Principios Fundamentales de Máquinas Eléctricas Rotativas y Acoplamiento

Efectos y Ecuaciones en Generadores de Corriente Continua (CC)

Efecto producido en un generador de CC al cargar el primer efecto conectado:

Se analiza la tensión terminal $V_t$, y cómo la corriente de armadura $I_a$ se calcula mediante la fórmula $I_a = (V_t - E_a) / R_a$. Además, se considera la caída de tensión $U_a = K_n I_a$, donde $U_a < U_c$.

Problemas Resueltos y Cambio de Polos

Problema resuelto: Desplazamiento plano del neutro (disparo) y tensiones de inductancia. Se incluye el cambio de polos en un circuito de CC.

Curva de Excitación de Generador Independiente

Curva de excitación escalonada de un generador de excitación independiente:

El generador es excitado por la máquina, gira, se coloca el amperímetro (A) en el inductor inducido y el voltímetro (V). Se toman los valores y se dibuja el gráfico correspondiente.

Máquinas de Excitación Compuesta y Control

Ventajas de la Máquina de Excitación Compuesta (Compound)

La máquina de excitación compuesta ofrece un mayor par motor de arranque que las máquinas de derivación (shunt) y las de serie. Siempre existe flujo porque el circuito inductor de derivación está enclavado.

Comportamiento a Cargas Bajas

El comportamiento de la máquina de excitación de CC para pares pequeños es similar al de una máquina de excitación en derivación (shunt).

Control de Velocidad en Máquinas Serie

El control de velocidad se logra variando la velocidad, o lo que es lo mismo, variando la frecuencia. La velocidad $N$ se relaciona con la frecuencia $f$ y los polos $P$ mediante la fórmula:

$$N = \frac{60 \cdot f \cdot N_d}{P}$$

Aumento de Carga en Máquinas de CC (Laboratorio)

Para aumentar la carga en una máquina de excitación de CC en el laboratorio, se debe alterar la intensidad de excitación ($I_f$) y variar la resistencia ajustable.

Sincronización y Reparto de Carga

Reparto de Carga en Generadores de CC Iguales

Dos generadores iguales de CC se reparten la carga por igual. Esta es la condición estándar en el reparto de cargas. La variación de uno causa la variación de flujo, potencia y tensión en el otro.

Control de Velocidad en Motores de CC en Derivación (Shunt)

El control de velocidad se realiza variando el flujo, inducido al variar la tensión $V_t$, intercalando en serie la resistencia con el inductor variable.

Motores de Imanes Permanentes y Motores Serie

El motor de imanes permanentes no puede funcionar como motor universal.

Motor de CC de Excitación en Serie

• Ventajas: Gran par de arranque, mayor par por amperio consumido.
• Inconvenientes: No puede funcionar en vacío (TNR - Tensión Nominal de Régimen). Siempre debe tener carga (ej. TNR).

Métodos de Sincronización y Medición

Métodos alternativos de Sincronización: Se analizan los parámetros de las máquinas, el circuito equivalente y la sincronización.

Sincronoscopio: Mide el ángulo entre el generador y la red.

Alternadores y Transformadores

Aumento de Potencia en Alternadores

Para aumentar la potencia de un alternador, se debe aumentar la intensidad a través de los anillos rozantes.

Conexión Estrella-Triángulo (Transformadores)

La conexión estrella-triángulo sirve para aumentar la tensión del primario al secundario, aumentando la relación de transformación.

Acoplamiento de Transformadores Trifásicos en Paralelo

Para acoplar dos transformadores trifásicos en paralelo, deben cumplir las siguientes condiciones:

• Misma frecuencia.
• Misma secuencia de fases.
• Mismos ángulos.
• Misma tensión.

Requisitos y Procedimiento para Enlazar Generadores de CC

Requisitos para enlazar dos generadores de CC:

1. Igual tensión.
2. Igual frecuencia.
3. Misma secuencia de fases.
4. Ángulo de fase cero.

Procedimiento de enlace:

1. Arrancar el primer generador.
2. Arrancar el segundo generador.
3. Comprobar los puntos anteriores.
4. Verificar que las lámparas estén encendidas y apagadas (método de lámparas).
5. Verificar que el vatímetro marque 0.6 al acoplar ambos generadores.

Coeficientes de Devanado (Kapp)

Los coeficientes de Kapp son:

• $K_a = 0.98$ (acortamiento)
• $K_d = 0.96$ (distribución)
• $K_p = 0.995$ (forma)

Arranque de Motores Síncronos

Para arrancar un motor síncrono se requiere:

• Motor de arranque.
• Baja frecuencia del generador.
• Devanados amortiguadores.