Máquinas de corriente continua
Convertidores; Mecánica: eléctrica (generadores), Eléctrica: mecánica (motor), Eléctrica: eléctrica (transformador). Se basan en:
- a) (f.e.m) e=N*(dø/dt) Vol. Reducción de un f.e.m en un conductor sometido a un flujo magnético variable.
- b) (par) M=e*I= N*(dø/dt) Nw. Aparece una fuerza o par sobre todo conductor recorrido por una corriente (si está situado en el interior de un campo). a) y b) se aplica tanto a motores como a generadores.
Fuerza electromotriz inducida en una máquina de CC
(e=d(Øn)/dt). Se refiere a los valores instantáneos. Si utilizamos la velocidad medio flujo podemos hallar los valores medios. Se considera maq tetrapolar. Si una espira se desplaza un paso polar tenemos que: Øinic=f* Ø*wb y Øfin= -Ø*wb. Valoración del flujo = 2Øwb. Tiempo en dar una vuelta = 1/nr seg. Tiempo en recorrer paso polar será = 1/(2pnr) seg. Por tanto, sustituyendo en (e=d(Øn)/dt), tenemos que [(variación del flujo) / (tiempo invertido)
(tiempo invertido) = 2Ø / (1/2)pnr]. N: espiras en serie en un devanado = (Z/2a) *(1/2). [E= 2Ø / (1/2)pnr * 1/2*Z/2a, ósea, E= ØZnr*(P/a)]. P/a=1 imbricado; a=1 devanado ondulado. Para una máquina particular puesto que Z, P y a son cte, se tiene que E=KØnr, (K=cte de la máq).
Par desarrollado
M = I*d(ØN)/Dɵ (Nm). Porque actúa sobre una bobina colocada en un campo magnético y por la cual circula una corriente. Consideramos maq tetrapolares si una espira se desplaza un paso polar. 
, 
(variación = 2Øwb). A distancia angular correspondiente a un paso polar = 2pi/2p. Por medio será = [(variación flujo)/ (variación angular)]*I=I*2Ø/(2pi/2p) Nm. Puesto que el nº de bobinas será la mitad del nº total de conductores del inducido: por medio = 
. La corriente que circula por una bobina vale,i=Ia/2a. Por tanto, 
Para una
maq particular, M=KØIa. En los motores este valor será menor (perdidas) y el par para accionar el generador será algo mayor.
Funcionamiento de una máquina de corriente continua como motor y generador
Una máquina puede funcionar como motor (convierte energía eléctrica en mecánica) y como generador (energía mecánica en eléctrica). Ecuaciones referentes a la energía: en un generador las pérdidas deben ser suministradas a la máq en forma de energía mecánica. Si funciona como motor se debe de dar en forma de energía eléctrica. Ecuaciones referentes a los pares: en un generador el par exterior aplicado se invierte en vencer rozamientos y en el par interior se transforma en energía eléctrica) por tanto: M=Mi+Mp. En un motor el par exterior o par útil será igual al par interno menos el consumido por rozamientos. M=Mi-Mp. Ecuaciones Ref. Tensiones Ra (resistencia arrollamiento). Generador: E= v+IaRa; Motor: E=V-IaRa.
Regulación de corriente absorbida en un motor
Ia=(v-E)/Ra. Si la carga aumenta, su velocidad disminuye por tanto también disminuye su f.e.m. entonces aumenta Ia. De esta forma absorbe mas potencia de la red para hacer frente al aumento de carga. Si el par disminuye, aumenta E, por tanto disminuye I y la máq de un par menor adecuado a las necesidades. Se puede razonar igual para generadores.Relación de inducido en una máquina de CC. Cuando la dinamo esta en carga, el flujo del inductor se distorsiona debido al flujo magnético creado por la corriente del inducido, el cual es perpendicular al flujo mag. Principal creado por los polos inductores. Aunque aparece el flujo principal, no varia (se reduce en los cuernos de entrada, pero aumenta a la salida), en realidad disminuye pues la distorsión del mismo aumenta su recorrido (reluctancia magnética). Se crea saturación de los cuernos polares y además aumenta las fugas magnéticas contribuyendo todo ello a la disminución del flujo principal, por tanto, de la f.e.m en carga respecto a la f.e.m en vacío.
Esto se conoce como reacción magnética del inducido. DIBUJOS (CAMP. MAGNET. INDUCTOR+CAMP. MAGNET. INDUCIDO=BOLA)A consecuencia de la reacción del inducido en línea neutra (línea que une los conductores que no producen fem) en carga, adelanta respecto del sentido de giro un ángulo α ( tomando como referencia la línea neutra en vacío). En un motor se retrasa. Inconvenientes: ↓fem en carga/↓rendimiento( se ha de conectra la corriente de excitación para compensar este efecto)/crea peligro de chispas en el colector/↑dificultades para realizar una buena conmutaciónSoluciones: Para evitar el desplazamiento de la línea neutra y asegurar la conmutación se usa polos auxiliares o de conmutación que produce un campo magnético opuesto al de la reacción transversal (del motor).
Regulación de la velocidad en los motores de corriente continua:La velocidad en un motor c.c. viene dada por :n= Kx(V-IaxRa)/ɸ
Es directamente proporcional a la tensión aplicada al inducido e inversamente
e inversamente proporcional al flujo magnético. Ello nos permite deducir que la variación de dicha velocidad puede conseguirse de las siguientes formas: 1Cambiando la resistencia del inducido;2Variando la tensión aplicada;3Cambiando el flujo por polo ɸ.
1 Variando la tensión aplicada al inducido a través de una resistencia variable al conectar en serie con él, podemos variar la velocidad. El devanado inductor no se vería afectado puesto que está conectado a la tensión exterior. En un motor en serie la corriente puede modificarse muy poco a través de esta resistencia exterior. Según la expresión (I) un aumento de Ra provocará una disminución de la velocidad.
2 Generalmente no se puede actuar sobre la tensión ( salvo en la excitación independiente), ya que si modificamos la tensión, varía la corriente inductora, por tanto varía el flujo en el mismo sentido que V (apenas se conseguirá regulación)
3 En un motor shunt colocamos una resistencia variable en serieen el devanado
en el devanado inductor, en esto reducimos el flujo (aumenta la velocidad). En un motor en serie, para conseguir esta reducción hay que colocar una resistencia variable en paralelo al inductor.Arranque de una máq. de corriente continua:El arranque de un motor es el instante en que se conecta a la red. En este instante, el par debe ser mayor que el par resistente que opera la carga. En el instante de arranque, al estar parado el motor su velocidad es nula, por lo que la fuerza contraelectromotriz que es proporcional a la velocidad, también lo es. Esto provoca que toda la tensión caiga al devanado del inducido, por lo que en el instante del arranque la intensidad que recorre el motor es muy elevada. Las corriente absorbida por estas máquinas es:-Motor serie: Ia=V-E/Ra+Rs ; -Motor shunt: Ia=V-E/Ra; El arranque E=0 ;Ia=V-E/Ra+Rs (serie); Ia=V-E/Ra(shunt). Para limitar la corriente en el momento de arranque y que no se produzcan daños en las máquinas se introduce una resistencia en serie con el inducido, que consistirá en un reostato de arranque
de arranque de varios escalones que se irán extrayendo conforme de alcance el régimen nominal. Pérdidas en una máquina de corriente continua
Se presentan las siguientes pérdidas: Pérdidas mecánicas: debidas a los rozamientos en los cojinetes y en las escobillas, así como la potencia invertida a accionar el ventilador de la máquina. Depende de la velocidad. Pérdidas en el cobre: debidas al efecto Joule originado en los arrollamientos por la corriente que circula por ellos. Serán iguales a la suma de las del inducido y el inductor. El valor de estas pérdidas se debe calcular a la temperatura de funcionamiento, ya que la resistencia de los devanados aumenta con la temperatura Pérdidas en el hierro: se representan en el circuito magnético y son debidas a dos causas: Histéresis: se originan en el rotor, debido al paso por los polos, su flujo varía y por tanto aparece el ciclo de la histéresis (con sus pérdidas) Foucault: debido a las corrientes parásitas sobre las partes de las máquinas que están sometidas a flujo variable
Rendimiento método SwinburneEn un motor shunt la velocidad casi es cte (flujo también), por tanto, las pérdidas mecánicas y en el hierro se mantendrán invariables. Las pérdidas en el cobre del inductor no varián porque la tensión aplicada es cte. Por tanto, las pérdidas que varían con la carga son las que más originan en el devanado del inducido. Si admitimos las demás suposiciones podemos calcular el rendimiento de la máquina por medio de un ensayo en vacíoLas Pérdidas constantes serán 
N= 
El rend es max cuando K=I^2·Ra, es decir, cuando las pérdidas fijas y variables sean iguales7.26à Rend m método directoEnsayo directo con la máquina a carga. Se realiza para motores pequeños, los cuales se cargan con un freno, en el cual la potencia de salida se disipa en forma de calor. La potencia mecánica de salida es: Psalida=M W= M·((2 pi n)/60) La potencia consumida sería= V I ; N= ((2 pi n)/60)·(M/VI) Para máquinas grandes no es recomendable ya que la Psalida sería demasiado grande comopara q sepuedadisiparenformadecalor.