EL GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA

Son mquinas elctricas que convierten energa mecnica

en energa elctrica de corriente continua.

La mayora de las mquinas de corriente continua son

semejantes a las mquinas de corriente alterna ya que en su

interior tienen corrientes y voltajes de corriente alterna.

Estas mquinas tienen corriente continua slo en su

circuito exterior debido a la existencia de un mecanismo

que convierte los voltajes internos de corriente alterna en

voltajes corriente continua en los terminales. Este

mecanismo se llama colector.

CONMUTACIN

Un hilo conductor que gira en un campo magntico desarrolla, como hemos visto,

una fem alterna sinusoidal. Puede obtenerse fem en un solo sentido conectando

cada terminal de la espira a la mitad de un anillo partido llamado colector o

conmutador. En el instante en que se invierte en el cuadro la fem, se intercambian

las conexiones al circuito exterior, y la fem entre los terminales, aunque pulsante,

tiene siempre el mismo sentido

El primer paso para reducir estas fluctuaciones consiste en utilizar dos bobinas de

inducido conectadas en serie , como indica la figura. En el instante en que la

bobina adquiere su fem mxima, la fem de la otra se anula, segn muestran las

curvas de trazos. Las fem se suman y dan una resultante, indicada por la curva de

trazo continuo. Un gran nmero de conductores conectados en serie, con

conexiones adecuadas a un correspondiente gran nmero de segmentos

conmutadores o delgas, pueden eliminarse prcticamente las fluctuaciones de la

fem

Generadores DC de acuerdo a la forma en que el

flujo de campo es producido

Las ventajas de las mquinas cd derivan de las caractersticas de funcionamiento

que se obtienen mediante la seleccin del mtodo de excitacin de los devanados

de campo. Estos se clasifican en : a) excitacin independiente y b) autoexcitados.

Generadores DC de acuerdo a la forma en que el

flujo de campo es producido (mtodo de excitacin)

Ind

ex

Durante la transformacin de la energa una parte

de la potencia P1 se consume en cubrir prdidas

mecnicas pmec y en el acero pac y el resto se

transforma en energa electromagntica.

Potencia electromagntica:

Pa = EaIa =P1- (pmec + pac)

P2= UIa potencia elctrica entregada a la red Fem del generador para n cte.

Ea = U+ IaRa

Ea tiene dos componentes: U se lleva a los

terminales del generador y acta sobre el circuito

exterior conectado al generador, y la otra (IaRa)

vence la resistencia del generador y se llama

cada de tensin en el inducido del generador

Momento electromagntico

Ma = Pa/ = 2n

Ma = EaIa/ 2n = pNIa/2a

p: pares de polos, a: dato sobre el nmero de ramas

paralelas del arrollamiento, : flujo en weber.

Proceso energtico

En la figura se muestran caractersticas volt ampere tpicas de generadores de cd,

con la suposicin de funcionamiento a velocidad constante.

Aplicaciones

Generador con excitacin independiente, Bsicamente, como amplificador

multiplicador.

Los generadores con excitacin en serie tienen aplicacin en aquellas

actividades en las que se precise una intensidad prcticamente constante, como

puede ser en equipos de soldaduras y en determinados sistemas de alumbrados.

Los generadores en derivacin, tienen aplicacin en las centrales que precisan

de una tensin constante y en todos aquellos casos en que se haya de contar con

variaciones bruscas de carga, como sucede en los talleres con gras de gran

potencia, laminadores, etc.

Los generadores con excitacin mixta (compound)son utilizados en el sistema

de generacin de energa elctrica de cc en aviones polimotores, y aplicaciones

generales.

PAUTAS PARA LA SELECCIN DE UN GENERADOR DE CC

Ejemplo de referencia: Seleccionar un generador para una nueva planta industrial

que tiene una demanda calculada de 1000 kW. La carga servida por el generador

requiere una tensin de entrada de al menos 230V a todo rgimen.

1. Clculo de corriente de salida del generador: Usar I=P/E, donde I= corriente

de salida del generador; P= potencia de salida del generador; E= tensin terminal

del generador. Para este generador I= 1000000/230= 4350 A.

2. Seleccionar el rgimen del generador: Escoger entre regmenes normalizados

de generadores: 1000, 2000, 4000, 5000, 6000, etc. Se escoge el inmediato

superior, es decir, 5000 A. Esto da una capacidad adicional para un incremento

moderado de la carga del generador.

3. Seleccionar el tipo de generador a utilizar: El generador autoexcitado es el

ms usado ( derivacin, serie y compound) y ente ellos el de tipo compound es el

ms adecuado (combinado neto o sobrecombinado). (Ver figura).

4. Calcular el rendimiento del generador: Los datos tcnicos del fabricante dan

las prdidas del generador. stas se expresan en W. Suponer que la suma de todas

estas prdidas para este generador es de 80 000W. Entonces el

rendimiento del generador = salida/(salida + prdidas) = 1000000/(1000000+80000)

= 0,925, o sea el 92,5%

EL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

Cualquiera de los mtodos de excitacin utilizados en generadores tambin se

emplean en motores en los que se transforma la energa elctrica suministrada

en energa mecnica. Los terminales del motor son alimentadas por una fuente

de voltaje constante. En un motor la relacin entre la fuerza electromotriz Ea

generada en el inducido y el voltaje U en sus terminales es

donde Ia es la corriente del inducido alimentada a la mquina. La fuerza

electromotriz Ea ahora es ms pequea que el voltaje en las terminales U , la

corriente del inducido ocurre en direccin opuesta a la de un generador, y el par

electromagntico ocurre en la direccin que sostiene la rotacin del inducido.

U = Ea+ Ia Ra

Proceso energtico

En un motor de excitacin en derivacin, siendo n= cte., Si P1

es la potencia elctrica total suministrada al motor desde la red,

U es la tensin en los terminales del motor, Ia es la corriente en

el inducido e iex es la corriente de excitacin, entonces

P1= U(Ia + iex)

Potencia electromagntica: Deducidas las prdidas, la

potencia restante se transforma en potencia electromagntica

Pa = EaIa que a su vez se transforma en potencia mecnica

total Pmec . Por consiguiente,

Pa = Pmec = EaIa = U(Ia Ia2 Ra)

La potencia mecnica til P2 entregada por el motor, es menor

que la potencia Pa en la magnitud de la potencia Po necesaria

para cubrir las prdidas en el acero del inducido pac y las

prdidas mecnicas pmec, es decir,

P2 = Pa Po = Pmec (pac + pmec)

Del mismo modo sucede el proceso energtico en los motores

de otros tipos

Momento electromagntico:

El momento electromagntico del motor, as como el momento

electromagntico del generador, se crea como resultado de la interaccin del

campo fundamental y la corriente en el devanado del inducido y por eso no

se diferencia en nada, a excepcin del signo, del momento del generador:

Ma = Pa/ = 2n

Ma = EaIa/ 2n = pNIa/2a

p: pares de polos, a: dato sobre el nmero de ramas paralelas del

arrollamiento, : flujo en weber.

Algunos autores denominan a Ma par electromecnico.

La potencia electromagntica difiere de la potencia mecnica en el eje de la

mquina por las prdidas rotativas y de la potencia elctrica en las terminales

de la mquina por las prdidas I2R en el campo en derivacin y en inducido.

Una vez que se ha determinado la potencia electromagntica EaIa la adicin

numrica de las prdidas rotatorias para generadores y la sustraccin para

motores dan la potencia mecnica en el eje.

El motor en derivacin es en esencia un motor de velocidad

constante, cuya velocidad se reduce aproximadamente 6% en

situaciones que van desde vaco hasta plena carga. La curva

continua de la figura muestra una caracterstica tpica de

velocidad-par. El par de arranque y el par mximo estn limitados

por la corriente del inducido.

Una ventaja sobresaliente del motor en derivacin es la facilidad

de control de la velocidad.

Con un restato en el circuito del campo en derivacin, la

corriente y el flujo a travs de ste por polo pueden ser variados a

voluntad;

En el motor en serie, el motor en serie es un motor de velocidad variable con una caracterstica velocidad-par muy marcada, decreciente del tipo mostrado en

la figura. Esta caracterstica es particularmente ventajosa porque las sobrecargas

de potencia correspondientes se mantienen a valores ms razonables a causa de

las cadas de velocidad asociadas.

En el motor compuesto, Como se muestra mediante la curva punteada en la figura, un motor compuesto tiene caractersticas de carga-velocidad que son

intermedias entre aquellas de un motor en derivacin y en serie, con la cada de

velocidad con carga de acuerdo al nmero relativo de vueltas ampere en los

campos en derivacin y en serie.