Funcionamiento del inductor de polos salientes e inductor de polos liso

El 75% de la energía eléctrica se destina a la producción de energía mecánica, es decir, 

implica el uso de algún tipo de motor eléctrico. 

La producción de energía eléctrica utiliza fundamentalmente máquinas rotativas 

(generadores).

Uso corriente alterna

Ventajas: Coste bajo, mantenimiento bajo, aplicación en la industria muy generalizado.

Desventajas: No se puede almacenar, baja aplicación a tracción eléctrica, baja regulación de 

velocidad y no existe electrolisis.

Uso corriente continua

Ventajas: Se puede almacenar, aplicación a tracción eléctrica muy buena, muy buena 

regulación de velocidad y existe electrolisis.

Desventajas: Más delicadas, coste elevado, mantenimiento más caro y aplicación en la 

industria bajo.

2. Clasificación de las máquinas rotativas de corriente continua (CC)

Las máquinas de CC son aquellas que utilizan o generan una corriente cuya V es constante en 

función del tiempo. En las de CA, la V es variable y senoidal.

Generadores

CA: Alternadores (monofásicos, trifásicos, polos lisos, polos salientes)

CC: Dinamos (serie, Shunt, compuesta, independiente)

Motores

                                                      Jaula: fase partida, condensador, espira de sombra

          Inducción (asíncronos)      Rotor devanado:
Repulsión, rep. De arranque, rep. -inducción

CA: Monofásicos       Síncronos: histéresis, reluctancia, imán permanente

                               Inducción (asíncronos): jaula ardilla, rotor debanado

         Polifásicos        Síncronos

         Universales

CC: Serie, Shunt, compuesto, independiente

3. Constitución de una máquina de CC

- Inducido (rotor): Parte giratoria de la máquina. Formado por eje, núcleo magnético, 

devanado del inducido y colector de delgas. La bobina del inducido está dividida en 2 partes 

por las que la I circula en un sentido o en el otro, y recorre todo el inducido. Todos los 

conductores que la forman están conectados al colector de delgas formando un circuito 

cerrado.

- Inductor (estátor): Parte estática de la máquina. Formado por polos principales, polos 

auxiliares y devanado del estátor. Los polos auxiliares son polos magnéticos suplementarios 

que sirven para mejorar la conmutación en máquinas. Son recorridos por la misma I del 

inducido y se sitúan entre los polos principales. El nº de polos siempre es par.

- Escobillas: Su función es transmitir la V y la I de la fuente de alimentación hacia el colector 

y al bobinado del rotor. Se encuentran albergadas por los portaescobillas.

- Caja de bornes: Formada por los bornes de conexión de cada una de las bobinas que forman 

la máquina. Depende del tipo de devanado, el marcado de los bornes de las máquinas de CC 

varia (inducido A1-A2, inductor serie D1-D2, inductor Shunt E1-E2, inductor indep. (F1-F2).

- Placa de carácterísticas: Es donde aparece la información sobre la máquina. Los valores 

relativos a magnitudes eléctricas son valores nominales.

La P nominal de los motores indica su potencia útil en CV (caballos) en el eje a la velocidad 

nominal, corriente a plena carga y V nominal aplicada. 

En la placa se indica grado de aislamiento, ciclo de trabajo, V, I, HZ y velocidad nominales.

- Entrehierro: Espacio entre el estátor y el rotor y que es necesario para que la máquina pueda 

funcionar sin que se produzcan roces.

- Cojinetes: Piezas de apoyo de los ejes. Suelen ser de bronce o de rodamiento de bolas, 

depende del tamaño del motor.

4. Principios de las máquinas eléctricas

4.1 Principio generador: Ley de Faraday

E= -N· (   Φ) /    t)

En todo conductor sometido a un flujo magnético se induce una f.E.M. O voltaje (E) que 

depende de la velocidad de variación del flujo y del nº de espiras (N) sometidos a dicha 

variación.

4.2 Principio motor:
fuerza electromagnética sobre un conductor en el interior de un campo 

magnético

Todo conductor que transporta corriente continua y se encuentra en el interior de un campo 

magnético, se ve sometido a una fuerza que trata de sacarlo del mismo. Dicha fuerza depende 

de la intensidad de corriente, de la inducción, de la longitud común y de la dirección y 

sentido:

F= (I L) · β

El sentido de esa fuerza depende del tipo de máquina eléctrica. En el caso del motor, la fuerza 

actúa en el sentido de movimiento del rotor (par motor). En el caso de un generador, la fuerza 

actuará oponiéndose al giro (par resistente).

5. Máquina elemental

En una máquina de CC, a la parte que genera el campo magnético se le denomina inductor o 

estátor y al conjunto de conductores que giran se le denomina rotor o inducido. Como ambas 

partes están presentes tanto en generadores como en motores, una misma máquina puede 

funcionar como generador o como motor, dependiendo si le aplicamos V (motor) o la 

hacemos girar (generador).

5.1 Funcionamiento como generador

- Condiciones iniciales: Que haya un campo magnético y que haya velocidad.

- Consecuencias: Aparece una I.

E= E0· senωt

5.2 Funcionamiento como motor

Si aplicamos energía eléctrica a la máquina obtendremos energía mecánica en el eje de la 

máquina.

En las espiras conductoras del rotor de un motor de CC actúa una fuerza electromagnética. 

Podemos dividir esa fuerza en 4 tramos. Tan solo el primero y tercero contribuyen al 

movimiento giratorio del rotor, mientras que los tramos 2 y 4 tratan de desplazar la espira en 

la dirección del eje pero en sentidos opuestos, por lo que se compensan ambas fuerzas y no 

generan movimientos.

6. Sistemas de excitación

- Máquina serie: Bobinados del rotor y estátor conectados en serie.

- Máquina shunt (o derivación): Ambos bobinados conectados en paralelo.

- Máquina compuesta: Dispone de dos devanados de excitación que se podrán conectar uno en 

serie y otro en paralelo con el devanado del inducido.

- Máquina independiente: Aquella cuyos dos devanados estén conectados a dos fuentes de 

alimentación diferentes.

7. Reacción del inducido

Resultado de componer el campo magnético principal del estátor con el campo magnético 

transversal generado por los conductores del rotor. Como consecuencia la fem del generador 

en carga y el  η disminuye y la conmutación se dificulta. 

8. Conmutación

Operación de invertir el sentido de circulación de la corriente en una bobina del inducido por 

medio de la escobilla y las delgas del colector.

8.1 Métodos para mejorar la conmutación

- Decalaje: Modificar la posición de las escobillas en función de las condiciones de carga de 

la máquina. Si es un generador, se avanzan en el sentido de giro; si es un motor, se retrasaran 

según el sentido de giro.

Tiene inconvenientes: 1) es necesario estar cambiando la posición de las escobillas para cada 

carga, 2) se debilita el campo principal.

- Polos auxiliares: Consiste en situar entre los polos principales unos polos + pequeños que 

compensen el campo producido por los conductores del inducido. Se conectan en serie con el 

inducido.

- Devanados de compensación: Devanados que evitan la reacción del inducido en todos los 

polos por igual. Se ha de utilizar junto a los polos auxiliares.

9. Estudio de los motores de CC

- Fuerza contraelectromotriz: Fem generada en los conductores del inducido debido a su 

movimiento en el interior del campo inductor (leyes de Faraday y Lenz). Esta fuerza produce 

una V que se opone a la aplicada al inducido y depende de la velocidad de giro del rotor y del 

flujo inductor.

E’= K·n·Φ

E’= fcem en voltios n: velocidad en rpm

- Balance de potencias: La potencia absorbida (a la entrada) no coincide con la potencia 

entregada a la salida. Esto es porque aparecen unas pérdidas, principalmente 3: 

· En el cobre: Debidas al calentamiento de los devanados por efecto Joule 

· En el hierro: Formadas por las corrientes de Foucault y por la histéresis magnética 

· Mecánicas: Debidas a la ventilación de la máquina y al rozamiento

- Rendimiento: η= (Pútil/Pabsorbida) · 100

- Par motor: Una de las carácterísticas principales de cualquier motor.

M= K’ · Ii · Φ

M= par de giro en N·m   Ii= I del inducido

9.1 Motor de excitación serie

El flujo generado en el campo principal no es constante. La velocidad tampoco es constante. 

Si el motor se quedase sin carga, se embalaría hasta autodestruirse, ya que si el flujo 

disminuye, la velocidad aumenta.

Se utiliza para movimientos de tracción y para grúas y montacargas.

9.2 Motor de excitación shunt

La V, I, Φ y velocidad son constantes. Es un motor muy estable que puede autoregular su 

velocidad. Se utiliza para máquinas herramientas y máquinas de elevación.

9.3 Motor de excitación independiente

Se puede considerar una variante del shunt, ya que al disponer de dos fuentes de tensión 

independientes, se garantiza que el flujo y todo lo demás sea constante.

9.4 Motor de excitación compuesta

Se pretende disfrutar de las ventajas de los motores de excitación serie y las de los shunt, 

tratando de minimizar las desventajas de ambos. Las carácterísticas y aplicaciones de los 

motores compuestos serán intermedias entre el de serie y el shunt.

10. Arranque de un motor mediante reóstato

Para que un motor arranque, es necesario que su par de giro sea mayor que el par resistente. 

Como la fuerza contraelectromotriz en el momento de arranque es 0, la I de arranque tiende a 

hacerse muy elevada. Esto provoca dificultades para determinar la sección del cable de 

alimentación, dificultades para determinar protecciones seguras para el motor y la aparición 

de picos de intensidad.

Para arrancar un motor en CC se puede reducir la V de alimentación, intercalar una R de 

arranque en serie con el inducido o utilizar arrancadores electrónicos.

11. Inversión de giro

Para lograr invertir el giro, es necesario cambiar la polaridad en un solo devanado, si la 

máquina está parada. Si la máquina está funcionando, la polaridad se invertirá en el inducido.