INDICEINTRODUCCIONLos motores elctricos de corriente continua son el tema de base que se ampla en el siguiente trabajo, definindose en el mismo los temas de ms relevancia para el caso de los motores elctricos de corriente continua, como lo son: su definicin, los tipos que existen, su utilidad, distintas partes que los componen, clasificacin por excitacin, la velocidad, la caja de bornes y otros ms.Esta mquina de corriente continua es una de las ms verstiles en la industria. Su fcil control de posicin, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatizacin de procesos. Se disean dos tipos bsicos de motores para funcionar con corriente alterna polifsica: los motores sncronos y los motores de induccin. El motor sncrono es en esencia un alternador trifsico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura estn divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifsica. La variacin de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reaccin magntica variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la lnea de potencia de corriente alterna.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA.PRINCIPIOS BSICOS

Tipos de mquinas elctricas

Generador: Transforma cualquier clase de energa, normalmente mecnica, en elctrica. Transformador: Modifica alguna de las caractersticas de la energa elctrica (Normalmente, tensin, intensidad de corriente o potencia) Receptor: Convierte cualquier tipo de energa la energa elctrica que reciben. Ejemplo: motores.

1. Si la energa mecnica se transforma en elctrica hablamos de generador.2. Si la energa elctrica se transforma en energa mecnica hablamos de motor.A. CAMPO MAGNETICO

Un imn o una corriente elctrica perturba el espacio que le rodea dando origen a un campo magntico. El campo magntico se representa por lneas de fuerza.

Las lneas de campo magntico permiten estimar en forma aproximada el campo magntico existente en un punto dado, tomando en cuenta las siguientes caractersticas. Las lneas de fuerza de campos magnticos son siempre lazos cerrados que van de norte a sur por fuera del imn y de sur a norte por dentro del imn. Los lazos magnticos nunca se entrecruzan. Las lneas del mismo sentido se atraen y las de sentido opuesto se repelen.A las lneas de fuerza se les denomina lneas de induccin para el campo magntico. La intensidad del campo magntico se define como una magnitud vectorial, anloga a la intensidad del campo elctrico (E), que se denomina induccin magntica (B), cuya unidad internacional es el Tesla (T)

Una carga en movimiento produce un campo magntico a su alrededor, luego, una corriente elctrica (cargas en movimiento) produce tambin un campo magntico a su alrededor.

Definicin: Se define al flujo magntico como al nmero de lneas de induccin magntica que atraviesa una seccin de superficie. Se representa por la letra

d=B.dSB. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDALa experiencia demuestra que

Si un conductor se mueve en un campo magntico, cortando las lneas de fuerza del campo, se crea una fuerza electromotriz inducida (fem), es decir, una tensin.

Esta expresin representa la variacin del flujo a lo largo del tiempo.Esta afirmacin tambin se puede decir cmo. Si se vara el flujo magntico a travs de un circuito cerrado se origina una fem.

Sabiendo que el flujo () es el nmero total de lneas de induccin que atraviesa una determinada superficie, se puede deducir (no voy a demostrarlo) una expresin que nos diga el valor de la fem inducida en un conductor de longitud (l) que se mueve a velocidad (v) dentro de un campo de induccin magntico (B).

Entre los extremos de conductor de longitud (l) aparece una tensin, es la fuerza electromotriz (fem). Este es el principio de funcionamiento de los generadores.

DONDE:E = fem inducida (en voltios)B = induccin magntica (en tesla)l = longitud del conductor (en m)v = velocidad de desplazamiento (en m/s)

El circuito cerrado donde se origina la corriente recibe el nombre de inducido y el cuerpo que crea el campo magntico se llamada inductor.

C. FUERZA ELECTROMAGNTICA EJERCIDA SOBRE UN CABLE CONDUCTOR

Si un cable conductor recorrido por una corriente elctrica de intensidad (I) est en presencia de un campo magntico (B), aparece una fuerza sobre el conductor cuyo valor es.

DONDE:B = Induccin magntica (Tesla)l = longitud (en m) del conductorI = Intensidad de la corriente elctrica que recorre el conductor (Amperios) = ngulo que forma el conductor y la direccin del campo magnticoF = Fuerza a la que est sometido el conductor (en Newton)

Como sen0=0, se puede deducir que si la direccin de las lneas del campo magntico el sentido de la corriente, la fuerza es nula.

Para conocer el sentido de la fuerza, usamos la regla de la mano derecha.

Si por el cable circula una corriente (I) en el sentido que muestra en dedo pulgar en la figura y el campo magntico (B) tiene el sentido que muestra el dedo ndice, se ejercer sobre el cable que conduce la corriente (I) una fuerza (F) que tiene la direccin mostrada por el dedo medio.

En la imagen de la izquierda se puede apreciar el sentido de la fuerza electromagntica F que aparece sobre el conductor de longitud L que es recorrido por una corriente I. Aplicando la regla de la mano derecha (I, pulgar; B ndice), se aprecia que la direccin y sentido de F es hacia fuera del plano que contiene el campo y el cable conductor.Si la direccin del campo B coincidiese con la de la corriente (I), la fuerza sera nula, pues sen0 = 0. En el caso que hubiera N cables en presencia de un campo magntico, la fuerza magntica inducida ser la fuerza en un cable multiplicado por N, la frmula ser entonces:

..(1)

Es el caso de un solenoide.

Supongamos que los conductores se hallan en un cilindro (inducido) a modo de solenoide, de radio r, el momento de fuerzas (M) o par-motor de giro ser.(2)

Si el campo es perpendicular al plano que corta al solenoide, sen = sen 90 = 1 y la frmula ser. .(3)

A este par-motor se le denomina par electromagntico interno y en realidad se representa como Mi, con lo cual...(4)

La potencia electromagntica interna de un motor est relacionada con el par electromagntico interno a travs de la velocidad de giro.

(5)

Donde:

Pi = la potencia electromagntica interna (en Vatios)

Mi =momento de fuerzas o par-motor electromagntico interno (en Nm)

i = velocidad angula (en rad/s)

D. FUERZA ELECTROMAGNTICA EJERCIDA SOBRE UNA ESPIRA RECTANGULAR.

En las mquinas elctricas, aparecen bobinas formadas por un determinado nmero de espiras. Ya hemos visto cmo es la fuerza que aparece sobre un hilo conductor recorrido por una corriente I, que est presente en un campo B, pero. Cmo ser en una espira?

Sea B un campo de induccin magntico que acta sobre una espira que es recorrida por una corriente elctrica de intensidad (I). Qu pasar? Teniendo en cuenta el captulo anterior, es de esperar que surjan fuerzas sobre la espira, pero, Cmo sern? Recurriremos a la expresin anterior (F = BILsen).

La figura representa a la espira rectangular (color azul) cuyos lados miden a y b y es recorrida por una corriente de intensidad I tal como indica el sentido de la flecha azul en la figura.

La espira est situada en una regin en la que hay un campo magntico uniforme B que est en el mismo plano que la espira (en color rojo), tal como indica la flecha de color azul en la figura.Calcularemos la fuerza que ejerce dicho campo magntico sobre cada uno de los lados de la espira rectangular, como si fuesen cuatro conductores diferentes. Lados a: Como la direccin de campo (B) coincide con la direccin del conductor, ambas magnitudes forman un ngulo nulo (0). La longitud del conductor es L=a. Como sen 0 =0.

..(a)

Lados b: Como la direccin del campo (B) es perpendicular a la direccin del conductor, ambas magnitudes forman un ngulo de 90. La longitud del conductor es L=b. Como sen90 = 1.

.(b)

Las fuerzas de los lados b, son de igual valor y... empleando la regla de la mano derecha, se puede comprobar, son de sentido contrario (una hacia dentro del papel y otra hacia fuera del papel). Constituyen, pues, un par de fuerzas que har que la espira gire alrededor de un eje imaginario paralelo a los lados b de la espira.El momento de fuerzas es:

(c)

DONDE:M = momento de fuerzas o par-motor (Nm)I = Intensidad de corriente (A)S = Superficie de la espira (m2)B = Induccin del campo magntico (T)= ngulo formado por el vector S, perpendicular a la superficie de la espira y las lneas de fuerzas del campo.

Si en lugar de una espira tenemos una bobina formada por N espiras, el par-motor ser.

..(d)

E. CLASIFICACIN Y CONSTITUCIN DE LAS MQUINAS ELCTRICAS

Desde el punto de vista mecnico, un motor est constituido por: Estator: parte fija. Rotor: Parte mvil o giratoria.El rotor es una pieza giratoria cilndrica, un electroimn mvil, con varios salientes laterales, que llevan cada uno a su alrededor un bobinado de hilo de cobre por el que pasa la corriente elctrica. El estator, situado alrededor del rotor, es un electroimn fijo, cubierto con un aislante. Al igual que el rotor, dispone de una serie de salientes con bobinados elctricos por los que circula la corriente.

Desde el punto de vista del tipo de corriente elctrica generada pueden ser: de corriente continua de corriente alterna: sncronos y asncronosPara permitir el movimiento del rotor, entre rotor y estator, existe un espacio de aire llamado entrehierro, que debe ser lo ms reducido posible para evitar prdidas del flujo magntico.

Desde el punto de vista electromagntico se pueden considerar constituidos por Un conjunto magntico. Dos circuitos elctricos: uno en el rotor y otro en el estator.

Definicin: Devanado o bobinado: hilo de cobre arrollado que forma parte de los circuitos elctricos de las mquinas. Uno de los devanados de uno de los circuitos elctricos produce el flujo que se establece en el conjunto magntico cuando es recorrido por la corriente elctrica, es el devanado inductor o excitador. En el otro devanado, perteneciente al segundo circuito elctrico se induce una fuerza que provoca un par-motor en el caso de un motor elctrico, este es el devanado inducido.

En resumen, los devanados pueden ser:

Devanado (o bobinado) inductor: Es el devanado (circuito elctrico) que genera el campo magntico de excitacin en una mquina elctrica. Se sita en el interior del estator en nmero par en unos salientes llamados polos. Devanado (o bobinado inducido) Inducido: Es el devanado sobre el que se inducen las fuerzas electromotrices. Se sita en unas ranuras del rotor.

Los devanados inductores forman los polos del motor, es decir, se sitan en el estator. En todo circuito magntico, como sabes se distinguen los polos norte, de donde salen las lneas de fuerza del campo de induccin magntica (B), y los polos sur, por donde entran dichas lneas. Siguiendo el circuito magntico de los motores de corriente continua se observan ncleos de hierro rodeados por bobinas (devanados) que se conocen como polos, que van incrustados por uno de sus extremos en una pieza de hierro llamada culata, de manera que queda libre slo el extremos de cada uno de ellos, que es precisamente el que da nombre al polo. En definitiva, los polos generan un campo magntico cuando circula corriente por ellos, un campo magntico inductor.

Antes de pasar a ver cmo es un motor de corriente continua por dentro, debo aclarar una NOTACION Las intensidades que recorren los conductores son perpendiculares al plano de papel en el que se dibuja el conductor. Se representan del siguiente modo. Sentido del campo de capo electro Fuerza (F)En la imagen superior se aprecia el polo sur que forma parte del estator. A la izquierda del polo sur, entre el rotor y el estator, se aprecia el entrehierro. Tanto el conductor del rotor, como el estator estn recorridos por corrientes elctricas cuyo sentido es entrante en el plano del papel. Si se aplica la regla de la mano derecha, se comprueba que el campo magntico ejerce fuerzas del mismo sentido (hacia abajo). Esto hace girar el motor en sentido de las agujas del reloj. Para que se sumen todas las fuerzas individuales de todos los conductores, es preciso que todos hagan girar el motor en el mismo sentido. Para ello, los conductores situados junto al polo sur han de ser opuestos al que recorren los conductores colocados junto al polo norte

Otro elemento importante y fundamental del motor elctrico de corriente continua es el colector de delgas, que es un conjunto de lminas de cobre , aisladas entre s y que giran solidariamente con el rotor . Las delgas estn conectadas elctricamente a las bobinas del devanado inducido y por medio de ellas dicho devanado se puede conectar a la fuente de energa elctrica del exterior. Cada delga est unida elctricamente al punto de conexin de dos bobinas del devanado inducido, de tal forma que habr tantas delgas como bobinas simples posea el devanado. Al colector de delgas tambin se le conoce como conmutador.

Escobillas: Las escobillas permanecen fijas al estator, sin realizar movimiento alguno, y estn en contacto permanente sobre la superficie del colector de delgas. Esto permite el paso de corriente elctrica desde el exterior hasta el devanado inducido del rotor. Las escobillas y el colector de delgas permiten la conmutacin de corriente cada media vuelta del rotor. Ver imagen inferior.

F. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR

El rotor recibe la corriente a travs del contacto establecido entre las escobillas y el conmutador. Las escobillas permanecen fijas, mientras que el conmutador (colector de delgas) puede girar libremente entre ellas siguiendo el movimiento del rotor. La corriente llega al devanado del rotor a travs del contacto entre las escobillas con el conmutador (colector de delgas).

Cuando la corriente pasa a lo largo del devanado del rotor, sus polos son atrados y repelidos por los polos del devanado del estator, de modo que el rotor se mover hasta que el polo norte del devanado del rotor quede mirando al polo sur del estator. Pero tan pronto como los polos del rotor quedan "mirando" a los polos del estator, se produce un cambio en el sentido de la corriente que pasa por el rotor. Este cambio es debido a que el conmutador, al girar, modifica los contactos con las escobillas e intercambia el modo en que el devanado del rotor recibe la corriente de la pila. Es decir, se invierte la polaridad.

Al modificarse el signo de los polos del devanador del rotor, los polos del rotor resultarn repelidos por los polos del estator fijo, pues en esta nueva situacin estarn enfrentados polos de igual signo, con lo cual el rotor se ve obligado a seguir girando. Nuevamente, cuando los polos del devanado del rotor estn alineados con los polos opuestos del estator fijo, el contacto entre escobillas y conmutador modificar el sentido de la corriente, con lo cual el rotor ser forzado a seguir girando. Si no lo has entendido muy bien, fjate bien en los siguientes esquemas

G. PRINCIPIO DE REVERSIBILIDAD.Los generadores de corriente continua son reversibles porque pueden transformar la energa en los dos sentidos, es decir, si le aportamos energa mecnica, obtenemos energa elctrica por los bornes (generador) y si absorben energa elctrica de la red, nos aportan energa mecnica por su eje (receptor). Al generador de corriente continua se le llama dinamo y al receptor rotativo se le llama motor. Para invertir el sentido de giro de los motores, es necesario invertir el sentido de la corriente en las bobinas inducidas, aunque no en las inductoras, ya que si se variase tambin el sentido de la corriente en stas, el sentido de giro no cambia. En la dinamo, la escobilla o borne positivo corresponde a la salida de corriente del inducido, mientras que en el motor es por donde entra la corriente.

MOTOR DE CORRIENTE ALTERNASe denomina motor de corriente alterna a aquellos motores elctricos que funcionan con corriente alterna. Un motor es una mquina motriz, esto es, un aparato que convierte una forma determinada de energa en energa mecnica de rotacin o par. Un motor elctrico convierte la energa elctrica en fuerzas de giro por medio de la accin mutua de los campos magnticos.Un generador elctrico, por otra parte, transforma energa mecnica de rotacin en energa elctrica y se le puede llamar una mquina generatriz de fem. Las dos formas bsicas son el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este ltimo ms correctamente llamado alternador.Todos los generadores necesitan una mquina motriz (motor) de algn tipo para producir la fuerza de rotacin, por medio de la cual un conductor puede cortar las lneas de fuerza magnticas y producir una fem. La mquina ms simple de los motores y generadores es el alternador.Motores de corriente alternaEn algunos casos, tales como barcos, donde la fuente principal de energa es de corriente continua, o donde se desea un gran margen, pueden emplearse motores de c-c. Sin embargo, la mayora de los motores modernos trabajan con fuentes de corriente alterna. Existe una gran variedad de motores de c-a, entre ellos tres tipos bsicos: el universal, el sncrono y el de jaula de ardilla.Motores universalesLos motores universales trabajan con voltajes de corriente continua o corriente alterna. Tal motor, llamado universal, se utiliza en sierra elctrica, taladro, utensilios de cocina, ventiladores, sopladores, batidoras y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad con cargas dbiles o pequeas fuerzas. Estos motores para corriente alterna y directa, incluyendo los universales se distinguen por su conmutador devanado y las escobillas. Los componentes de este motor son: Los campos (estator), la masa (rotor), las escobillas (los excitadores) y las tapas (las cubiertas laterales del motor). El circuito elctrico es muy simple, tiene solamente una va para el paso de la corriente, porque el circuito est conectado en serie. Su potencial es mayor por tener mayor flexibilidad en vencer la inercia cuando est en reposo, o sea, tiene un par de arranque excelente, pero tiene una dificultad, y es que no est construido para uso continuo o permanente.Otra dificultad de los motores universales son las emisiones electromagnticas. Las chispas del colector (chisporroteos) junto con su propio campo magntico generan interferencias o ruido en el espacio radioelctrico. Esto se puede reducir por medio de los condensadores de paso, de 0,001 F a 0,01 F, conectados de las escobillas a la carcasa del motor y conectando sta a masa. Estos motores tienen la ventaja de que alcanzan grandes velocidades pero con poca fuerza. Existen tambin motores de corriente alterna trifsica que funcionan a 380 V y a otras tensiones.Motores sncronosImplicando, se puede utilizar un alternador como motor en determinadas circunstancias. Si se excita el campo con c-c y se alimenta por los anillos colectores a la bobina del rotor con c-a, la mquina no arrancar. El campo alrededor de la bobina del rotor es alterno en polaridad magntica pero durante un semiperiodo del ciclo completo, intentar moverse en una direccin y durante el siguiente semiperiodo en la direccin opuesta. El resultado es que la mquina permanece parada. La mquina solamente se calentar y posiblemente se quemar.Para generar el campo magntico del rotor, se suministra una CC al devanado del campo; esto se realiza frecuentemente por medio de una excitatriz, la cual consta de un pequeo generador de CC impulsado por el motor, conectado mecnicamente a l. Se mencion anteriormente que para obtener un par constante en un motor elctrico, es necesario mantener los campos magnticos del rotor y de los estatores constantes el uno con relacin al otro. Esto significa que el campo que rota electromagnticamente en el estator y el campo que rota mecnicamente en el rotor se deben alinear todo el tiempo.La nica condicin para que esto ocurra consiste en que ambos campos roten a la velocidad sincrnica:

Es decir, son motores de velocidad constante.Para una mquina sincrnica de polos no salientes (rotor cilndrico), el par se puede escribir en trminos de la corriente alterna del estator, is(t), y de la corriente continua del rotor, if:

Donde es el ngulo entre los campos del estator y del rotorEl rotor de un alternador de dos polos debe hacer una vuelta completa para producir un ciclo de c-a. Debe girar 60 veces por segundo (si la frecuencia fuera de 60 Hz), o 3.600 revoluciones por minuto (rpm), para producir una c-a de 60 Hz. Si se puede girar a 3.600 rpm tal alternador por medio de algn aparato mecnico, como por ejemplo, un motor de c-c, y luego se excita el inducido con una c-a de 60 Hz, continuar girando como un motor sncrono.Su velocidad de sincronismo es 3.600 rpm. Si funciona con una c-a de 50 Hz, su velocidad de sincronismo ser de 3.000 rpm. Mientras la carga no sea demasiado pesada, un motor sncrono gira a su velocidad de sincronismo y solo a esta velocidad. Si la carga llega a ser demasiado grande, el motor va disminuyendo velocidad, pierde su sincronismo y se para. Los motores sncronos de este tipo requieren toda una excitacin de c-c para el campo (o rotor), as como una excitacin de c-a para el estator.Se puede fabricar un motor sncrono construyendo el rotor cilndrico normal de un motor tipo jaula de ardilla con dos lados planos. Un ejemplo de motor sncrono es el reloj elctrico, que debe arrancarse a mano cuando se para. En cuanto se mantiene la c-a en su frecuencia correcta, el reloj marca el tiempo exacto. No es importante la precisin en la amplitud de la tensin.Motores de jaula de ardillaLa mayor parte de los motores que funcionan con c-a de una sola fase tienen el rotor de tipo jaula de ardilla. Los rotores de jaula de ardilla reales son mucho ms compactos y tienen un ncleo de hierro laminado.Los conductores longitudinales de la jaula de ardilla son de cobre y van soldados a las piezas terminales de metal. Cada conductor forma una espira con el conductor opuesto conectado por las dos piezas circulares de los extremos. Cuando este rotor est entre dos polos de campos electromagnticos que han sido magnetizados por una corriente alterna, se induce una fem en las espiras de la jaula de ardilla, una corriente muy grande las recorre y se produce un fuerte campo que contrarresta al que ha producido la corriente (ley de Lenz). Aunque el rotor pueda contrarrestar el campo de los polos estacionarios, no hay razn para que se mueva en una direccin u otra y as permanece parado. Es similar al motor sncrono el cual tampoco se arranca solo. Lo que se necesita es un campo rotatorio en lugar de un campo alterno.Cuando el campo se produce para que tenga un efecto rotatorio, el motor se llama de tipo de jaula de ardilla. Un motor de fase partida utiliza polos de campo adicionales que estn alimentados por corrientes en distinta fase, lo que permite a los dos juegos de polos tener mximos de corriente y de campos magnticos con muy poca diferencia de tiempo. Los arrollamientos de los polos de campo de fases distintas, se deberan alimentar por c-a bifsicas y producir un campo magntico rotatorio, pero cuando se trabaja con una sola fase, la segunda se consigue normalmente conectando un condensador (o resistencia) en serie con los arrollamientos de fases distintas.

GENERADORES ELECTRICOS

1. Generalidades de la conversin de energa elctrica en mecnica.

En un aerogenerador se transforma energa cintica del viento en energa mecnica mediante el giro del rotor elico. Esta energa mecnica que aparece en el eje de ste rotor en forma de par y vueltas por unidad de tiempo, se transforma en energa elctrica mediante una mquina elctrica, que opera en modo generador de energa elctrica, gracias al giro del eje del rotor del aerogenerador, provocado por la accin del viento sobre las palas.

La maquina elctrica puede ser de distinto tipo dependiendo del tipo de aerogenerador y su modo de operacin (operacin a velocidad de rotacin del rotor cuasi-constante o a velocidad de rotacin variable). La velocidad de rotacin tpica del rotor de un aerogenerador se encuentra en el rango de 20 a 100 rpm para aerogeneradores de gran potencia y de entre 100 y 400 rpm para aerogeneradores de pequea potencia. Las mquinas elctricas convencionales (con bajo nmero de polos) suelen tener velocidades de sincronismo de entre 750 y 3000 rpm. La solucin de acoplamiento pasa por utilizar una transmisin o caja multiplicadora que acople la relacin par/vueltas del rotor de la turbina y del generador elctrico o utilizar generadores elctricos especficos que tengan velocidades de sincronismo bajas equivalentes al rango de velocidades de rotacin del rotor (generadores con gran nmero de polos). La generacin de energa elctrica se hace normalmente con maquinas que generan corriente elctrica alterna (doble polaridad) descartndose totalmente hoy en da las maquinas de corriente continua.La seal de la red elctrica es de tensin y frecuencia fijas. La tensin viene representada por la amplitud de una seal sinusoidal y la frecuencia es el nmero de veces por segundo que la seal pasa por cero. (Los valores de stos parmetros en nuestras viviendas son 220 voltios y 50 ciclos por segundo o Hercios).

En la figura 2 a modo de comparacin, se muestran una seal continua y otra alterna de una sola fase (monofsica). La mayora de los generadores generan en sistemas polifsicos, mayormente trifsicos (en redes de distribucin y transporte), aunque tambin hay generadores hexafsicos o dodecafsicos (generadores acoplados a la red elctrica a travs de convertidores de seal, normalmente electrnicos). El principio de funcionamiento de los generadores elctricos se basa en la accin que se establece entre la corriente elctrica y el campo magntico. A modo de explicacin de ste fenmeno se tiene que si por un hilo conductor se hace pasar una corriente elctrica, en sus inmediaciones se crea un campo magntico. Este campo magntico se representa por lneas concntricas respecto al eje conductor, cuyo sentido, segn convenio, es el horario cuando se mira en el mismo sentido del paso de la corriente. A la cantidad de lneas de campo obtenidas, se le denomina flujo magntico y a ste por unidad de superficie se le denomina induccin magntica. Si se desea aumentar el flujo magntico, en principio se puede aumentar la corriente que pasa por el conductor o aumentar la longitud del conductor. Una manera de aumentar la longitud del conductor es arrollarlo formando varias espiras (bobina). Cuando se hace pasar una corriente por la bobina, sta se comporta como un imn permanente. El punto de salida del campo magntico ser el polo norte (N) y el de entrada, el polo sur (S).

El aire es un mal conductor magntico, pero existen materiales denominados ferro magntico (hierro, acero, etc.) con muy buena conductividad magntica. Si se introduce un material de ste tipo en el interior de la bobina, se aumenta la magnitud del campo magntico obtenido. El dispositivo obtenido se denomina electroimn y perder sus propiedades magnticas (salvo un pequeo magnetismo remanente) al anular la corriente que pasa por el conductor. En el caso de producir el campo magntico con un imn permanente, se mantendran estas propiedades an con la mquina parada. Como ya se ver adelante, electroimanes o imanes permanentes sern los polos que sirven para excitar los generadores de corriente continua y alterna.

Si mediante un electroimn se genera un campo magntico y se atraviesan sus lneas de campo por un conductor en movimiento, la variacin del flujo magntico que atraviesa ese conductor induce una tensin en el mismo denominada fuerza electromotriz. Si se cierra el circuito del conductor, la fuerza electromotriz inducida dar origen a una corriente inducida, la cual al pasar por el conductor origina un nuevo campo magntico que influencia al campo creado por el electroimn. Si se vara la velocidad de movimiento del conductor, variar el flujo magntico que le atraviesa y, por lo tanto, el valor de la fuerza electromotriz inducida en l. Adems, si como ya se ha hecho en el electroimn, aumentamos la longitud del conductor haciendo espiras, el valor de la fuerza electromotriz, inducida en el conductor aumentar. Moviendo el conductor en la misma direccin que las lneas de campo, no se genera tensin en el conductor por no variar el flujo magntico cortado. Por ello, bsicamente el mtodo utilizado para transformar la energa mecnica en elctrica es mover el conductor (espira) girndolo dentro del campo magntico. El flujo cortado por el conductor vara al modificarse el ngulo que ste forma con las lneas de campo. Este flujo magntico cortado ser nulo cuando el conductor se encuentre a 0o 180o y mximo cuando se forme 90o 270o. La seal de la tensin inducida en el conductor ser igualmente variable y su frecuencia depender de la velocidad con que se mueva el conductor.2. TIPOS DE GENERADORES ELCTRICOS. Los generadores elctricos se pueden clasificar bsicamente de acuerdo al tipo de seal elctrica que producen: contina o alterna. Los aerogeneradores con generador elctrico de corriente continua o dinamos estn totalmente descartados para mquinas de alta potencia, ya que slo se pueden conectar a la red elctrica mediante convertidores electrnicos que conviertan la corriente continua a alterna. nicamente, en aplicaciones aisladas de baja potencia, en las cuales el sistema de acumulacin elctrica utilizado sea una batera se han utilizado. El alto precio de la mquina y el alto coste de mantenimiento (cambio de escobillas, etc) hacen tambin que su uso sea marginal y hayan sido sustituidos por alternadores sncronos de imanes permanentes que junto a un puente rectificador son muy tiles para aplicaciones en corriente continua. Dentro de los generadores de corriente alterna se puede establecer una clasificacin de acuerdo a los generadores autoexcitados (sncronos) bien sea con corriente elctrica continua inyectada en las bobinas del rotor o excitados mediante imanes permanentes y excitados a partir de la red elctrica conectada a las bobinas del estator de la mquina (asncronos) 2.1. Generador de corriente alterna sncrono Si mantenemos los conductores o espiras en reposo (estator) y hacemos que sea el campo magntico el que experimente un movimiento giratorio relativo respecto al conductor, mediante el giro de un rotor con mltiples polos, obtenidos mediante espiras por las que pasa una corriente continua de excitacin o por imanes permanentes, se produce una fuerza electromotriz inducida en los conductores que estn en reposo, cuya amplitud depender del nivel de corriente de excitacin y su frecuencia de la velocidad mecnica de giro del rotor.

La ventaja que se obtiene estriba en que la corriente alterna se puede extraer de los bornes fijos y no de las escobillas sometidas continuamente a rozamiento. La corriente inducida se produce en este caso en los devanados con ncleo de hierro, que estn en reposo y se encuentran distribuidos en la parte interior del estator, de manera que la tensin y la corriente inducidas sean perfectamente sinusoidales.Los electroimanes en unos casos o los imanes, tambin llamados polos generadores del campo magntico se encuentran en la parte giratoria -rotor- del generador elctrico. Los polos se realizan sobresaliendo de la superficie de rotor para mquinas de ms de cuatro polos o a ras de superficie para mquinas de 2 4 polos. Estos polos, compuestos por electroimanes, dispondrn de corriente continua de excitacin suministrada desde el exterior, mediante anillos rozantes y escobillas o interna, mediante corriente continua obtenida a partir de una dinamo o mediante un pequeo alternador situado sobre el mismo eje del generador, rectificando la corriente obtenida. Normalmente, los generadores sncronos son trifsicos. Un generador sncrono trifsico dispone de tres devanados iguales en el estator, dispuestos de forma que queden desplazados entre s 120o. Durante una vuelta del rotor, los polos Norte y Sur pasan frente a los tres devanados del estator. Por ello, se habla de campo magntico giratorio. Durante ste proceso, en cada uno de los devanados se genera una tensin alterna monofsica. Las tres tensiones alternas monofsicas tienen el mismo ciclo en el tiempo, pero desplazadas entre s en la tercera parte de una vuelta, por lo que se dice que tienen la misma "fase de oscilacin". Por coincidir siempre el desplazamiento del campo magntico giratorio con el desplazamiento del rotor (rueda polar) es por lo que se denominan generadores sncronos. En los generadores sncronos la velocidad de rotacin del rotor que genera el campo magntico y la frecuencia de la seal elctrica inducida estn relacionadas a travs de la ecuacin:

f = p.n/60 Siendo: El nmero "p" el nmero de pares de polos que generan el campo magntico, "n" el nmero de revoluciones por minuto que da el eje del rotor del generador y "f" la frecuencia de la seal elctrica de salida (ciclos/s o Hercios). En nuestro pas la frecuencia de la tensin de red es 50 ciclos/segundo (Hz), por lo tanto, si se desea conectar a la red un generador sncrono compuesto por dos pares de polos en su rotor, la velocidad de sincronismo ser 1500 rpm, a sta velocidad girar siempre el rotor mientras el generador est conectado a la red, ya que se supone que la red es de potencia infinita frente a la potencia del generador conectado a ella. Es evidente que si un aerogenerador de eje horizontal de rotor rpido, por ejemplo un tripala de 40 metros de dimetro se disea para girar, cuando est acoplado a la red a 30 rpm deber de disponer de una caja multiplicadora de relacin de transformacin 1:50, que haga el acoplamiento entre el eje de la pala y el eje de generador elctrico. Si el eje de la aeroturbina est solidariamente unido con el eje del generador, las bajas vueltas de la aeroturbina obligan a disear el rotor del generador con muchos polos. Este tipo de generadores con gran numero de polos (hasta 90 o ms) se utilizan en aerogeneradores de velocidad variable de gran potencia.

El generador sncrono presenta una caracterstica de potenciafrecuencia recta al estar conectado a una red de potencia infinita con frecuencia y tensin constantes, la velocidad de giro de las palas se mantiene constante, ante variaciones de la velocidad del viento. Los incrementos de velocidad del viento se transmiten a la red mediante un incremento de la potencia activa suministrada por el generador, pero a velocidad de giro constante. Para altas velocidades de viento, por encima de la nominal el generador sncrono puede soportar sobrecargas instantneas de hasta el 150 y el 250%. Para la conexin de un generador sncrono directamente a la red elctrica es necesario realizar un proceso de sincronizacin bastante complejo que asegure que la tensin generada y la tensin de la red son idnticas en frecuencia, amplitud y fase, esto adems de las fluctuaciones de potencia de salida y las mayores cargas mecnicas comparando con las mquinas asncronas, junto con su alto precio y el incremento de los costes de mantenimiento hacen que ste tipo de generador no se utilice en aerogeneradores de velocidad constante con conexin directa a red. Este tipo de generador se utiliza en aerogeneradores de velocidad variable, bien sean de pequea potencia para carga de bateras a travs de un rectificador - cargador electrnico o aerogeneradores de velocidad variable de media y gran potencia. En ambos casos son generadores de baja velocidad de sincronismo mediante un alto nmero de polos.En el caso de sistemas autnomos, los generadores sncronos son muy tiles debido a la posibilidad de controlar la energa reactiva. Tanto la generacin como el consumo de energa reactiva es posible mediante la variacin de la corriente de excitacin. Adems se pueden cambiar los niveles de tensin y frecuencia.2.2. Generadores sncronos multipolares. El inconveniente principal del uso de generadores de bajo nmero de polos (2, 4, 6 etc.), es la necesidad de implementar una caja multiplicadora, la cual incrementa el peso razonablemente, genera ruido, demanda un mantenimiento regular e incrementa las perdidas del aerogenerador. El incremento del coste no es significativo, pero es un elemento que en algunos aerogeneradores ha sido fuente de graves problemas. Por ello se utilizan cada vez mas sobretodo en aerogeneradores de velocidad variable, generadores sncronos con alto nmero de polos bien sean electroimanes o imanes permanentes. 2.3. Generador sncrono multipolar excitado elctricamente. Este tipo de generador evita el uso de caja multiplicadora debido a que al disponer de un gran nmero de polos, su velocidad de sincronismo es baja y perfectamente compatible con la velocidad del rotor del aerogenerador.

Este tipo de generadores disponen de polos compuestos por electroimanes, lo cual hace que sean muy pesados y voluminosos, pero sean capaces de regular la tensin de salida mediante la variacin de la corriente continua de excitacin. Para inyectar la corriente de excitacin disponen normalmente de escobillas que son uno de los puntos dbiles desde el punto de vista de mantenimiento. Se utilizan en sistemas de velocidad variable ya que la frecuencia de la seal de salida debe acoplarse mediante convertidores electrnicos a la seal de red.2.4. Generadores sncronos multipolares con imanes permanentes. En aerogeneradores de pequea potencia (hasta 12 kW) se utilizan mayormente generadores sncronos de imanes permanentes. Esto es debido principalmente a su robustez y su bajo mantenimiento, evitan el uso de cajas multiplicadoras, aunque su precio es algo mayor. Este tipo de generadores se est utilizando cada vez ms en aerogeneradores de gran potencia debido a lo reducido de su peso y volumen al utilizar imanes de alto magnetismo. Existen mltiples tipos de materiales para sintetizar los imanes siendo los ms importantes los siguientes:

Alnico: Estos imanes estn fabricados por fundicin o sinterizacin. Poseen el mejor comportamiento a temperaturas elevadas. Tienen una elevada remanencia, pero su coercitividad es bastante baja.

Ferrita: Este tipo de imanes se obtienen sobre todo por sinterizacin. Son los ms utilizados por su relacin calidad/precio. Existen muchas calidades diferentes. Presentan buena resistencia a la desimantacin. Neodimio-Hierro-Boro: Son los imanes con las mejores caractersticas magnticas existentes en la actualidad. Su comportamiento en funcin de la temperatura ha mejorado bastante. Se pueden utilizar para aplicaciones de hasta 150C. Samario-Cobalto: Estos imanes estn fabricados a partir de elementos de la familia de las tierras raras. Sus caractersticas magnticas permiten reducir sus medidas. Su producto de energa es considerablemente elevado Tienen un comportamiento muy bueno a temperaturas elevadas.