Máquina de Corriente Continua 1

Mquinas Elctricas Rotativas

La energa elctricaGENERACINTRANSPORTEDISTRIBUCINCONSUMOCentrales hidralicasCentrales termoelctricasCentrales de Energas alternativasGeneracin de tensin (12 kV) aprox.Elevacin (trafos) tensin 380 kV, 220 KvLneas de alta tensinSubestacionesCentros de distribucin: subestacionesLneas de baja tensin (trafos)Pequeos consumidores: baja tensinIndustria: alta tensinLas mquinas elctricas estn presentes en todas las etapas del proceso (rotativas en la generacin y consumo. Transformadores en transporte y distribucin)

La red elctrica FuenteprimariaTurbinaGeneradorParque de transformacinde La centralEstacintransformadoraprimariaSubestacinCentro de transformacinConsumodomsticoMuy grandesconsumidoresGrandesconsumidores

La red elctricaEsquema simplificado de una parte de la red nacional de 400 kVSe puede observar la existencia de caminos alternativos para el suministro Tecnologa elctrica J. Roger et. Al

La red elctricaRed de distribucinen anilloSUBESTACIN

Las centrales elctricas HIDRALICASTransformacin de la energa potencial acumulada por una masa de agua.Utilizacin turbina hidrulica.Gran rapidez de respuesta.TERMOELCTRICASUtilizacin de carbn, fuel, o combus-tible nuclear para producir vapor.Utilizacin de turbinas de vapor.Elevada inercia, especialmente en las nucleares. Produccin constante.NO CONVENCIONALESElicasSolaresMareomotricesDE BOMBEOUtilizan agua previamente bombeadaSon idnticas a las hidralicasCon turbinas de gasDe ciclo combinado

Las centrales elctricas Curva de demanda de energa elctricaHora241680 Tecnologa elctrica J. Roger et. Al

Las mquinas elctricas Estticas

RotativasTransformadoresMotoresGeneradoresMQUINAS ELCTRICASTransformadorTransformadorGeneradorMotor

Los TransformadoresTransformadoresDe potenciaDe medidaEspecialesMonofsicos o trifsicosMonofsicos o trifsicosMonofsicos o trifsicosExisten distintos tipos de transformadores de potenciaLos de medida pueden medir tensiones o corrientes

Las Mquinas Elctricas Rotativas MotoresCorriente ContinuaAsncronosSncronosEspecialesImanes permanentesMonofsicos o trifsicosMonofsicosMonofsicos o trifsicosMonofsicos o trifsicos

Las Mquinas Elctricas RotativasGeneradoresSncronosAsncronosCorriente continuaTurboalternadores (trmicas) y alterna-dores de centrales hidralicasGeneradores elicos. Alternadores micentrales hidralicasMquinas muy poco frecuentes: aplicaciones especialesGran potencia: velocidad cte.Potencia media y baja: velocidad variable

El Principio de ReversibilidadTodas las mquinas elctricas rotativas son reversiblesPueden funcionar como motor o como generadorMotorConversin de Energa Elctrica en Energa MecnicaGeneradorConversin de Energa Mecnica en Energa Elctrica

Balance Energtico de una Mquina RotativaPotencia elctrica consumida (Pe)ESTATORROTORPotencia mecnica til del motor (Pu)

Clase de AislamientoTemperatura mxima que elmaterial del que est construidoel aislamiento puede soportarsin perder sus propiedades.Se obtiene ensayando el materialy comparando los resultados conlos de materiales patrn de efica-cia conocida (Norma UNE-CEI)

Grados de ProteccinEn la norma UNE 20-324 se establece un sistema de especificacin general en funcin del grado de proteccin que se consigue en cualquier material elctrico. El grado de proteccin se designa con las letras IP seguidas de tres cifras, de las cuales en las mquinas elctricas slo se utilizan dos.1 cifra: indica la proteccin de las personas frente a contactos bajo tensin y/o piezas en movimiento en el interior, as como la proteccin de la mquina frente a la penetracin de cuerpos slidos extraos.2 cifra: indica la proteccin contra la penetracin de agua.3 cifra: indicara la proteccin contra daos mecnicos.

Proteccin frente a la penetracin de cuerpos extraos: Primera cifra

Primera cifra

Grado de proteccin

caracters-tica

Descripcin abreviada

Definicin

0

No protegido

Ninguna proteccin especial

1

Protegido contra cuerpos slidos superiores a 50mm.

Una gran superficie del cuerpo humano, por ejemplo la mano (pero ninguna proteccin contra una penetracin deliberada). Cuerpos slidos de ms de 50mm de dimetro.

2


Los dedos u objetos de tamaos similares que no excedan de 80 mm de longitud. Cuerpos slidos de ms de 12 mm de dimetro.

3

Protegido contra cuerpos slidos superiores a 2.5mm.

Herramientas, alambres, etc., de dimetro o de espesores superiores a 2.5mm. Cuerpos slidos de ms de 2.5 mm de dimetro.

4


Alambres o bandas de espesor superior a 1.0mm. Cuerpos slidos de ms de 1.0mm de dimetro.

5

Protegido contra el polvo

No se impide del todo la penetracin del polvo, pero este no puede penetrar en cantidad suficiente como para perjudicar el buen funcionamiento del material.

6

Totalmente protegido contra el polvo

No hay penetracin de polvo

Proteccin frente a entrada de agua

Segunda cifra

Grado de proteccin

caracters-tica

Descripcin abreviada

Definicin

0

No protegido.

Ninguna proteccin especial.

1

Protegido contra las cadas verticales de gotas de agua.

Las gotas de agua (que caen verticalmente) no deben producir efectos perjudiciales.

2

Protegido contra las cadas de agua con una inclinacin mxima de 15.

La cada vertical de gotas de agua no debe producir efectos perjudiciales cuando la envolvente est inclinada hasta 15 de su posicin normal.

3

Protegido contra el agua en forma de lluvia.

El agua que caiga en forma de lluvia en una direccin que tenga respecto a la vertical un ngulo inferior o igual a 60 no debe producir efectos perjudiciales.

4

Protegido contra proyecciones de agua.

El agua proyectada sobre el envolvente desde cualquier direccin, no debe producir efectos perjudiciales.

5

Protegido contra los chorros de agua.

El agua lanzada sobre el envolvente por una boquilla desde cualquier direccin, no debe producir efectos perjudiciales.

6

Protegido contra los embates del mar.

Con mar gruesa o mediante chorros potentes, el agua no deber penetrar en la envolvente en cantidad perjudicial.

7

Protegidos contra los efectos de la inmersin.

No debe ser posible que el agua penetre en cantidad perjudicial en el interior de la envolvente sumergida en agua, con una presin y un tiempo determinado.

8

Protegido contra la inmersin prolongada.

El material es adecuado para la inmersin prolongada en agua en las condiciones especificadas por el fabricante.

Placa de caractersticas 3 Clase de corriente (alterna o continua).4 Forma de trabajo (motor o generador).5 Nmero de serie de la mquina.6 Conexin del devanado estatrico ( o ).7 Tensin nominal.8 Corriente nominal.9 Potencia nominal.10 Abreviatura de unidad de potencia (kW).11 Clase de servicio.12 Factor de potencia nominal.13 Velocidad nominal.14 Frecuencia nominal.15 Excitacin en motores CC, Rotor en motores induccin de rotor bobinado.16 Tensin de Exc. en mquinas de CC. Tensin rotorica en motores de rotor bobinado.17 Corriente de excitacin mquina CC. Corriente rotrica en motores de rotor bobinado.18 Clase de aislamiento.19 Grado de proteccin.20 Peso.21 Fabricante.Todas las magnitudes son NOMINALES: aqullaspara las que la mquina ha sido diseada

Cdigos refrigeracin transformadores Segn que la circulacin del fluido refrigerante se deba a conveccin natural o forzada (impulsado por una bomba) se habla de refrigeracin natural (N) o forzada (F)Las normas clasifican los sistemas de refrigeracin de los transformadores segn el refrigerante primario (en contacto con partes activas) y secundario ( el utilizado para enfriar al primario). Se utilizan aire, aceite natural, aceite sinttico y agua.

Cdigos refrigeracin transformadoresSE UTILIZAN 4 DGITOSCOMO CDIGOTipo de circulacin del refrigerante secundario (N) o (F). Tipo de refrigerante secundario (A) aire, (W) agua. Tipo de circulacin del refrigerante primario (N) o (F). Tipo de refrigerante primario (A) aire, (O) aceite mineral, (L) aceite sinttico.Ejem OFAF

Cdigos Refrigeracin MotoresXXXXXTipo de circulacin del refrigerante secundario: 0 Conveccin libre, 1 Autocirculacin, 6 Com-ponente independiente, 8 Desplazamiento relativoTipo de refrigerante secundario: A aire, W aguaTipo de circulacin del refrigerante primario: 0 Conveccin libre, 1 Autocirculacin, 6 Componente independienteTipo de refrigerante primario: A aireTipo de circuito de refrigeracin: 0 circulacin libre circuito abierto, 4 carcasa enfriada exteriorSE UTILIZAN 5 DGITOSEjem IC4A11Ejem IC0A1IC

Clase de Servicio en Maquinas RotativasS1 - Servicio continuo: la mquina trabaja a carga constante, de modo que alcanza la temperatura de rgimen permanente.S2 - Servicio temporal o de corta duracin: la mquina trabaja en rgimen de carga constante un tiempo breve, no se llega a alcanzar una temperatura estable. Permanece entonces para-da hasta alcanzar de nuevo la temperatura ambiente. S3, S4 y S5 - Servicios intermitentes: consisten en una serie continua de ciclos iguales, compuestos por periodos de carga constante (S3), incluyendo el tiempo de arranque (S4) o arran-ques y frenados (S5), seguidos de periodos de reposo sin que se alcance nunca una temperatura constante.S6, S7 y S8 - Servicios ininterrumpidos: similares respectiva-mente a S3, S4 y S5 pero sin periodos de reposo.

La Mquina de Corriente Continua - Clase 2

Estructura de la Mquina de Corriente Continua


Estator: Formado por una corona de material ferromagntico denominada culata o yugo en cuyo interior, regularmente distribuidos y en nmero par, van dispuestos unos salientes radiales con una expansin en su extremo, denominados polos, sujetos por tornillos a la culata. Rodeando los polos, se hallan unas bobinas de hilo, o pletina de cobre aislado, cuya misin es, al ser alimentadas por corriente continua, crear el campo magntico inductor de la mquina, el cual presentar alternativamente polaridades norte y sur. encontramos tambin en el estator, alternando los polos antes citados, otros llamados polos de conmutacin.

Partes Principales del Estator:Yugo.- Es necesario para cerrar el circuito magntico de la maquina. Generalmente esta constituido de hierro fundido o de acero.

Polos.- Estan fabricados de acero al silicio laminado. Las laminas del polo no estan aislados entre si debido a que el flujo principal no varia con el tiempo.

Bobinas de Campo.- Estan arrollados sobre los polos, el material empleado es el cobre, ya que tiene menor resistividad y por lo tanto menos prdidas (iR)

Interpolos.- Estan fabricadas de laminas de acero al silicio y llevan un arrollamiento de alambre grueso. La finalidad de los interpolos es evitar chispas en el colector cuando se cortocircuitean las delgas del colector o conmuatdor, es decir durante el proceso de conmutacin.

Escobillas: dispuestas en los portaescobillas, de bronce o latn, que retienen las escobillas que establecern el enlace elctrico entre las delgas y el colector y el circuito de corriente continua exterior, las escobillas estan constituidas de carbn o grafito.

Estructuctura de la maquina de corriente continua


Rotor: Formado por una columna de material ferromagntico, a base de chapas de hierro, aisladas unas de las otras por una capa de barniz o de xido. La corona de chapa magntica presenta en su superficie externa un ranurado donde se aloja el devanado inducido de la mquina. Este devanado esta constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre convenientemente aislados, cerrado sobre si mismo al conectar el final de la ltima bobina con el principio de la primera.

Partes Principales del Rotor:Ncleo de la armadura.- Esta constituido por lminas de acero silicio de seccin circular. La circunferencia de ranurado para que puedan alojarse los conductores de arrollamiento de armadura.Los conductores y las ranuras generalmente van paralelos el eje pero en otros casos son oblicuos.El hierro de la armadura debe estar laminado y las chapas aisladas entre si de otra manera el flujo del polo, induce una f.e.m. En el hierro (como lo hace en los conductores) que producir elevadas corrientes parasitas y las correspondientes prdidas (iR) en la superficie del hierro. La laminacin del ncleo aumenta la resistencia de los caminos de las corrientes parasitas y reduce la magnitud de las corrientes.

Conmutador Colector.- Constituido esencialmente por piezas planas de cobre duro de seccin trapezoidal, llamadas delgas, separadas y aisladas unas de otras por delgadas lminas de mica, formando el conjunto un tubo cilndrico aprisionado fuertemente. El colector tiene tantas delgas como bobinas posee el devanado inducido de la mquina.

Bobina de Armadura.- Existen 2 tipos de bobinados de armadura las cuales son : el imbricado y el ondulado.

Devanados del Estator de Mquinas de Corriente Continua.

Objetivo del devanado de estator: producir un campo en el entrehierro,constante en el tiempo y fijo en el espacio.

Devanado del estator = devanado de campo.El devanado es del tipo concentrado, es decir que unicamente esta formado por un paquete (bobina) constituido por n espiras.Devanado de campo (estator) de una mquina de corriente continua de 2 polos.

Devanados del Estator de Mquinas de Corriente Continua

Circuito equivalentedel devanado de campo.Devanado de estator de 4 polos de una mquina de corriente continua.

Devanados del Estator de Mquinas de Corriente Continua

Mquina de corriente continua de 4 polos.Distribucin de campo en un devanado de 4 polos.El sentido de la corriente de estos bobinados deben ser de tal forma que origine polos alternados, en una maquina bipolar los polos estan diametralmente opuestos.

Devanados del Rotor de Mquinas de Corriente Continua

Las espiras del rotor se pueden conectar de diferentes maneras a las delgas del colector. La forma com se conecten determina el nmero de ramas en paralelo en que se divide la corriente del rotor, las magnitudes del voltaje final de salida y la cantidad y ubicacin de las escobillas.La mayoria de los arrollamientos de los rotores estan conformados por bobinas hexagonales que se colocan en las ranuras del rotor. Cada bobina consta de un cierto nmeros de vueltas (espiras) de alambre, cada una aislada de las demas. Cada uno de los lados de una espira se denomina un conductor. El nmero total de conductores en la armadura de una mquina esta dado por: Z = 2 C Nc

Z : # de conductores del rotorC : # de bobinas del rotorNc : # de espiras de una bobina


Normalmente una bobina abarca 180 grados elctricos. Esto significa que cuando un lado de la bobina est frente al centro de un polo, el otro lado est frente al centro del polo de polaridad contraria. Los polos fisicos pueden encontrarse separados por una distancia diferente de 180 grados mecnicos, pero el campo magntico invierte su polaridad de un polo al siguiente.

e = (P/2) m e : Angulo medido en grados elctricos m : Angulo medido en grados mecnicos P : Nmero de polos de la maquina.

Si una bobina abarca 180 grados elctricos, los voltajes en los conductores de los dos lados de la bobina tendrn exactamente la misma magnitud y sentido opuesto en todo momento. Esta bobina se llama bobina de paso diametral o de paso total.En algunos casos las bobina tienen menos de 180 grados elctricos. Entonces se llaman bobinas de paso fraccionario, y el devanado del rotor que tenga estas bobinas se llama devando de cuerda. El nivel de acortamiento de un devando se puede describir mediante el factor de paso o factor de ancho de bobina, que esta definido por la ecuacin. p = Angulo elctrico de la bobina180Con frecuencia se emplean, en maquinas de cc, los devanados con un pequeo acortamiento en el paso de bobina para mejorar la conmutacin.


Devanado del Inducido.- Los inducidos generalmente tienen 2 tipos de arrollamientos o devanados; el imbricado y el ondulado.Para que el colector cumpla su funcin los arrollamientos de los inducidos de las maquinas de c.c debe ser tal que partiendo de un punto, recorremos toda la perfiferia del rotor (a travez de las espiras) llegaremos al punto de partida.La fem inducida en la bobina es mayor cuando el ancho de bobina es igual al paso polar (paso entero). Por esta razn el ancho de bobina se hace igual practicamente igual al paso polar. Ademas todos los elementos del devanado deben conectarse entre si de tal manera que las f.e.m. de cada elemento se sumen, caso contrario la maquina simplemente no funciona.Que las f.e.m. de los elementos se sumen se consigue conectando la salida de un elemento con la entrada del siguiente elemento ubicados en polos opuestos de distinta polaridad.

Devanado Imbricado :En este tipo de devanados sus 2 extremos estan conectados a 2 delgas adyacentes. Si el extremo final de la bobina se conecta a la delga siguiente se tiene un devanado imbricado progresivo Yc=1, si el extremo final se conecta a la delga anterior se tiene un devando imbricado regresivo Yc=-1Bobina de un devando progresivoBobina de un devando regresivo


Devanado Imbricado :Un aspecto interesante del devando imbricado simple es que tiene tantas ramas en paralelo como polos tenga la maquina, este hecho hace que el devanado imbricado resulte bastante favorable para maquinas de bajo voltaje y alta corriente.

Yp = k k : # delgas del colector; # de ranuras PP : # de polos de la maquinaDevanado imbricado sencillo de una maquina de dos polos.Bobina de un devando progresivo


Devanado imbricado de un motor de cc de 4 polos


Diagrama del devanado imbricado del rotor de la maquina.


Devanado Ondulado :El devanado ondulado serie es otra manera de conectar las bobinas a las delgas del colector, en este arrollamiento el final de la segunda bobina se conecta a una delga adyacente donde comenz la primera. Es decir entre dos delgas adyacentes hay 2 bobinas en serie cada una de las cuales tiene un lado frente a un polo. El Voltaje final es la suma de los voltajes inducidos frente a cada polo y no puede haber desequilibrio de tensin.Si la conexin se hace a la delga siguiente el devanado es progresivo si se hace a la delga anterior el devanado es regresivo. En general si la maquina tiene P polos hay P/2 bobinas en serie entre delgas adyacentes. Se usan en voltajes elevados.

Yc = 2(c1) c: # de bobinas del rotor (+) Progresivo; (-) Regresivo P P : # de polos de la maquina

Ejm. Una maquina de cc de 4 polos con devanado ondulado progresivo de 9 bobinas.

Yc = 2 x (c + 1 ) = 2 ( 9 + 1 ) = 5 P 4

Yc = 5 ( Paso del colector )


Devanado Ondulado :Devanado Ondulado sencillo de una maquina de cuatro polos.


Diagrama del devanado onduladodel rotor de la maquina.

FUNDAMENTOS DE LAS MAQUINAS DE C.C.

Se genera una fem E mientras el conductor se mueve, cortando las lneas de fuerza del campo magntico:E = B L VE = B L V


El conductor se mueve a causa de una fuerza F cuando por l circula una intensidad I:

F = I L B

La Mquina de Corriente Continua - Clase 3


I (t)VbRLEind

Estudio Energtico del Motor Elemental

1.- Se aplica una fuerza Fcarga en direccin opuesta al movimiento, resultando una fuerza neta Fnet. opuesta a la direccin del movimiento.2.- La aceleracin resultante a = Fnet / m es ( - ), de tal manera que la barra se frena ( V )3.- El voltaje inducido E ind. = V B l y por lo tanto la corriente i = (Vb E ind. ) / R4.- La fuerza inducida F ind. = i l B hasta que Find = F carga a una velocidad menor v. 5.- Una cantidad de potencia elctrica igual a Eind x i se convierte en potencia mecnica igual a Find x v y la maquina actua como motor.

Estudio Energtico del Generador Elemental

1.- Se aplica una fuerza Fap en la direccin del movimiento; la fuerza resultante tiene la misma direccin del movimiento.2.- La fuerza aplicada hara que la barra se acelere a = F net / m, asi la velocidad de la barra aumenta.3.- Si V entonces Eind = V Bl aumentara y sera mayor que el voltaje de la bateria Vb (Eind >Vb) y la corriente cambia de direccin i = ( Eind. Vb ) / R4.- La fuerza producida Find. = i Bl aumenta hasta que Find = F carga a una velocidad V mayor.5.- Una cantidad de potencia mecnica igual a Find x v se convierte ahora en potencia elctrica Eind x i y la maquina esta funcionando como generador.

Problemas en el arranque de la Maquina Lineal

Ejm: La maquina lineal de la fig. es alimentada con 120 v., una resistencia de 0,3 y B= 0,1 wb/m.Cual es la maxima corriente de arranque de la maquina, cual es su velocidad de estado estacionario, en vacio?Suponga que a la barra se le aplica una F= 30 N. Dirigida hacia la derecha cual sera la velocidad de estado estacionario.? cunta potencia estara entregando o consumiendo la barra? cunta potencia estara entregando o consumiendo la bateria?; explique la diferencia entre los dos valores, la maquina esta actuando como motor o generador?Ahora suponga que a la barra se le aplica una F = 30 N. Hacia la izquierda cual sera la nueva velocidad de estado estacionario? Ahora la maquina funciona como motor o generador?Asuma que la barra no tiene carga y que subitamente se traslada a una regin donde el campo magntico es de solo 0,08 wb/ m qu tan rapido se mueve ahora?I (t)Vb = 120 v.0.30 0,5 mt.

Problemas en el arranque de la Maquina Lineal

Sol.:En el instante del arranque, la velocidad de la barra es ceroEind = 0i = (Vb Eind ) / R = (120 - 0)/ 0.3 = 400 Amp.Cuando la maquina llega a estado estacionario Find = 0 == i=0Eind = Vb = v l B == v = Vb / l B = 120 / ( 10 x 0.1) = 120 m / seg. F = 30 N ( Hacia la derecha) el estado estacionario ocurrira cuando Find = Fap.Fap = F ind = i l Bi = Find / (l B) = 30 / (10 x 0,1) = 30 Amp.Eind = Vb + iR = 120 + 30 x 0.3 = 129 Voltiosv = Eind / l B = 129 / (10 x 0.1) = 129 m / seg.

La barra esta produciendo una potencia P = 129 x 30 = 3870 W.Y la bateria consume P = 120 x 30 3600 W.3870 3600 = 270 Prdidas en la resistencia, funcionando como generador

c) Fcarga = 30 N ( Hacia la izquierda) Find (hacia la derecha) Fap. = Find = i l Bi = Fap. / (l B) = 30 / (10 x 0,1) = 30 Amp.Eind = Vb - iR = 120 - 30 x 0.3 = 111 Voltiosv = Eind / l B = 111 / (10 x 0.1) = 111 m / seg. Motord) Sin carga Eind = Vb pasando a una regin de campo mas dbilEind = Vb = v B l v = Vb / (B l ) = 120 / (0.08 x 10) = 150 m / seg.

La barra esta produciendo una potencia P = 129 x 30 = 3870 W. Cuando B v

La FEM que se obtiene a la salida de la mquina vara en el tiempo ya que esta mquina no dispone de colectorPrincipio de Funcionamiento de una Maquina de CC. M. F. Cabanas: Tcnicas para el mantenimiento y diagnstico de mquinas elctricas rotativasHaciendo girar una espira en un campo magntico se produce una f.e.m. inducida en sus conductores. La tensin obtenida en el exterior a travs de un anillo colector y una escobilla en cada extremo de la espira tiene carcter senoidal.

El COLECTORConectando los extremos de la espira a unos semianillos conductores aislados entre s, conseguiremos que cada escobilla est siempre en contacto con la parte de inducido que presenta una determinada polaridad. Durante un semiperiodo se obtiene la misma tensin alterna pero, en el semiperiodo siguiente, se invierte la conexin convirtiendo el semiciclo negativo en positivo.

El colectorEscobillasColector realColector M. F. Cabanas: Tcnicas para el mantenimiento y diagnstico de mquinas elctricas rotativasCatlogos comerciales M. F. Cabanas: Tcnicas para el mantenimiento y diagnstico de mquinas elctricas rotativas

Con la mquina girando a una cierta velocidad V, la fem que se induce es alterna: cambia de signo cada vez que se pasa por debajo de cada polo.El colector es un dispositivo que invierte el sentido de la FEM para obtener una tensin continua y positiva

Polos inductores

de la mquina

E

N

S

-2BlV

2BlV

2(

(

0

Eliminacin del Rizado

Al aumentar el nmero de delgas, la fem obtenida tiene menor ondulacin acercndose ms a la tensin continua que se desea obtener.

Voltaje Inducido en una Espira Giratoria

EdSi la espira gira con velo-cidad angular =d/dt mientras se mueva en la zona del flujo se inducir en ella FEM:Voltaje Inducido en una Espira Giratoria L. Serrano: Fundamentos de mquinas elctricas rotativas

FEM inducida en un mquina de CC

Representacin plana

Par Electromagntico Generadoa=n de circuitos en paralelo I=Corriente rotor (inducido)

Fuerza Electromotriz, Par y Rendimiento

FLUJO DE POTENCIA Y PERDIDAS EN MAQUINAS DE C.C.Los generadores de c.c. toman potencia mecnica y entregan potencia elctrica y los motores de c.c. toman potencia elctrica y entregan potencia mecnica . En cualquiera de los casos no toda la potencia que entra a la maquina se convierte en potencia til a la salida, siempre hay prdidas asociadas en el proceso. PSal. = ------- x 100% PEnt.

PEnt. PPerd. = ---------------- x 100% PEnt.

PERDIDAS EN LAS MAQUINAS DE C.C.1.- Prdidas elctricas en el cobre ( I2 . R ) Son todas las que se presentan en la armadura y en los devanados de campo de la mquina. - Prdidas en la armadura : PA = IA2. RA - Prdidas en el campo : PF = IF2. RF

2.- Prdidas en las escobillas Son las que se pierden en los contactos entre las escobillas y el colector PBD = V BD . IA Donde:

FLUJO DE POTENCIA Y PERDIDAS EN MAQUINAS DE C.C. PBD : Prdida por contacto de las escobillas V BD : Cada de voltaje en las escobillas =~2 V. IA : Corriente de armadura

3.- Prdidas en el ncleo.- Debido a la histeresis y corrientes parasitas.

4.- Prdidas mecnicas.- Friccin.- Se debe al rozamiento de los rodamientos del eje.

Ventilacin .- Se debe a la friccin de las partes en movimiento de la maquina con el aire que se encuentra dentro de la carcasa.

5.- Prdidas adicionales.- Son prdidas que no se pueden incluir dentro de ninguna de las anteriores =~ 1 % potencia a plena carga.

DIAGRAMA DE FLUJO DE POTENCIA DE UN GENERADORPm=Tent . m Tind.m = EA.IAPsal=VTILP convertida

DIAGRAMA DE FLUJO DE POTENCIA DE UN MOTORPent=VT . IL EA.IA = Tind.mPsal=Tcarga.mP convertida

PROBLEMAS DE CONMUTACION EN LAS MAQUINAS REALESEl proceso de conmutacin no es tan simple en la practica como aparece en la teora debido a la existencia de dos efectos muy importantes que son:a) La reaccin de armadura (inducido)b) Los voltajes autoinducidos L (di/dt)

PROCESO DE LA REACCION DE ARMADURA EN UN GENERADOR DE CCInicialmente el flujo frente a los polos est uniformemente distribuido y el plano neutro magntico esta en posicin verticalEfecto del entrehierro en la distribucin del flujo frente a los polos

PROBLEMAS DE CONMUTACION EN LAS MAQUINAS REALESPROCESO DE LA REACCION DE ARMADURA EN UN GENERADOR DE CCCampo magntico de la armadura debido a la carga de la maquinaFlujo de los polos y flujo producido por el rotor. Puede distinguirse las zonas en la que los flujos se suman y se contrarrestan.

PROBLEMAS DE CONMUTACION EN LAS MAQUINAS REALESPROCESO DE LA REACCION DE ARMADURA EN UN GENERADOR DE CCFlujo magntico resultante. El plano neutro magntico se ha desplazado en la direccin del movimiento.

Si hacemos una representacin grfica del campo magntico en funcin del ngulo:

A consecuencia de la reaccin del inducido la lnea neutra (lnea que une los conductores que no producen fem) en carga, adelanta respecto del sentido de giro un ngulo , tomada como referencia la lnea neutra en vaco:

INCONVENIENTES DE LA REACCION DEL INDUCIDOEl segundo problema provocado por la reaccin de armadura es el debilitamiento del flujo. La curva de magnetizacin de la figura (1) sirve para ayudar a entender el fenmeno. La mayora de las mquinas operan con una densidad de flujo cercana al punto de saturacin, entonces en la zona de la superficie del polo en la cual la fmm del rotor se suma a la fmm del polo, se presenta solamente un pequeo aumento de flujo, sin embargo, en la zona de la superficie del polo en donde la fmm del rotor se opone a la fmm del polo se presenta una notoria disminucin del flujo. El resultado neto es que el flujo promedio bajo el polo se disminuye (figura 2)figura (1)

INCONVENIENTES DE LA REACCION DEL INDUCIDOEl debilitamiento del flujo crea problemas tanto en los generadores como en los motores. En los generadores, simplemente se reduce el voltaje final aplicado a la carga. En los motores, el efecto puede ser mas serio. Como ejemplo sencillo, digamos que cuando el flujo disminuye, la velocidad aumenta. Al aumentar la velocidad del motor, aumenta su carga, y como resultado el flujo se debilita an mas. Es posible, en algunos motores de cc con excitacin en derivacin, que se llegue a producir un embalamiento.figura (2)Fmm y flujo frente a las caras polares de una Mquina de cc. En las zonas en donde las fmm se contrarrestan, la forma de distribucindel flujo es igual a la de la distribucin de lasfmm mientras que en las zonas en donde las fmm se suman la saturacin elimina el flujomagntico resultante. El punto neutro del rotorse encuentra desplazado.

Conclusiones sobre la reaccin de inducido EFECTOS PRODUCIDOS POR LA REACCIN DE INDUCIDODesplazamiento de la plano o lnea neutra (plano en el que se anula el campoDisminucin del valor global del campo de la mquina

REDUCCIN PAR Y AUMENTO VELOCIDADPolos de ConmutacinDesplazamiento de la plano o lnea neutraPOLOS DE CONMUTACINLOS POLOS DE CONMUTACIN COMPENSAN LOCALMENTE LA REACCIN DE INDUCIDO ELIMINANDO LA DISTORSIN DEL CAMPODisminucin del valor global del campo de la mquinaPROBLEMAS DURANTE LA CONMUTACIN

EJERCICIOS1.- Una armadura con devanado imbricado doble se usa en una mquina de cc con un conjunto de 6 escobilla, cada una del ancho de dos delgas. El arrollamiento tiene 72 bobinas, cada una de 12 espiras. El flujo por polo es de 0.039 Wb., y la velocidad es de 400 rev/ min

a) Cuantas ramas en paralelo hay en la maquina?b) Cual es el voltaje inducido EA ?Solucin:

El nmero de ramas en paralelo es a = mpa = 2 x 6 = 12 ramas en paralelo

El voltaje inducido en la mquina es :EA= 4 N P n . 60 a N = 72 x 12 = 864 espiras 2 P = 6

EA= 2 x 6 x 864 . (400 rpm) . (0.039 Wb.) = 224.6 V. 60 x 12

EJERCICIOS1.- Un generador de c.c. de 12 polos tiene un devanado ondulado sencillo en la armadura, con 144 bobinas de 10 espiras c/u. La resistencia de una espira es 0.011 . El flujo por polo es de 0.05 Wb. Y el rotor gira a 200 rpm.

a) Cuantas ramas en paralelo hay en la maquina?b) Cual es el voltaje inducido EA en la armadura de la maquina?c) Cual es la resistencia efectiva del devanado de armadura de la maquina?d) Si en los terminales del generador se conecta una resistencia de 1 k. Cual es el par resistente en el eje de la maquina? (Desprecie la resistencia interna de la armadura)Solucin:

El nmero de ramas en paralelo es a = 2 . m = 2 x 1 = 2 (ondulado simple m=1)

El voltaje inducido en la mquina es :EA= 4 N P n . 60 a N = 144 x 10 = 1440 espiras 2 P = 12

EA= 2 x 12 x 1440 . (200 rpm) . (0.05 Wb.) = 2880 V. 60 x 2La resistencia de una rama es :Resistencia/Rama = (1440 espiras) x ( 0.011 )= 15.84Como son dos ramas en paralelo, la resistencia efectiva de la armadura es:RA = 15.84 = 7.92 2

EJERCICIOS1.- Un generador de c.c. de 12 polos tiene un devanado ondulado sencillo en la armadura, con 144 bobinas de 10 espiras c/u. La resistencia de una espira es 0.011 . El flujo por polo es de 0.05 Wb. Y el rotor gira a 200 rpm.

a) Cuantas ramas en paralelo hay en la maquina?b) Cual es el voltaje inducido EA en la armadura de la maquina?c) Cual es la resistencia efectiva del devanado de armadura de la maquina?d) Si en los terminales del generador se conecta una resistencia de 1 k. Cual es el par resistente en el eje de la maquina? (Desprecie la resistencia interna de la armadura)Solucin:

Al conectar una resistencia de 1000 a los terminales del generador y se desprecia la resistencia interna RA, entonces circulara una corriente de I = 2880 V. = 2.88 A. 1000

T Ind. = 2P . N . . I a N = 144 x 10 = 1440 espiras 2 P = 12

TInd.= 12 x 1440 . (2.88 A.) . (0.05 Wb.) = 396.03 N-m. 3.1416 x 2

Máquina de Corriente Continua 1

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