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Contenido

Acerca del autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii

Prlogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv

Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix

Captulo 1: CIRCUITOS MAGNTICOS Y CONVERSIN DE ENERGA . . . . . . 1

1.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Materiales magnticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.1. Diamagnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2.2. Paramagnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.3. Ferromagnetismo y ciclo de histresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3. Leyes de los circuitos magnticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.4. Imanes permanentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.4.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.4.2. Circuitos magnticos con imanes permanentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251.4.3. Imn permanente de volumen mnimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.5. Energa y coenerga magntica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.6. Prdidas de energa en los ncleos ferromagnticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.6.1. Prdidas por histresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321.6.2. Prdidas por corrientes de Foucault . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331.6.3. Consecuencias tecnolgicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

1.7. Circuitos magnticos excitados con corriente alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401.7.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401.7.2. Circuito elctrico equivalente de una bobina con de hierro alimentada

con c.a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43*1.7.3. Corriente de excitacin en una bobina con ncleo de hierro alimentada

con c.a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451.8. Conversin de energa en sistemas magnticos con movimiento de traslacin.

Electroimanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491.9. Conversin de energa en sistemas magnticos con movimiento de rotacin. M-

quinas elctricas rotativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651.9.1. Sistemas magnticos de rotacin alimentados con una sola fuente. Moto-

res de reluctancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651.9.2. Sistemas magnticos de rotacin alimentados con dos fuentes . . . . . . . . 69

Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Biografas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

v

Captulo 2: PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MQUINAS ELCTRICAS . . . . 95

2.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 952.2. Elementos bsicos de las mquinas elctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 972.3. Colector de delgas y colector de anillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1012.4. Devanados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1062.5. Prdidas y calentamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1082.6. Potencia asignada o nominal. Tipos de servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1142.7. Rendimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1182.8. F.m.m. y campo magntico en el entrehierro de una mquina elctrica . . . . . . 121

2.8.1. Campo magntico y f.m.m. producida por un devanado concentrado depaso diametral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

2.8.2. F.m.m. producida por un devanado distribuido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1282.8.3. F.m.m. producida por un devanado trifsico. Campos giratorios. Teore-

ma de Ferraris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1302.8.4. Relacin entre un campo alternativo y un campo giratorio. Teorema

de Leblanc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1362.9. F.e.m. inducida en un devanado de una mquina elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

2.9.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141*2.9.2. Factores que afectan a la f.e.m. inducida en un devanado . . . . . . . . . . 145*2.9.3. Armnicos de f.e.m.: origen y eliminacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

*2.10. Par electromagntico en las mquinas elctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1562.11. Clasificacin general de las mquinas elctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1612.12. Anlisis cualitativo de las principales mquinas elctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

2.12.1. Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1642.12.2. Mquinas sncronas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1652.12.3. Mquinas de c.c. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1672.12.4. Mquinas asncronas o de induccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1682.12.5. Motores de c.a. de colector. Motores universales . . . . . . . . . . . . . . . . . 170


Captulo 3: TRANSFORMADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

3.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1813.2. Principales aspectos constructivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1823.3. Principio de funcionamiento de un transformador ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1933.4. Funcionamiento de un transformador real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1993.5. Circuito equivalente de un transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2023.6. Ensayos del transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

3.6.1. Ensayo de vaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2083.6.2. Ensayo de cortocircuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

3.7. Cada de tensin en un transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2183.8. Prdidas y rendimiento de un transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2243.9. Corriente de excitacin o de vaco de un transformador. Armnicos de la co-

rriente de vaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2263.10. Corriente de conexin de un transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2273.11. Transformadores trifsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

vi CONTENIDO

3.11.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229*3.11.2. Armnicos en las corrientes de excitacin de transformadores trifsi-

cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2343.11.3. Conexiones de los transformadores trifsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

3.12. Acoplamiento en paralelo de transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2493.13. Autotransformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2583.14. Transformadores con tomas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

3.14.1. Tomas de regulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2603.14.2. Elementos de conmutacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

3.15. Transformadores de medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2633.15.1. Transformadores de tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2633.15.2. Transformadores de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

*3.16. Apndice: Transformaciones especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2683.16.1. Transformacin trifsica a bifsica y viceversa. Conexin Scott . . . . 2683.16.2. Transformacin trifsica a hexafsica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270


Captulo 4: MQUINAS ASNCRONAS O DE INDUCCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

4.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2874.2. Aspectos constructivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2894.3. Principio de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2924.4. Circuito equivalente del motor asncrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3014.5. Ensayos del motor asncrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

4.5.1. Ensayo de vaco o de rotor libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3084.5.2. Ensayo de cortocircuito o de rotor bloqueado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

4.6. Balance de potencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3154.7. Par de rotacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

4.7.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3224.7.2. Tipos de funcionamiento de la mquina asncrona . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

*4.8. Diagrama del crculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3454.8.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3454.8.2. Deduccin del diagrama circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3454.8.3. Eleccin de las escalas en el diagrama del crculo . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

4.9. Arranque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3504.9.1. Arranque de los motores en jaula de ardilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3524.9.2. Arranque de los motores de rotor bobinado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

4.10. Motores de doble jaula de ardilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3664.11. Regulacin de velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370

4.11.1. Regulacin por variacin del nmero de polos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3704.11.2. Regulacin por variacin del deslizamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3724.11.3. Regulacin por variacin en la frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372

*4.12. Dinmica del motor asncrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3744.12.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3744.12.2. Tiempo de arranque de un motor asncrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3754.12.3. Prdidas de energa en rgimen dinmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

CONTENIDO vii

4.13. Motor de induccin monofsico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3794.13.1. Principio de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3794.13.2. Circuito equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3814.13.3. Arranque de los motores de induccin monofsicos . . . . . . . . . . . . . . 383

*4.14. Funcionamiento del motor asncrono trifsico alimentado con tensiones des-equilibradas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

*4.15. Mquinas asncronas especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4024.15.1. Regulador de induccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4024.15.2. Selsyns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4034.15.3. Motor de induccin lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404

*4.16. Apndice: El par de rotacin de un motor asncrono desde el punto de vistafsico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406


Captulo 5: MQUINAS SNCRONAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

5.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4255.2. Aspectos constructivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4275.3. Sistemas de excitacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4305.4. Principio de funcionamiento de un alternador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

5.4.1. Funcionamiento en vaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4315.4.2. Funcionamiento en carga. Reaccin de inducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

5.5. Diagrama fasorial de un alternador. Regulacin de tensin . . . . . . . . . . . . . . . . 4385.6. Anlisis lineal de la mquina sncrona: el circuito equivalente . . . . . . . . . . . . . 442

5.6.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4425.6.2. Mtodo de Behn-Eschenburg. Impedancia sncrona . . . . . . . . . . . . . . . . 4435.6.3. Caracterstica de vaco y cortocircuito de la mquina sncrona. Deter-

minacin de la impedancia sncrona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4465.7. Anlisis no lineal de la mquina sncrona: Mtodo de Potier o del f.d.p. nulo.

Clculo de regulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455*5.8. Regulacin de tensin en las mquinas sncronas de polos salientes. Teora de las

dos reacciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4595.9. Funcionamiento de un alternador en una red aislada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464

5.9.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4645.9.2. Funcionamiento del regulador de velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466

5.10. Acoplamiento de un alternador a la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4725.11. Potencia activa y reactiva desarrollada por una mquina sncrona acoplada a

una red de potencia infinita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4775.12. Funcionamiento de una mquina sncrona conectada a una red de potencia infi-

nita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4805.12.1. Efectos de la variacin de excitacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4805.12.2. Efectos de la variacin del par mecnico (regulador de velocidad) . . 482

5.13. Funcionamiento en paralelo de alternadores de potencias similares . . . . . . . . . 4885.14. Motor sncrono: Caractersticas y aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495*5.15. Diagrama de lmites de funcionamiento de una mquina sncrona . . . . . . . . . . 499*5.16. Transitorio de cortocircuito de una mquina sncrona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505

viii CONTENIDO


Captulo 6: MQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523

6.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5236.2. Aspectos constructivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5256.3. Principio de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5286.4. Reaccin del inducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5336.5. Conmutacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5416.6. Generadores de c.c.: Aspectos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5466.7. Generadores de c.c.: Caractersticas de servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5496.8. Motores de c.c.: Aspectos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5596.9. Motores de c.c.: Caractersticas de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563

6.9.1. Motores de c.c. con excitacin independiente y derivacin. SistemaWard-Leonard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567

6.9.2. Motores de c.c. con excitacin serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5736.9.3. Motores de c.c. con excitacin compuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576

*6.10. Motor de c.c.: Mtodos de frenado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580*6.11. Funcionamiento de una mquina de c.c. en cuatro cuadrantes . . . . . . . . . . . . . . 5856.12. Motor monofsico de c.a. con colector de delgas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5876.13. Motores de c.c. sin escobillas (brushless motors) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592Biografas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599

Captulo 7: ACCIONAMIENTOS ELCTRICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601

7.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6017.2. Dispositivos semiconductores de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602

7.2.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6027.2.2. Diodos rectificadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6057.2.3. Tiristor o rectificador controlado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6077.2.4. Tiristor de apagado por puerta (GTO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6107.2.5. Transistor bipolar de unin (BJT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6117.2.6. Transistor MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6127.2.7. Transistor bipolar de puerta aislada IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6137.2.8. Tiristor MCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6147.2.9. Funcionamiento ideal de los dispositivos semiconductores . . . . . . . . . 614

7.3. Convertidores electrnicos de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6157.3.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615

7.4. Rectificadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6187.4.1. Rectificador monofsico media onda con carga resistiva . . . . . . . . . . 6187.4.2. Rectificador monofsico media onda (onda completa) con carga in-

ductiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6227.4.3. Rectificador monofsico de doble onda con carga resistiva . . . . . . . . 6287.4.4. Rectificador monfsico de doble onda (onda completa) con carga in-

ductiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632

CONTENIDO ix

7.4.5. Rectificadores trifsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6347.5. Rectificadores controlados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642

7.5.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6427.5.2. Principio de funcionamiento de un rectificador con control de fase . 6437.5.3. Convertidor monofsico en puente completo con carga inductiva . . . 6447.5.4. Convertidor trifsico en puente completo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653

7.6. Reguladores de corriente alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6627.6.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6627.6.2. Regulador con control de fase y carga resistiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6627.6.3. Regulador con control de fase y carga inductiva . . . . . . . . . . . . . . . . . 6637.6.4. Regulador on-off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665

7.7. Convertidores c.c. a c.c. (Choppers o troceadores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6667.7.1. Chopper directo o reductor de tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6677.7.2. Chopper inverso o elevador de tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6717.7.3. Choppers de dos y cuatro cuadrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672

7.8. Convertidores c.c. a c.a. (onduladores o inversores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6757.8.1. Inversores monofsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6757.8.2. Inversor trifsico en puente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6777.8.3. Control de la tensin de salida en un inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 679

7.9. Convertidores c.a. a c.a. (cicloconvertidores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6857.10. Accionamientos elctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687

7.10.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6877.10.2. Funcionamiento en cuatro cuadrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6887.10.3. Dinmica de la combinacin motor-carga. Estabilidad . . . . . . . . . . . . 689

7.11. Accionamientos elctricos con motores de c.c. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6937.11.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6937.11.2. Regulacin de la velocidad de motores de c.c. por medio de rectifica-

dores controlados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6957.11.3. Regulacin de la velocidad de motores de c.c. por medio de choppers . 700

*7.11.4. Regulacin de motores de c.c. mediante realimentacin . . . . . . . . . . . 7037.12. Accionamientos elctricos con motores de c.a. asncronos . . . . . . . . . . . . . . . . . 707

7.12.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7077.12.2. Regulacin de velocidad por control de la tensin de lnea aplicada al

esttor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7087.12.3. Regulacin de velocidad por control de la tensin y frecuencia de

lnea. Control escalar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7107.12.4. Regulacin de velocidad por control esttico de una resistencia adi-

cional en el rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7217.12.5. Regulacin de velocidad por recuperacin de la potencia de desliza-

miento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724*7.12.6. Control vectorial de motores asncronos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 728

7.13. Accionamientos elctricos con motores de c.a. sncronos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7397.13.1. Regulacin de velocidad de motores sncronos en lazo abierto . . . . . 7427.13.2. Regulacin de velocidad de motores sncronos en lazo cerrado. Motor

sncrono autopilotado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 746Biografas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756

x CONTENIDO

Apndice 1: MQUINAS ELCTRICAS: ASPECTOS HISTRICOS . . . . . . . . . . . . 7591. Los orgenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7592. Generadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 760

2.1. Generadores de c.c. o dinamos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7602.2. Generadores de c.a. (alternadores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763

3. Motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7653.1. Motores de c.c. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7653.2. Motores asncronos o de induccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7663.3. Motores sncronos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7683.4. Motores especiales de c.a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7693.5. Motores especiales de c.c. y otros motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769

4. Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7705. Desarrollos tecnolgicos en la construccin de mquinas elctricas . . . . . . . . . . . . 7726. Las mquinas elctricas y la electrnica de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773

6.1. Desarrollo de componentes electrnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7736.2. Control electrnico de mquinas elctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 775

6.2.1. Regulacin de velocidad de motores de c.c. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7756.2.2. Regulacin de velocidad de motores de c.a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 776

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 778

Apndice 2: REPASO DE SERIES DE FOURIER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 781

1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7812. Funcin peridica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7813. Series trigonomtricas de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7824. Ortogonalidad del sistemas trigonomtrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7835. Evaluacin de los coeficientes de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7836. Simetra de la funcin f (t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7847. Coeficientes de Fourier de ondas simtricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 785

Apndice 3: EL SISTEMA POR UNIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791

1. Magnitudes normalizadas. El sistema por unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7912. Cambios de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7943. Sistemas trifsicos. Anlisis por unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797

ndice alfabtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801

ndice biogrfico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 809

CONTENIDO xi

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