aproximado es MLT = 2[(1.35) (paso polar) + (longitud de rotor) 3].Tambin hay prdidas de corriente parsita en las bobinas del rotor, pero stas pueden mantenerse al mnimo por el entramado de conductor; en la prdida de carga se incluye una tolerancia para estas prdidas.Prdidas I2R de campo de compensacin, de conmutacin y serie: Estos cambios tambin transportan la corriente de lnea, y las prdidas I2R se encuentran fcilmente cuando se conoce la resistencia de las bobinas. Su MLT se encuentra en diagramas. A 75C.R= p ohmsEn donde R es la resistencia de campo en ohms, T es el nmero de vueltas por bobina, p es el nmero de polos, MLT es la longitud media de vuelta y A es el rea del conductor.E1 total de estas prdidas oscila entre 60 y 100% de la I2 R de armadura para mquinas compensadas y es menor que 50% para mquinas no compensadas.Prdidas I2R de carbones: Esta prdida es ocasionada por la corriente de carga que pasa por la cada de voltaje de contacto entre los carbones y el conmutador. La cada de contacto se supone que es un voltio.Prdida I2 R del carbn = 2 (amperes de lnea) wattsPrdida de carga: La presencia de corriente de carga en los conductores de armadura resulta en distorsiones de flujo alrededor de las ranuras, en el entrehierro y las caras polares. Estas distorsiones causan prdidas en los conductores y en el hierro que son difciles de calcular y medir. Se ha fijado un valor estndar en 1% de la salida de mquina.Prdida de campo en derivacin: Los clculos de calentamiento se relacionan slo con la prdida I2 R cobre de campo. Se acostumbra, sin embargo, cargar la mquina con cualesquiera prdidas de restato al determinar la eficiencia.Prdida de restato y campo en derivacin = IfVex wattsEn donde If es la corriente total de campo y Vex es el voltaje de excitacin.Prdida de ncleo: Las prdidas de hierro estn formadas por la prdida de histresis, que es igual a K.1.6fw watts, y la prdida de corriente de remolino, que es igual a Ke.(ft)2 w watts. K es la constante de histresis del hierro usado, Ke es una constante inversamente proporcional a la resistencia elctrica del hierro, es la densidad mxima de flujo en lneas por pulgada cuadrada, f es la frecuencia en hertz, w es el peso en libras, y t es el grueso de las laminaciones del ncleo en pulgadas.La prdida de remolino se reduce al usar hierro con resistencia elctrica tan alta como sea factible. El hierro de muy alta resistencia presenta una tendencia a tener baja permeabilidad de flujo y a ser mecnicamente quebradizo y costoso; raras veces se justifica su uso en mquinas de corriente continua. La prdida se mantiene a un valor aceptable mediante el uso de laminaciones delgadas de ncleo, de 0.017 a 0.025 in de grueso. Aun as, hay otras prdidas en el ncleo que pueden diferir grandemente incluso en mquinas idnticas y que no se prestan a clculos. Estas prdidas son:Prdida debida al limado de ranuras: Cuando se han ensamblado las laminaciones, se encontrar en algunos casos que las ranuras son speras y deben limarse para evitar cortar el aislamiento de bobina. Esto introduce rebabas en las laminaciones y tiende a poner en cortocircuito la resistencia interlaminar.Las prdidas en el cepo (o manguito) slido, placas de extremo de ncleo y soportes de bobina de flujos de fuga pueden ser considerables.Las prdidas debidas a distribucin no uniforme de flujo en el ncleo de rotor son difciles de anticipar. Al calcular la densidad de ncleo, se acostumbra suponer distribucin uniforme sobre la seccin del ncleo. Sin embargo, el flujo toma la trayectoria de menor resistencia y se concentra tras los dientes hasta que la saturacin la obliga a pasar en las trayectorias ms largas y menos usadas que se encuentran abajo. Como resultado de la concentracin, la prdida de ncleo, que es aproximadamente proporcional al cuadrado de la densidad, es mayor que lo calculado.Por lo tanto, no es posible predeterminar la prdida total del ncleo mediante el uso de frmulas fundamentales. En consecuencia, los clculos de prdida de ncleo para nuevos diseos se basan por lo general en los resultados de pruebas en mquinas similares construidas bajo las mismas condiciones. Prdida por friccin de carbones: Esta prdida vara con la condicin de la superficie del conmutador y el grado de cepillera de carbn utilizada. Una mquina tpica tiene una prdida de alrededor de 8 W/(in2 de superficie de contacto de carbn)( 1000 ft/min) de velocidad perifrica cuando se usa una presin normal de carbn de 2 Ib/in2.Friccin de carbn = (8) (rea de contacto) (velocidad perifrica/l000)Friccin y resistencia al viento: La mayor parte de las mquinas de corriente continua grandes usan cojinetes de metal babbitt y muchas mquinas pequeas utilizan cojinetes de bolas o rodamientos, aun cuando ambos tipos de cojinetes se pueden usar en mquinas de cualquier tamao. Las prdidas de friccin de cojinetes dependen de la velocidad, la carga del cojinete y la lubricacin. Las prdidas por resistencia al viento dependen de la construccin del rotor, su velocidad perifrica y las restricciones de la mquina al movimiento del aire. Las dos prdidas se concentran en la mayor parte de los clculos debido a que no es prctico separarlas durante las pruebas de las mquinas.2) clasificacin de las maquinas elctricas de corriente continua:Las mquinas elctricas de corriente continua se clasifican en motores y generadores.

Generador: transforman la energa mecnica en energa elctricaMotor: Transforma la energa elctrica en energa mecnica.

3) Clasificacin de los devanados de armadura de las maquinas elctricas Devanados de armadura:Devanado de anillo: El devanado de anillo Gramme no se usa, porque la mitad de los conductores (los que estn dentro del anillo) no cortan flujo y se desperdician.

Devanados mltiples o imbricados: En la figura sig. se muestra una bobina de devanado imbricado en la que los conductores que se ven del lado izquierdo estn en el lado superior de la ranura de rotor; los del lado derecho estn en la mitad inferior de otra ranura aproximadamente a un paso polar de distancia. En cualquier instante, los lados estn bajo polos adyacentes y los voltajes que se inducen en los dos lados son aditivos. Otros lados de la bobina llenan las porciones restantes de las ranuras. Los hilos de la bobina estn conectados a los segmentos del conmutador, y ste conecta tambin las bobinas para formar el devanado de armadura.

En estos bobinados, el paso de colector es igual a la diferencia de los pasos parciales.Se dice que un bobinado imbricado es simple, cuando las secciones inducidas, directamente unidas entre s, son consecutivas sobre la periferia de la armadura. As el final de la seccin 1 queda unido al principio de la seccin 2. En consecuencia, el paso de colector en un bobinado imbricado simple es igual a la unidad.

Bobinados cruzados y sin cruzar: Los bobinados imbricados pueden ser: Cruzados. Cuando el paso de conexin tiene un valor mayor que el ancho de seccin. En esta clase de bobinado se avanza en el esquema hacia la izquierda. Por eso, a este bobinado se le llama regresivo. Sin cruzar. Cuando el paso de conexin tiene un valor inferior al ancho de seccin, por lo que el bobinado avanza en el esquema hacia la derecha. Por eso, tambin recibe el nombre de progresivo.

Bobinado imbricado simplea) Cruzado, b) Sin cruzar

Resumiendo: Si es progresivo Y2 < Y1 y en consecuencia Ycol = +1 Si es regresivo Y2 > Y1 y en consecuencia Ycol = -1Proceso de clculo de un bobinado imbricado simple: Partiendo de los siguientes datos: Nmero de ranuras K. Nmero de polos 2p. Nmero de secciones por bobina U. Tipo de bobinado (progresivo (Ycol = +1) o regresivo (Ycol = -1

Devanado simplex imbricado: Casi todas las mquinas de cd medianas y grandes utilizan devanados imbricados smplex, en los que el nmero de trayectorias en paralelo en el devanado de la armadura es igual al nmero de polos principales. Esto permite que la corriente por trayectoria sea lo suficientemente baja para admitir conductores de medidas razonables en las bobinas.Para una maquina de c. c. funcione correctamente, es preciso, entre otros detalles, que la intensidad de corriente por rama del bobinado no exceda de 400 a 500 amperios. Las mquinas de gran potencia con tensiones reducidas y elevada intensidad de corriente (por ejemplo en dinamos de alimentacin de baos electrolticos), obligan a adoptar un bobinado imbricado mltiple si se quiere cumplir esta condicin.En los bobinados imbricados mltiples es necesario dar varias vueltas alrededor de la armadura para terminar de recorrer todas las secciones inducidas. Los bobinados imbricados mltiples reciben un nombre especial, segn el nmero de vueltas que haya que dar para recorrer el bobinado completo, siendo Dobles si es preciso dar dos vueltas. Triples si hay que dar tres. Etc....Prcticamente, el nico bobinado mltiple usado es el doble.Paso de colector: Para que el bobinado tenga un reparto simtrico, es necesario que en cada una de las vueltas se recorra tan solo la mitad de esas secciones inducidas. Esto se consigue si despus de recorrer la seccin 1 se pasa a la 3 y del final de sta al principio de la 5 y as sucesivamente, de forma que vayamos as dejando libres en el recorrido las secciones 2, 4 etc., que sern ocupadas despus por un segundo bobinado. Esto puede comprobarse en la siguiente figura, en la que un bobinado ocupa las secciones 1, 3, 5, etc., y el otro las secciones 2, 4, 6, etc.Por ello, en los bobinados imbricados dobles, el paso resultante es igual a 2 unidades. Y como Y=Ycol, el paso de colector es igual, tambin, a 2 unidades.Por otra parte, sealaremos que los bobinados imbricados dobles se hacen siempre progresivos o sin cruzar.En definitiva, la frmula del paso de colector Ycol queda como sigue:

Nmero de ramas en paralelo: Sabemos que el nmero de ramas en paralelo de un bobinado imbricado simple es igual al nmero de polos. Ahora bien, un bobinado imbricado doble est realmente constituido por dos bobinados independientes, cada uno de ellos imbricado simple, por lo que, en consecuencia, el nmero de ramas en paralelo de un bobinado imbricado doble ser igual a dos veces el nmero total de polos de las mquinas, es decir:

Devanados de dos circuitos u ondulados: Es un devanado que presenta slo dos trayectorias paralelas entre las terminales positiva y negativa, por lo que slo se requieren dos juegos de carbones. Cada carbn pone en cortocircuito p/2 bobinas en serie; puesto que los puntos a, b y c estn al mismo potencial (y tambin los puntos d, e y f), los carbones pueden localizarse en cada uno de estos puntos para permitir un conmutador de slo un tercio de largo.

El devanado debe avanzar o retroceder una barra de conmutador cada vez que pase alrededor de la armadura para que sea cerrado sencillo. Por lo tanto, el nmero de barras debe ser igual a (kpl2) 1, en dondekes un nmero entero ypes el nmero de polos. El devanado no necesita igualadores porque todos los conductores pasan bajo todos los polos.

Devanados de compensacin: Para eliminar el debilitamiento del flujo, se desarroll una tcnica diferente que incluye la disposicin de devanados de compensacin en ranuras labradas en las caras de los polos paralelos a los conductores del rotor para cancelar el efecto de distorsin de la reaccin del inducido. Estos devanados estn conectados en serie con los devanados del rotor, de modo que cuando cambia la carga en el rotor, cambia tambin la comente en los devanados de compensacin. La figura muestra un desarrollo ms cuidadoso del efecto de los devanados de compensacin en una mquina de. Ntese que la fuerza magnetomotriz debida a los devanados de compensacin es igual y opuesta a la fuerza magnetomotriz debida al rotor cada punto situado bajo las caras polares. La fuerza magnetomotriz neta resultante es causada por los polos, de modo que el flujo en la mquina no se modifica, independientemente de la carga.

4) Las partes que integran las maquinas elctricas, describir la funcin que desempean y el tipo de constitucin. (las partes que componen el estator y el rotor) Constitucin general El motor de corriente continua est compuesto de 2 piezas fundamentales: el rotor y el estator.ROTORCircuito de armadura o inducido; Constituye la parte mvil del motor, proporciona el par para mover a la carga.Constituye la parte mvil del motor, proporciona el par para mover a la carga.Est formado por:EjeNcleo y DevanadoColectorTapasEje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotacin al ncleo, devanado y al colector

Ncleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas lamina das de acero, su funcin es proporcionar un trayecto magntico entre los polos para que el flujo magntico del devanado circule.Este ncleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado).

Devanado: Consta de bobinas aisladas entre s y entre el ncleo de la armadura. Estas bobinas estn alojadas en las ranuras, y estn conectadas elctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conduccin conmutado.Colector: Denominado tambin conmu_ tador, est constituido de lminas de material conductor (delgas), separadas entre s y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con ste y est en contacto con las escobillas. La funcin del colector es recoger la tensin producida por el devanado inducido, transmitindola al circuito por medio de las escobillas.ESTATOR:Constituye la parte fija de la mquina. Su funcin es suministrar el flujo magntico que ser usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio.Est formada por:ArmaznImn permanente Escobillas y porta escobillas

Armazn: Denominado tambin yugo, tiene dos funciones primordiales: servir como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magntico del rotor y del imn permanente, para completar el circuito magntico.Imn permanente: Compuesto de material ferromagntico altamente remanente, se encuentra fijado al armazn o carcasa del estator. Su funcin es proporcionar un campo magntico uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que interacte con el campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la interaccin de estos campos.Se utilizan en casos en los que es de importancia el poder regular continuamente la velocidad del eje y en aquellos casos en los que se necesita de un par de arranque elevado.Para funcionar, precisa de dos circuitos elctricos distintos:El circuito de campo magnticoEl circuito de la armaduraEn el estator: El campo magntico (bsicamente un imn o un electroimn) permite la transformacin de energa elctrica recibida por la armadura en energa mecnica entregada a travs del eje. La energa elctrica que recibe el campo se consume totalmente en la resistencia externa con la cual se regula la corriente del campo magntico. Es decir ninguna parte de la energa elctrica recibida por el circuito del campo, es transformada en energa mecnica.En el rotor: La armadura consiste en un grupo de bobinados alojados en el rotor y en un ingenioso dispositivo denominado colector mediante el cual se recibe corriente continua desde una fuente exterior y se convierte la correspondiente energa elctrica en energa mecnica que se entrega a travs del eje del motor.

5) La aplicacin /uso/utilizacin de las maquinas elctricas en la industria:Clasificacin de las Mquinas elctricas por usos las mquinas elctricas de acuerdo a sus usos se dividen en:

A. Generadores.-Transforman la energa mecnica en elctrica. Se instalan en las centrales elctricas (CC.EE.) y en los diferentes equipos de transporte como autos, aviones, barcos, etc. En las CC.EE. los generadores son accionados mecnicamente mediante turbinas que pueden ser a vapor o hidrulicas; en los equipos de transporte mediante motores de combustin interna o turbinas a vapor. En una serie de casos los generadores se usan como fuente de energa para equipos de comunicaciones, dispositivos automticos, de medicin, etc.B. Motores.-Son equipos elctricos que transforman la energa elctrica en energa mecnica; sirven para accionar diferentes mquinas, mecanismos y dispositivos que son usados en la industria, agricultura, comunicaciones, y en los artefactos electrodomsticos. En los sistemas modernos de control los motores se usan en calidad de dispositivos gobernadores, de control, como reguladores y/o programables.C. Convertidores electromecnicos.-Transforman la c.a. en c.c. y viceversa, variando la magnitud de tensin (V), tanto de c.a. como c.c., frecuencia (f),nmero de fases y otros. Se usan ampliamente en la industria aunque en las ltimas dcadas ha disminuido su demanda debido al uso de los conversores semiconductores (dispositivos electrnicos de potencia).D. Compensadores electromecnicos.-Generan o absorben potencia reactiva (Q) en los sistemas elctricos de potencia para mejorar los ndices energticos (el factor de potencia , niveles de tensin) en las interconexiones y los centros de carga. E. Amplificadores electromecnicos.-Se usan para el control de equipos de gran potencia, mediante seales elctricas de pequea potencia, que son transmitidos a los devanados de excitacin (control). Su uso tambin ha disminuido.F. Convertidores electromecnicos de seales.-Generan, transforman y amplifican diferentes seales. Se disean y proyectan en forma demicromotores y lo usan ampliamente diferentes equipos de controlEn las bombas de agua se utiliza el principio motor al transformar la energa elctrica en mecnica para trasladar el agua:

Los motores tambin se utilizan en los autos elctricos, transformando la energa elctrica en mecnica:

En los puentes elctricos se utiliza el principio motor:

Los ventiladores son un usa casero de los motores, las turbinas de los barcos, elevadores, licuadoras, en la industria en el rea de robtica tanto automotriz como en el ensamblaje de computadoras y toda clase de aparatos electrnicos aqu se utilizan motores elctricos altamente especializados llamados Servomotores que estn calibrados para funcionar a revoluciones por minuto especficamente designadas.

6) Clasificacin de los tipos de ranura:Tipos de rotoresExisten varios tipos de estos elementos, pero los que son ms usados en la industria; es decir, los rotores para motores asncronos de corriente alterna son 4. Rotor de jaula de ardilla simpleError al crear miniatura: Falta archivoLos crculos negros que se muestran en la figura representan las ranuras del rotor donde va introducido el bobinado. Existen varios tipos de ranuras, de ah que existan varios tipos de rotores. Este tipo de rotor es el usado para motores pequeos, en cuyo arranque la intensidad nominal supera 6 8 veces a la intensidad nominal del motor. Soporta mal los picos de cargas. Esta siendo sustituido por los rotores de jaula de ardilla doble en motores de potencia media. Su par de arranque no supera el 140% del normal. Rotor de jaula de ardilla dobleError al crear miniatura: Falta archivoLa ranura es doble, por este motivo tiene el nombre de jaula de ardilla doble. Las dos ranuras estn separadas fsicamente, aunque en el dibujo no se observe. Este tipo de rotor tiene una intensidad de arranque de 3 5 veces la intensidad nominal, y su par de arranque puede ser de 230% la normal. stas caractersticas hacen que este tipo de rotor sea muy interesante frente al rotor de jaula de ardilla simple. Es el ms empleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sin necesidad de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejor estabilidad. Rotor con ranura profundaEs una variante del rotor de jaula de ardilla simple, pero se le denomina rotor de ranura profunda. Sus caractersticas vienen a ser iguales a la del rotor de jaula simple. Es usado para motores de baja potencia que necesitan realizan continuos arranques y paradas. Rotor de anillos rozantesSe denominan rotores de anillos rozantes porque cada extremo del bobinado est conectado con un anillo situado en el eje del rotor. Las fases del bobinado salen al exterior por medio de unas escobillas que rozan en los anillos. Conectando unas resistencias externas a las escobillas se consigue aumentar la resistencia rotrica, de esta forma, se logra variar el par de arranque, que puede ser, dependiendo de dichas resistencias externas, del 150% y el 250% del par normal. La intensidad nominal no supera las 2 veces la intensidad nominal del motor.