Generacion4

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GENERACION DE ENERGIA 
ELECTRICA 
TEMA: 
GENERADOR 
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://www.medios.udg.mx/node/24729&ei=yUduVYjQN7SZsQSW74P4BQ&bvm=bv.94911696,d.cWc&psig=AFQjCNF5Cr6JlQ__gyEVr94rJiAAuVGAeg&ust=1433377074137683
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Tomo: 4 Generacion de Energia Electrica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GENERADOR ELECTRICO 
 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
GENERADOR ELÉCTRICO 
 
Un generador es una máquina eléctrica rotativa que transforma energía 
mecánica en energía eléctrica. Lo consigue gracias a la interacción de los 
dos elementos principales que lo componen: la parte móvil llamada rotor, 
y la parte estática que se denomina estátor. 
Cuando un generador eléctrico está en funcionamiento, una de las dos 
partes genera un flujo magnético (actúa como inductor) para que el otro 
lo transforme en electricidad (actúa como inducido). 
Los generadores eléctricos se diferencian según el tipo de corriente que 
producen. Así, nos encontramos con dos grandres grupos de máquinas 
eléctricas rotativas: los alternadores y las dinamos. 
Los alternadores generan electricidad en corriente alterna. El elemento 
inductor es el rotor y el inducido el estátor. Un ejemplo son los 
generadores de las centrales eléctricas, las cuales transforman la energia 
mecánica en eléctrica alterna. 
Las dinamos generan electricidad en corriente continua. El elemento 
inductor es el estátor y el inducido el rotor. Un ejemplo lo encotraríamos 
en la luz que tiene una bicicleta, la cual funciona a través del pedaleo. 
Máquinas eléctricas rotativas: los generadores 
Llamamos máquinas eléctricas a los dispositivos capaces de transformar 
energía eléctrica en cualquier otra forma de energía. Las máquinas 
eléctricas se pueden dividir en: 
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/i.-la-energia-y-los-recursos-energeticos
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/i.-la-energia-y-los-recursos-energeticos
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/ii.-la-naturaleza-electrica-de-la-materia
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/vii.-las-centrales-electricas
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/ii.-la-naturaleza-electrica-de-la-materia
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 Máquinas eléctricas rotativas, que están compuestas de partes 
giratorias, como las dinamos, alternadores y motores. 
 Máquinas eléctricas estáticas, que no disponen de partes 
móviles, como los transformadores. 
Vamos a fijarnos en el grupo de las máquinas rotativas, que lo constituyen 
los motores y los generadores. Las máquinas eléctricas rotativas son 
reversibles, yq que pueden trabajar de dos maneras diferentes: 
 Como motor eléctrico: Convierte la energía eléctrica en 
mecánica. 
 Como generador eléctrico: Convierte la energía mecánica en 
eléctrica. 
 
Detalle del rotor y del estátor de un generador 
 
Las máquinas eléctricas se pueden dividir en rotativas y estáticas. En este 
caso vamos a fijarnos en el grupo de las máquinas rotativas que lo 
constituyen los motores y los generadores. 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
Todas las máquinas rotativas están formada por una parte fija llamada 
estátor, tiene forma cilíndrica, y otra móvil llamada rotor. El rotor se 
monta en un eje que descansa en dos rodamientos o cojinetes. El espacio 
de aire que separa el estátor del rotor, necesario para que pueda girar la 
máquina se denomina entrehierro. 
Normalmente tanto en el estátor como en el rotor existen devanados 
hechos con conductores de cobre por los que circulan corrientes 
suministradas o cedidas a un circuito exterior que constituye el sistema 
eléctrico. Uno de los devanados crea un flujo en el entrehierro y se 
denomina inductor. El otro devanado recibe el flujo del primero y se 
denomina inducido. De igual manera, se podria situar el inductor en el 
estátor y el inducido en el rotor o viceversa. 
Pérdidas y eficiencia de las máquinas eléctricas rotativas 
Como cualquier máquina, la potencia de salida que ofrecen las máquinas 
eléctricas rotativas es menor que la potencia de alimentación que se les 
suministra, potencia suministrada. La diferencia entre la potencia de salida 
y la suministrada son las pérdidas: 
 
La potencia de salida de un generador eléctrico es la potencia eléctrica 
que entrega, la potencia útil. La potencia suministrada o total es 
la potencia mecánica de entrada: la potencia mecánica que absorbe la 
máquina para poder generar electricidad. 
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 Dentro de una máquina eléctrica rotativa, las pérdidas más significativas 
son: 
 Pérdidas mecánicas: Causadas por el rozamiento entre las piezas 
móviles y por la ventilación o refrigeración interior de los 
devanados. 
 Pérdidas eléctricas o pérdidas en el cobre: Se producen en el 
circuito eléctrico y en sus conexiones y son debidas al efecto Joule. 
 Pérdidas magnéticas o pérdidas en el hierro: Dependen de las 
variaciones que se producen en los campos magnéticos y de la 
frecuencia. 
Así mismo, el cociente entre la potencia de salida (también llamada 
potencia útil) y la potencia suministrada (también llamada potencia total o 
absorbida) es la eficiencia. Esta eficiencia se expresa en tanto por 
ciento(%): 
 
Por lo tanto, la eficiencia de una máquina eléctrica determina la cantidad 
de trabajo útil que puede producir, a partir de la energia total que 
consume. 
Principio de funcionamiento de un generador eléctrico: Ley de 
Faraday 
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Representación del experimento que realizó Faraday 
El principio de funcionamiento de los generadores se basa en el 
fenómeno de inducción electromagnética. 
 La Ley de Faraday. Esta ley nos dice que el voltaje inducido en un 
circuito es directamente proporcional al cambio del flujo magnético en un 
conductor o espira. Esto quiere decir que si tenemos un campo magnético 
generando un flujo magnético, necesitamos una espira por donde circule 
una corriente para conseguir que se genera la f.e.m. (fuerza 
electromotriz). 
Este descubrimiento, realizado en el año 1830 por Michael Faraday, 
permitió un año después la creación del disco de Faraday. El disco de 
Faraday consiste en un imán en forma de U, con un disco de cobre de 
doce pulgadas de diámetro y 1/5 de pulgas de espesor en medio colocado 
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/iv.-electromagnetismo
http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/magnitudes-electricas
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sobre un eje, que está girando, dentro de un potente electroimán. Al 
colocar una banda conductora rozando el exterior del disco y otra banda 
sobre el eje, comprobó con un galvanómetro que se producía electricidad 
mediante imanes permanentes. Fue el comienzo de las modernas 
dinamos Es decir, generadores eléctricos que funcionan por medio de un 
campo magnético. Era muy poco eficiente y no tenía ningún uso como 
fuente de energía práctica, pero demostró la posibilidad de generar 
electricidad usando magnetismo y abrió la puerta a los conmutadores, 
dinamos de corriente continua y finalmente a los alternadores de 
corriente. 
Como se observa en el capítulo de electromagnetismo, cuando dentro de 
un campo magnético tenemos una espira por donde circula una corriente 
eléctrica aparecen un par de fuerzas que provocan que la espira gire 
alrededor de su eje. De esta misma manera, si dentro de un campo 
magnético introducimos una espira y la hacemos girar provocaremos la 
corriente inducida. Esta corriente inducida es la responsable de la f.e.m. y 
será variable en función de la posición de la espira y el campo 
magnético. 
La cantidad de corriente inducida o f.e.m. dependerá de la cantidad de 
flujo magnético (también llamado líneas) que la espira pueda cortar, 
cuanto mayor sea el número, mayor variación de flujo generara y por lo 
tanto mayor fuerza electromotriz.. 
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Al hacer girar la espira dentro del imán conseguiremos una tensión que 
variará en función del tiempo. Esta tensión tendrá una forma alterna, 
puesto que de 180º a 360º los polos estarán invertidos y el valor de la 
tensión será negativo. 
El principio de funcionamiento del alternador y de la dinamo se basa en 
que el alternador mantiene la corriente alterna mientras la dinamo 
convierte la corriente alterna en corriente continua. 
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Generador de corriente alterna: el alternador 
Los generadores de corriente alterna o alternadores son máquinas que 
transforman energía mecánica, que reciben por el rotor, en energía 
eléctrica en forma de corriente alterna. La mayoría de alternadores son 
máquinas de corriente alterna síncrona, que son las que giran a la 
velocidad de sincronismo, que está relacionada con el nombre de polos 
que tiene la máquina y la frecuencia de la fuerza electromotriz. Esta 
relación hace que el motor gire a la misma velocidad que le impone el 
estátor a través del campo magnético. Esta relación viene dada por la 
expresión: 
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Su estructura es la siguiente: 
 Estátor: Parte fija exterior de la máquina. El estátor está formado 
por una carcasa metálica que sirve de soporte. En su interior 
encontramos el núcleo del inducido, con forma de corona y ranuras 
longitudinales, donde se alojan los conductores del enrollamiento 
inducido. 
 Rotor: Parte móvil que gira dentro del estátor El rotor contiene el 
sistema inductor y los anillos de rozamiento, mediante los cuales se 
alimenta el sistema inductor. En función de la velocidad de la 
máquina hay dos formas constructivas. 
o Rotor de polos salidos o rueda polar: Utilizado para 
turbinas hidráulicas o motores térmicos, para sistemas de 
baja velocidad. 
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o Rotor de polos lisos: Utilizado para turbinas de vapor y 
gas, estos grupos son llamados turboalternadores. Pueden 
girar a 3000, 1500 o 1000 r.p.m. en función de los polos que 
tenga. 
El alternador es una máquina eléctrica rotativa síncrona que necesita 
de una corriente de excitación en el bobinaje inductor para generar el 
campo eléctrico y funcionar. Por lo tanto su diagrama de funcionamiento 
es el siguiente: 
 
Al ser máquinas síncronas que se conectan a la red han de trabajar a una 
frecuencia determinada. En el caso de Europa y algunas zonas de 
Latinoamérica se trabaja a 50 Hz, mientras que en los Estados Unidos 
usan 60 Hz. En aplicaciones especiales como en el caso de la 
aeronáutica, se utilizan frecuencias más elevadas, del orden de los 400 
Hz. 
El principio de funcionamiento de los alternadores es el mismo que hemos 
estudiado hasta ahora, con una pequeña diferencia. Para generar el 
campo magnético, hay que aportar una corriente de excitación (Ie) en 
corriente continua. Esta corriente genera el campo magnético para 
conseguir la corriente inducida (Ii) que será corriente alterna. 
Los alternadores están acoplados a una máquina motriz que les genera la 
energía mecánica en forma de rotación. Según la máquina motriz 
tenemos tres tipos: 
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 Máquinas de vapor: Se acopla directamente al alternador. 
Generan una velocidad de giro baja y necesitan un volante de 
inercia para generar una rotación uniforme. 
 Motores de combustión interna: Se acoplan directamente y las 
características son similares al caso anterior. 
 Turbinas hidráulicas: La velocidad de funcionamiento tiene un 
rango muy amplio. Estos alternadores están diseñados para 
funcionar bien hasta el doble de su velocidad de régimen. 
Excitatriz de los alternadores 
Los alternadores necesitan una fuente de corriente continua para 
alimentar los electroimanes (deanados) que forman el sistema inductor. 
Por eso, en el interior del rotor se incorpora la excitatriz. 
La excitatriz es la máquina encargada de suministrar la corriente de 
excitación a las bobinas del estátor, parte donde se genera el campo 
magnético. Según la forma de producir el flujo magnético inductor 
podemos hablar de: 
 Excitación independiente. La corriente eléctrica proviene de una 
fuente exterior. 
 Excitación serie. La corriente de excitación se obtiene conectando 
las bobinas inductoras en serie con el inducido. Toda la corriente 
inducida a las bobinas del rotor pasa por las bobinas del estátor. 
 Excitación shunt o derivación. La corriente de excitación se 
obtiene conectando las bobinas del estátor en paralelo con el 
inducido. Solo pasa por las bobinas del estátor una parte de la 
corriente inducida. 
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 Excitación compound. En este caso las bobinas del estátor están 
conectadas tanto en serie como en paralelo con el inducido. 
Efectos del funcionamiento de un alternador 
Cuando un alternador funciona conectado a un circuito exterior se crean 
corrientes inducidas que nos generan los siguientes efectos: 
 Caída de tensión en los bobinajes inducidos: La resistividad que 
nos presentan los conductores hace que tengamos una caída de 
tensión. 
 Efecto de reacción en el inducido: El tipo de reacción que 
tendremos en el inducidodependerá de la carga conectada: 
o Resistiva: Tenemos un incremento en la caída de tensión 
interna y una disminución de la tensión en los bornes de 
salida. 
o Inductiva: Aparece una caída de tensión importante en los 
bornes de salida. 
o Capacitiva: Disminuye la caída de tensión interna y eleva 
mas el valor de la tensión de salida en los bornes de salida. 
 Efecto de dispersión del flujo magnético: Hay líneas de fuerza 
que no pasan por el inducido, se pierden o llegan al siguiente polo. 
Cuanto más alta sea la corriente del inducido, más pérdidas por 
dispersión nos encontramos. 
 
 
 
 
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Generador de corriente continua: la dinamo 
El generador de corriente continua, también llamado dinamo, es una 
máquina eléctrica rotativa a la cual le suministramos energía mecánica y 
la transforma en energía eléctrica en corriente continua. En la actualidad 
se utilizan muy poco, ya que la producción y transporte de energía 
eléctrica es en forma de corriente alterna. 
Una de las características de las dinamos es que son máquinas 
reversibles: se pueden utilizar tanto como generador o como motor. El 
motor es la principal aplicación industrial de la dinamo, ya que tiene 
facilidad a la hora de regular su velocidad de giro en el rotor. 
Las principales partes de esta máquina son: 
Estátor 
El estátor es la parte fija exterior de la dinamo. El estátor contiene el 
sistema inductor destinado a producir el campo magnético. Está formado 
por: 
 Polos inductores: Diseñados para repartir uniformemente el 
campo magnético. Distinguimos en ellos el núcleo y la expansión 
polar. El número de polos ha de ser par, en caso de máquinas 
grandes se han de utilizar polos auxiliares. 
 Devanado inductor: Son las bobinas de excitación de los polos 
principales, colocadas alrededor del núcleo. Están hechos con 
conductores de cobre o de aluminio recubiertos por un barniz 
aislante. 
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 Culata: La culata sirve para cerrar el circuito magnético y sujertar 
los polos. Esta construida con material ferromagnético. 
Rotor 
El rotor es la Parte móvil que gira dentro del estátor. El rotor al estar 
sometido a variación de flujo crea la fuerza electromotriz inducida, por lo 
tanto contiene el sistema inducido. Está formado por: 
 Núcleo del inducido: Cilindro construido para reducir las pérdidas 
magnéticas. Dispone de ranuras longitudinales donde se colocan 
las espiras del enrollamiento del inducido. 
 Devanado inducido: Formado por espiras que se distribuyen 
uniformemente por las ranuras del núcleo. Se conecta al circuito 
exterior de la máquina por medio del colector y las escobillas. 
 Colector: Cilindro solidario al eje de la máquina formado por 
segmentos de cobre o láminas aisladas eléctricamente entre ellas. 
En cada lámina se conecta una bobina. Es el encargado de realizar 
la conversión de corriente alterna a corriente continua. 
 Escobillas: Son piezas de carbón-grafito o metálicas, que están en 
contacto con el colector. Hacen la conmutación de la corriente 
inducida y la transportan en forma de corriente continua hacia el 
exterior. 
 Cojinetes: Sirven de soporte y permiten el giro del eje de la 
máquina. 
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Entrehierro 
El entrehierro e s el espacio de aire comprendido entre el rotor y el 
estátor. Suele ser normalmente de entre 1 y 3 milímetros. El entehierro es 
imprescindible para evitar rozamientos entre la parte fija y la parte móvil. 
 
La conmutación en las dinamos 
La conmutación es la operación de transformación de una señal alterna a 
una señal continua y también se conoce como rectificación de señal. 
Las dinamos hacen esta conmutación porque tienen que suministrar 
corriente continua. 
Esta conmutación en las dinamos se realiza a través del colector de 
delgas. Los anillos del colector están cortados debido a que por fuera de 
la espira la corriente siempre tiene que ir en el mismo sentido. 
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A la hora de realizar esta conmutación existen diferentes problemas. 
Cuando el generador funciona con una carga conectada en sus bornes, 
nos encontramos con una caída de tensión interna y una reacción en el 
inducido. 
El inducido creará un flujo magnético que se opone al generado por el 
imán. A este efecto se le da el nombre de fuerza contraelectromotriz, 
que desplazará el plano neutro. 
Para solucionar este problema se pueden realizar diversas mejoras como: 
 Desplazamiento de las escobillas: Este método cambia las 
escobillas a su nueva posición corrigiendo el desvío del plano, el 
problema es que el motor puede trabajar desde el 0% de su carga 
total al 100%, por lo que el plano puede cambiar. 
 Polos de conmutación o auxiliares: la función de estos polos 
auxiliares es la de compensar el flujo producido por las bobinas 
inducidas y compensarlo. Es una solución muy útil y económica. 
 Bobinas de compensación: Cuando los generadores son de gran 
potencia, los polos de conmutación no son suficientes, en este 
caso usamos bobinas de compensación. 
 
Ventajas del alternador respecto a la dinamo 
El alternador tiene varias ventajas que hacen que sea un tipo de máquina 
más utilizada, ya no solo el hecho de que produce electricidad en 
corriente alterna, que es como se consume, si no por otras ventajas del 
tipo utilización. 
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Las ventajas del alternador respecto a la dinamo son las siguientes: 
 En el alternador eléctrico se puede obtener mayor gama de 
velocidad de giro. La velocidad de giro puede ir desde 500 a 7.000 
rpm. La dinamo a altas rpm sufre el el colector y las escobillas 
elevado desgaste y subida de temperaturas. 
 El conjunto rotor y estátor en el alternador es muy compacto. 
 Los alternadores poseen un solo elemento como regulador de 
tensión. 
 Los alternadores eléctricos son más ligeros: pueden llegar a ser 
entre un 40 y un 45% menos pesados que las dinamos, y de un 25 
a un 35% más pequeños. 
 El alternador trabaja en ambos sentidos de giro sin necesidad de 
modificación. 
 La vida útil del alternador es superior a la de la dinamo. Esto es 
debido a que el alternador eléctrico es más robusto y compacto, 
por la ausencia del colector en el inducido, y soporta mejor las altas 
temperaturas. 
 
 
 
 
 
 
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GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA 
CORRIENTE CONTINUA 
Es aquella que circula en un solo sentido y tiene bien definido su polo 
positivo y negativo. Se designa con las letras c. c. ó DC, que son las 
iniciales en inglés. 
Elementos que proporcionan corriente continua son las pilas, 
acumuladores, y dínamos. 
Tipos de corriente continua. 
La corriente continua se puede dividir en tres clases: constante, 
decreciente y pulsante 
Corriente continua constante 
Es aquella que permanece invariable desde que es aplicada, en ese 
momento alcanza su valor, y durante todo el tiempo que permanece sigue 
manteniendo el mismo. 
 
 
 
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Corriente continuadecreciente 
Es una corriente que siempre tiene el mismo sentido, pero que a medida que va 
pasando el tiempo su valor va decreciendo, un claro ejemplo lo podemos tener 
en las pilas o baterías. 
Si permanecen largo tiempo conectadas, su valor va disminuyendo a medida que 
se van descargando. 
 
Corriente continua pulsatoria 
No cambia su sentido de circulación pero sí sus valores de tensión, alcanzando 
en ciertos momentos su valor máximo, manteniéndose un tiempo para después 
bajar instantáneamente al valor cero. 
Existen infinidad de ondas, por lo tanto en los gráficos siguientes sólo 
expondremos las más significativas. 
- La corriente continua pulsatoria de onda cuadrada alcanza su valor máximo 
instantáneamente, permanece durante un tiempo y baja a cero su valor, para 
permanecer sin tensión durante el mismo tiempo que la ha mantenido. Como los 
tiempos son iguales se denomina de onda cuadrada. Una señal muy empleada 
para información de revoluciones. 
 
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PILAS Y BATERÍAS 
 
1.- PILAS 
La primera pila fue creada en el año 1800 por Alejandro Volta. Consistía 
en una serie de discos de cobre y cinc separados por un filtro empapado 
con una disolución ácida, los discos estaban dispuestos en forma de 
columna o pila, de ahí su nombre. Era de bajo rendimiento y corta 
duración. 
 En la actualidad se emplean pilas secas, inventadas por 
George Leclanché en 1869. 
Tipos de pilas 
Las llamadas pilas primarias no son recargables al 
consumirse la sustancia química 
(electrolito sólido) que provoca la reacción entre los 
electrodos. Las más conocidas 
son las salinas, alcalinas y de botón. 
Pilas salinas 
Están constituidas por dos electrodos, uno de carbón y otro de cinc. El 
polo negativo lo forma el propio recipiente y el polo positivo es una barra 
de carbón con un terminal metálico recubierto por dióxido de manganeso, 
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para evitar que el hidrógeno que se desprende lo aísle interrumpiendo el 
paso de la corriente eléctrica. El electrolito está compuesto por cloruro 
amónico o sal de amonio, de ahí su nombre de salina. 
Cada pila solamente puede proporcionar una tensión de 1,5 V, la 
asociación en serie puede proporcionar distintas tensiones. 
 
Pilas alcalinas 
Están formadas por dos electrodos, el negativo es de cinc y superficie 
extensa, el positivo es dióxido de manganeso con elevada densidad. El 
electrolito es de hidróxido de potasio, no es un ácido, sino una base, de 
ahí su nombre de alcalina. Todo ello encerrado en un encapsulado de 
acero. 
Tienen larga duración, tensión muy estable y pueden permanecer largo 
tiempo sin que pierdan carga. Proporcionan corrientes elevadas en 
instantes cortos de tiempo, ideal para motores, flash, etc. 
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Pilas botón 
Tienen un tamaño muy reducido, como el de un botón, poco peso y una 
tensión elevada, en comparación con el tamaño de las anteriores. Pueden 
ser de: 
� Mercurio, pila de cinc y óxido de mercurio dentro de un recipiente de 
acero que forma el polo positivo, el polo negativo es de cinc y se 
encuentra en el centro. El electrolito es cincado de potasio. Tienen larga 
duración y proporcionan una tensión constante de 1,35 v. 
� Óxido de plata, similar a las de mercurio, el ánodo es de óxido de 
plata, el cátodo es de cinc y el electrolito es hidróxido de potasio. La 
tensión que proporcionan es de 1,55 v. 
� Litio, de constitución similar a las anteriores, proporcionan una tensión 
de 3 v, y tienen larga duración. 
 
2.- BATERÍAS 
Las pilas secundarias, también son conocidas como acumuladores, una 
vez agotada la sustancia que provoca la reacción química pueden 
recargarse haciendo pasar a través de ellas una corriente eléctrica 
continua. La conexión de estas pilas en serie dalugar a una batería de 
acumuladores, de ahí el nombre de batería. 
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Como ya hemos indicado, los acumuladores son pilas que permiten su 
regeneración, su recarga. En el proceso de descarga, transforman la 
energía química en energía eléctrica. El proceso de carga es inverso, la 
energía eléctrica del exterior se transforma en energía química. 
2.- BATERÍAS 
Las pilas secundarias, también son conocidas como acumuladores, una 
vez agotada la sustancia que provoca la reacción química pueden 
recargarse haciendo pasar a través de ellas una corriente eléctrica 
continua. La conexión de estas pilas en serie da lugar a una batería de 
acumuladores, de ahí el nombre de batería. 
Como ya hemos indicado, los acumuladores son pilas que permiten su 
regeneración, su recarga. En el proceso de descarga, transforman la 
energía química en energía eléctrica. El proceso de carga es inverso, la 
energía eléctrica del exterior se transforma en energía química. 
Capacidad de una batería 
Es la posibilidad de almacenar cargas y depende del tamaño y número de 
placas y la concentración del electrolito. 
Se determina en amperios-hora (Ah), así pues Una batería de 60 Ah 
puede suministrar: 
- 1A durante 60 h. 
- 2A durante 30 h. 
- 60A durante 1 h. 
En la práctica esto no se cumple, puesto que influye el ritmo de descarga 
y la temperatura del electrolito. Si se descarga más rápidamente también 
la tensión desciende más rápidamente. 
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Tipos de baterías 
Acumulador de plomo 
Está formado por una serie de elementos (pilas) sumergidos en electrolito, 
mezcla de ácido sulfúrico y agua destilada. Cada elemento suministra 
unos 2,4 V cuando está completamente cargado, para disponer de 12 
voltios necesitaremos 6 elementos acoplados en serie. 
Cada elemento está formado por un grupo de placas positivas de dióxido 
de plomo (Pb O2), todas ellas unidas por un puente de plomo-antimonio y 
un grupo de placas negativas de plomo esponjoso (Pb) aleado con un 6% 
de antimonio (Sb) para darle consistencia, también unidas entre sí. 
Las placas van entremezcladas de forma que una placa positiva va 
colocada entre dos negativas, entre ellas se encuentra un separador de 
caucho microporoso que impide su contacto, evitando el cortocircuito y 
dejando pasar libremente al electrolito. Hay que destacar que cada 
elemento debe llevar una placa negativa más que positiva. 
Todo ello va introducido en un recipiente de material plástico al que no 
ataque el ácido. 
Cada grupo o elemento va alojado en un recipiente llamado vaso, que se 
comunica con el exterior a través de unos tapones que llevan unos 
orificios de respiración. 
En el fondo del recipiente se encuentran unos apoyos que dejan una 
pequeña cámara para almacenar partículas que se puedan desprender de 
las placas o separadores. 
El electrolito está formado por una concentración de ácido sulfúrico al 34 
%, dando una densidad de 1,28 g/cm3 cuando está cargada, y 1,19 g/cm3 
cuando está descargada. Dicho ácido está mezclado con agua destilada. 
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Con un densímetro podremos saber cuál es su estado de carga. Para 
realizar la mezcla deberemos tener siempre en cuenta que se ha de echar 
el ácido sulfúrico sobre el agua destilada, nunca al contrario, pues la 
reacción química que se produce haría salpicar el ácido hirviendo. 
Descarga;Cuando una batería está en proceso de descarga se produce 
una reacción química en su interior de forma que el ácido se disocia 
separándose en iones, unos positivos, que son de hidrógeno (H+) y otros 
negativos, que son sulfato (SO42-). El hidrógeno se asocia con el oxígeno 
formando agua y el sulfato reacciona con el plomo de las placas. 
 
Una vez descargada por completo la batería, sus placas quedan 
sulfatadas completamente. Si la descarga se ha realizado bruscamente, el 
sulfato se endurece y pueden desprenderse partículas que pueden 
comunicar las placas, de ahí el pequeño depósito que lleva en la parte 
inferior de los vasos. 
Un exceso de sulfato hace difícil la recarga de la batería, es decir, la 
regeneración de sus placas. 
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Carga: En el proceso de carga la reacción química que se produce es 
inversa, los iones de sulfato se separan del plomo y van a reaccionar con 
los iones de hidrógeno de nuevo el oxígeno a su vez también disociado, 
vuelve a la placa positiva para unirse con el plomo. 
Al producirse esta disociación se desprende energía en forma de calor y 
se libera oxígeno e hidrógeno. Por ello es preciso que el proceso de carga 
se realice con los tapones quitados, de lo contrario podría producirse una 
sobrepresión que reventaría la batería. 
Cuando se liberan estos gases pueden ir mezclados con los compuestos 
de antimonio, siendo muy explosivos, por lo tanto, en el proceso de carga 
no deberá acercarse ninguna llama ni crearse ninguna chispa. 
Como consecuencia de la liberación de gases, es necesario completar el 
nivel con agua destilada, de lo contrario el ácido tendría una densidad 
mayor y no se mantendría la proporción de la mezcla. 
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Acumulador de plomo-calcio 
Son las baterías llamadas sin mantenimiento. Las rejillas de sus placas 
están constituidas por una aleación de plomo-calcio que alarga la vida de 
la batería y reduce la autodescarga. Además, sufre menor evaporación de 
agua por lo que, teóricamente, no hay que completarlas. 
Otra característica importante es que el nivel de corrosión en los bornes 
es muchísimo menor, pues no se produce la evaporación del ácido. 
Acumulador de níquel- cadmio 
Las llamadas pilas recargables son en realidad los acumuladores de 
níquel-cadmio con aspecto de pilas. Se utilizan en luces de emergencia, 
calculadoras, aparatos de audio… 
Al ser recargables reemplazan ventajosamente a las pilas secas. 
Algunas son de gran tamaño y resultan mucho más caras que las baterías 
de plomo pero tienen la enorme ventaja de poderse descargar hasta 0 
voltios y volver a cargarse sin deteriorarse. 
 
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ASOCIACIÓN DE PILAS 
 
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GENERADORES DE CC. DINAMOS 
Los generadores de corriente continua son maquinas que producen 
tensión su funcionamiento se reduce siempre al principio de la bobina 
giratorio dentro de un campo magnético. Si una armadura gira entre dos 
polos magnéticos fijos, la corriente en la armadura circula en un sentido 
durante la mitad de cada revolución, y en el otro sentido durante la otra 
mitad. Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o 
corriente continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de 
un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez 
durante cada revolución. En las máquinas antiguas esta inversión se 
llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido 
montado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se 
aislaban entre sí y servían como bornes de la bobina. Las escobillas fijas 
de metal o de carbón se mantenían en contacto con el conmutador, que al 
girar conectaba eléctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la 
armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa 
con las mitades del conmutador, cambiando la posición en el momento en 
el que la corriente invertía su sentido dentro de la bobina de la armadura. 
Así se producía un flujo de corriente de un sentido en el circuito exterior al 
que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente 
continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las 
chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes 
altos. El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores 
suele ser de 1.500 voltios. En algunas máquinas más modernas esta 
inversión se realiza usando aparatos de potencia electrónica, como por 
ejemplo rectificadores de diodo. 
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Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de 
tambor, que suelen estar formadas por un gran número de bobinas 
agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura 
y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si 
una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce 
aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo magnético a 
través del cual se esté moviendo el circuito. Un conmutador de varios 
segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el 
circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de alta 
intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las 
bobinas de la armadura es prácticamente constante. Los campos de los 
generadores modernos se equipan con cuatro o más polos 
electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del campo 
magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más pequeños para 
compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la armadura 
en el flujo eléctrico del 
campo. 
El campo inductor de un 
generador se puede obtener 
mediante un imán 
permanente (magneto) o por 
medio de un electroimán 
(dinamo). En este último 
caso, el electroimán se 
excita por una corriente independiente o por autoexcitación, es decir, la 
propia corriente producida en la dinamo sirve para crear el campo 
magnético en las bobinas del inductor. Existen tres tipos de dinamo según 
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Tomo: 4 Generacion de Energia Electrica 
 
sea la forma en que estén acoplados el inductor y el inducido: en serie, en 
derivación y en combinación. 
Los generadores de corriente continua se clasifican según el método que 
usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del 
mismo. Un generador de excitado en serie tiene su campo en serie 
respecto a la armadura. Un generador de excitado en derivación, tiene su 
campo conectado en paralelo a la armadura. Un generador de excitado 
combinado tiene parte de sus campos conectados en serie y parte en 
paralelo. Los dos últimos tipos de generadores tienen la ventaja de 
suministrar un voltaje relativamente constante, bajo cargas eléctricas 
variables. El de excitado en serie se usa sobre todo para suministrar una 
corriente constante a voltaje variable. Un magneto es un generador 
pequeño de corriente continua con un campo magnético permanente. 
 
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Generador en derivación ( shunt ) 
Siendo el dinamo shunt una maquina auto excitada, empezará a 
desarrollar su voltaje partiendo del magnetismo residual tan pronto como 
el inducido empiece a girar. Después a medida que el inducido va 
desarrollando voltaje este envía corriente a través del inductor 
aumentando el número de líneas de fuerza y desarrollando voltaje hasta 
su valor normal. 
Dinamo con excitación en derivación 
Aquí se conecta el devanado inductor en paralelo con el inducido, tal 
como se muestra en la Figura 19.20. Para producir el flujo magnético 
necesario se montan bobinas inductoras con un gran número de espiras, 
ya que la corriente de excitación que se alcanza con este montaje es 
pequeña, siendo reducida la sección de los conductores. 
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En el esquema eléctrico de la Figura 1.20 se ha incluido un reostato de 
regulación de campo conectado en serie con el devanado inductor. Al 
modificar la resistencia de este reostato conseguimos variar la corriente 
de excitación y con ella el flujo magnético inductor, consiguiendo así tener 
un control efectivo sobre la tensión de salida del generador. 
 
En la Figura 1.21 se muestra la curva característica de una dinamo en 
derivación o shunt en carga. Aquí se puede observar que la tensión que 
proporciona el generador a la carga se reduce más drásticamente con los 
aumentos de la corriente de carga que en la dinamo con excitación 
independiente. Esto es debido a que al aumentar la caída de tensión en el 
inducido con la carga, se produce una disminución de la tensión en bor-
nes, que provoca, a su vez, una reducción de la corriente de excitación. 
Esto hace que la f.e.m. inducida se vea reducida, pudiéndose llegar a 
perder la excitación total de la dinamo para corrientes de carga muy 
elevadas. 
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Dinamo con excitación en serie 
En este caso se conecta el devanado inductor en serie con el inducido, de 
tal forma que toda la corriente que el generador suministra a la carga fluye 
por igual por ambos devanados (Figura 1.22). Dado que la corriente que 
atraviesa al devanado inductor es elevada, es necesario construirlos con 
pocas espiras y una gran sección en los conductores 
 
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El inconveniente fundamental de este tipo de generador es que cuando 
trabaja en vacío (sin conectar ningún receptor exterior), al ser la corriente 
nula, no se excita. Además, cuando aumenta mucho la corriente de carga, 
también lo hace el flujo inductor por lo que la tensión en bornes de la 
dinamo también se eleva, tal como se muestra en la curva característica 
de carga de la Figura 1.23. Esto hace que este generador sea muy 
inestable en su funcionamiento y, por lo tanto, poco útil para la generación 
de energía eléctrica. 
 
Dinamo con excitación compound 
En la excitación mixta o compound se divide un circuito inductor en dos 
partes independientes, conectando una en serie con el inducido y otra en 
derivación, tal como se muestra en el esquema de la Figura 1.24. 
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Gracias a la combinación de los efectos serie y derivación en la excitación 
de la dinamo se consigue que la tensión que suministra el generador a la 
carga sea mucho más estable para cualquier régimen de carga, tal como 
se muestra en la curva característica en carga de la Figura 1.25. 
 
 
 
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La gran estabilidad conseguida en la tensión por las dinamos con 
excitación compound hace que ésta sea en la práctica la más utilizada 
para la generación de energía. 
 1.9. Ensayos en una dinamo 
 Al igual que se hace con los transformadores, las dinamos también 
pueden ser sometidas a una serie de ensayos con el fin de determinar sus 
características y analizar su comportamiento en diferentes situaciones de 
funcionamiento. De esta forma, se pueden realizar ensayos para 
determinar el rendimiento, para evaluar el calentamiento de la máquina 
para diferentes regímenes de funcionamiento, medir la resistencia de 
aislamiento, la rigidez dieléctrica, etc. Además, a través de los ensayos se 
pueden determinar las curvas características de la dinamo, como pueden 
ser: 
 Característica de vacío: Vb=f(Iex) Para una velocidad de rotación fija 
(N - cte) y estando la dinamo trabajando en vacío (I¡ = 0), la curva 
representa el valor de la tensión en bornes (Vb) en función de la corriente 
de excitación (Iex). 
Característica en carga: Vh = f(Iex ) Para una velocidad de rotación fija (N 
= cte) y estando la dinamo trabajando en carga a una intensidad 
constante (Ii = cte), la curva representa el valor de la tensión en bornes 
(Vb) en función de la corriente de excitación (Iex). 
Característica de excitación o regulación: Iex = f (Ii). Para una velocidad de 
rotación y una tensión en bornes constantes (N = cte, Vb = cte), la curva 
representa la corriente de excitación (Iex) en función de la corriente 
suministrada por el inducido (L). 
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Característica de cortocircuito: I,„ = f(lI). Para una velocidad constante (N 
= cte) y una tensión en bornes igual a cero (Vb = 0), la curva representa la 
comente de excitación (Iex) en función de la corriente suministrada por el 
inducido (Ii). 
Característica exterior: Vh=f(í). Para una corriente de excitación y 
velocidad constantes (Iex = cte, N - cte), la curva representa la tensión en 
la carga (Vb) en función de la corriente suministrada por la dinamo (I). 
Característica interior: E =f(I¡). Para una corriente de excitación y 
velocidad constantes (Iex = cte, N = cte), la curva representa la f.e.m. 
inducida por la dinamo (E) en función de la corriente suministrada por el 
inducido (Ii). 
Para llevar a cabo estos ensayos son necesarios los siguientes equipos: 
Motor de arrastre con posibilidad de regulación y control de velocidad. En 
la Figura 1.26 se ha utilizado un motor de corriente continua en derivación 
en el que, modificando su corriente de excitación (variando el reostato Rr) 
y tensión del inducido (variando la tensión en la fuente de alimentación 
F.A. regulable) se puede conseguir un amplio margen de velocidad. 
Fuente de alimentación de C.C. regulable para alimentación del motor de 
arrastre. 
Fuente de alimentación de C.C. regulable para alimentación de la 
excitación de la dinamo. 
Aparatos de medida de alcance adecuado para medir tensión y corriente 
en los diferentes circuitos. 
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Un tacómetro para medir la velocidad de la dinamo (lamayor parte de los 
ensayos se hacen a velocidad constante, que deberá corresponderse con 
la nominal de la dinamo. Para conseguir mantener esta velocidad cons 
tante en el circuito de la Figura 19.26 habrá que ajustar la tensión de 
alimentación y la corriente de excitación del motor de arrastre). 
Reostatos para regular corriente del inducido o de la excitación (R, Rr). 
 
En la Figura 1.26 se muestra, como ejemplo, el circuito para obtener las 
curvas en vacío y carga de una dinamo de excitación independiente. Para 
realizar las curvas deuna dinamo con la excitación en derivación o serie 
no sería necesario utilizar la fuente de alimentación para la alimentación 
de excitación, ya que la dinamo con estas conexiones se auto-excita. 
 
Voltaje de los dinamos shunt 
Puesto que circuito inductor y el circuito de la carga están ambos 
conectados a través de los terminales de la dinamo, cualquier corriente 
engendrada en el inducido tiene que dividiese entre esas dos trayectorias 
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en proporción inversa a sus resistencias y, puesto que la parte de la 
corriente pasa por el circuito inductor es relativamente elevada, la mayor 
parte de la corriente pasa por el circuito de la carga, impidiendo así el 
aumento de la intensidad del campo magnético esencial para producir el 
voltaje normal entre los terminales. 
Características del voltaje del dinamo shunt. 
El voltaje de un dinamo shunt variara en razón inversa de la carga, por la 
razón mencionada en el párrafo anterior . El aumento de la carga hace 
que aumente la caída de voltaje en el circuito de inducción, reduciendo 
así el voltaje aplicado al inductor, esto reduce la intensidad del campo 
magnético y por con siguiente, el voltaje del generador. Si se aumenta 
bruscamente la carga aplicada a un dinamo shunt la caída de voltaje 
puede ser bastante apreciable; mientras que si se suprime casi por entero 
la carga, la regulación de voltaje de una dinamo shunt es muy defectuosa 
debido a que su regulación no es inherente ni mantiene su voltaje 
constante adaptan bien a trabajos fuertes, pero pueden emplearse para el 
alumbrado por medio de lámparas incandescentes o para alimentar otros 
aparatos de potencia constante en los que las variaciones de carga no 
sean demasiado pronunciadas. 
El dinamo shunt funciona con dificultad en paralelo por que no se reparte 
por igual la carga entre ellas. 
Conclusión. 
En términos generales los generadores son maquinas eléctricas, son un 
grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en 
eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una máquina 
que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, 
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alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica 
en mecánica se le denomina motor. 
 
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GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA 
GENERADORES DE C−A CON ARMADURA ESTACIONARIA 
 Cuando un generador de c−a produce una cantidad de potencia 
relativamente pequeña, los anillos rozantes operan 
satisfactoriamente. Por otra parte, cuando se manejan potencias 
elevadas, resulta cada vez más difícil el aislar suficientemente sus 
anillos rozantes y por lo tanto, éstos se convierten en un motivo 
frecuente de problemas. Debido a esto, la mayor parte de los 
generadores de c−a tienen una armadura estacionaria y un 
campo rotatorio. En estos generadores, las bobinas de 
armadura están montadas permanentemente con arreglo a la 
circunferencia interna de la cubierta del generador, en tanto que las 
bobinas de campo y sus piezas polares están montadas sobre un eje 
y giran dentro de la armadura estacionaria. Esta disposición de 
armadura estacionaria y campo rotatorio parece extraña a primera 
vista; pero si se tienen presentes los fundamentos de la inducción 
mutua, se comprenderá que en las bobinas de armadura se induce 
un voltaje independientemente de que corten las líneas de flujo de 
un campo magnético estacionario o bien que las corten las líneas de 
flujo de un campo magnético móvil. Lo que se requiere es que haya 
un movimiento relativo entre el campo magnético y las bobinas de 
armadura. 
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En el campo de una armadura estacionaria, la salida del 
generador puede conectarse directamente a un circuito externo sin 
necesidad de anillos rozantes ni escobillas, lo cual elimina los 
problemas de aislamiento que existirían si fuese necesario producir 
corrientes y voltajes elevados a la carga, por medio de anillos 
rozantes. Naturalmente, como el devanado de campo gira, deben 
usarse anillos rozantes para conectar el devanado a su fuente 
externa de excitación de c−c. Sin embargo, los voltajes y corrientes 
que se manejan son pequeños, comparados con los de armadura y 
no hay dificultad en suministrar el aislamiento suficiente. 
Otra ventaja en usar una armadura estacionaria es que hace 
posible velocidades de rotación mucho más altas y por lo tanto, 
voltajes más altos de los que se pueden obtener con armaduras 
rotatorias; esto se debe nuevamente a la dificultad que hay en 
aislarla. A velocidades de rotación muy elevadas, la elevada fuerza 
centrífuga que resulta hace difícil aislar adecuadamente el devanado 
de armadura. Este problema no existe cuando el devanado de 
campo gira a altas velocidades. 
 
En resumen, en tanto que prácticamente todos los 
generadores de c−c constan de una armadura rotatoria y un campo 
estacionario, la mayor parte de los generadores de c−a tienen una 
armadura estacionaria y un campo rotatorio. En el caso de una 
armadura estacionaria, se pueden producir voltajes mucho mayores 
que los que son posibles con generadores de armadura rotatoria. La 
parte de un generador que gira se llama rotor en tanto que la parte 
estacionaria recibe el nombre de estator. 
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Nótese que si un generador de c−a de armadura estacionaria 
está provisto de un imán fijo para el campo en el rotor, en lugar de 
un electroimán, no se necesitarán anillos rozantes. Sin embargo, 
este generador tiene una salida muy baja, por lo que sus 
aplicaciones son limitadas. 
2.2. Generadores de c−a monofásicos 
Cuando se trató de generadores de c−a, la armadura ha sido 
representada por una sola espira. El voltaje inducido en esta espira 
sería muy pequeño; así pues, lo mismo que ocurre en los 
generadores de c−c, la armadura consta en realidad de numerosas 
bobinas, cada una con más de una espira. Las bobinas están 
devanadas de manera que cada uno de los voltajes en las espiras 
de cualquier bobina se suman para producir el voltaje total de la 
bobina. Las bobinas se pueden conectar de varias maneras, según 
el método específico que se use para darle las características 
deseadas al generador. 
Si todas las bobinas de armadura se conectan en serie aditiva, el 
generador tiene una salida única. 
La salida es sinusoidal y en cualquier instante es igual en amplitud a la 
suma de voltajes inducidos en cada una de las bobinas. Un generador 
con armadura devanada en esta forma es un generador de una fase o 
monofásico. Todas las bobinas conectadas en serie constituyen el 
devanado de armadura. En la práctica, muy pocos generadores de c−a 
son monofásicos, ya que puede obtenerse una mayor eficiencia 
conectando las bobinas de armadura mediante otro sistema. 
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Generadores de c−a trifásicos 
Básicamente, los principios del generador trifásico son los mismos que los 
de un generador bifásico, excepto que se tienen tres devanados 
espaciados igualmente y tres voltajes de salida desfasados 120 grados 
entre sí. A continuación, se ilustra un generador simple trifásico de espira 
rotatoria, incluyendo las formas de onda. Físicamente, las espiras 
adyacentes están separadas por un ángulo equivalente a 60 gradosde 
rotación. Sin embargo, los extremos de la espira están conectados a los 
anillos rozantes de manera que la tensión 1 está adelantada 120 grados 
con respecto a la tensión 2; y la tensión 2, a su vez, está adelantada 120 
grados con respecto a la tensión 3. 
 
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También se muestra un diagrama simplificado de un generador trifásico 
de armadura estacionaria. En este diagrama, las bobinas de cada 
devanado se combinan y están representadas por una sola. Además, no 
aparece el campo rotatorio. La ilustración muestra que el generador 
trifásico tiene tres devanados de armadura separados, desfasados 120 
grados. 
 
Conexiones delta e Y 
Hay seis puntas que salen de los devanados de armadura de un 
generador trifásico y el voltaje de salida está conectado a la carga externa 
por medio de estas seis puntas. En la práctica, esto no sucede así. En 
lugar de ello, se conectan los devanados entre sí y sólo salen tres puntas 
que se conectan a la carga. 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
Existen dos maneras en que pueden conectarse los devanados de 
armadura. El que se emplee uno u otro es cosa que determina las 
características de la salida del generador. En una de las conexiones, los 
tres devanados están conectados en serie y forman un circuito cerrado. 
La carga está conectada a los tres puntos donde se unen dos devanados. 
A esto se le llama conexión delta, ya que su representación esquemática 
es parecida a la letra griega delta (A), En la otra conexión, una de las 
puntas de cada uno de los devanados se junta con una de los otros dos, 
lo que deja tres puntas libres que salen para la conexión a la carga. A 
éste se le llama conexión Y, ya que esquemáticamente representa la letra 
Y. 
Nótese que, en ambos casos, los devanados están espaciados 120 
grados, de manera que cada devanado producirá un voltaje desfasado 
120 grados con respecto a los voltajes de los demás devanados. 
 
 
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Las tres puntas que salen de la conexión delta se usan para 
conectar la salida del generador a la carga. El voltaje existente entre 
dos cualesquiera de las puntas, llamada voltaje de la línea, es igual 
al voltaje generado en un devanado, que recibe el nombre de voltaje 
de fase. Así pues, como se puede apreciar en la figura, tanto los tres 
voltajes de fase como los tres voltajes de línea son iguales, y todos 
tienen el mismo valor. Sin embargo, la corriente en cualquier línea es 
"3 o sea, aproximadamente 1.73 veces la corriente en cualquier 
fase del devanado. Por lo tanto, nótese que una conexión 
delta suministra un aumento de corriente pero no hay aumento en el 
voltaje. 
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La potencia total real que produce un generador trifásico 
conectado en delta es igual a "3, o 1.73 veces la potencia real en 
cualquiera de las líneas. Sin embargo, téngase presente de lo 
estudiado en los volúmenes 3 y 
4, que la potencia real depende del factor de potencia (cos ) 
del circuito. Por lo tanto, la potencia real total es igual a 1.73 veces el 
voltaje de la línea multiplicado por la corriente de línea, multiplicada 
a su vez, por el factor de potencia. O sea: 
 
P real = 1,73 Elínea Ilínea cos 
 
 
 
 
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Las características de voltaje y corriente de una conexión Y son 
opuestas a las que presenta una conexión delta. El voltaje que hay entre 
dos líneas cualesquiera de una conexión Y es 1.73 veces el voltaje de una 
fase, en tanto que las corrientes en la línea son iguales a las corrientes en 
el devanado de cualquier fase. Esto presenta un contraste con la conexión 
delta en la cual, según se recordará, el voltaje en la línea es igual al voltaje 
de fase y la corriente en la línea es igual a 1.73 veces la corriente en la 
fase. Así pues, en tanto que una conexión delta hace posible aumentar la 
corriente sin aumentar el voltaje, la conexión Y aumenta el voltaje pero no 
la corriente. 
 
 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
 
GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA: EL ALTERNADOR 
Un generador de corriente alterna es también conocido como un 
alternador. El elemento rotatorio de grandes alternadores se denomina 
rotor. Lo hacen girar turbinas de vapor, hidroturbinas (turbinas accionadas 
con caídas de agua) o motores Diesel. Estos alternadores producen la 
energía eléctrica empleada en las casas y en la industria. Los 
alternadores pequeños de CA casi siempre son accionados por motores 
de gasolina y son empleados comúnmente para proporcionar energía 
eléctrica de emergencia. 
Tipos de alternadores 
Los alternadores se clasifican según su construcción como: 
· Alternador de armadura giratoria. Es utilizada en alternadores 
pequeños, por lo general la armadura es el elemento rotatorio o rotor. El 
rotor gira dentro del campo magnético producido por los devanados de 
campo estacionarios, denominados estatores. El rotor cuenta con un 
colector o anillos colectores que están en contacto con escobillas de 
carbón, que sirven para la recolección de la energía generada. El 
alternador de armadura giratoria solo se encuentra en alternadores con 
potencia nominal baja. 
· Alternador de campo giratorio. En este tipo de alternador la armadura 
permanece estacionaria y el devanado de campo es giratorio. La ventaja 
de tener un devanado de armadura estacionario es que el voltaje 
generado puede conectarse en forma directa a la carga sin anillos 
deslizantes. Las conexiones fijas son más fáciles de aislar que los anillos 
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deslizantes en altos voltajes, por esta razón los alternadores de alto 
voltaje y gran potencia son del tipo de campo giratorio , y éstos se 
emplean en las centrales generadoras grandes, tales como plantas 
hidroeléctricas. Como el voltaje aplicado al campo giratorio es de CD 
(corriente directa) y bajo voltaje, no tiene el problema de arqueo en los 
anillos deslizantes. 
· Alternador de imán permanente. Un alternador de imán permanente o 
magneto es un alternador de CA en él cual, el campo magnético lo 
producen uno o más imanes permanentes y no electroimanes. En algunos 
alternadores de este tipo, los imanes permanentes forman parte del rotor 
Un alternador con un conjunto de devanados y un par de anillos 
colectores produce sólo una onda de voltaje, y a éste arreglo se conoce 
como alternador monofásico. Un alternador trifásico tiene tres conjuntos 
separados de devanados, un extremo de cada devanado esta conecta do 
a un anillo colector (figura 1.3a), de tal manera que; cada vuelta completa 
del rotor produce tres voltajes diferentes (figura 1.3b) , los cuales se 
aplican a una carga por medio de una línea de alimentación de tres 
conductores 
Un sistema trifásico entrega un suministro de energía eléctrica más 
estable a una carga balanceada, ya que ésta absorbe la misma cantidad 
de potencia de cada una de las tres fases. 
Cuando uno de los voltajes es cero, la relación de fases (figura 1.3b) es 
tal que el voltaje de las otras dos fases se encuentra a la mitad de su 
amplitud, por lo cual, el valor instantáneo de la potencia absorbida por la 
carga total nunca es cero. En máquinas rotatorias esto constituye una 
ventaja, ya que el par sobre el motor es más constante de lo que sería si 
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Generacion de Energia ElectricaTomo: 4 
se estuviese usando una fuente monofásica, lo que disminuye las 
vibraciones. Por esta razón, los sistemas trifásicos son empleados para 
equipo de gran capacidad, como son grandes motores, máquinas para 
soldar y unidades calefactores que opera a voltajes de 208 V o más. 
 
Figura 1.3 Alternador trifásico. a) Estructura básica, b) Formas de onda de voltaje de las tres 
fases 
Comúnmente un alternador trifásico es conocido también como alternador 
sincrónico, y este debe su nombre a la similitud que tiene con el motor 
sincrónico, el cual es un alternomotor cuyo rotor gira en sincronismo con 
el campo magnético rotatorio creado por el arrollamiento de estator, es 
decir; en un motor síncrono tetrapolar (cuatro polos) alimentado a una 
frecuencia de 60 Hz, el campo giratorio del estator se desplaza a una 
razón de 1800 r.p.m., el rotor de dicho motor gira también a esta 
velocidad. Por lo que, la diferencia porcentual entre ésta y la velocidad 
real del motor es llama da deslizamiento. Aunque el deslizamiento de un 
motor síncrono es nulo [URL 13]. 
1.5. Alternadores síncronos 
Un alternador es similar en construcción a un motor síncrono de rotor 
excitado. 
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Tomo: 4 Generacion de Energia Electrica 
 
Consiste en un estator con arrollamiento trifásico y un rotor de polos 
salientes excitados con corriente continua. La presencia o ausencia de 
jaula de ardilla depende del uso a que se destineel alternador. 
El alternador es accionado por un motor eléctrico, una turbina de vapor, 
un motor 
Diesel, etc. Del arrollamiento del estator, que por lo regular va conectado 
en estrella, salen al exterior tres hilos o cuatro si la distribución se hace 
con tres fases y neutro. 
1.5.1. Principio de operación del alternador síncrono 
El principio fundamental de operación de los alternadores sincrónicos, es 
que el movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético 
induce un voltaje en el conductor. Una fuente externa de energía CD o 
excitador se aplica a través de anillos colectores en el rotor: La fuerza del 
flujo, y por lo tanto el voltaje inducido en la armadura se regula mediante 
la corriente directa y el voltaje suministrado al campo. La corriente alterna 
es producida en la armadura debido a la inversión del campo magnético a 
medida que los polos norte y sur pasan por los conductores individuales. 
La disposición más común es la de un electroimán cilíndrico que gira 
dentro de un conjunto de conductores estacionarios. La corriente que se 
genera mediante los alternadores aumenta hasta un pico, cae hasta cero, 
desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varia s veces por 
segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la 
máquina. 
Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin 
embargo, sí la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
de otra y con conexiones externas separadas, se producirán dos ondas 
de corriente, una de las cuales estará en su máximo cuando la otra sea 
cero, este tipo de corriente es conocida como corriente alterna bifásica. Al 
agrupar tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se producirá 
corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna 
trifásica. Se puede obtener un número mayor de fases incrementando el 
número de bobinas en la armadura, pero en la práctica de la ingeniería 
eléctrica moderna se usa sobre todo la corriente alterna trifásica. 
A continuación se describe los factores que determinan el valor de la 
frecuencia y el voltaje de CA de un alternador. 
Frecuencia de un alternador 
La frecuencia de la corriente alterna generada por un alternador depende 
del número de polos magnéticos formados por los devanados de campo y 
de la velocidad del rotor. (ya sea que la armadura o los devanados de 
campo estén girando), estas dos variables se relacionan de la siguiente 
forma (ecuación 1.1) 
 
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Cuando un rotor ha girado un ángulo lo suficientemente amplio por dos 
polos opuestos (norte y sur) para pasar un devanado del estator, el voltaje 
inducido en el devanado habrá pasado a través de un ciclo completo de 
360° (grados eléctricos) . Entre más polos existan en el campo giratorio, 
menos será la velocidad de rotación necesaria para cierta frecuencia. Por 
ejemplo, un alternador de 8 polos sólo tendrá que girar a 900 r.p.m. para 
generar una frecuencia de 60 Hz. 
Los alternadores de baja velocidad se fabrican hasta con 100 polos, para 
mejorar su eficiencia y tener un mayor control de la frecuencia. Los 
alternadores accionados por turbinas de alta velocidad, sin embargo, son 
frecuentemente máquinas de dos polos. 
Cabe señalar que la C.F.E. (Comisión Federal de Electricidad) produce un 
voltaje nominal de 127 Vrms de CA con una frecuencia nominal de 60 Hz. 
El valor de tolerancia para el voltaje es de ± 10% y para la frecuencia de ± 
0.8% [12]. Aún así los alternadores de propósito especial pueden tener 
una frecuencia mayor o menor a la nominal. 
Voltaje de un alternador 
El voltaje de salida de un alternador depende en mayor parte de la 
velocidad del rotor, del número de bobinas de armadura y de la intensidad 
del campo magnético producido por los devanados de campo. Como se 
puede observar existe una relación directa entre la frecuencia y el voltaje 
con la velocidad del rotor, por tal razón se dice que estas dos variables 
están acopladas, cualquier variación de una de ellas se verá reflejada en 
la otra . Sin embargo, la frecuencia depende únicamente de la velocidad 
del rotor, ya que el número de polos en el alternador permanece fijo, por 
tal razón para controlar la frecuencia generalmente se gobierna la 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
velocidad del rotor, y para el control del voltaje se manipula la intensidad 
del campo, ya que el número de bobinas de armadura también 
permanece fijo. 
La relación que existe entre los factores que determinan el voltaje de 
salida de un alternador esta dada por la ecuación 1.2 
 
Por consiguiente, para cualquier alternador, la salida depende de la 
densidad de flujo, el número de conductores en el campo y la velocidad 
con la que se mueven los conductores por el campo. 
Cuando cambia la carga eléctrica conectada al alternador, variará el 
voltaje en sus terminales. La causa de este cambio son la resistencia, la 
reacción y la reactancia de la armadura. Estos elementos se muestran en 
el circuito equivalente de una fase de un alternador trifásico de la figura 
1.4. 
La reacción de armadura es defin ida como el efecto producido por la 
fuerza magnetomotriz creada por la armadura, dicha fuerza distorsiona y 
debilita el flujo que proviene de los polos electromagnéticos. El cambio de 
voltaje debido a la reacción de la armadura depende del factor de 
potencia de la carga (adelantado o atrasado), y los efectos que produce 
son: 
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· Cuando la carga es inductiva (atrasada), la reacción de la armadura se 
opone al campo de CD debilitándolo y causando una reducción del voltaje 
en terminales. 
· Cuando la carga es capacitiva (adelantada), el campo de CD se refuerza 
e incrementa el voltaje en terminales. 
En cuanto a la reactancia de un alternador, se tiene que; cada una de las 
fases del devanado del estator posee una resistencia R y una inductancia 
L. La inductancia se manifiesta como una reactancia Xs, dada por la 
ecuación 1.3: 
 
La reactancia de armadura de un alternador es una impedancia interna , 
el valor de Xs es típicamentede 10 a 100 veces mayor que R [15]. El 
efecto que ocurre con el aumento de la carga es que la resistencia 
aumenta, haciendo que el voltaje de salida disminuya. 
 
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La corriente máxima (Imax) que un alternador puede suministrar depende 
de las pérdidas de calor que pueda disipar la armadura, las cuales 
(pérdidas de potencia I2R) calientan los conductores y si son excesivas, 
pueden destruir el aislamiento. Los alternadores se especifican en 
términos de Imax como también del voltaje de salida. El valor nominal de 
los alternadores esta expresado en volt-amperes (o en el caso de 
máquinas grandes en kilovoltamperes) de potencia aparente que puede 
suministrar el alternador . 
El voltaje y la corriente nominal máxima que proporciona un alternador, se 
especifican en su placa de identificación, que por lo regular esta fija al 
chasis de éste. El voltaje de línea a neutro siempre es el voltaje más bajo 
y el voltaje interlineal (entre fase y fase) es el más alto. 
Parámetros que limitan la potencia de salida del alternador 
En cualquier tipo de alternador existen dos parámetros que limitan la 
producción de energía eléctrica, estos son [URL 1]: 
1. Saturación de la densidad de flujo. A medida que se incrementa la 
corriente de excitación del campo, existe un punto donde la densidad del 
flujo no aumenta más debido a la saturación del hierro en el núcleo. Lo 
normal es que la capacidad del alternador este cerca de este punto de 
saturación de flujo. 
2. Elevación de la temperatura en el devanado y en el aislamiento debido 
a las pérdidas. 
Esto comprende a las pérdidas debidas a la corriente de excitación en el 
devanado del campo, la corriente alterna en el devanado de la armadura, 
el circuito magnético y cualesquiera corrientes parásitas o campos 
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Tomo: 4 Generacion de Energia Electrica 
 
magnéticos que se generen. Dichas pérdidas pueden llegar a ser del 1 al 
5% o más de la cantidad de energía que es transformada. 
Una característica muy importante que contienen los alternadores, es el 
conexionado interno de las terminales de l bobinado de estator, es decir; 
las distintas conexiones internas que el alternador puede tener para 
producir diferentes niveles de voltaje o para obtener una frecuencia 
distinta a los 60 Hz, esta característica se describe a continuación: 
Conexiones internas del alternador 
Los alternadores se clasifican como reconectables o no reconectables. El 
alternador del tipo reconectable puede conectarse para producir uno de 
muchos voltajes posibles. Los alternadores del tipo no reconectable son 
conectados en la fábrica para producir solamente un voltaje específico y 
no puede hacerse modificación alguna para producir otro voltaje. Por otro 
lado los alternadores con código de voltaje L (60 Hz) y Z (50 Hz) son del 
tipo reconectable y pueden producir los voltajes indicados en la tabla 1.1 
Los alternadores del tipo reconectable, normalmente tienen seis bobinas 
de estator, las doce terminales de estas pueden ser conectadas para 
producir los valores de voltaje y frecuencia como se muestra en la figura 
del lado derecho de la tabla 1.1. 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
 
 
Con toda la información anterior es posible determinar las características 
de la planta de energía eléctrica a controlar, las cuales se presentan a 
continuación: 
Características de la planta de energía eléctrica de la UTM 
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La planta de energía eléctrica consta de un alternador trifásico y de un 
motor de gasolina, la cual se muestra en la figura 1.5, y sus 
características más importantes son: 
 
 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
Las características del alternador fueron obtenidas mediante una 
inspección visual, y se observó que tiene una conexión en delta alta en 
serie, ya que seis cables de las seis bobinas están conectados al neutro, 
y por cada fase existen dos bobinas. 
De los tipos de sistemas de excitación existentes en la industria, el 
alternador a controlar tiene el sistema de excitación denominado rotatorio 
(sin escobillas). La figura 1.6 presenta su esquema básico, en realidad se 
trata de dos alternadores; uno de ellos es el excitador principal (parte 
izquierda), encargado de proporcionar la corriente de excitación al 
segundo alternador trifásico (parte derecha de la figura), que en sí es el 
que genera el voltaje de CA. 
El excitador principal es del tipo de armadura giratoria, la cuál rota a 
través del campo magnético estacionario creado por la corriente de 
excitación proporcionada por una fuente externa o un regulador de voltaje. 
El excitador principal se encarga de producir un voltaje alterno trifásico, 
que posteriormente es rectificado por medio de tres diodos montados en 
el eje del rotor. El segundo alternador es del tipo de campo giratorio, este 
campo es creado por el voltaje y la corriente del excitador principal 
(proveniente de los diodos montados en el rotor), el campo es cortado por 
el estator embobinado de tres fases y de esta forma el voltaje trifásico se 
obtiene del devanado de armadura estacionario. 
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En la figura 1.7 se muestra uno de los tres diodos del puente rectificador 
de media onda, montado en el eje del rotor. 
 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
El control de la velocidad de l motor de gasolina, es controlado por un 
pedal, el cual, junto con los diversos dispositivos del carburador regulan la 
cantidad de mezcla (combinación de aire, aceite y gasolina) que pasa a 
los cilindros, permitiendo de esta forma regular la velocidad del motor. 
La figura 1.8 presenta el esquema general de control de velocidad del 
motor de gasolina, donde el pedal tiene que presionarse hacia abajo para 
provocar que el chicote mueva el acelerador, lo cual incrementa la 
cantidad de mezcla suministrada al motor, y por consiguiente la velocidad 
también aumenta. Para reducir la velocidad, solo se deja de ejercer fuerza 
sobre el pedal y el resorte obligará a que la palanca de aceleramiento 
regrese a su posición inicial, disminuyendo la cantidad de mezcla del 
motor y con ello se reduce la velocidad. 
 
La transferencia de energía mecánica entre el motor de gasolina y el 
alternador, se logra por medio de una banda y dos poleas. La figura 1.9 
muestra un diagrama a bloques de las conexiones entre estos dos 
elementos que forman la planta de energía. La relación de transferencia 2 
de las poleas es 1:1, con un diámetro de polea de 14 cms. 
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Tomo: 4 Generacion de Energia Electrica 
 
 
Figura 1.9 Esquema básico de la configuración del motor de gasolina y el alternador 
 
Como la planta de energía es utilizada para dar servicio de emergencia, 
esta se encuentra conectada a un interruptor de seguridad de dos vías sin 
fusible trifásico para cambiar la carga conectada entre la red de energía 
eléctrica de la C.F.E. y el alternador, la cual se muestra en la figura 1.10. 
 
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Generacion de Energia Electrica Tomo: 4 
2. DISEÑO DEL CONTROLADOR DE VELOCIDAD 
El diseño y construcción del controlador de velocidad, se presenta; el 
diagrama a bloques, las consideraciones tomadas en el diseño, la 
descripción de los bloques que lo componen, los diagramas de flujo 
empleados con base en un