INDICE Apartado primero NOCIONES GENERALES SOBRE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA Capítulo 1. Tipos principales de máquinas de corriente alterna y su estructura 1-l. Tipos principales de máquinas de corriente alterna . . . . . . . 1-2. Principio de funcionamiento de una máquina sincrónica . . . . . 1.3. Tipos constructivos principales de máquinas sincrónicas . , . . . l-4. Estructura de las máquinas sincrónicas de polos interiores . . . . I-5. Turboalternadores para centrales nucleoeléctricas . . . . . . l-6. Construcción de las máquinas sincrónicas de polos salientes . . . 1-7. Máquinas sincrónicas de alta frecuencia y especiales . . . . . . . 1-8. Elementos constructivos principales de las máquinas asíncronas sin colector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . 1-9. Principio de funcionamiento de una máquina asíncrona . . . . . . l-10. Regímenes de funcionamiento de la máquina asíncrona . . . . . . l-ll. Relaciones principales. Momento electromagnético de una máquina asíncrona I-12. Principio del montaje de los devanados de las máquinas de corriente al terna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capitulo II. Fuerzas electromotrices en los devanados de las máquinas de corriente alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1. Características principales de las f.e.m. de corriente alterna . . . . 2-2. F.e.m. de un conductor . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3. F.e.m. de una espira y de un devanado concentrado con paso entero (diametral) . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . , . . 2-4. F.e.m. de un devanado repartido con paso entero . . . . . . . . . 2-5. F.e.m. de un devanado concentrado de paso reducido 2-6. Expresión general para la f.e.m. del devanado del inducido de ha máquina de corriente alterna . . , , . . . , . , . , , . . , . . 2-7. F.e.m. de fases unidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capitulo 111. Devanados de las máquinas eléctricas de corriente alterna 3-l. 3-2. 3-3 3-4. 3-5. 3-6. 3-7. Devanados trifásicos de lazo de dos capas (imbricado) con q entero Devanados trifásicos ondulados de dos capas con q entero . . . . Devanados trifásicos de una capa con bobinas de igual anchura . . Devanados trifásicos concéntricos de una capa congruentes . . . . . F.e.m. de los armónicos de ranura del campo . . . . . . . . . . . Devanados trifásicos no congruentes . . . . . . . . . . . . . . . Aislamiento del devanado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 40 40 42 44 48 48 48 52 53 59 62 64 65 65 72 73 73 86 97 5 Capitulo IV. Fuerza magnetizante de los devanados de corriente alterna IOI 4-l. Planteamiento de la cuestión . . . . . . 4-2. Ecuaciones de las ondas pulsantes y móviles‘ : : : . : : : : : 1 1 4-3. Fuerza magnetizante de una fase de devanado 4-4. F.m. de un devanado trifásico . . . . . . . : : : : : : 1 : ’ ’ 4-5. Análisis de la curva de f.m. de los devanados con q entero . . : 1 4-6. F.m. de los devanados no congruentes . . . . . 4-7. Campo magnético de un devanado de corriente alterna : : : : . : : 1!OI 101 106 112 116 121 123 Capítulo V. Inductancias de los devanados de las máquinas de corriente alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-l. 5-2. 5.3. 5-4. 5-5. 5-6. Inductancias debidas a los campos magnéticos del entrehierro . . Expresiones generales para la inductancia de dispersión . . . . . . . Conductancia de ranura :::::::::::::: Conductividad de las partes’ frontales Inductancia de la dispersión diferencial Inductancia de dispersión para los devanados del estator y del rotor de una máquina sincrónica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capitulo VI. Calentamiento y refrigeración de las máquinas eléctricas giratorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-l. Materiales aislantes utilizados en la construcción de máquinas eIéc-. tricas y requerimientos técnicos que ante ellos se plantean . . . . . 6-2. Temperaturas limites y excesos de temperatura admisible:, 6-3. Intercambio de calor en las máquinas eléctricas . . . . : : : : : 6-4. La teoría del calentamiento de un cuerpo sólido . . . 6-5. Los principales regímenes nominales de funcionamiento de una máquina 6-6. Calentamiento de una máquina en el régimen de trabajo continuo 6-7. Calentamiento en el régimen de trabajo de corta duración . . . . . 6-8. Calentamiento en el régimen de trabajo intermitente 6-9. Ventilación de las máquinas eléctricas . . . . . . . : : : : : : : 125 125 127 131 135 136 137 140 140 142 146 150 155 156 157 157 159 Capítulo VII. Sistemas de enfriamiento de los turbualternadores y alternadores hidráulicos . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . 7-l. Ventilación de los turboalternadores con enfriamiento ordinario 7-2. Sistemas de enfriamiento directo de los devanados de turboalterna: . 7-3. Tendencias principales en la evolución de los sistemas de enfriamiento de los turboalternadores . . . . . . 7-4. Sistemas de refrigeración de los alternadores hidráulicos : : : : 164 164 168 174 176 Apartado segundo MAQUINAS SINCRONICAS Capitulo VI II. Reacción del inducido de una máquina sincrónica con carga simétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-l El fenómeno de la reacción del inducido de un alternador sincrónico polifásico con carga simétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-2 Reacción del inducido de una máquina sincrónica de polos interiores 8-3 Reacción del inducido de una máquina sincrónica de polos salientes. Teoría de dos reacciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 185 185 188 191 Capitulo IX. Diagramas de tensiones de un alternador sincrónico trifásico con carga simétrica . . . . . . . . . . . . ” . . . . . . . . . . . 205 S- 1. Observaciones preliminares 205 9-2. Diagramas de f.e.m. y de Pothier de alternador sincrónico trifásico de polos interiores . . . . . . , . . . . . . . . . . 9-3. Diagrama de f.e.m. de un alternador sincrónico trifásico de polos salientes con carga simétrica (diagrama de A. Blondel) . . . . . . 3-4. Diagrama modificado de f.e.m 9-5. Diagrama de f.e.m. en cortocircuito : : : : : .: : : : : : : : : 9-6. Resistencia de una máquina sincrónica en régimen de funcionamiento simétrico estable 9-7. Determinación del aumento y de la caída de tensión por medio de los diagramas de tensión 9-8. Determinación del cambio de la tensión por el diagrama de f.e.m. para una máquina de polos salientes por los datos calculados 9-9. Determinación del cambio de la tensión mediante el diagrama de Pothier 9-10. D i a g r a m a p r á c t i c o s i m p l i f i c a d o ( d i a g r a m a s u e c o ) 9-11. Determinación del cambio de la tensión por el diagrama simplificado de f.e.m. 9-12. Datos experimentales de la comparación de los diagramas f:e:rn: 208 211 214 216 2 1 8 221 222 224 230 234 236 Capítulo X. Alternador sincrónico monofásico . . . . . , . . . . . . 237 10-l. Reacción del inducido de un alternador monofásico . . . . . , . 10-2. Diagrama de tensiones de un alternador monofásico 10-3. Comparación de la potencia total de un alternador monofásico y trifásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 240 Capitulo XI. Características de un alternador sincrónico . . . . . . . . 243 . . . . . . . . , . . 243 247 248 250 251 252 253 253 Capitulo XII. Funcionamiento paralelo de las maquinas sincrónicas . . . 256 Observaciones generales . . . . . . 12-2. Conexión en paralelo de los alternadores sincronico 12-3. Características angulares de una máquina sincrónica 12-4. Capacidad de sobrecarga estática de una máquina sincronica su funcionamiento en paralelo en un sistema eléctrico 12-5. Regímenes de funcionamiento como generador y como motor. excitación y subexcitación de una máquina sincrónica . . 12-6. Diagramas de corriente de las máquinas sincrónicas . . . 256 257 263 ll-l. Sistema de unidades relativas . . . . . . . . . . 1l-2. Característica en vacío 11-3. C a r a c t e r í s t i c a s e n c o r t o c i r c u i t o 11-4. Relación de cortocircuito [r.c.c.] . . . . . . . . . 11-5. Características en carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-6. Características exteriores 11-7. Características de regulación : 11-8. Pérdidas y rendimiento de un alternador sincronico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 12-l. ::::::: durante 269 Sobre. . . . . . . . 273 279 Capitulo XIII. Motor y compensador sincrónicos . . . . . . . . . . . . 287 13-l. 13-2. 13-3. 13-4. 2:: 290 Noción fisica sobre el régimen de motor de una máquina sincrónica Potencias y momentos de un motor sincrónico . . . . . . . . . , Diagrama de tensiones de un motor sincrónico . . . . . . . . . . Funcionamiento de un motor sincrónico alimentado por una red potente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 7 13-5. Características de funcionamiento de un motor sincrónico . . . . . 13-6. Métodos de arranque de un motor sincrónico 13-7. Particularidades del proceso de arranque asíncrono de lios motores sincrónicos 13-8. Métodos de arranque asíncrono ::::::::::::: : 13-9. Compensador sincrónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capítulo XIV. Regímenes de funcionamiento asimétricos estables de un alternador sincrónico trifásico . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-1. Observaciones generales . . 14-2. Resistencias de una máquina sincrónica para corrientes de diferentes secuencias 14-3. Cortocírcuíto disimétricos estables de un alternador sincrónico trifásico . . . . 1 4 - 4 . D i a g r a m a s d e tensiones para los casos de cortocircuito : : : : : : 14-5. Diagramas de tensiones en el caso de carga disimétrica 14-6. Trazado de los triángulos de cortocircuito para los cortocircuitos estables de un alternador teniendo en cuenta la saturación del círcuito magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 295 299 307 312 317 317 319 326 333 335 338 Capitulo XV. Cortocircuito instantáneo de una máquina sincrónica . . . 343 15-l. Carácter físico del cortocircuito instantáneo 15-2. Flujos embragados de los devanados del estator y el rotor de una máquina sincrónica 15-3. Investígacíón analítica del proceso de cortocircuito instantáneo: : : 15-4. Cortocircuito instantáneo de una máquina sincrónica de polos no salientes con devanados amortiguadores por los ejes longitudinal y transversal . . . . . . . . . . 15-5. Circuitos equivalentes para las ínductancias de una máquina sincró níca en el régímen de cortocircuito instantáneo 156. Constante de tiempo del cortocircuito polifásico simétrico : : : : 15-7. Cortocircuito instantáneo de una máquina sincrónica polifásica de polos salientes . . . . . . . 15-8. Corrientes total, de choque y eficaz de crtocírcuito simétrico poli: fásico . . . . . . : 15-9. Cortocircuito asímétrico instantáneo de una máquina sincrónica 343 Capítulo XVI. Oscilaciones de’ las máquinas sincrónicas 383 383 391 . . . . . . . . 16-l. Cuadro físico general de las oscilaciones 16-2. Oscilaciones forzadas de una máquina sincrónica : : : : : : 16-3. Oscilaciones propias y forzadas de un generador sincrónico que baja en paralelo con la red de potencia infinita 16-4. Oscilaciones forzadas de un generador sincrónico que funciona vidualmente . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . : : traindi . . Capítulo XVII. Convertidor con un inducido , . . . , . . . . . . . . 353 356 363 367 370 372 373 378 393 404 407 17-1. Principio de funcionamiento del convertidor con un inducido y sus relaciones fundamentales 17.2. Relaciones entre las f.e.m. dell convertidor con un inducido 17-3. Relaciones entre las corrientes del convertidor con un inducido: : 17-4. Pérdidas en el devanado de inducido del convertidor con un inducid; 17-5. Puesta en marcha del convertidor con un inducido 17-6. Regulación de la tensión del convertidor con un índucido 17-7. Oscilaciones del convertidor con un inducido . . . . _ . . : : : 17-8. Aplicación del convertidor con un inducido . . . . . . . . . . . Y 407 408 409 410 414 415 417 418 Apartado tercero MAQUINAS ASINCRONICAS . . ... . . . . . . . . 421 421 421 424 427 432 433 Capitulo XI X. Máquina asincrónica trifásica con rotor giratorio . . . . 440 Capítulo XVIII. Máquina asincrónica trifásica con rotor fijo , . . . . . 18-1. Observaciones preliminares . . . . . . . . . . . . . 18-2. Marcha en vacio de una máquina asincrónica para 18-3. Cortocircuito de la máquina asincrónica . . . . . . 18-4. Parámetros de jaula de ardilla . . . . . . . . . . . 18-5. Máquina asincrónica frenada bajo carga . . . . . . 18-6. Regulador de inducción . . . . . . . . . . . . . . 19-1. 19-2. 19-3. 19-4. 19-5. 19-G. . . . . n=0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fenómenos fundamentales que suceden en la máquina asincrónica con rotor giratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . Ecuación de las f.e.m. del rotor y corriente del rotor . . . . . . Velocidad de rotación de la f.m. del rotor . . . . . . . . . . . . Ecuación de las f.m. y diagramas vectoriales de los flujos de una máquina asincrónica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Circuitos equivalentes de una máquina asincrónica , . . . . : . Regímenes de funcionamiento y diagramas vectoriales de la máquina asincrónica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capítulo X X. Momentos de rotación y potencias de la maquina asincrónica 20-1. 20-2. 20-3. 20-4. 20-5. 20-6. 20-7. Diagramas energéticos de la máquina asincrónica . . . . . . . . Momentos de rotación de la máquina asincrónica . . . -. . . . . Momento electromagnético de la máquina asincrónica . . . . . . . . . . . . . . Momento electromagnético máximo y potencia máxima . . . . . . Par de arranque del motor asincrónico . . . . . . . . . . . . . Dependencia del momento de la resistencia óhmica del circuitodel . . . . . . . . . rotor . 20-8. 440 442 443 444 447 457 463 463 465 466 471 472 474 478 Fórmula de Kloos para el momento de rotación relativo : : : : : Potencia mecánica máxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Momento de rotación histerético . . . . . . . . . . . . . . . Momentos parásitos del motor asincrónico . . . . . . . . . . . . Momentos parásitos asincrónicos . . . . . . . . . . . . . . . . Armónicas en los dientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Momentos sincrónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Momentos de vibración Medidas contra los momentos parásitos : : : : : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Características de trabajo del motor asincrónico 478 479 480 482 485 485 486 487 487 488 490 Capítulo X XI. Diagramas circulares de una máquina aslncrónica . . . . 496 Hipótesis fundamentales de la teoría de los lugares geométricos de las máquinas de corriente alterna en forma simbólica . . . . . . Diagrama circular precisado . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diagrama circular preciso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lugar geométrico de las corrientes de las máquinas asincrónicas con parámetros variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ensayo de marcha en vacío . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ensayo de cortocircuito Construcción de los diagramas circulares por los datos de ensayo Aplicación del diagrama circular aproximado . . . . , . . . . . 525 527 528 531 532 20-9. 20-10. 20-11. 20-12. 20-13. 20-14. 20-15. 20- 16. 20-17. 20-18. 21-1. 21-2. 21-3. 21-4. 21-5. 21-6. 21-7 21-8. 9 Capítulo X XII. Puesta en marcha de los motores asincrónicos trifasicos . . . . . 22-1. Característica general de la cuestión 22-2. Corrientes de arranque de los motores asincrónicos : : : : : : : 22-3. Desconexión del motor asincrónico de la red 22-4. Proceso de arranque del motor asincrónico durante su puesta en marcha . . . . 22-5. Puesta en marcha de los motores con rotor bobinado: : : : : 22-6. Arranque de los motores en cortocircuito . . . . . . . . . . . . Capítulo X XIII. Motores asincrónicos con desplazamiento de la corriente en el devanado del rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-l. Motor de doble jaula de ardilla 23-2. Motor de grande reactancia (con desplazamiento de 23-3. Confrontación de los motores de doble jaula de ardilla y reactancia . . . . . . . . , . . . . . . . 23-4. Cálculo de las características de arranque de un motor . . , . . de polos salientes con sistema amortiguador corriente) de grande sincrónico . . . . . 536 536 537 538 539 542 545 551 551 565 575 577 Capitulo X XIV. Regulación de la velocidad de rotación de los motores asincrónicos trifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24-l. 24-2. 24-3. 24-4. 24-5. 582 Procedimientos de regulación de la velocidad 582 Regulación de la velocidad de rotación de los motores variando el número de polos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 Regulación de la velocidad de rotación de los motores mediante la variación de la frecuencia primaria . . . . . , . . . . . . . . 588 Regulación de la velocidad de rotación de los motores mediante la variación de la resistencia óhmica del rotor 590 Acoplamiento en cascada de motores asincrónicos : : : : : : : : 591 Capítulo X XV. Motores asincrónicos monofásicos . . . . . . . . , . . 598 25-l. Principio de funcionamiento de un motor asincrónico monofásico . 25-2. Circuito equivalente de un motor monofásico 25-3. Diagrama circular de un motor monofásico . : : : : : : : : : : 600 603 Capítulo XXVI. Regímenes especiales y tipos de máquinas asincrónicas . 26-l. Frenado eléctrico de los motores asincrónicos 26-2. Funcionamiento de un motor asincrónico en el’régimen dè alimen: tación doble (bilateral) 26-3. Embrague electromagnético deslizante : : : 26-4. Maquinas asincrónicas para dispositivos automáticos . . . . , . . 598 605 605 607 609 609 Apartado cuarto MAQUINAS DE COLECTOR DE CORRIENTE ALTERNA Capítulo XXVII. Problemas generales de la teoría de las máquinas de colector de corriente alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27-l. Historia breve de la evolución de las máquinas de colector de corriente al terna 27-2. F.e.m. inducidas en el inducido de una maquina de colector de corriente alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 615 615 617 27-3. Corrientes en cl inducido de una máquina de colector de corriente alterna 27-4. F.m. del devanado del inducido de una máquina de colector po!i: fásica 27-5. Conmutación en las. máquinas de colector de corriente alterna : : fapitulo XX VII I. Motores de colector monofásicos . . . . . . . . . . Principio de funcionamiento y momento de rotación de un motor monofásico de excitación en serie . . . . . . . _ _ . . . . . . 28-2. Diagrama vectorial del motor monofásico de excitación en serie 28-3. Métodos de mejoramiento de la conmutación de los motores mono: fásicos de excitación en serie 28-4. Características de un motor monofásico de excitación en serie : 28-5. Aplicación de los motores de colector monofásicos 28-6. M o t o r a r e p u l s i ó n c o n d o s d e v a n a d o s e n e l e s t a t o r 28-7. Motor a repulsión con un devanado en el estator yd un juego ‘de escobillas (motor Thomson) 28-8. Características del motor a repulsión Thomson :: :: . 28-9. Motor a repulsión con un devanado en el estator y dos juegos de escobillas (motor Deri) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623 625 627 634 2X-l. Capítulo XXIX. Motores de colector trifásicos de excitación en derivación y en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634 635 636 639 641 642 644 645 647 648 Observaciones preliminares . . Principios generales del funcionamiento de las máquinas de colector polifásicas en derivación . 29-3. Ecuaciones generales del funcionamiento de las máquinas de colec tor polifásicas en derivación y los diagramas circulares de éstas 29-4. Introducción de una f.e.m. adicional en el circuito secundario de -. una máquina asincrónica 29-5. Potencia suministrada por la fuente de f.e:m: adicional : : : : : 29-6. Transformación de la frecuencia con ayuda del colector 29-7. Motor trifásico en derivación con dos juegos de escobillas (motor ^. Schrage-Richter) 648 29-8. 29-9. 661 663 665 29-l. 29-2. Diagramas vectoriales del motor Schrage-Richter . . . . . . . . 29-10. Características del motor Schrage-Richter 29-11. Motores de colector trifásicos de excitación en serie: Circuitos y principio de funcionamiento de los motores 29-12. Ecuaciones principales del motor de colector trifásicos de excitación en serie 29-13. Diagramas circulares de corriente tensió 29-14. Esquemas de conexión de un motor trifásico de colecto; de excita: ción en serie, sus características y campo de aplicación . . . . . Capítulo XXX. Acoplamientos en cascada de las máquinas asincrónicas y de colector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Observaciones preliminares 30-2. Cascada mecánica de un motor asi&ótkco ‘con *uA cok&dor* con un inducido y un motor de corriente continua en calidad de ma. . . . . . . . . uina reguladora (cascada de Kramer) . . 30-3. 2 ascada con acoplamiento eléctrico (cascada de Scherbius) 30-4. Caracteristicas de las cascadas con acoplamientos mecánico y e¡éctr& 30-l. 649 650 653 656 657 659 676 678 682 683 688 688 689 692 693 11 1. Generadores de colector polifásicos . . . . . . . . . . 697 31-l. Principio de funcionamiento y relaciones principales . , . . . . . 31-2. Generador de colector compensado del tipo de polos salientes con devanado de excitación en el estator (generador Scherbius) . . . . 31-3. Generador de colector compensado del tipo de polos interiores . . 31-4. Aplicación del generador de colector . . . . . . . . . . . . . . 31-5. Rectificadores regulables de silicio (tiristores) . . . . . . . . . . Indice bibliográfico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indice alfabético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697 Capítulo XXX 697 698 700 701 702 717