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  • GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA.

    La maquina de CD. Aplicaciones. Construccin general. Construccin y tamao. Piezas embutidas del ncleo de armadura. Piezas embutidas de polo principal y de conmutacin. Yugo de carcaza. Conmutador. Escobilla de carbn o carbones. Principios Generales. Induccin electromagntica. Fuerza sobre conductores por los que fluye corriente en un campo magntico. Reacciones de generador y motor. Caractersticas de la corriente directa. Excitacin de campo. Devanados de armadura. Trminos. Devanados mltiples o imbricados. Devanados de dos circuitos u ondulados. Reacciones de armadura. Efecto de magnetizacin Cruzada. Distorsin de campo. Reduccin de flujo a causa de la magnetizacin cruzada. Efecto de desmagnetizacin del desplazamiento de carbones. Curvas de saturacin sin carga y a plena carga. Conmutacin. Conmutacin. Inversin de corriente de conductor. Carbones de conmutador. Voltaje de reactancia de conmutacin. Polos de conmutacin. Voltaje de reactancia de formula de conmutacin. La zona de conmutacin. Excitacin de polo de conmutacin. Clculo de espacios de aire de polo de conmutacin. Dimensiones de polos de conmutacin. Devanados de compensacin. Volts por barra. Curvas de potencial de carbn. Diseo de armadura. Ecuacin FEM. Velocidades del rotor. Dimetros del rotor. Numero de polos. La densidad Bg de flujo de entrehierro del polo principal. Numero de conductores por pulgada de circunferencia (q) del rotor. Dimetro del conmutador. Carbones Y porta carbones.

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  • Seleccin de un diseo aproximado. Ranuras y bobinas de armadura. Diseo aproximado de ranura. Campos de compensacin y conmutacin. Datos de Compensacin del devanado. Clculos del devanado de compensacin. Clculos del devanado de conmutacin. Clculos de conmutacin. Clculos magnticos. Trayectorias de Flujo. Coeficiente de carter y amperevueltas de entrehierro. Los amperevueltas de dientes de rotor. Calculo de datos de saturacin sin carga. Curva de saturacin a plena carga para maquinaria compensada. Curva de saturacin a plena carga para maquinaria no compensada. Calculo de volts mximos por barra. Campos principales. Campos Principales y calentamiento de campo principal. Clculos de campo principal. Enfriamiento y ventilacin. Causa de calentamiento. Elevaciones permisibles de temperatura medida. Gradientes de temperatura en bobinas de rotor. Calentamiento de conexiones finales de devanados de armadura. Calentamiento de conmutador. Aplicacin de constantes de calentamiento. Perdidas y eficiencia. Perdida I2R de cobre de armadura. Perdida I2R de campo de compensacin, de conmutacin y serie. Perdida I2R de carbones. Perdida de carga. Perdida de campo en derivacin. Perdida de ncleo. Perdida por friccin de carbones. Friccin y resistencia al viento. Caractersticas de generador. La regulacin del voltaje de un generador de cd. El generador compensado y separadamente excitado. El generador de cd no compensado y separadamente excitado. El generador de cd no compensado y autoexcitado. Inestabilidad de generadores autoexcitados. Generadores de cd de excitacin mixta ( compound ). Generadores en serie. Constantes de tiempo de campo. Constante de tiempo de circuito de armadura. Prueba. Pruebas en fabrica. Operacin y mantenimiento de generadores. Generalidades. Antes de la instalacin. Alineamiento. Comprobaciones previas a la operacin.

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  • Comprobaciones de operacin. Generadores en paralelo devanados en derivacin. Generadores de devanado compuesto en paralelo. Mantenimiento. Conmutacin deficiente. Generadores Especiales. Generalidades. Convertidores sincrnicos. Reguladores giratorios. Aparatos de tres hilos. Generadores de cd homopolares o aciclicos. Bibliografa. LA MAQUINA DE CD. Aplicaciones.

    El papel mas importante que desempea el generador de cd es alimentar de electricidad el motor de cd. Enesencia, Produce corriente libre de rizo y un voltaje fijo de manera muy precisa a cualquier valor deseadodesde cero hasta el valor mximo nominal; esta es en realidad una corriente elctrica de cd que permite lamejor conmutacin posible en el motor, porque carece de las formas de ondas bruscas de energa de cd de losrectificadores. El generador tiene una respuesta excelente y es particularmente apropiado para el controlpreciso de salida por reguladores de retroalimentacin de control, adems de estar bien adaptado para producircorriente de excitacin de respuesta y controlada en forma precisa tanto para maquinas de ca como de cd.

    El motor de cd juega un papel de importancia creciente en la industria moderna porque puede operar acualquier velocidad desde cero hasta su mxima de rgimen y mantenerla hay de forma muy precisa. Porejemplo, Los trenes de laminacin de acero que son de alta velocidad y de varias etapas, no serian posibles sinlos motores de cd. Cada etapa debe mantenerse precisamente a una velocidad exacta, que es mayor que laetapa precedente, para adaptarse a la reduccin del grosor del acero en esa etapa y mantener el voltaje correctoen el acero entre etapas.

    Construccin general.

    La figura 1 en el anexo muestra las partes de un motor de cd de tamao grande o mediano; todos los tamaosdifieren de las maquinas de ca en que tienen un conmutador y la armadura del rotor. Tambin tienen los polossalientes en el estator y, excepto en algunos modelos pequeos, tienen polos de conmutacin entre los polosprincipales.

    Construccin y tamao.

    Las mquinas de cd pequeas tienen razones grandes de superficie a volumen y trayectorias cortas para que elcalor llegue a las superficies de disipacin. El enfriamiento requiere un poco ms que medios para soplar aireen el rotor y entre los polos. Las piezas embutidas en el rotor estn montadas firmemente en el eje, sinconductos de aire en ellas.

    Las unidades ms grandes, con ncleos ms largos y profundos, usan la misma construccin pero con agujeroslongitudinales en las piezas embutidas del ncleo para el aire de enfriamiento.

    Las mquinas medianas y grandes deben tener grandes superficies de disipacin de calor y contar con aire deenfriamiento bien dirigido, ya que de lo contrario se formarn lugares calientes. Sus piezas embutidas dencleo estn montadas en brazos, para permitir que grandes volmenes de aire de enfriamiento lleguen a los

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  • muchos ductos de ventilacin del ncleo, as como a los espacios de ventilacin entre las extensiones delextremo de la bobina.

    Piezas embutidas del ncleo de armadura. Por lo general, estas piezas son de acero laminado elctrico dealta permeabilidad, de 0.017 a 0.025 in de grueso, y tienen entre ellas una pelcula aislante. Las unidadespequeas y medianas utilizan piezas embutidas segmntales como las que se ilustran en la figura 2, quetambin muestra los dedos que se usan para formar los ductos de ventilacin.

    Piezas embutidas de polo principal y de conmutacin. Estas piezas suelen ser ms gruesas que las delrotor porque slo las caras polares estn sujetas a cambios de flujo de alta frecuencia; las piezas son de0.062 a 0.125 in de grueso y por lo general van remachadas.

    Yugo de carcasa. Es comn que esta pieza est fabricada de placa de acero blando laminado pero, engrandes generadores de alta demanda en donde se presentan cambios rpidos de carga, se pueden usarlaminaciones. La carcasa slida tiene una constante magntica de tiempo de 1/2 s o ms, dependiendo de sugrosor; la de la carcasa laminada va de 0.05 a 0.005 s.

    Conmutador. Esta pieza es realmente el corazn de la mquina de cd y debe operar con variaciones detemperatura de al menos 55C, con velocidades perifricas que pueden llegar a 7000 ft/min. Sin embargo,debe permanecer uniforme a no ms de 0.002 o 0.003 in y alineada entre barra y barra a no ms de 0.0001in.

    El conmutador est hecho de barras duras de cobre laminadas con precisin en forma de cua. Dichas barrasestn separadas una de otra por segmentos de laminillas de mica, cuyo grosor debe conservarse de modo muypreciso para obtener un espaciamiento casi perfecto de las barras y que no haya oblicuidad. Este grosor es de0.020 a 0.050 in, dependiendo del tamao del generador y del voltaje mximo que se pueda esperar entre lasbarras durante la operacin. Los segmentos de mica y las barras estn fijos entre dos anillos metlicos en V yaislados de stos por conos de mica. En conmutadores de velocidad muy alta, de alrededor de 10000 ft/min, seusan anillos de acero de contraccin para sostener las barras y se usa mica bajo los anillos.

    Escobilla de carbn (o simplemente carbones). Estas piezas se deslizan sobre las barras del conmutador yllevan la corriente de carga de las bobinas del rotor al circuito externo. Los portacarbones sujetan loscarbones contra la superficie del conmutador mediante resortes, para mantener una presin razonablementeconstante y que se deslicen de modo uniforme.

    2. PRINCIPIOS GENERALES

    Induccin Electromagntica. Un campo magntico est representado por lneas de flujo continuas que seconsidera emergen de un polo norte y entran en un polo sur. Cuando cambia el nmero de dichas lneaseslabonadas por una bobina (Fig. 3), se induce un voltaje en la bobina igual a 1 V por un cambio de 108eslabonamientos/s (Mx/s) por cada vuelta de la bobina, es decir, E = ("" T x 10 8) / t V.

    Si las lneas de flujo se deforman por el movimiento del conductor de la bobina antes de romperse, ladireccin del voltaje inducido se considera hacia dentro del conductor si se muestra que las flecha, por el flujodistorsionado, apuntan en el sentido del giro de las manecillas del reloj, y hacia a fuera si apuntan en sentidocontrario al giro de las manecillas del reloj. Esta es la accin de generador (Fig. 4).

    Fuerza sobre conductores por los que fluye corriente en un campo magntico. Si un conductor lleva

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  • una corriente, alrededor del mismo se forman espiras de flujo (Fig. 5). La direccin del flujo es en elsentido de giro de las manecillas del reloj si la corriente es tal qu