DISEÑO DE LAS PARTES CONSTRUCTIVAS DEL GENERADOR O MOTOR ELECTRICO.

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DISEÑO DE LAS PARTES CONSTRUCTIVAS DEL GENERADOR O MOTOR ELECTRICO. Miguel Bravo Quiroga, [email protected] Israel Orellana Malavé, [email protected]. Paul Guillen, [email protected]

 Astrac.- Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura. Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una  fuerza electromotriz Están basados en la ley de Faraday. Un generador es una máquina eléctrica que realiza el  proceso inverso que un motor eléctrico, el cual transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser  rectificada para obtener una corriente continua. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

I.

INTRODUCCIÓN

En este ensayo hablaremos de las partes que constituyen un generador y motor eléctrico que son los causantes de su funcionamiento, se hablara de un pequeño resumen de cómo en la historia se fue creando y modificando los generadores eléctricos, el tipo de que bobinado pueden darse el rotor y estator en si el campo es muy amplio para realizar una adecuada profundización en el tema de los generadores.

II.

DESARROLLO

Historia.

El dinamo fue el primer generador eléctrico apto para uso industrial. Pues fue el primero, basado en los principios de Faraday, fue construido en 1832por el fabricante francés de herramientas Hipólito Pixii. Empleaba un imán permanente que giraba por medio de una manivela. Este imán estaba colocado de forma que sus polos norte y sur pasaban al girar  junto a un núcleo de hierro con un cable eléctrico enrollado (como un núcleo y una bobina). bobina). Pixii descubrió que el imán giratorio producía un pulso de corriente en el cable cada vez que uno de los polos pasaba junto a la bobina; cada polo inducía una corriente en sentido contrario, esto es, una corriente alterna. Añadiendo al esquema un conmutador eléctrico situado en el mismo eje de giro del imán, Pixii convirtió la corriente alterna en corriente continua. En 1831 aparece el primer generador Británico, inventado por Michael Faraday. En 1836 Hippolyte Pixii, un francés que se dedicaba a la fabricación de instrumentos, tomando como la base los principios de Faraday, construyó la primera dinamo, llamada Pixii's dynamo. Para ello se utilizó un imán permanente que se giraba mediante una manivela. El imán se colocó de forma que sus polos norte y sur quedaran unidos por un pedazo de hierro envuelto con un alambre. Entonces Pixii se dio cuenta que el imán producía un impulso de corriente eléctrica en el cable cada vez que transcurría un polo de la bobina. Para convertir la corriente alterna a una corriente directa ideó un colector que era una división de metal en el eje del cilindro, con dos contactos de metal. Dinamo de Pixii. En 1860 Antonio Pacinotti, un científico italiano, idearía otra solución al problema de la corriente alterna

Durante 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor mecánico moviéndose en un campo magnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador electromagnético, el disco de Faraday, un generador homopolar, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, generándose una pequeña corriente continua. También fue utilizado como generador de energía en una bicicleta para producir luz de poca intensidad.

Primeros modelos

DINAMO DE PIXII

Facultad de Ingeniería Ingeniería Electrónica y Eléctrica 2 En 1871 Zénobe diseña la primera central comercial de plantas de energía, que operaba en París en la década de 1870. Una de sus ventajas fue la de idear un mejor camino para el flujo magnético, rellenando el espacio ocupado por el campo magnético con fuertes núcleos de hierro y reducir al mínimo las diferencias entre el aire inmóvil y las piezas giratorias. El resultado fue la primera dinamo como máquina para generar cantidades comerciales de energía para la industria.

La dinamo en el automóvil Uno de los usos más comunes que se le dio a la dinamo fue el de generador de energía eléctrica para el automóvil. A medida que, desde principios del siglo XX, los automóviles se iban haciendo más complejos, se demostró que los sistemas de generación de energía eléctrica con los que se contaba (principalmente magnetos) no eran lo suficientemente potentes para las necesidades del vehículo. Esta circunstancia favoreció la implantación paulatina de la dinamo en el mismo. ¿Qué son los Generadores Eléctricos? Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator).

Como funciona un generador DINAMO DE PACINOTTI 1860 Los diseños de Faraday y Pixii sufrían del mismo problema: inducían picos repentinos de corriente sólo cuando los polos N o S del imán pasaban cerca de la bobina; la mayor parte del tiempo no generaban nada. Antonio Pacinotti, un científico italiano, resolvió esto reemplazando la bobina giratoria por una de forma toroidal, enroscada en un trozo de hierro con forma de anillo. Así, siempre estaba una parte de la bobina influida magnéticamente magnéticamente por los imanes, suavizando la corriente. Posteriormente Zénobe Gramme reinventó el diseño al proyectar los primeros generadores comerciales a gran escala, que operaban en París en torno a 1870. Su diseño se conoce como la dinamo de Gra mme. A partir de entonces se han realizado nuevas versiones con mejoras, pero el concepto básico de bucle giratorio sin fin permanece en todas las dinamos modernas.

El DINAMO DE GRAMME

Un generador es una máquina eléctrica que realiza el proceso inverso que un motor eléctrico, el cual transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

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Clasificación de los Generadores Eléctricos. La clasificación de los generadores Electricos son en dos fases. Primario   Secundario.

Primario. Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.

Secundario Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables

Fuerza electromotriz de un generador Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega épsilon (ε), y definida como el trabajo que el generador  realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador. La F.E.M. (ε) se mide en voltios y en el caso del circuito de la Figura 2, sería igual a la tensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, es dependiente de la carga Rc. La F.E.M. (ε) y la diferencia de potencial coinciden en valor  en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.

de central por vapor de agua, aire o agua. En la figura inferior se ha representado esquemáticamente el sistema de generación de energía eléctrica de una central hidráulica. En la parte inferior de la figura se observan las palas de la turbina (accionada por agua) y las compuertas verticales que sirven para regular el caudal de agua que entra a la turbina. En la parte superior está representado el generador de energía eléctrica. Dicho generador consta de dos partes: El estátor, que es la parte estática del generador.  Actúa como inducido. El rotor , que es la parte móvil conectada al eje de  la turbina. Es el que actúa como inductor . El rotor puede estar constituido por un imán permanente o más frecuentemente, por un electroimán. Un electroimán es un dispositivo formado por una bobina enrollada en torno a un material ferromagnético por la que se hace circular una corriente, que produce un campo magnético. El campo magnético producido por un electroimán tiene la ventaja de ser más intenso que el de uno producido por un imán permanente y además su intensidad puede regularse. El estator está constituido por bobinas por las que circulará la corriente. Cuando el rotor gira, el flujo del campo magnético a través del estator varía con el tiempo, por lo que se generará una corriente eléctrica

Partes de un generador. Vista de un generador y sus partes componentes, a saber: anillos rozantes, eje, polos magnéticos, carcaza, cojinetes, y diferentes accesorios mecánicos y eléctricos añadidos al conjunto principal conformado por el rotor y el estator .

Anillos Deslizantes En las centrales de generación de energía eléctrica (nucleares, térmicas, hidráulicas.) la energía mecánica que el generador transforma en energía eléctrica proviene del movimiento de una turbina, accionada dependiendo del tipo

Un motor de anillos rozantes o deslizantes, es un motor asíncrono, con dos bobinados, a saber: - El bobinado estatorico, como en un motor normal de jaula de ardilla - El bobinado rotorico, es un bobinado instalado en la parte giratoria del motor, y que necesita de los anillos rozantes,

Facultad de Ingeniería Ingeniería Electrónica y Eléctrica 4 para poder sacar al exterior las conexiones eléctricas de bobinado rotorico. La función que tienen los anillos rozantes, son para poder conectar externamente al circuito eléctrico integrado en el rotor, resistencias externas. La función de dichas resistencias, es modificar la resistencia rotorica. El efecto que tiene el modificar la resistencia rotorica referente al comportamiento mecánico del motor, es cambiar el punto de deslizamiento, en el que entrega el par nominal el motor. De hecho el motor tiene una curva de par y corriente para cada valor de resistencia rotorica conectada, lo que permite realizar una regulación de la velocidad, al modificar le valor de estas resistencias Actualmente este sistema en su concepción inicial no se utiliza como sistema de regulación de velocidad. Actualmente para realizar regulaciones de velocidad de motores de potencias hasta 500Kw o 1 Mw, se utiliza los convertidores de frecuencia. En motores de alta potencia y tensión, dependiendo de la maquina accionada, y de las necesidades de par de arranque, se puede utilizar este sistema como sistema de arranque, cortocircuitando al final del arranque las resistencias, aunque se suele dejar un pequeño valor externo, dependiendo del tipo de maquina accionada.

Los polos magnéticos. Es por la ley de lenz. El flujo de electrones produce un campo magnético inducido. El átomo (incluso el de hidrógeno con 1 electrón) tiene electrones en movimiento (circular por cierto) en un circuito y por lo tanto produce un campo magnético a su alrededor. La tierra se compone de átomos, de tal manera que si la empezáramos a rebanar llegaríamos al centro de la tierra y los polos magnéticos siempre se seguirían produciendo incluso al llegar al último atomo debido a la ley de lenz. Hay solo dos tipos de polos magnéticos (denominados polo norte magnético, "N", y polo sur magnético, "S"), y que nunca pueden aislarse. Un imán puede ser "multipolar" (más de un N, o más de un S), pero no puede tener solo N (sin S), ni solo S (sin N). Si el imán es una barra con los polos en los extremos (barra "magnetizada" longitudinalmente), al partirla por la mitad para intentar separar el polo N del S, se obtienen dos imanes de menor tamaño, cada uno con sus polos N y S en los extremos.

Cojinetes Un cojinete en ingeniería es la pieza o conjunto de ellas sobre las que se soporta y gira el árbol transmisor de momento giratorio de una máquina. Cojinete de deslizamiento radial, por partes: el cilintro claro es donde iría el árbol,

la tapa negra desmontable para la lubricación (fricción mixta). De acuerdo con el tipo de contacto que exista entre las piezas (deslizamiento o rodadura), el cojinete puede ser un cojinete de deslizamiento deslizamiento o un rodamiento respectivamente.

Cojinete de rodadura o "rodamiento" Un rodamiento o cojinete de rodadura es un tipo de cojinete, que es un elemento mecánico que reduce la fricción entre un árbol y las piezas conectadas a éste por medio de rodadura, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento.

Cojinete de deslizamiento El cojinete de deslizamiento es junto al rodamiento un tipo de cojinete usado en ingeniería. En un cojinete de deslizamiento dos casquillos tienen un movimiento en contacto directo, realizándose un deslizamiento por fricción, con el fin de que esta sea la menor posible. La reducción del rozamiento se realiza según la selección de materiales y lubricantes. Los lubricantes tienen la función de crear una película deslizante que separe los dos materiales o evite el contacto directo. Al tocarse las dos partes, que es uno de los casos de uso más solicitados de los cojinetes de deslizamiento, el desgaste en las superficies de contacto limita la vida útil. La generación de la película lubricante que separa por una lubricación completa requiere un esfuerzo adicional para elevar la presión y que se usa sólo en máquinas de gran tamaño para grandes cojinetes de deslizamiento. La resistencia al deslizamiento provoca la conversión de parte de la energía cinética en calor, que desemboca en las partes que sostienen los casquillos del cojinete

Escobillas En electricidad, frecuentemente es necesario establecer una conexión eléctrica entre una parte fija y una parte rotatoria en un dispositivo. Este es el caso de los motores ó generadores eléctricos, donde se debe establecer una conexión de la parte fija de la máquina con las bobinas del rotor. Para realizar esta conexión, se fijan dos anillos en el eje de giro, generalmente de cobre, aislados eléctricamente del eje y conectados a los terminales de la bobina rotatoria. Enfrente de los anillos se disponen unos bloques de carbón que, mediante unos resortes, hacen presión sobre ellos estableciendo el contacto eléctrico necesario. Estos bloques de carbón se denominan escobillas y los anillos rotatorios reciben el nombre de colector. En determinado tipo de máquinas electromagnéticas, como los motores o generadores de corriente continua, los anillos del colector están divididos en dos o más partes aisladas unas de otras y conectadas a una o más bobinas. En este

Facultad de Ingeniería Ingeniería Electrónica y Eléctrica 5 caso, cada una de las partes en que está dividido el colector se denomina delga.

Rotor El rotor es el componente que gira (rota) en una máquina eléctrica, sea ésta un motor o un generador eléctrico. Junto con su contraparte fija, el estátor, forma el conjunto fundamental para la transmisión de potencia en motores y máquinas eléctricas en general. El rotor está formado por un eje que soporta un juego de bobinas arrolladas sobre un núcleo magnético que gira dentro de un campo magnético creado bien por un imán o por el paso por otro juego de bobinas, arrolladas sobre unas piezas polares, que permanecen estáticas y que constituyen lo que se denomina estátor de una corriente continua o alterna, dependiendo del tipo de máquina de que se trate. En máquinas de corriente alterna de mediana y gran potencia, es común la fabricación de rotores con láminas de acero eléctrico para disminuir las pérdidas asociadas a los campos magnéticos variables, como las corrientes de Foucault y las producidas por el fenómeno llamado histéresis.

Estator. El estátor es la parte fija de una máquina rotativa y uno de los dos elementos fundamentales para la transmisión de

potencia (siendo el otro su contraparte móvil, el rotor). rotor). El término aplica principalmente principalmente a la construcción de máquinas eléctricas y dependiendo de la configuración de la máquina, el estátor puede ser:  El alojamiento del circuito magnético del campo en las máquinas de corriente continua. En este caso, el estátor interactúa con la armadura móvil para producir torque en el eje de la máquina. Su construcción puede ser de imán permanente o de electroimán, en cuyo caso la bobina que lo energiza se denomina devanado de campo . El alojamiento del circuito de armadura en las  máquinas de corriente alterna. En este caso, el estátor interactúa con el campo rotante para producir el torque y su construcción consiste en una estructura hueca con simetríca cilíndrica, hecha de láminas de acero magnético apiladas, para así  reducir las pérdidas debidas a la histéresis y las corrientes de Foucault. Las partes principales son: carcasa, escudos, rodamientos (balineras, cojinetes), eje, bornera, entre otros.

Bobinados Recibe el nombre de bobinado el conjunto formado por las bobinas, comprendiendo en esta expresión tanto los lados activos que están colocados en el interior de las ranuras y las cabezas que sirven para unir los lados activos, como los hilos de conexión que unen las bobinas entre sí como los que unen estas bobinas con el colector o con la placa de bornas. Bobinado en anillo y en tambor: La fuerza electromotriz generada en el bobinado inducido depende sólo del número de hilos activos, o sea, los exteriores paralelos al eje de rotación. Puede hacerse una primera clasificación de los bobinados según la manera de unir entre sí los hilos activos:  Bobinado en anillo.- Es aquel en el cual las espiras  son arrolladas sobre el anillo que constituye la armadura del inducido. Las bobinas solo poseen un lado activo, que es el que se encuentra en el lado exterior y es paralelo al eje de rotación, ya que

Facultad de Ingeniería Ingeniería Electrónica y Eléctrica 6 únicamente éste corta líneas de fuerza al girar la armadura. 

dándoles la forma conveniente, incluso haciendo uso de máquinas automáticas. automáticas. El proceso de fabricación, representa una importante reducción de la mano de obra a emplear con el consiguiente abaratamiento del proceso.

Bobinados de una y dos capas por ranura.- Los bobinados en tambor pueden ser de una y dos capas por ranura, según que en una misma ranura haya uno o dos lados activos de bobinas distintas.

Bobinado en anillo 

  Bobinado en tambor.- Es aquel en el que los dos lados activos de cada bobina están colocados en la superficie exterior de la armadura. De esta forma, cada espira dispone de dos conductores activos.

Ranuras de armadura a) Ocupada por un solo lado activo. Bobinado de una capa. b) Ocupada por dos lados activos. Bobinado de dos capas. Cuando el bobinado es de dos capas, la capa que está en el fondo de la ranura se llama capa inferior, baja o interior y la que se encuentra junto al entrehierro es llamada capa superior, alta o exterior. Los bobinados de máquinas de corriente continua se construyen modernamente en dos capas, mientras que los de corriente alterna son ejecutados tanto en una como en dos capas.

Bobinados abiertos y cerrados : Otra clasificación de los

Bobinado en tambor Actualmente, los bobinados en anillo están totalmente abandonados, siendo los únicos empleados los bobinados en tambor por poseer las siguientes ventajas: Conducen a una mayor economía de cobre,  derivada del hecho de que los bobinados en tambor disponen de dos conductores activos por espira contra uno solo en los bobinados en anillo. La me3nor cantidad de cobre trae como consecuencia que los bobinados en tambor tengan menos resistencia y, por consiguiente, menos pérdidas eléctricas y menor calentamiento, así como mejor rendimiento. Las bobinas del bobinado en tambor pueden ser  preparadas previamente sobre un molde adecuado,

bobinados resulta de dividirlos en abiertos y cerrados.  Bobinados abiertos: Son aquellos en los cuales el  conjunto de las bobinas presenta dos o más extremos libres que se llevan a la placa de bornas o al colector de anillos. Es el bobinado típico de las máquinas de corriente alterna, en las que existe una o más fases, cada una de las cuales tienen un principio y un final libres.  Bobinados cerrados: Son aquellos en los cuales el  conjunto de las bobinas forman uno o más circuitos cerrados. Es el bobinado típico de las máquinas de corriente continua, en las que para su funcionamiento, se precisa colocar un colector de delgas sobre las que frotan las escobillas y entre las cuales debe existir siempre continuidad en el bobinado. Representación gráfica de los bobinados: Para el estudio y cálculo de los bobinados de máquinas eléctricas es preciso representarlos gráficamente. Para tal fin se emplean los

Facultad de Ingeniería Ingeniería Electrónica y Eléctrica 7 esquemas rectangular y circular. También se utiliza el esquema simplificado.   Representación rectangular: Para  ejecutar gráficamente el esquema rectangular de un bobinado de máquina de corriente continua, debe imaginarse que el colector aumenta de diámetro hasta hacerse igual al del paquete chapas del inducido. Igualmente que las cabezas de bobinas del lado contrario al colector se abren en abanico, con lo que el colector, el paquete y las cabezas de las bobinas forman una sola superficie cilíndrica. Luego daremos un corte imaginario a este cilindro, según una de sus generatrices, y abriendo la superficie lateral de ese cilindro lo desarrollaremos sobre el plano.

Colector de delgas Anteriormente se dijo que los bobinados de c. c. son todos cerrados, es decir, que no presentan ningún extremo libre por el que se le pueda suministrar corriente (caso de los motores), o por el que se pueda alimentar uno o varios receptores (caso de las dinamos). Por ello van provistas las máquinas de c. c. de un colector de delgas, que está constituido por un número determinado de láminas de cobre llamadas delgas, las cuales quedan aisladas entre sí mediante láminas de micanita. Sobre estas delgas frotan las escobillas que hacen la función de extremos libres del bobinado, y a su vez van conmutando los distintos circuitos del bobinado. Al mismo tiempo el colector permite rectificar las tensiones alternas que se generan en los conductores del inducido de tal forma que merced a la presencia del mismo se obtiene una tensión continua.

Representación rectangular 

 

Para ejecutar : Representación circular gráficamente el esquema circular de un bobinado de c. c., admitiremos que lo vemos desde el lados del colector y supondremos que las generatrices del cilindro que forma el paquete de chapas y, con ellas, los conductores, se abren hasta colocarse en el mismo plano que la cara anterior del colector. Finalmente, para poder representar las cabezas del lado contrario al colector, haremos la simple unión de los lados activos correspondientes.

Bobinados imbricados Bobinados imbricados Simple 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 sí, son consecutivas sobre la periferia de la armadura. Así el final de la sección 1 queda unido al principio de la sección 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 conexión tiene un  valor mayor que el ancho de sección. En esta clase de bobinado se avanza en el esquema hacia la

Representación circular

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

izquierda. Por eso, a este bobinado se le llama “regresivo”. “regresivo”. Sin cruzar. Cuando el paso de conexión tiene un valor inferior al ancho de sección, por lo que el bobinado avanza en el esquema hacia la derecha. Por eso, también recibe el nombre de “progresivo”. “progresivo”.

Bobinado imbricado simple

Número de ramas en paralelo: El número de ramas en paralelo existentes en un bobinado imbricado simple es igual al número de polos que tiene la máquina. Recorramos el bobinado imbricado de la siguiente figura, si partimos de la escobilla “+”, “+”, apoyada sobre la delga 1, y recorremos el conductor, iremos pasando, sucesivamente, por las secciones inducidas 1, 2, 3, 4, 5 e igualmente por las delgas del mismo número. Así llegaremos a la delga 6, sobre la cual está apoyada la línea de escobillas negativa, y habremos recorrido uno de los circuitos paralelos del bobinado. Siguiendo el avance a lo largo del bobinado iremos recorriendo uno a uno todos los circuitos paralelos, cada uno de los cuales estará comprendido entre dos líneas consecutivas. Así, pues, en los bobinados imbricados simples existen tantas ramas en paralelo como líneas de escobillas o, lo que es igual, tantas como número de polos tiene la máquina:

donde “2a” es el número de ramas en paralelo.

a) Cruzado, b) Sin cruzar Resumiendo:  Si es progresivo Y 2 < Y 1 y en consecuencia Y col col = +1  Si es regresivo Y 2 > Y 1 y en consecuencia Y col col = -1 Si en la fórmula

sustituimos el paso de colector por su valores posibles +1 y 1, resulta

Porción de bobinado imbricado simple Fórmula general de los bobinados imbricados simples, en la cual se toma +1 cuando se desee que sea progresivo o sin cruzar y -1 cuando, por el contrario, deseemos un bobinado regresivo o cruzado. Influencia de la forma de bobinado en la polaridad de las escobillas: La forma del bobinado adoptado (cruzado o sin cruzar) no influye el valor de la f.e.m. generada en el mismo y tampoco en las condiciones referentes a la conmutación. La única diferencia resultante, de que el bobinado sea cruzado o sin cruzar, consiste en la inversión de la polaridad de las escobillas si se mantiene igual el sentido de giro del rotor. Por consiguiente, se invierte la corriente en el bobinado y, si no se corrigen las conexiones de las bobinas polares de excitación, podría descebarse la máquina. Por esta razón, al deshacer un bobinado defectuoso, ha de anotarse, entre otros datos, la forma del bobinado, ya que si así no se hiciera quedaríamos expuestos a desagradables consecuencias.

Conexiones equipotenciales: En todo bobinado que contiene ramas en paralelo, las f.e.ms. generadas en las distintas ramas paralelas deben ser exactamente iguales. Las armaduras, provistas de bobinados imbricados simples, deben disponer de un número de ranuras múltiplo del número de pares de polos, a fin de conseguir la deseada igualdad de f.e.ms. en las distintas ramas paralelas. No obstante, a pesar de ser cumplida esta condición, se observa en las máquinas provistas de bobinado imbricado, que las f.e.ms. generadas en los diferentes circuitos paralelos son distintas. El motivo de esta anormalidad es que los flujos que recorren los distintos circuitos magnéticos de la máquina son muy diferentes, siendo debido a cualquiera de las causas siguientes: Diferencias en el entrehierro bajo los distintos  polos. Diferencias que pueden ser originadas por ejemplo por un montaje defectuoso.

Facultad de Ingeniería Ingeniería Electrónica y Eléctrica 9 Diferencias en las reluctancias de los distintos circuitos magnéticos a consecuencia, por ejemplo, de haber empleado materiales de calidades diferentes. Diferencias en las fuerzas magnetomotrices de las  bobinas polares que excitan los distintos circuitos magnéticos. Diferencias que pueden ser debidas, por ejemplo, a que esas bobinas están constituidas por distinto número de espiras (por error de construcción). En los bobinados imbricados simples, al unir todas las escobillas de una misma polaridad mediante su respectivo puente, se originan corrientes de circulación entre ellas, las cuales no son utilizadas en el circuito exterior cuando existan diferencias en los flujos de los distintos circuitos magnéticos, presentándose corrientes de compensación que atravesarán las superficies de contacto de dichas escobillas  junto con la corriente principal de carga. Así, pues, es imprescindible en los bobinados imbricados colocar dispositivos especiales que impidan que las corrientes de compensación atraviesen las superficies de contacto de las escobillas. Para lograr esto, se disponen unas conexiones de pequeña resistencia, que reciben el nombre de “conexiones equipotenciales”, equipotenciales” , y cuyo objeto es que, de existir corrientes de compensación, éstas se cierren a través de ellas sin pasar por las escobillas. Paso equipotencial: La bobina equipotencial debe reunir dos puntos situados a una distancia igual a la que corresponde a un par de polos. Así pues, el paso equipotencial, medido en ranuras, será igual a 

Fórmula que dice que el paso equipotencial es igual al cociente que resulta de dividir el número de ranuras por el número de polos.

Bobinados ondulados Bobinados ondulados simples en serie En un bobinado ondulado, después de recorrer un número de secciones inducidas igual al número de pares de polos, se completa una vuelta alrededor de la periferia de la armadura. Se dice que un bobinado ondulado es simple o en serie cuando al completar la primera vuelta alrededor de la periferia del inducido se va a parar a la delga posterior o anterior a la 1, de la cual se partió. Después de una serie serie de vueltas alrededor de la armadura se habrán recorrido todas las secciones inducidas y se llegará a la delga 1 cerrándose el bobinado. En estos bobinados, el paso de colector resulta igual a la suma aritmética de los pasos parciales

Como resulta imprescindible que el paso de colector sea un número entero, el número delgas del colector y el número de pares de polos tienen que se primos entre sí. Y al existir relación entre el número de delgas y ranuras del inducido por la fórmula

K y U también deben ser primos respecto al número de pares de polos. Los bobinados ondulados simples no necesitan conexiones equipotenciales. Bobinados ondulados cruzados y sin cruzar. Los bobinados ondulados pueden ser: Cruzados. Cuando después de haber completado  una vuelta alrededor del inducido se pasa a la sección inducida situada inmediatamente después de la primera. Este tipo de bobinado recibe también el nombre de “progresivo”. “progresivo”. Sin cruzar. Cuando después de haber completado  una vuelta alrededor del inducido, se pasa a la sección inducida situada inmediatamente antes de la primera. Este tipo de bobinado recibe el nombre de “regresivo”. “regresivo”. La fórmula general de los bobinados ondulados es:

en esta fórmula se tomará "+1" cuando se desee un bobinado cruzado o progresivo, progresivo, y "-1" cuando, por el contrario se desee un bobinado no cruzado o regresivo.

Bobinado imbricado simple de dinamo tetrapolar de K=18 y U=2 con conexiones equipotenciales de 1ª clase

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Esquemas simplificados de bobinados ondulados simples a) Cruzado, b) Sin cruzar Número de ramas paralelas. Los bobinados ondulados simples en serie sólo tienen dos ramas simples paralelas que tienen igual número de secciones inducidas, y en consecuencia resultan de igual valor las f.e.ms. generadas en ambas ramas. Esto hace que en los bobinados ondulados simples en serie sean innecesarias las conexiones equipotenciales.

Esto da lugar a dos tipos de arrollamientos distribuidos, los primeros denominados a anillos, o de fases son eléctricamente abiertos y pueden estar tanto en el estator como en el rotor; rotor; mientras que los segundos, denominados denominados a colector, son eléctricamente cerrados y se utilizan solamente en el rotor. 3.2 Tipos de ranuras Como ya se dijo las bobinas de los arrollamientos distribuidos, y sus aislaciones, se alojan en ranuras o canaletas ubicadas en la superficie, o muy cerca de ella, del estator o del rotor rotor o en ambas. Las partes partes magnéticas entre entre las ranuras se denominan dientes. Las ranuras pueden ser abiertas, semicerradas o cerradas como se muestran en la figura 5.

ARROLLAMIENTOS DISTRIBUIDOS Tipos de arrollamiento Así como los arrollamientos concentrados son simples bobinas, fáciles de concebir, los arrollamientos distribuidos son mucho más complejos ya que deben cumplir no solamente condiciones eléctricas y magnéticas, sino también constructivas: las bobinas deben ser sencillas de realizar, de colocar y minimizar el uso de materiales. Los arrollamientos rotóricos de las máquinas eléctricas se conectan a través de escobillas que puede apoyar sobre anillos rozantes, figura 3, que son aros conductores, continuos, conectados a los extremos del arrollamiento; o sobre un colector, figura 4, que está formado por segmentos conductores, denominados delgas, aisladas entre sí y conectadas a cada bobina.

Las ranuras abiertas, que poseen sus lados paralelos, se emplean en máquinas de potencia media o grande, por ejemplo más de 50 kW y en los inducidos a colector, salvo los muy pequeños, de pocos cientos de watt. Cuando las ranuras son abiertas, con sus lados paralelos, y están ubicadas sobre una estructura cilíndrica, los dientes resultan necesariamente trapezoidales, es decir no tienen la misma sección en toda su altura, lo que debe ser tenido en cuenta al considerar la inducción magnética y la saturación de los mismos. La razón por la cual se emplean las ranuras abiertas, con sus lados paralelos, es que las bobinas utilizadas en esas máquinas son prácticamente rígidas y no se podrían colocar si la abertura de la ranura fuera más estrecha. Las ranuras semiabiertas se emplean en máquinas de menor potencia, que utilizan bobinas formadas por conductores sueltos, los que se colocan individualmente o en pequeños grupos, muchas veces en forma manual y luego se terminan de conformar y de acomodar las cabezas de bobina, en la propia máquina. A fin de poder acomodar mejor los conductores en el fondo y en el tope de las ranuras, lo que mejora el   factor de llenado de las mismas, conviene que ambos sean redondeados, como se muestra en la figura 5. Tanto en las ranuras abiertas como en las semicerradas, se debe evitar que los lados de las bobinas se salgan de las mismas, especialmente si están sometidas a la fuerza centrífuga del rotor, lo que provocaría un accidente catastrófico. El cerrado de las ranuras se hace por medio de una cuña de cierre construida con un material de la resistencia adecuada y que, en la mayoría de los casos, es no

Facultad de Ingeniería Ingeniería Electrónica y Eléctrica 11 magnético. En los dientes de las ranuras abiertas se hacen unas entalladuras a fin de sostener esas c uñas de cierre. Las ranuras cerradas, que no necesariamente deben tener una sección circular como se muestra en la figura 5, se emplean principalmente en los rotores de las máquinas asincrónicas. Dentro de esas ranuras se colocan barras conductoras, normalmente sin aislación, que constituyen el arrollamiento rotórico de esas máquinas. Es común que las máquinas posean distintos tipos de ranuras en el estator y en el rotor, adecuándolas a los arrollamientos empleados.

III.

Número de ranuras del estator Los estatores ranurados para motores monofásicos y trifásicos, puede tener un número estandarizado de ranuras de:

Motor eléctrico Un motor eléctrico funciona de forma inversa a un generador. Convierte energía eléctrica en energía mecánica. El principio de funcionamiento de los motores eléctricos se muestra en la figura inferior. Si se coloca una espira en un campo magnético y se hace pasar una intensidad de corriente a través de ella, el campo ejerce una fuerza sobre los lados de la espira, y estas fuerzas ejercen un momento de fuerzas. La espira empezará a rotar, por lo que se habrá transformado energía eléctrica en energía mecánica.

CONCLUSIONES

En conclusiones podemos decir que la compilación y la lectura de las diversas fuentes de información acerca de los generadores es muy extensa pero se lo logro saber de que están compuestos los generadores para que sirven cada uno de ellos y los diversos tipos de materiales o formas de construirlos de acuerdo a su preferencia en su capacidad de potencia, en los tipos de bobinas ya sea el ondulado o imbricado permite formación de los polos magnéticos formando un espectro que generara el momento de inductor que ejerce el estator. Se aprendió los principios básicos de cómo está constituido un generador o motor eléctrico.

IV.

REFERENCIAS

[1] [1]http://acer http://acer.forestales.upm.es/bas .forestales.upm.es/basicas/udfisica/ icas/udfisica/asignaturas/f  asignaturas/f  isica/magnet/generador.html [2] Maquinas Eléctricas/Stephen J. Chapman/4 ta edición [3] http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-eingenieria/ingenieria-electric ingenieria/ing enieria-electrica/respuestas/1970947/m a/respuestas/1970947/motorotorde-anillos-deslizantes [4] http://es.wikipedia.org/wiki/Cojinete [5] http://endrino.pntic.mec.es/rpel0016/Bobinados.htm [6] [6]http://www.frba http://www.frba.utn.edu.ar/html/Electri .utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/maq_e ca/archivos/maq_e lec1/arrollamientos.pdf