PRESENTACIÓN ............................................................................................................................................................. 11
PARTE I
Transformadores
1. TRANSFORMADORES: CONSTITUCIÓN Y FUNCIONAMIENTO ............................................... 15
Objetivos ................................................................................................................................................................... 15
Mapa conceptual ................................................................................................................................................. 16
Glosario ...................................................................................................................................................................... 16
1.1. Definición de transformador ............................................................................................................ 17
1.2. Tipos de transformadores .................................................................................................................. 18
1.3. Constitución de un transformador ............................................................................................... 21
1.3.1. Núcleos magnéticos para transformadores ......................................................................... 21
1.3.2. Circuitos eléctricos ........................................................................................................................ 28
1.4. Funcionamiento de un transformador ....................................................................................... 33
1.5. Parámetros del transformador ......................................................................................................... 34
1.5.1. Relación de transformación (m) ............................................................................................... 34
1.5.2. Potencia aparente .......................................................................................................................... 38
1.6. Autotransformadores ............................................................................................................................ 39
1.6.1. Parámetros de un autotransformador ..................................................................................... 39
Apéndice. Conceptos electromagnéticos ........................................................................................... 41
Resumen .................................................................................................................................................................... 44
Ejercicios propuestos........................................................................................................................................ 44
Práctica 1 .................................................................................................................................................................. 45
2. CÁLCULO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑOS TRANSFORMADORES ................................. 47
Objetivos ................................................................................................................................................................... 47
Mapa conceptual ................................................................................................................................................. 48
Glosario ...................................................................................................................................................................... 48
2.1.. Cálculo de transformadores monofásicos de pequeña potencia ............................ 49
6 Máquinas eléctricas
Índice
2.2. Cálculo de transformadores trifásicos de pequeña potencia ..................................... 56
2.3. Cálculo de autotransformadores monofásicos ..................................................................... 61
2.4. Cálculo de autotransformadores trifásicos .............................................................................. 64
2.5. Cálculo de la potencia de un transformador monofásico a partir
de un núcleo dado ................................................................................................................................ 67
2.6.. Proceso de montaje de un pequeño transformador de potencia .......................... 68
2.7. Problemas en la construcción de pequeños transformadores .................................. 70
Resumen .................................................................................................................................................................... 71
Anexos ........................................................................................................................................................................ 72
Ejercicios propuestos........................................................................................................................................ 72
Práctica 2 .................................................................................................................................................................. 73
3. ENSAYOS, MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN DE TRANSFORMADORES ......................... 75
Objetivos ................................................................................................................................................................... 75
Mapa conceptual ................................................................................................................................................. 76
Glosario ...................................................................................................................................................................... 76
3.1. Tipos de ensayos en transformadores de potencia .......................................................... 77
3.2. Ensayos en vacío y en cortocircuito ............................................................................................ 77
3.2.1. Ensayo en vacío de un transformador monofásico .......................................................... 78
3.2.2. Ensayo en cortocircuito de un transformador monofásico .......................................... 82
3.3.. Ensayos de vacío y cortocircuito en transformadores trifásicos ............................... 87
3.3.1. Ensayo en vacío de un transformador trifásico .................................................................. 87
3.3.2. Ensayo en cortocircuito de un transformador trifásico ................................................... 88
3.4. Averías en los transformadores eléctricos ............................................................................... 92
3.4.1. Defectos a masa ............................................................................................................................. 92
3.4.2. Cortocircuitos .................................................................................................................................. 94
3.4.3. Circuitos abiertos ........................................................................................................................... 95
3.5. Mantenimiento de transformadores eléctricos .................................................................... 97
3.5.1. Tipos de mantenimiento ............................................................................................................. 97
3.5.2. Acciones de mantenimiento a realizar ................................................................................. 98
Resumen .................................................................................................................................................................... 100
Ejercicios propuestos........................................................................................................................................ 100
Práctica 3 .................................................................................................................................................................. 102
PARTE II
Máquinas de corriente continua
4. MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA Y SUS BOBINADOS .................................................. 105
Objetivos ................................................................................................................................................................... 105
Mapa conceptual ................................................................................................................................................. 106
Glosario ...................................................................................................................................................................... 106
4.1. Introducción a las máquinas de CC .............................................................................................. 107
4.2. Constitución de las máquinas de CC ........................................................................................... 107
4.2.1. El estátor ............................................................................................................................................ 107
4.2.2. El rotor ............................................................................................................................................... 109
4.3. Tipos de máquinas de CC ................................................................................................................... 110
4.4. Bobinados para máquinas de CC ................................................................................................... 112
4.4.1. Parámetros para el cálculo de los bobinados de CC ...................................................... 114
4.4.2. Otros parámetros ........................................................................................................................... 115
Máquinas eléctricas 7
Índice
4.4.3. Cálculo de bobinados imbricados de una sección inducida ..................................... 115
4.4.4. Cálculo de bobinados ondulados o bobinados en serie ............................................. 119
4.4.5. Conexiones equipotenciales .................................................................................................... 121
4.5. Principio de funcionamiento ............................................................................................................ 123
4.5.1.. Funcionamiento de un motor de CC ...................................................................................... 123
4.6. Problemas en la conmutación de las máquinas reales de CC ..................................... 129
4.6.1. Desplazamiento del plano neutro .......................................................................................... 129
4.6.2. Voltajes inducidos ........................................................................................................................ 130
4.6.3. Soluciones para los problemas en la conmutación ......................................................... 131
Resumen .................................................................................................................................................................... 131
Ejercicios propuestos........................................................................................................................................ 132
Práctica 4 .................................................................................................................................................................. 132
5. REGULACIÓN Y CONTROL DE MÁQUINAS DE CC .......................................................................... 133
Objetivos ................................................................................................................................................................... 133
Mapa conceptual ................................................................................................................................................. 134
Glosario ...................................................................................................................................................................... 134
5.1.. Variables que intervienen en el funcionamiento de las máquinas de CC ............ 135
5.2. Regulación y control de los generadores de CC ................................................................. 135
5.2.1. Fem inducida en el devanado rotórico, EA ......................................................................... 135
5.2.2. Flujo de campo, , y corriente de campo, Icampo .............................................................. 137
5.2.3. Tensión en bornes, Vb .................................................................................................................. 137
5.2.4. Corriente de inducido, IA ........................................................................................................... 137
5.2.5. Corriente de carga, Icarga ............................................................................................................... 138
5.3.. Cálculos para la obtención de los distintos parámetros en generadores de CC .... 138
5.3.1 Generador de excitación independiente ............................................................................ 138
5.3.2. Generador autoexcitado en derivación o shunt ............................................................... 140
5.3.3. Generador autoexcitado serie .................................................................................................. 141
5.3.4. Generador autoexcitado compuesto o compound ........................................................ 142
5.4. Curvas características de los generadores de CC ................................................................ 143
5.4.1. Curva de característica de vacío ............................................................................................ 143
5.4.2. Curva característica de excitación o de regulación ........................................................ 144
5.4.3. Curva de característica exterior ................................................................................................ 145
5.5. Regulación y control de motores de CC ................................................................................... 146
5.5.1. El par en motores .......................................................................................................................... 146
5.5.2. Velocidad base de un motor ................................................................................................... 147
5.6.. Cálculos para la obtención de los distintos parámetros en motores de CC ..... 147
5.6.1. Motor de excitación independiente ..................................................................................... 148
5.6.2.. Motor de excitación shunt o en derivación ........................................................................ 149
5.6.3 Motor de excitación serie .......................................................................................................... 150
5.6.4. Motor de excitación compound o compuesta ................................................................. 151
5.7. Curvas características de los motores de CC .......................................................................... 152
5.7.1. Curva característica de velocidad ........................................................................................... 152
5.7.2. Curva característica de par motor ........................................................................................... 153
5.7.3. Curva de característica mecánica ............................................................................................ 153
5.8.. Técnicas y medios para la variación de velocidad en motores de CC ................... 153
5.8.1. Rectificadores controlados ........................................................................................................ 153
5.8.2. Choppers o troceadores ............................................................................................................ 157
5.8.3. Autotransformadores y rectificadores no controlados ................................................... 158
5.9.. Funcionamiento de la máquina de CC en los cuatro cuadrantes ............................. 158
8 Máquinas eléctricas
Índice
5.10. Técnicas y medios para la variación de la tensión en bornes de los
generadores de CC .............................................................................................................................. 159
5.11. Arranque de motores de CC ......................................................................................................... 160
5.12. Frenado de motores ........................................................................................................................... 160
5.12.1. Frenado reostático .................................................................................................................. 161
5.12.2. Frenado regenerativo en máquinas de CC .................................................................... 161
5.12.3. Frenado a contracorriente .................................................................................................... 161
Resumen .................................................................................................................................................................... 162
Ejercicios propuestos........................................................................................................................................ 162
Práctica 5 .................................................................................................................................................................. 164
PARTE III
Máquinas de corriente alterna
6. MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE ALTERNA ......................................................................... 167
Objetivos ................................................................................................................................................................... 167
Mapa conceptual ................................................................................................................................................. 168
Glosario ...................................................................................................................................................................... 168
6.1. Clasificación de las máquinas de CA ........................................................................................ 168
6.1.1. Constitución de las máquinas de corriente alterna .................................................... 169
6.1.2. El estátor de las máquinas de CA...................................................................................... 170
6.1.3. Rotores para máquinas de corriente alterna ................................................................. 171
6.2. Máquinas asíncronas o de inducción ...................................................................................... 173
6.3. Principio de funcionamiento del motor de inducción ................................................. 174
6.3.1. Velocidad estatórica o velocidad de sincronismo ................................................... 177
6.3.2. Deslizamiento de la máquina de inducción ................................................................ 177
6.3.3. Pérdidas en los motores ....................................................................................................... 178
6.3.4. Rendimiento .............................................................................................................................. 180
6.3.5. Momento útil de un motor de inducción ..................................................................... 181
6.3.6. Curva característica de un motor de inducción .......................................................... 181
6.4. Motores monofásicos de inducción ......................................................................................... 182
6.4.1. Motores de fase partida o devanado auxiliar .............................................................. 182
6.4.2 Motores de condensador .................................................................................................... 183
6.4.3. Motores de espira de sombra ........................................................................................... 183
6.5.. Motores trifásicos conectados a una red monofásica .................................................. 184
6.6. Máquinas síncronas ............................................................................................................................. 185
6.6.1. Alternadores ............................................................................................................................. 185
6.6.2. Motores síncronos .................................................................................................................. 186
6.6.3. Motores brushless o BLDC ................................................................................................... 187
6.6.4. Motores paso a paso, PaP o stepper motors ............................................................... 190
6.6.5. Motor de histéresis ................................................................................................................. 191
Resumen .................................................................................................................................................................... 192
Ejercicios propuestos........................................................................................................................................ 193
Práctica 6 .................................................................................................................................................................. 194
7. BOBINADOS DE LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA .................................................... 195
Objetivos ................................................................................................................................................................... 195
Mapa conceptual ................................................................................................................................................. 196
Glosario ...................................................................................................................................................................... 196
Máquinas eléctricas 9
Índice
7.1. Bobinados estatóricos para máquinas de corriente alterna ........................................ 196
7.1.1. Bobinados concéntricos trifásicos ......................................................................................... 197
7.1.2. Bobinados monofásicos ............................................................................................................. 202
7.1.3. Bobinados imbricados trifásicos ............................................................................................. 205
7.1.4.. Bobinados imbricados trifásicos para dos velocidades tipo Dahlander ................ 208
7.2. Rebobinado para distintos parámetros de funcionamiento ........................................ 211
7.2.1. Rebobinado para el cambio de tensión .............................................................................. 212
7.2.2. Rebobinado para el cambio de frecuencia ........................................................................ 213
7.2.3. Rebobinado para el cambio del número de polos ......................................................... 214
Resumen .................................................................................................................................................................... 216
Ejercicios propuestos........................................................................................................................................ 216
Práctica 7 .................................................................................................................................................................. 218
8. ENSAYOS Y REGULACIÓN DE MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE ALTERNA ..... 219
Objetivos ................................................................................................................................................................... 219
Mapa conceptual ................................................................................................................................................. 220
Glosario ...................................................................................................................................................................... 220
8.1. Ensayos en las máquinas de corriente alterna ........................................................................ 221
8.1.1. Ensayos del alternador ................................................................................................................ 221
8.1.2. Ensayos del motor de inducción ............................................................................................ 223
8.2. Variación de velocidad en los motores de inducción ..................................................... 224
8.2.1. Variación de la velocidad de sincronismo del estátor ................................................... 225
8.2.2. Variación del deslizamiento ...................................................................................................... 226
8.3. Variadores de velocidad comerciales ......................................................................................... 230
8.3.1.. Constitución de los variadores de velocidad para motores de inducción ............ 230
8.3.2.. Funcionamiento escalar y vectorial de un variador de frecuencia ............................. 232
8.4. Arranque de motores trifásicos de inducción ...................................................................... 233
8.4.1. Arranque estrella-triángulo ......................................................................................................... 233
8.4.2. Arrancadores progresivos (reguladores de tensión) ....................................................... 235
8.4.3. Arranque por autotransformador ............................................................................................ 237
8.4.4 Arranque mediante resistencias estatóricas ........................................................................ 237
8.4.5. Arranque mediante resistencias rotóricas ............................................................................ 238
8.4.6. Arranque mediante variador de frecuencia ........................................................................ 238
8.5. Frenado de motores de CA .............................................................................................................. 239
8.5.1. Frenado por retención del rotor .............................................................................................. 239
8.5.2. Frenado por inversión de fase o contracorriente .............................................................. 240
8.5.3. Frenado por inyección de CC ................................................................................................... 240
8.5.4. Frenado regenerativo en máquinas de CA .......................................................................... 240
8.5.5. Frenado mediante el variador de frecuencia ...................................................................... 241
8.6. Regulación de alternadores .............................................................................................................. 241
8.7. Arranque y variación de velocidad de motores síncronos .......................................... 243
Resumen .................................................................................................................................................................... 243
Ejercicios propuestos........................................................................................................................................ 244
Práctica 8 .................................................................................................................................................................. 245
PARTE IV
Averías de las máquinas rotativas
9. MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS ................... 249
Objetivos ................................................................................................................................................................... 249
10 Máquinas eléctricas
Índice
Mapa conceptual ................................................................................................................................................. 250
Glosario ...................................................................................................................................................................... 250
9.1. Mantenimiento de las máquinas eléctricas rotativas ..................................................... 251
9.2. Averías en las máquinas rotativas ............................................................................................... 251
9.2.1. Derivaciones o contactos a masa ..................................................................................... 252
9.2.2. Cortocircuitos .......................................................................................................................... 255
9.2.3. Circuitos abiertos .................................................................................................................... 258
9.2.4. Otras averías .............................................................................................................................. 261
9.2.5. Averías mecánicas .................................................................................................................. 264
9.3. Herramientas, útiles y accesorios ............................................................................................... 264
9.4. Instalación de máquinas eléctricas rotativas ....................................................................... 265
9.5. Principios de electromecánica ..................................................................................................... 266
9.5.1. Conjuntos mecánicos ............................................................................................................ 266
9.5.2. Motorreductores ..................................................................................................................... 267
9.6.. Acoplamiento de máquinas rotativas y ejes de transmisión de movimientos ...... 268
9.7. Rebobinado de un motor ............................................................................................................... 270
Resumen .................................................................................................................................................................... 272
Ejercicios propuestos........................................................................................................................................ 272
Práctica 9 .................................................................................................................................................................. 273
PARTE V
Seguridad y medioambiente
10. PREVENCIÓN DE RIESGOS Y CALIDAD MEDIOAMBIENTAL ....................................................... 277
Objetivos ................................................................................................................................................................... 277
Mapa conceptual ................................................................................................................................................. 278
Glosario ...................................................................................................................................................................... 278
10.1. La prevención de riesgos laborales .......................................................................................... 279
10.2.. Identificación de riesgos en el trabajo con máquinas eléctricas ................................. 280
10.2.1. Riesgo eléctrico ....................................................................................................................... 280
10.2.2.. Riesgos derivados del manejo de herramientas y máquinas herramienta ........ 282
10.2.3. Riesgo de atrapamiento por partes en movimiento .................................................. 283
10.2.4. Riesgos derivados del lugar de trabajo .......................................................................... 283
10.2.5. Manipulación de cargas pesadas ..................................................................................... 283
10.2.6. Exposición a campos electromagnéticos no ionizantes ......................................... 284
10.2.7. Otros riesgos ............................................................................................................................. 285
10.3.. Equipos de protección individual para el montaje y mantenimiento
de máquinas eléctricas ..................................................................................................................... 285
10.4. Normativa de protección ambiental ........................................................................................ 286
10.4.1. Eliminación de aparatos eléctricos y electrónicos (AEE) y de sus residuos
(RAEE) .......................................................................................................................................... 286
10.4.2. Un residuo muy peligroso: el PCB .................................................................................... 287
10.4.3. Certificación ISO 14001 ........................................................................................................ 287
10.4.4. Líneas de actuación de las empresas .............................................................................. 288
10.5.. Residuos generados durante el montaje y mantenimiento de máquinas
eléctricas .................................................................................................................................................... 288
Resumen .................................................................................................................................................................... 289
Ejercicios propuestos........................................................................................................................................ 289
Práctica 10 ............................................................................................................................................................... 290