Maquinas De Continua

5. MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA
5.1. INTRODUCCIÓN
Entre los distintos tipos de máquinas eléctricas que actualmente se emplean en aplicaciones
de potencia, la primera en ser desarrollada fue la máquina de corriente continua (C.C.). La
razón de ello fue que, en un principio, no se pensó que la corriente alterna tuviera las
ventajas que hoy se le conocen, especialmente en la transmisión de energíaeléctrica a
grandes distancias.
La primera máquina de C.C., fue ideada por el belga Gramme alrededor de 1860 y
empleaba un enrollado de rotor especial (anillo de Gramme) para lograr la conmutación o
rectificación del voltaje alterno generado. Posteriormente, el físico W. Siemens y otros,
contribuyeron al desarrollo de estas máquinas realizando mejoras en su construcción, hasta
llegar a la máquinade CC que se conoce hoy.
Pese a las mejoras que han sido desarrolladas en su diseño, la máquina de corriente
continua es constructivamente más compleja que las máquinas de corriente alterna, el
empleo de escobillas, colector, etc., la hace comparativamente menos robusta, requiere
mayor mantenimiento, y a la vez, tiene un mayor volumen y peso por kilo-watt de potencia.
No obstante lo anterior, lamáquina de C.C. tiene múltiple aplicaciones, especialmente
como motor, debido principalmente a:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ

Amplio rango de velocidades, ajustables de modo continuo y controlables con alta
precisión.
Característica de torque-velocidad variable, constante, o bien, una combinación
ideada por tramos.
Rápida aceleración, desaceleración y cambio de sentido de giro.
Posibilidad de frenado regenerativo.

Enel presente capítulo, se estudian los principios de funcionamiento del generador y motor
de C.C., se describen varios aspectos que afectan el desempeño de estas máquinas, tales
como, la característica de saturación del material ferromagnético, los problemas de
conmutación y las pérdidas en operación. Además, se presentan las características más
relevantes relativas a la construcción de lasmáquinas de C.C. y se analiza en detalle el
comportamiento de generadores y motores para distintos tipos de conexión (serie, shunt,
excitación separada, etc).

EL42C

CONVERSIÓN ELECTROMECÁNICA DE LA ENERGÍA

5.2. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

5.2.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR DE C.C. O
DÍNAMO.
Considérese una espira plana, rotando a velocidad ω r alrededor de su eje (movida por una
rmáquina motriz externa), ubicada en un campo magnético B uniforme proporcionado por
un imán permanente o un electroimán (ver figura 5.1).

( dt ) , donde:

El voltaje inducido en la espira está dado por, e = − dφ

r r

φ = B ⋅ S = B ⋅ D ⋅ l ⋅ cos (θ )

(5.1)

Siendo D y l las dimensiones de la espira, y θ el ángulo de posición medido entre la
normal nˆ al plano de la espira y el eje de los polos.

)n

l
N

F

θ

B
F

i

S

l

D

B
l

ωr

Ic

Figura 5.1: Generador elemental.
Considerando la ecuación (5.1) se tiene:
e = B ⋅ D ⋅ l ⋅ sen (θ ) ⋅

dθ
dt

(5.2)

CAPÍTULO 13

ENERGÍA SOLAR

Si en lugar de una espira, se considera una bobina plana de Nb espiras (en serie):

donde ω r = dθ

dt

e = ω r ⋅ N b ⋅ B ⋅ D ⋅ l ⋅ sen (θ )

(5.3)

e = Emax ⋅ sen (ω r ⋅t − δ )

(5.4)

.

Equivalentemente:Donde: Emax = ω r ⋅ N b ⋅ B ⋅ D ⋅ l y θ = −δ para t = 0.
De este modo, el circuito de la figura 5.1 representa un generador de voltaje alterno y
además sincrónico, ya que la frecuencia eléctrica coincide con la velocidad angular
mecánica ωr.
Si se desea obtener un voltaje rectificado (continuo), deberá emplearse un sistema que
permita conectar la carga eléctrica al voltaje generado e para θ = 0 → π ,y al voltaje
generado -e para θ = π → 2π .
Esto se consigue a través de un sistema de rectificación o conmutador, donde el voltaje de
la carga se obtiene mediante un par de contactos (escobillas o carbones) fijos al estator, que
se deslizan sobre los terminales de las bobinas del rotor (delgas).
En la figura 5.2(a) se muestra la situación de un colector que posee un par de delgas (una
bobina),...