9-15 GENERADOR DC COMPUESTO ACUMULATIVO

Un generador dc compuesto acumulativo es un generador dc con campo serie y campo

en derivación conectados de tal manera que las fuerzas magnetomotrices de los dos

campos se suman. La figura 9-59 muestra el circuito equivalente de un generador dc

compuesto acumulativo en conexión de “derivación larga”. Los puntos que aparecen en

las dos bobinas de campo tienen el mismo significado que los puntos sobre un

transformador: la corriente que fluye hacia dentro de las bobinas por el extremo marcado

con punto produce una fuerza magnetomotriz positiva. Nótese que la corriente del

inducido fluye hacia adentro por el extremo de la bobina de campo serie marcado con

punto y que la corriente del campo en derivación IF fluye hacia dentro por el extremo de

la bobina de campo en derivación marcado con punto. Entonces, la fuerza

magnetomotriz total de esta máquina está dada por

Fneto=FF+FSE−F AR (9-48)

EA y V T

FIGURA 9-57 Deducción de las características de los terminales para un generador dc

serie

FIGURA 9-58 Característica de los terminales de un generador serie con grandes

efectos de reacción del inducido, adecuado para soldadores eléctricos

FIGURA 9-59

I A=I F+ I L

V T=EA−I A (RA+RS )

IF=V TRF

Fneto=IFN F+NSE I A−FRA

Circuito equivalente de un generador dc compuesto acumulativo con conexión en

derivación larga donde FF es la fuerza magnetomotriz del campo en derivación, FSE es la

fuerza magnetomotriz del campo serie y F AR la fuerza magnetomotriz de la reacción del

inducido. La corriente equivalente efectiva del campo en derivación de esta máquina

está dada por

N F IF¿ =N F IF+NSE I A−F AR

IF¿ =IF+

N SE

N F

IA−FARN F

(9-49)

Las otras relaciones de voltaje y comente para este generador son

I A=I F+ I L (9-50)

V T=EA−I A (RS+R A ) (9-51)

IF=V TRF

(9-52)

Característica de los terminales de un generador dc compuesto acumulativo

Para entender la característica de los terminales de un generador dc compuesto

acumulativo, es necesario comprender los efectos que actúan dentro de la máquina.

Si aumenta la carga sobre el generador, entonces la corriente de carga I L

aumenta. Puesto que I A=I F+ I L↑ , la comente del inducido IÁ también aumenta. En este

punto, ocurren dos efectos en el generador:

1. Como se eleva I A, la caída de voltaje I A (RS+R A ) aumenta. Esto tiende a causar una

disminución en el voltaje en los terminales V T=EA−I A↑ (RS+RA ).

2. Cuando aumenta I A la fuerza magnetomotriz del campo serie FSE=N SE I A aumenta.

Esto incrementa la fuerza magnetomotriz total la cual aumenta el flujo en el

generador. El incremento del flujo en el generador eleva EA, que a su vez tiende a

hacer que V T=EA↑−I A (RS+RA ) aumente.

Figura 9-60 Circuito equivalente de un generador dc compuesto acumulativo

conectado en derivación corta.

Estos dos efectos se oponen entre sí pues el uno tiende a aumentar VT y el otro, a

disminuirlo. ¿Cuál efecto predomina en una máquina dada? Todo depende de cuántas

vueltas en serie tengan los polos de la máquina. La pregunta puede ser respondida

tomando varios casos individuales:

1. Pocas espiras en serie (NSE pequeño). Si hay sólo unas pocas espiras en serie,

prima el efecto de la caída resistiva de voltaje. El voltaje cae como en un generador

en derivación, pero no en forma tan abrupta (figura 9-61). Este tipo de construcción,

donde el voltaje en los terminales a plena carga es menor que el de vacío, se llama

hipocompuesto (o compuesto parcial).

2. Más espiras en serie (NSE mayor). Si hay mayor cantidad de espiras de alambre en

serie sobre los polos, al comienzo prima el efecto de fortalecimiento del flujo y el

voltaje en los terminales aumenta con la carga. Sin embargo, cuando la carga

continúa aumentando, se crea saturación magnética y la caída resistiva es más

fuerte que el efecto de aumento del flujo. En tal máquina, el voltaje en los

terminales aumenta primero y luego cae, cuando la carga aumenta. Si VT en vacío

es igual a VT a plena carga, el generador se denomina generador compuesto plano.

3. Se añaden aún más espiras en serie (NSE grande). Si se añaden aún más espiras

en serie al generador, el efecto del fortalecimiento del flujo predomina un tiempo

más prolongado antes de que prime la caída resistiva. El resultado es una

característica cuyo voltaje en los terminales a plena carga supera el

correspondiente en vacío. Si VT a plena carga excede a VT en vacío, el generador

se denomina generador hipercompuesto.

Todas estas posibilidades se ilustran en la figura 9-61.

Control de voltajes en generadores DC compuesto acumulativo.

Las técnicas disponibles para controlar un generador dc compuesto acumulativo

son las mismas que se utilizan para controlar el voltaje de los generadores dc en

derivación:

1. Cambio de la velocidad de rotación. Un aumento en ω causa que EA=K ∅ ↑

aumente, incrementándose el voltaje en los terminales V T=EA↑−I A (RS+RA )

2. Cambio en la corriente de campo. Una disminución en RF causa que IF=V T /RF↓

aumente, lo que incrementa la fuerza magnetomotriz total en el generador. Como

Fneto aumenta, el flujo ∅ en la máquina aumenta y EA=K ∅ ↑ se eleva. Finalmente,

un aumento EA en eleva VT

Figura 9-61 Características en terminales de generadores dc compuestos

acumulativos.

Análisis de los generadores de compuestos acumulativos

Las ecuaciones (9-53) y (9-54) son la clave para describir las características en

terminales de un generador dc compuesto acumulativo. La corriente equivalente del

campo en derivación I eqdebida a los efectos del campo serie y de la reacción del

inducido, está dada por

I eq=−N SE

N F

IA−FARN F

(9-53)

La corriente efectiva de campo en derivación de la máquina es:

IF¿ =IF+ I eq (9-54)

Esta corriente equivalente I eq representa una distancia horizontal a la izquierda o a la

derecha de la línea de resistencia de campo RF=V T /RF a lo largo de los ejes de la

curva de magnetización.

La caída resistiva en el generador está dada por I A (RS+R A ) , la cual representa una

distancia a lo largo del eje vertical sobre la curva de magnetización. La corriente

equivalente I eq y la caída resistiva de voltaje IA(RA + Rs) dependen de la potencia de la

corriente del inducido IA. En consecuencia, son los dos lados de un triángulo cuyo

tamaño es función de IA. Para encontrar el voltaje de salida para una carga dada, se

determina el tamaño del triángulo y se halla un punto donde el triángulo encaja

exactamente entre la línea de comente de campo y la curva de magnetización.

Esta idea se ilustra en la figura 9-63. El voltaje en los terminales, en condiciones de

vacío, será el punto en el cual se intersecan la línea de resistencia y la curva de

magnetización, como se explicó antes. Cuando se adiciona carga al generador,

aumenta la fuerza magnetomotriz del campo serie y se elevan la corriente equivalente

del campo en derivación I eq y la caída resistiva de voltaje Ia(Ra + Rs) en la máquina. Para

encontrar el valor del nuevo voltaje de salida en el generador, es preciso deslizar el

borde extremo izquierdo del triángulo resultante a lo largo de la línea de corriente de

campo en derivación hasta que el vértice superior del triángulo toque la curva de

magnetización. El vértice superior del triángulo representa el voltaje interno generado de

la máquina, mientras que la línea inferior representa el voltaje en terminales de la

máquina.

La figura 9-64 muestra el proceso, repetido varias veces, para construir una

característica de los terminales completa para el generador.

Figura 9-63 Análisis gráfico de un generador dc compuesto acumulativo.

Figura 9-64 Deducción gráfica de la característica en los terminales de un generador dc

compuesto acumulativo.

9-16 Generador DC compuesto diferencial

Un generador dc compuesto diferencial es un generador con dos campos, el campo en

derivación y el campo serie, pero sus fuerzas magnetomotrices se restan entre sí En la

figura 9-65 se muestra el circuito equivalente de un generador dc compuesto diferencial.

Nótese que la corriente del inducido está fluyendo hacia fuera de una bobina por el

extremo marcado con punto, mientras que la corriente del campo en derivación está

fluyendo hacia dentro por el extremo de la bobina marcado con punto. En esta máquina,

la fuerza magnetomotriz neta es:

Fneto=FF−F SE−FAR (9-55)

Fneto=IFN F−N SE I A−FAR (9-56)

Y la corriente equivalente de campo en derivación debida al campo serie y la reacción

del inducido está dada por

I eq=−N SE

N F

IA−FARN F

(9.57)

Figura 9-65 Circuito equivalente de un generador dc compuesto diferencial con

conexión en derivación larga.

La corriente efectiva en derivación esta máquina está dada por:

IF¿ =IF+ I eq (9-58a)

IF¿ =IF−

N SE

NFI A−

F ARN F

(9-58b)

Como el generador compuesto acumulativo, el generador compuesto diferencial

puede ser conectado en derivación larga o en derivación corta.

Característica de los terminales de un generador dc compuesto diferencial

En el generador dc compuesto diferencial ocurren los mismos dos efectos que se

presentaron en el generador dc compuesto acumulativo. Esta vez, sin embargo, ambos

efectos actúan en la misma dirección. Ellos son:

1. Cuando aumenta I A aumenta también la caída de voltaje IA(RA + Rs). Este aumento

tiende a causar una disminución en el voltaje en los terminales V T=EA−I A↑ (R A+RS )

2. Cuando se incrementa I A la fuerza magnetomotriz del campo serie FSE=N SE I A

también aumenta. Este aumento en la fuerza magnetomotriz del campo serie

reduce la fuerza magnetomotriz neta del generador Fneto=IFN F−N SE I A↑ que, a su

vez, reduce el flujo neto en el generador. Una disminución de flujo disminuye a EÁ lo

que a su vez disminuye V T

Puesto que ambos efectos tienden a disminuir V T el voltaje cae drásticamente

cuando se aumenta la carga en el generador. En la figura 9-66 se muestra una

característica de los terminales típica para un generador dc compuesto diferencial.

Control de voltaje de generadores dc compuestos diferenciales

Aunque las características de caída de voltaje en un generador dc compuesto diferencial

son bastante malas, es posible ajustar el voltaje en los terminales para una carga dada.

Las técnicas disponibles para ajustar el voltaje en los terminales son las mismas

empleadas en los generadores dc en derivación y compuestos acumulativos:

1. Cambio de la velocidad de rotación ωAR

2. Cambio de la comente de campo IF

Análisis gráfico de un generador dc compuesto diferencial

El voltaje característico de un generador dc compuesto diferencial es determinado

gráficamente de la misma forma utilizada para el generador dc compuesto acumulativo.

Para encontrar la característica de los terminales de la máquina, remítase a la figura 9-67.

La porción de la corriente efectiva del campo en derivación, debida al campo en

derivación real, es siempre igual a V TRF

puesto que hay mucha corriente en el campo en

derivación. La corriente efectiva de campo remanente está dada por I eq y es la suma de

los efectos del campo serie y de la reacción del inducido. Esta corriente equivalente I eq

representa una distancia negativa horizontal a lo largo del eje de la curva de

magnetización puesto que ambos, el campo serie y la reacción del inducido, son

sustractivos.

FIGURA 9-66 Característica de los terminales de un generador dc compuesto diferencial.

FIGURA 9-67 Análisis gráfico de un generador dc compuesto diferencial

La caída resistiva en el generador está dada por I A (RA+RS ) la cual representa una

distancia a lo largo del eje vertical de la curva de magnetización. Para encontrar el

voltaje de salida para una carga dada, se determina el tamaño del triángulo formado por

la caída de voltaje resistiva e I eq y se halla un punto en donde el triángulo encaja

exactamente entre la línea de corriente de campo y la curva de magnetización.

La figura 9-68 muestra el proceso, repetido varias veces, para construir una

característica completa de los terminales para el generador.

Figura 9-68 Deducción gráfica de la característica de los terminales de un generador

dc compuesto diferencial.