Esta máquina eléctrica puede funcionar tanto como con un régimen de
generador y en el régimen de motor en los devanados de inducidos dela máquina,
al girar el rotor se inducirá una fuerza electromotriz en los conductores del
núcleo al ser cruzadas por el flujo del estator
Estator.- es aquel que está
constituido por una corona de material ferromagnético denominada culata o yugo
en cuyo interior, van dispuestos unos salientes radiales con una expansión en
su extremo, denominados polos. Estos se encuentran regularmente distribuidos y
en número par. Los cuales se encuentran sujetados por tornillos a la culata.
Rodeando los polos, se hallan una bobina de hilo, o pletina de cobre aislado,
cuya misión es, al ser alimentadas por corriente continua, crear el campo
magnético inductor de la máquina, el cual presentará alternativamente
polaridades norte y sur.
Yugo ó carcasa.- llamada también
envolvente que sirve para proteger a la maquina y sostener las partes fijas de
que consta el circuito magnético formado por partes del mismo. Para máquinas de
baja y media capacidad la carcasa se fabrica de laminas de acero rolado y para
maquinas de mayor capacidad se fabrican con laminación de material magnético de
buena calidad con el objetivo de reducir al mínimo las pérdidas magnéticas
debidas principalmente a la histéresis y a las corrientes pulsantes
Piezas polares también llamados
polos.- Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el
entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar. Para máquinas de
pequeña capacidad se fabrican de una sola pieza y para máquinas de mayor
capacidad se fabrican siempre de un material magnético laminado
utilizando en algunos casos
laminación en forma especial para obtener en el extremo de los polos un
entrehierro o espacio de aire que represente una reluctancia elevada para
impedir la distorsión y la desaparición de las líneas de fuerza del campo
magnético cuando se presenta en la máquina el remanente de la sección de
armadura.
En la parte inferior del polo que
es de la forma apropiada y con una curvatura muy aproximada a la que tiene la
armadura se le llama zapata polar. La parte superior del polo hay un qué sirve
para dar alojamiento a un plano que lo sujeta a la carcasa.
Núcleo.- Es la parte del circuito
magnético rodeado por el devanado inductor.
Devanado inductor.- Es el conjunto
de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la
corriente eléctrica.
Expansión polar.- Es la parte de
la pieza polar próxima al inducido y que bordea al entrehierro.
Polo auxiliar o de conmutación.
Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a
mejorar la conmutación. Este suele usarse en las máquinas de mediana y gran
potencia.
Campo de excitación.- Está formado
por todas las bobinas que van colocados alrededor de cada polo y conectados
todos en serie y a la vez en paralelo con la armadura.
El campo de excitación de un
generador de corriente continua está conectado en serie con una resistencia
variable que se conoce con el nombre de reóstato de excitación y sirve para
inducir un campo magnético que reforzará y multiplicará muchas veces el valor
del magnetismo remanente de la máquina para que al tener este mayor flujo
magnético pueda inducir una fuerza electromotriz inducida mayor.
Culata.- Es una pieza de material
ferromagnético, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la máquina
Base.- La base es el elemento en
donde se soporta toda la fuerza mecánica de operación de la máquina, puede ser
de dos tipos:
a) Base frontal.
b) Base lateral.
Tapas.- Las tapas del generador
son colocadas y aseguradas al estator por medio de pernos colocados a ambos
extremos del mismo y contienen el alojamiento para
los cojinetes del eje al rotor o
armadura. Las tapas pueden ser del tipo conocido con el nombre de araña y
pueden ser cerradas o abiertas según el generador se construya para uso general
o para prueba de polvo o de explosión.
Las tapas que van colocadas del
lado del conmutador debe tener practicada una ranura circular con sección en
forma de cola de milano que sirve para alojar la base a la cual se fija el
anillo y brazos portaescobillas.
Rotor ó armadura.- El rotor se
construye con chapas finas de 0.3 a 0.5 mm de espesor, aisladas unas de otras
por una capa de barniz o de oxido. Con ranuras en las que se introduce el
devanado inducido de la máquina. Este devanado esta constituido por bobinas de
hilo o de pletina de cobre convenientemente aislados, cerrado sobre sí mismo al
conectar el final de la última bobina con el principio de la primera. Si se
tratara de un rotor macizo, debido a la rotación y provocadas por el campo
magnético, aparecerían intensas corrientes de Foucault en el hierro del rotor y
esto le provocaría un aumento crucial en la temperatura; con lo cual se pondría
en peligro al devanado. Para mejorar el enfriamiento del rotor, en el cuerpo
del mismo se le practican hendiduras para una adecuada ventilación y en el lado
anterior se pueden sujetar aspas para ventilarlo.
El rotor consta de las siguientes
partes:
Eje del rotor. Se fabrica de
acero, debidamente maquinado y construido a tratamiento térmico cuando se
necesita ensamblar con el núcleo magnético de la armadura
Armadura.- Está formada por un
núcleo magnético de laminación de acero al silicio de buena calidad magnética y
la laminación tiene un espesor que puede variar desde los 15 milésimas hasta
los 30 milésimas de pulgada.
Devanado inducido.- Es el devanado
conectado al circuito exterior de la máquina y en el que tiene lugar la
conversión principal de la energía. En la mayoría de los casos se utilizan
devanados de varillas o hilos. Un lazo conductor cerrado, que comienza y termina
en la parte la máquina llamada conmutador y recibe el nombre de bobina. Un lazo
conductor de varillas gruesas de cobre, planas, se denomina devanado de
varillas; en general, solo tienen una espira. Los lazos conductores formados
con un número mayor de espiras, de alambre, reciben el nombre de devanados de
hilo.
Bobinas del rotor
En las máquinas de corriente
directa reales existen varias maneras en las que podemos conectar las espiras
en el rotor (también conocido como inducido o armadura) a sus segmentos del
conmutador. Estos diferentes tipos de conexiones afectan el número de caminos
de corriente paralelos que existen en el rotor, el voltaje de salida del rotor
y el número y posición de las escobillas montadas sobre los segmentos del
conmutador.
Sin importar la manera en que se
encuentren conectados los devanados a los segmentos del conmutador. La mayoría
de los devanados del rotor están constituidos por bobinas preformadas en forma
de diamante insertadas en las ranuras del rotor como una sola unidad. Cada
bobina está hecha con un número de vueltas (espiras) de alambre y cada una está
envuelta con cinta y se encuentra aislada de las otras y la ranura del rotor. A
cada lado de una vuelta se le llama conductor. El número de conductores
presentes en el inducido de una máquina está dado por
Normalmente una bobina abarca 180
grados eléctricos. Por esta razón cuando un lado está debajo del centro de
cierto polo magnético, el otro lado se encuentra debajo del centro del polo
magnético con polaridad opuesta. Los polos físicos pueden no encontrarse a 180
grados mecánicos el uno del otro, pero el campo magnético invierte por completo
su polaridad cuando pasa por debajo de un polo al siguiente. La relación entre
el ángulo eléctrico y el ángulo mecánico en cualquier máquina está dada por
Si la bobina abarca 180 grados
eléctricos, los voltajes en los conductores en cualquier lado de la bobina
serán exactamente iguales en magnitud y opuestos en dirección en todo momento.
Este tipo de bobina se llama bobina de paso diametral.
Por último, los devanados del
inducido se clasifican de acuerdo con la secuencia de sus conexiones con los
segmentos del conmutador. Existen dos secuencias básicas de conexiones de
devanados del inducido: devanados imbricados y devanados ondulados. Hay un
tercer tipo de devanado el cual recibe el nombre de devanado de pata de rana,
este tipo de devanado combina los devanados imbricados y ondulados en un solo
rotor.
Conmutador.- Es el conjunto de las
láminas conductoras construidas con segmentos de cobre electrolítico que
reciben el nombre de “delgas”, aisladas al eje y unas de otras, pero conectadas
a las secciones de corriente continua del devanado y sobre las cuales frotan
las escobillas. El conmutador va colocado a una determinada distancia del
núcleo magnético de la armadura y el extremo de la delga queda del lado del
núcleo lleva una ranura en la cual se alojan las terminales de las bobinas y
posteriormente se fijan con soldadura.
Escobillas.- La función de la
escobillas es conducir las corrientes desde el conmutador hacia el circuito
externo generalmente se fabrican de carbono y para generadores que operan con
muy bajo voltaje se fabrican de cobre en algunos casos de aleaciones de carbono
y cobre. Las escobillas van colocadas en unos alojamientos metálicos que van
fijos al brazo porta escobillas y al anillo que lo sostiene.
Entrehierro.- Es el espacio
comprendido entre las expansiones polares y el inducido, suelen ser normalmente
de 1 a 3 mm, lo imprescindible para evitar el rozamiento entre la parte fija y
la móvil.
Cojinetes.- También conocidos como
rodamientos, contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias de la
máquina. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la
fricción, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia
Los cojinetes se pueden dividir
en dos clases:
a) Cojinetes de deslizamiento. Operan en base
al principio de la película de aceite, esto es, que existe una delgada capa de
lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.
b) Cojinetes de rodamiento. Se utilizan con
preferencia en vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones:
·
Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente en el arranque.
·
Son compactos en su diseño.
·
Tienen una alta precisión de operación.
·
No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante.
·
Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños estándares.
Caja de conexiones.- Por lo
general, en la mayoría de los casos las máquinas eléctricas cuentan con caja de
conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores
que alimentan al motor o que salen del generador, resguardándolos de la
operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.
Carcasa.- La carcasa es la parte
que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su
fabricación depende del tipo de máquina, de su diseño y su aplicación.
Podemos clasificarla de la
siguiente forma:
a) Totalmente cerrada.
b) Abierta.
c) A prueba de goteo.
d) A prueba de explosiones.
e) De tipo sumergible.
Placa de características. La
máquina eléctrica de corriente directa al igual que cualquier máquina eléctrica
debe llevar una placa de características que irá alojada de tal modo que sus datos
puedan leerse incluso cuando se encuentren en servicio. Los datos más
importantes son: nombre del fabricante, tipo, número y potencia de la máquina
, el margen de estabilidad, 
, asociado nos indica hasta qué punto el sistema se vuelve inestable y puede ser expresado como:
y 
representan la aceleración y la desaceleración de las zonas, respectivamente. La estabilidad del sistema está garantizada si
es el tiempo inicial (prefalla) del ángulo y 
es la máxima posición angular asociada a la primera oscilación después de la falla
