Maquina de Corriente Continua Motores

8/3/2019 Maquina de Corriente Continua Motores

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAPUNTO FIJO ESTADO FALCÓN

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIEMTAL³FRANCISCO DE MIRANDA´

COMPLEJO ACADEMICO EL SABINOAREA DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICAProf(a): Ing. José Ángel Velasco

Integrantes: y Lugo Irvin Daniel # 19.058.506

y Yajaira Rosales # 13.761.176y Anais Castejón # 18.447.446y Jorge Rodríguez # 19.743.007

y José Miranda # 19.823.621y José Bustamante # 18.519.490y Damarys Cedeño # 19.253.627

Punto fijo; 30 de Marzo del 2009



CONTENIDO.

Introducción.

Funcionamiento de una maquina de corriente continua.

Elementos constitutivos de una maquina de corriente continúas.

Partes componentes.

Generadores de corriente continúa.

Clasificación. Breve explicación sobre las características defuncionamiento de cada generador

Circuitos equivalentes para cada tipo de generadores

Uso de cada tipo de generadores. Ejemplos de aplicación de cadatipo.

Motores de corriente continúa.

Clasificación. Breve explicación sobre las características defuncionamiento de cada generador

Circuitos equivalentes para cada tipo de generadores

Uso de cada tipo de generadores. Ejemplos de aplicación de cadatipo.

Arranques y control de velocidades de las maquinas de corrientecontinua.

Sistemas de excitación de las maquinas de corriente continua.

Regulación y rendimiento de las maquinas de corriente continua.

Especificaciones de placas.

Conclusión.



Introducción

Los Motores y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizanpara convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medioselectromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica

se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte laenergía eléctrica en mecánica se le denomina motor.

Virtualmente todas las maquinas eléctricas y todas las maquinas eléctricaspracticas emplean alguna forma de sistema de corriente o campo alterno ogiratorio para producir un par. Mientras que es posible producir una maquinaverdadera por razones practicas tales maquinas no han alcanzado una aplicacióny quizás no lo hagan. La maquina de corriente alterna se hace funcionar a partir deuna fuente de voltaje alterno. En verdad en verdad esta es una de las principalesrazones para emplear de corriente alterna para generar potencia.Las primeras maquinas eléctricas empleaban un interruptor mecánico en la forma

de una escobilla de carbón/ sistema colector, para producir este campo giratorio.Mientras que el uso difundido de la electrónica de potencia esta haciéndolosmotores sin escobilla (que son en realidad apenas maquinas síncronas) maspopulares y comunes, las maquinas de colector son todavía muy importantes en loeconómico. Son relativamente baratas, en especial en tamaños pequeños y tienenla tendencia de ser robustas y simples.Las maquinas de colector se encuentran en una gama muy amplia deaplicaciones. El motor de arranque de todos los automóviles es una maquina decolector. Muchos de los otros motores eléctricos en los automóviles, desde lospequeños que accionan los espejos retrovisores externos hasta los motores queimpulsan los limpiadores del parabrisas son maquinas de colector de imánpermanente. Los grandes motores de tracción funcionan y accionan los trenessubterráneos y las locomotores diesel eléctricas son maquinas de colector oconocida actualmente como maquinas de corriente continua (CA).



FUNCIONAMIENTO DE UNA MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA.

El campo (básicamente un imán o un electroimán) permite la transformación deenergía eléctrica recibida por la armadura en energía mecánica entregada a travésdel eje. La energía eléctrica que recibe el campo se consume totalmente en la

resistencia externa con la cual se regula la corriente del campo magnético. Esdecir ninguna parte de la energía eléctrica recibida por el circuito del campo, estransformada en energía mecánica. El campo magnético actúa como una especiede catalizador que permite la transformación de energía en la armadura

La armadura consiste en un grupo de bobinados alojados en el rotor y en uningenioso dispositivo denominado colector mediante el cual se recibe corrientecontinua desde una fuente exterior y se convierte la correspondiente energíaeléctrica en energía mecánica que se entrega a través del eje del motor. En latransformación se pierde un pequeño porcentaje de energía en los carbones delcolector, en el cobre de los bobinados, en el hierro (por corrientes parásitas ehistéresis), en los rodamientos del eje y la fricción

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctricaen mecánica, principalmente mediante el movimiento rotativo. En la actualidadexisten nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimientorotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel.Estos motores se conocen como motores lineales.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria.Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de lasmejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Perocon la llegada de la electrónica han caído en desuso pues los motores de corrientealterna del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios másaccesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto el uso demotores de corriente continua continúa y se usan en muchas aplicaciones depotencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micromotores)

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad deregular la velocidad desde vacío a plena carga.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se componeprincipalmente de dos partes, un estator que da soporte mecánico al aparato ytiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes odevanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente deforma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediantedos escobillas.



También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentespara aplicaciones especiales.

Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de losgeneradores y de los motores. El primero es el principio de la inducción

descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831. Si unconductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en lasproximidades de un circuito de conducción fijo cuya intensidad puede variar, seestablece o se induce una corriente en el conductor. El principio opuesto a éstefue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampere. Si una corrientepasaba a través de un conductor dentro de un campo magnético, éste ejercía unafuerza mecánica sobre el conductor.La máquina dinamoeléctrica más sencilla es la dinamo de disco desarrollada por Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que laparte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre lospolos de un imán de herradura. Cuando el disco gira, se induce una corriente entreel centro del disco y su borde debido a la acción del campo del imán. El discopuede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicación de unvoltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que el disco gire gracias ala fuerza producida por la reacción magnética.El campo magnético de un imán permanente es lo suficientemente fuerte comopara hacer funcionar una sola dinamo pequeña o motor. Por ello, loselectroimanes se emplean en máquinas grandes. Tanto los motores como losgeneradores tienen dos unidades básicas: el campo magnético, que es elelectroimán con sus bobinas, y la armadura, que es la estructura que sostiene losconductores que cortan el campo magnético y transporta la corriente inducida enun generador, o la corriente de excitación en el caso del motor. La armadura espor lo general un núcleo de hierro dulce laminado, alrededor del cual se enrollanen bobinas los cables conductores.



Principio de funcionamiento

Según la segunda Ley de Lorentz, un conductor por el que pasa una corrienteeléctrica que causa un campo magnético a su alrededor tiende a ser expulsado sise le quiere introducir dentro de otro campo magnético.

F: Fuerza en Newtons

I: Intensidad que recorre el conductor en Amperios

l: Longitud del conductor en metros B: Inducción en Teslas

Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor: Es la tensión que se crea enlos conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza,es el efecto generador La polaridad de la tensión en los generadores es inversa ala aplicada en bornes del motor. Las fuertes puntas de corriente de un motor en el

arranque son debidas a que con máquina parada no hay fuerzacontraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura.

Número de escobillas: Las escobillas deben poner en cortocircuito todas lasbobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemostambién dos zonas neutras En consecuencia, el número total de escobillas ha deser igual al número de polos de la máquina. En cuanto a su posición, serácoincidente con las líneas neutras de los polos

Sentido de giro: El sentido de giro de un motor de corriente continua depende delsentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido.

La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigueinvirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido. Si sepermuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismosentido. Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como enel inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina.



ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA MAQUINA DE CORRIENTECONTINUA. PARTES COMPONENTES.

Estator:

El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese puntose lleve a cabo la rotación de la máquina. El estator no se mueve mecánicamente,pero si magnéticamente. Existen dos tipos de estatores:

a) Estator de polos salientes

b) Estator ranurado

El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero alsilicio (y se les llama "paquete"), que tienen la habilidad de permitir que pase através de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y losdevanados proveen los polos magnéticos.

Formado por una corona de material ferromagnético denominada culata o yugo encuyo interior, regularmente distribuidos y en número par, van dispuestos unossalientes radiales con una expansión en su extremo, denominados polos, sujetospor tornillos a la culata. Rodeando los polos, se hallan unas bobinas de hilo, opletina de cobre aislado, cuya misión es, al ser alimentadas por corriente continua,crear el campo magnético inductor de la máquina, el cual presentaráalternativamente polaridades norte y sur. Salvo las máquinas de potenciareducida, en general de menos de 1 Kw, encontramos también en el estator,alternando los polos antes citados, otros llamados polos de conmutación.

Rotor:

El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende laconversión de energía. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicioque forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos:

a) Rotor ranurado

b) Rotor de polos salientes

c) Rotor jaula de ardilla

Formado por una columna de material ferromagnético, a base de chapas dehierro, aisladas unas de las otras por una capa de barniz o de óxido. La corona dechapa magnética presenta en su superficie externa un ranurado donde se aloja eldevanado inducido de la máquina. Este devanado esta constituido por bobinas dehilo o de pletina de cobre convenientemente aislados, cerrado sobre si mismo alconectar el final de la última bobina con el principio de la primera.



Colector:

Constituido esencialmente por piezas planas de cobre duro de sección trapezoidal,llamadas delgas, separadas y aisladas unas de otras por delgadas láminas demica, formando el conjunto un tubo cilíndrico aprisionado fuertemente. El colector

tiene tantas delgas como bobinas posee el devanado inducido de la máquina.Escobillas:

Dispuestas en los porta-escobillas, de bronce o latón, que retienen las escobillasque establecerán el enlace eléctrico entre las delgas y el colector y el circuito decorriente continua exterior.

Carcasa

La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material

empleado para su fabricación depende del tipo de máquina, de su diseño y suaplicación. Así pues, la carcasa puede ser:

a) Totalmente cerrada

b) Abierta

c) A prueba de goteo

d) A prueba de explosiones

e)D

e tipo sumergibleBase:

La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operaciónde la máquina, puede ser de dos tipos:

a) Base frontal

b) Base lateral

Caja de conexiones:Por lo general, en la mayoría de los casos las máquinas eléctricas cuentan concaja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a losconductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánicadel mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.



Tapas:

Son los elementos que van a sostener en la gran mayoría de los casos a loscojinetes o rodamientos que soportan la acción del rotor.

Cojinetes:También conocidos como rodamientos, contribuyen a la óptima operación de laspartes giratorias de la máquina. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, ypara reducir la fricción, lo que contribuye a lograr que se consuma menospotencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales:

a) Cojinetes de deslizamiento. Operan la base al principio de la película de aceite,esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y lasuperficie de apoyo.

b) Cojinetes de rodamiento. Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes dedeslizamiento por varias razones:

Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente en el arranque.

Son compactos en su diseño

Tienen una alta precisión de operación.

No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante.

Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños estándares.



Elementos constitutivos de una maquina de corriente continua.



GENERADO DE CORRIENTE CONTINÚA.

Generadores de Corriente Continua.

Los generadores de corriente continua son maquinas que producen tensión su

funcionamiento se reduce siempre al principio de la bobina giratorio dentro de uncampo magnético. Si una armadura gira entre dos polos magnéticos fijos, lacorriente en la armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revolución,y en el otro sentido durante la otra mitad. Para producir un flujo constante decorriente en un sentido, o corriente continua, en un aparato determinado, esnecesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera delgenerador una vez durante cada revolución. En las máquinas antiguas estainversión se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partidomontado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se aislabanentre sí y servían como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o decarbón se mantenían en contacto con el conmutador, que al girar conectabaeléctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cadaescobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador,cambiando la posición en el momento en el que la corriente invertía su sentidodentro de la bobina de la armadura. Así se producía un flujo de corriente de unsentido en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Losgeneradores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastantebajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadoressuele ser de 1.500 voltios. El campo inductor de un generador se puede obtener mediante un imán permanente (magneto) o por medio de un electroimán (dinamo).En este último caso, el electroimán se excita por una corriente independiente o por autoexcitación, es decir, la propia corriente producida en la dinamo sirve paracrear el campo magnético en las bobinas del inductor. Existen tres tipos de dinamosegún sea la forma en que estén acoplados el inductor y el inducido: en serie, enderivación y en combinación.

Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor,que suelen estar formadas por un gran número de bobinas agrupadas enhendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura y conectadas a lossegmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si una armadura tiene un solocircuito de cable, la corriente que se produce aumentará y disminuirá dependiendode la parte del campo magnético a través del cual se esté moviendo el circuito.

Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conectasiempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área dealta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran lasbobinas de la armadura es prácticamente constante. Los campos de losgeneradores modernos se equipan con cuatro o más polos electromagnéticos queaumentan el tamaño y la resistencia del campo magnético.



CLASIFICACIÓN DE GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA

Generador con excitación independiente:

La tensión en los bornes es casi independiente de la carga de la máquina y de su

velocidad, ya que la tensión se puede regular por medio del reóstato de campo,aunque naturalmente, dentro de ciertos límites, porque la excitación del campoinductor no puede aumentar más allá de lo que permite la saturación.

La instalación de un generador de excitación independiente, comprende losiguiente:

En el circuito principal:

2 barras generales, una de las cuales se conecta al borne positivo del generador,y la otra al borne negativo.

1 interruptor bipolar principal, para abrir y cerrar el circuito, que une los bornes del

generador con las barras generales. Se acciona bruscamente y nunca deberáabrirse estando la máquina bajo carga máxima, porque puede producirse un arcopeligroso.

2 fusibles generales, que también podrían estar instalados entre las barrasgenerales y el interruptor.

Durante el funcionamiento bajo carga del generador hay que tener en cuenta quecualquier variación en la carga, conduce a una variación de la tensión en elgenerador, que es necesario regular, actuando sobre el reóstato de campo.

Generador con excitación en paralelo (shunt)

El generador con excitación shunt suministra energía eléctrica a una tensiónaproximadamente constante, cualquiera que sea la carga, aunque no tanconstante como en el caso del generador con excitación independiente. Cuando elcircuito exterior está abierto, la máquina tiene excitación máxima porque toda lacorriente producida se destina a la alimentación del circuito de excitación; por lotanto, la tensión en bornes es máxima.

Cuando el circuito exterior está cortocircuitado, casi toda la corriente producidapasa por el circuito del inducido y la excitación es mínima, la tensión disminuyerápidamente y la carga se anula. Por lo tanto, un cortocircuito en la línea nocompromete la máquina, que se des excita automáticamente, dejando de producir

corriente.Esto es una ventaja sobre el generador de excitación independiente en donde uncortocircuito en línea puede producir graves averías en la máquina al no existir éste efecto de des excitación automática. Los generadores shunt presentan elinconveniente de que no pueden excitarse si no están en movimiento, ya que laexcitación procede de la misma máquina.



El circuito de excitación no lleva fusibles por las razones ya indicadas en el casodel generador de excitación independiente; en este circuito no es necesario uninterruptor porque para excitar la máquina simplemente hay que ponerla enmarcha y para des excitarla no hay más que pararla. Cuando se necesite detener el generador, se descargará, disminuyendo la excitación por medio del reóstato de

campo teniendo cuidado de que las baterías no se descarguen sobre el generador y, por lo tanto, manteniendo siempre la tensión nominal. Si no hay bateríasacopladas a la red, puede disminuirse la velocidad de la máquina motriz. Encuanto el amperímetro indique una intensidad de corriente nula o casi nula, seabre el interruptor principal, y se detiene la máquina motriz.

Generador con excitación en serie

La excitación de un generador en serie se lleva a cabo cuando los devanados deexcitación y del inducido se conectan en serie y, por lo tanto la corriente queatraviesa el inducido en este tipo de generador es la misma que la que atraviesa la

excitación. Este último devanado, está constituido por pocas espiras con hiloconductor de gran sección, pues la f.e.m. necesaria para producir el campoprincipal se consigue con fuertes corrientes y pocas espiras.

Generador con excitación compound

El generador con excitación compound tiene la propiedad de que puede trabajar auna tensión prácticamente constante, es decir, casi independiente de la cargaconectada a la red, debido a que por la acción del arrollamiento shunt la corrientede excitación tiende a disminuir al aumentar la carga, mientras que la acción delarrollamiento serie es contraria, o sea, que la corriente de excitación tiende a

aumentar cuando aumente la carga.El generador compound tiene la ventaja, respecto al generador shunt, de que nodisminuye su tensión con la carga, y, además, que puede excitarse aunque noesté acoplado al circuito exterior, tal como vimos que sucedía en el generador shunt. Durante la puesta en marcha, funciona como un generador shunt una vezconectado a la red, la tensión en bornes del generador shunt, tendería a disminuir si no fuera por la acción del arrollamiento serie, que compensa esta tendencia. Esdecir, que el arrollamiento serie sirve para regular la tensión del generador, en elcaso de que la resistencia exterior descienda más allá de cierto límite.



CIRCUITO EQUIVALENTE PARA CADA TIPO DE GENERADOR

Generador de CC

Durante un semiperiodo se obtiene la misma tensión alterna pero, en elsemiperiodo siguiente, se invierte la conexión convirtiendo el semiciclo negativo enpositivo.

Generador con excitación en serie

El devanado inductor se conecta en serie con el inducido, de tal forma que toda lacorriente que el generador suministra a la carga fluye por igual por ambosdevanados.

Grafica de Eficiencia:

A partir de una tensión máxima, el aumento deintensidad hace decrecer la tensión en bornes.Ello es debido a que la reacción de inducidoempieza a ser importante, las caídas de tensiónvan aumentando y, sobre todo, los polosinductores se van saturando con lo que el flujo nocrece en la misma proporción que la intensidad.



Generador con excitación compound:

En la dinamo con excitación mixta o compuesta el circuito inductor se divide endos partes independientes, conectando una en serie con el inducido y otra enderivación.

E

ficiencia:

Gracias a la combinación de los efectos serie yderivación en la excitación de la dinamo seconsigue que la tensión que suministra elgenerador a la carga sea mucho más estable paracualquier régimen de carga.



Usos de los Generadores

El papel más importante que desempeña el generador de corriente continua esalimentar de electricidad al motor de corriente continua. En esencia producecorriente libre de rizo y un voltaje fijo de manera muy precisa a cualquier valor deseado desde cero hasta la máxima nominal; esto es en realidad corriente

eléctrica de corriente continua que permite la mejor conmutación posible en elmotor, porque carece de la forma de las ondas bruscas de energía de corrientecontinua de los rectificadores. El generador tiene una respuesta excelente y esparticularmente apropiado para el control preciso de salida por reguladores deretroalimentación de control además de estar bien adaptado para producir corriente de excitación de respuesta y controlada en forma precisa tanto aramáquinas de corriente alterna como para máquinas de corriente continua.

El campo de aplicación del generador con excitación independiente, es general,siempre que se disponga de una línea independiente de corriente continua. Sinembargo, debe hacerse la advertencia de que estas máquinas ³nunca debentrabajar en cortocircuito´, pues existe el peligro de quemarlas; esto procede, segúnpuede comprenderse fácilmente de la independencia entre el circuito inducido y elcircuito de excitación. Básicamente, los generadores con excitación independientetienen, dos aplicaciones típicas: una, como amplificador-multiplicador; y la otra,como tacómetro.

Los generadores con excitación serie ya no se emplean en las centrales. Seemplearon hace ya algún tiempo para la alimentación de grandes circuitos delámparas de arco, pero estas lámparas han sido sustituidas por otros tipos másmodernos, como por ejemplo, las lámparas de xenón. Los generadores conexcitación en serie tienen aplicación en aquellas actividades en las que se preciseuna intensidad prácticamente constante, como puede ser en equipos de

soldaduras y en determinados sistemas de alumbrados.Los generadores compound, tienen aplicación en las centrales para traccióneléctrica que precisan de una tensión constante y en todos aquellos casos en quese haya de contar con variaciones bruscas de carga, como sucede en los tallerescon grúas de gran potencia, laminadores entre otros; suponiendo que no sedisponga de sistemas compensadores, y que se desee la mayor constanciaposible para la tensión en las barras colectoras. También puede emplearse enpequeñas instalaciones que precisen de tensión constante, sustituyendo algenerador shunt, para evitar una vigilancia continua a causa de las variaciones decarga; sin embargo, hay que tener en cuenta que, en este caso, la autorregulaciónno es perfecta por lo que, en instalaciones de mayor importancia en que se desee

una tensión constante sin vigilancia, debe sustituirse el generador compound por otros procedimientos.

Los generadores con excitación mixta (compound) son utilizados en el sistema degeneración de energía eléctrica de CC en aviones polimotores, en los que existeun generador para cada motor y se realiza un acoplamiento en paralelo de losmismos para atender a toda la energía eléctrica.



MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctricaen mecánica, principalmente mediante el movimiento rotativo. En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a

los generadores.D

e hecho podrían describirse como generadores que funcionanal revés. Cuando la corriente pasa a través de la armadura de un motor decorriente continua, se genera un par de fuerzas debido a la acción del campomagnético, y la armadura gira.

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad deregular la velocidad desde vacío a plena carga. Un motor de corriente continuaestá compuesto de un estator y un rotor. En muchos motores c.c., generalmentelos más pequeños, el estator está compuesto de imanes para crear un campomagnético. En motores c.c. más grandes este campo magnético se logra condevanados de excitación de campo.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria.Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de lasmejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Perocon la llegada de la electrónica han caído en desuso pues los motores de corrientealterna del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios másasequibles para el consumidor medio de la industria.

La función del conmutador y la de las conexiones de las bobinas del campo de losmotores es exactamente la misma que en los generadores. La revolución de laarmadura induce un voltaje en las bobinas de ésta. Este voltaje es opuesto alvoltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ahí que se conozca como voltajeinducido o fuerza contraelectromotriz. Cuando el motor gira más rápido, el voltajeinducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado.



NUCLEO DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA



CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA (CC)

Motores de imán permanente:

Tienen varias ventajas respecto a los del tipo de campo devanado. No se

necesitan las alimentaciones de energía eléctrica para excitación ni el devanadoasociado. Se mejora la confiabilidad, ya que no existen bobinas excitadoras delcampo que fallen y no hay probabilidad de que se presente una sobre velocidaddebida a pérdida del campo. Se mejoran la eficiencia y el enfriamiento por laeliminación de pérdida de potencia en un campo excitador. Así mismo, lacaracterística par contra corriente se aproxima más a lo lineal. Un motor de imánpermanente (PM) se puede usar en donde se requiere un motor por completoencerrado para un ciclo de servicio de excitación continua.

Las desventajas son la falta de control del campo y de características especialesvelocidad-par. Las sobrecargas pueden causar desmagnetización parcial quecambia las características de velocidad y de par del motor, hasta que se

restablece por completo la magnetización. Un motor PM es un término medio entrelos motores de devanado compound y los devanados en serie. Tiene mejor par dearranque, pero alrededor de la mitad de la velocidad en vacío de un motor devanado en serie.

Motores de corriente continua sin escobillas:

Los motores de corriente continua sin escobillas tienen una armadura estacionariay una estructura rotatoria del campo, exactamente en forma opuesta a como estándispuestos esos elementos en los motores convencionales de corriente directa.Esta construcción aumenta la rapidez de disipación del calor y reduce la inercia

del rotor. Imanes permanentes suministran el flujo magnético para el campo. Lacorriente directa hacia la armadura se conmuta con transistores, en vez de lasescobillas y las delgas del colector de los motores convencionales de corrientedirecta.

Es normal que las armaduras de los motores de corriente continua sin escobillascontengan de dos a seis bobinas, en tanto que las armaduras de los motoresconvencionales de corriente continua contienen de 10 a 50. Los motores sinescobillas tienen menos bobinas porque se requieren dos o cuatro transistorespara conmutar cada bobina del motor.

Los transistores que controlan cada devanado de un motor sin escobillas de

corriente continua se activan y desactivan a ángulos específicos del rotor. Lostransistores suministran pulsos de comente a los devanados de la armadura, loscuales son semejantes a los que suministra un conmutador. La secuencia deconmutación se dispone para producir un flujo magnético rotatorio en elentrehierro, que permanece formando un ángulo fijo con el flujo magnéticoproducido por los imanes permanentes del rotor.

El par producido por un motor sin escobillas de corriente continua es directamenteproporcional a la corriente de la armadura.



Servomotores de corriente directa

Los servomotores de corriente continua son motores de alto rendimiento que por lo general se usan como motores primarios en computadoras, maquinariacontrolada numéricamente u otras aplicaciones en donde el arranque y ladetención se deben hacer con rapidez y exactitud. Los servomotores son de peso

ligero, y tienen armaduras de baja inercia que responden con rapidez a loscambios en el voltaje de excitación. Además, la inductancia muy baja de laarmadura en estos motores da lugar a una baja constante eléctrica de tiempo(entre 0.05 y 1.5 ms) que agudiza todavía más la respuesta del motor a lasseñales de comando. Los servomotores incluyen motores de imán permanente,circuito impreso y bobina (o coraza) móvil. El rotor de un motor acorazado constade una coraza cilíndrica de bobinas de alambre de cobre o de aluminio.

Motores de corriente continua con campo devanado:

La construcción de esta categoría de motores es prácticamente idéntica a la de los

generadores de corriente directa; con un pequeño ajuste, la misma máquina decorriente continua se puede operar como generador o como motor de corrientedirecta.

Los motores de corriente continua de imán permanente tienen camposalimentados por imanes permanentes que crean dos o más polos en la armadura,al pasar flujo magnético a través de ella. El flujo magnético hace que se cree unpar en la armadura que conduce corriente. Este flujo permanece básicamenteconstante a todas las velocidades del motor las curvas velocidad-par y corriente-par son lineales.

Motores en derivación

Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye mas queligeramente cuando el par aumenta. En los motores de corriente continua yespecialmente los de velocidad prácticamente constante, como los shunt, lavariación de velocidad producida cuando funciona en carga y en vacío da unabase de criterio para definir sus características de funcionamiento.

Motor devanado en serie:

Es el motor cuya velocidad disminuye sensiblemente cuando el par aumenta ycuya velocidad en vacío no tiene límite teóricamente.

Los motores con excitación en serie son aquellos en los que el inductor estaconectado en serie con el inducido. El inductor tiene un número relativamentepequeño de espiras de hilo, que debe ser de sección suficiente para que se pasepor él la corriente de régimen que requiere el inducido. En los motores serie, elflujo depende totalmente de la intensidad de la corriente del inducido. Si el hierrodel motor se mantiene a saturación moderada, el flujo será casi directamenteproporcional a dicha intensidad.



Motor compound

Es el motor cuya velocidad disminuye cuando el par aumenta y cuya velocidad envacío es limitada. Las características del motor compound están comprendidasentre las del motor de derivación y las del motor en serie. Los tipos de motor compound son los mismos que para los generadores, resumiéndose el aditivo y el

diferencial.

CIRCUITO EQUIVALENTE PARA CADA TIPO DE GENERADOR

Circuito equivalente de un motor CC con excitación separada

Es un motor cuyo circuito de campo es alimentado por una fuente de potenciaseparada de voltaje constante. Si se supone que el voltaje de alimentación almotor es constante no hay casi diferencia de comportamiento entre estos motores

y los motores en derivación.

Circuito equivalente de unmotor CC con excitación enderivación



USO DE CADA TIPO DE GENERADOR. EJEMPLOS DE APLICACIÓN DE CADA TIPO:

Los motores de corriente continua en derivación son adecuados para aplicacionesen donde se necesita velocidad constante a cualquier ajuste del control o en los

casos en que es necesario un rango apreciable de velocidades (por medio delcontrol del campo).

El motor en derivación se utiliza en aplicaciones de velocidad constante, como enlos accionamientos para los generadores de corriente continua en los gruposmotogeneradores de corriente directa. El motor devanado en serie se usa enaplicaciones en las que se requiere un alto par de arranque, como en la traccióneléctrica, grúas, malacates. En los motores en compound, la caída de lacaracterística velocidad-par se puede ajustar para que se adecue a la carga.

En aplicaciones en las que tradicionalmente se emplean motores en compound,podría considerarse el motor PM en los casos en que se necesiten una eficienciaun poco más alta y una mayor capacidad de sobrecarga. En las aplicaciones demotores devanados en serie, la consideración del costo puede influir en la decisiónde hacer el cambio. Por ejemplo, en tamaños de armazón menores de 5 pulgadasde diámetro, el motor devanado en serie es más económico; pero en tamaños demás de 5 pulgadas, este motor cuesta más en volúmenes grandes, y el motor PMen estos tamaños más grandes desafía al motor devanado en serie con sus paresaltos y su baja velocidad en vacío.

Los motores de excitación independiente tienen como aplicaciones industriales eltorneado y taladrado de materiales, traficación, extrusión de materiales plásticos ygoma, ventilación de horno, retroceso rápido en vacío de ganchos de grúas,desenrollado de bobinas y retroceso de útiles para serrar. Los motores de

excitación en derivación tienen aplicaciones como ventiladores, bombas,máquinas. Herramientas además de los citados para el motor de excitaciónindependiente. Entre las aplicaciones del motor serie cabe destacar traccióneléctrica, grúas, bombas hidráulicas de pistón y en general en aquellos procesosdonde lo importante sea vencer un par de gran precisión en la velocidad. El mayor uso del motor compound aditivo es en estrujadoras, grúas tracción, calandras,ventiladores, prensas, limadores, etcétera.

El motor compound diferencial presenta el peligro de embalarse para fuertescargas, por lo que su empleo es muy limitado. Los motores de imán permanentese emplean para el movimiento de maquinaria (tornos) en procesos de fabricaciónautomática, arrastres de cintas de audio y video, movimiento de cámaras.

Cuando un conductor por el que fluye una corriente continua es colocado bajo lainfluencia de un campo magnético, se induce sobre él (el conductor) una fuerzaque es perpendicular tanto a las líneas de campo magnético como al sentido delflujo de la corriente.



ARRANQUE Y CONTROL DE VELOCIDAD DE LA MAQUINA DE CORRIENTE

CONTINUA.

Se denomina arranque de un motor al régimen transitorio en el que se eleva lavelocidad del mismo desde el estado de motor detenido hasta el de motor girando

a la velocidad de régimen permanente. El conjunto que se pone en marcha esinercial y disipativo, incluyendo en este último concepto a las cargas útiles, puesconsumen energía.

Los motores de corriente continua en accionamientos de voltaje ajustable yvelocidad ajustable se arrancan al hacer girar el control de la velocidad haciaarriba, desde cero hasta la velocidad deseada, o bien, mediante circuitos internosque elevan paulatinamente el voltaje de la armadura hasta el valor deseado.Recordemos que el comportamiento dinámico del conjunto motor-maquinaaccionada está regido por la siguiente ecuación diferencial:

8Q8V!.H[HX

Donde Tµ es el par motor, T el par resistente, J es la velocidad[ el momento deinercia del conjunto motor-maquina accionada y angular de dicho conjunto.

Por lo tanto, para que el conjunto comience a girar se necesita que el par motor supere al par resistente, de manera de generar una aceleración angular dearranque. El proceso de arranque finaliza cuando se equilibra el par motor con elpar resistente, estabilizándose la velocidad de giro del motor. Como la cuplamotora es el producto de la corriente absorbida por el flujo del campo magnético,además de un factor que caracteriza al tipo de máquina, este mayor par dearranque generalmente está asociado a una mayor corriente de arranque, la queno debe superar determinado límite por el calentamiento de los conductores

involucrados.Por otro lado, los dispositivos de arranque pueden ser de operación manual o por contactores. Estos últimos permiten efectuar el mando a distancia del motor concables de secciones pequeñas (sólo se requiere la corriente necesaria para labobina del contactor), lo que facilita el accionamiento y diseño del dispositivo decontrol por trabajar con intensidades reducidas.

Arranque de motores de corriente continua por reóstatos

Los reóstatos se conectan en serie con el inducido, de manera de producir unacaída que disminuya la tensión efectivamente aplicada sobre el mismo. En el casodel motor derivación, se deduce que conservando constantes el flujo y la tensióntotal, la pendiente de la característica velocidad / par es proporcional a laresistencia del circuito de inducido. Aumentando esta resistencia, la característicacortará al eje de velocidad cero en un punto de menor par (y corriente) dearranque. Por su parte en el caso del motor serie el efecto de la resistenciaadicional es semejante, obteniéndose un determinado par de arranque con unasobre-corriente menor que en el motor derivación, lo que lo hace adecuado paraaplicaciones de tracción.



Arranque de motores de corriente continua por dispositivos electrónicos

En estos arrancadores el equipo electrónico, generalmente de tiristores, recibe unsuministro de corriente alterna monofásica o trifásica y lo convierte en unsuministro de tensión continua variable, que permiten el arranque con aplicaciónprogresiva de tensión, con la consiguiente limitación de corriente y par dearranque.

Arrancadores manuales de corriente directa

Estos resultan satisfactorios para aplicaciones que no exijan arranques ydetenciones frecuentes y en donde el arrancador se pueda montar cerca deloperario, sin que se requieran largos conductores hasta el motor. Losarrancadores entre los lados de la línea suministran el medio más sencillo dearranque de motores pequeños de corriente directa. Existen interruptores deaccionamiento manual para este servicio en tamaños hasta de 1.5 caballos defuerza, a 115 V, y 2 caballos de fuerza, a 230 V. Para motores más grandes seconecta una resistencia en serie con la armadura del motor, para limitar la

irrupción de la corriente en el arranque. Entonces se proporciona un medio deoperación manual para quitar el resistor del circuito en una serie de pasos. Existenarrancadores de placa frontal, de interruptor múltiple y de tambor. El de placafrontal se construye para motores hasta de 35 caballos de fuerza, 115 V, y de 50caballos de fuerza, 230 V. Consiste en una palanca movible y una serie desegmentos estacionarios de contacto a los cuales se conectan las secciones delresistor. Las secciones del resistor se ponen en cortocircuito una a la vez, por elmovimiento de la palanca a través de los segmentos.



SISTEMAS UTILIZADOS PARA EL CONTROL DE LA VELOCIDAD

Control reostático en el inducido:

La regulación de la tensión se consigue disponiendo de una resistencia regulable

en serie con el inducido, pudiendo servir para ello el reóstato de arranque.

Regulación por acoplamiento de motores:

Este sistema es apropiado para los servicios que necesiten de varios motorescomo ocurre en tracción eléctrica.

Es un sistema para regular la velocidad, por variación de tensión. Muy utilizadoprincipalmente para trabajos duros, que consume potencias elevadas.

Control reostático en el circuito inductor:

Según la expresión de la velocidad, ésta puede variar en razón inversa al flujo, deforma que otro procedimiento de regular la velocidad de un motor es variando lacorriente de excitación.

La variación de corriente de excitación se logra intercalando un reóstato en seriecon el devanado de campo en el motor derivación, y en paralelo en el motor serie.

Este sistema de regulación presenta las ventajas de sencillez de realización y dereducido consumo, ya que las pérdidas por efecto Joule son:

En el motor existe una derivación muy reducida la corriente Iex, y en el motor se-rie, mínima la resistencia desviadora Rr.

Sin embargo, este sistema no es muy utilizado, por ofrecer una gama de controlde velocidad reducida (de 1 a 2,5). Este inconveniente surge, tanto al disminuir lavelocidad, por la limitación de la saturación del circuito magnético, como en elaumento, por el excesivo valor de corriente y la consiguiente reacción de inducido.



SISTEMAS DE EXITACION DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA.

Los distintos sistemas de conectar los arrollamientos de excitación de lasmáquinas de corriente continua, constituyen la base para poder modificar ampliamente las formas de funcionamiento de estas máquinas. Según sea laconexión elegida, los generadores y los motores reciben nombres especiales. Acontinuación, se presentan los sistemas de excitación más empleados en lapráctica:

Excitación independiente

Autoexcitación

Excitación mixta

Excitación propia

Para poder determinar los sistemas de excitación o inducción que posean lasmáquinas de corriente continua, es necesario conocer la designación de bornes.

Al abrir la caja de bornes de una máquina de corriente continua, se encuentra quecada borne está señalado con una letra. Aprendiendo bien las letras que designancada uno de los bornes, se pueden conocer datos interesantes, tales como lasconexiones entre bornes, la clase de excitación de la máquina, su sentido de giro,etc., así como las posibilidades y limitaciones para cambiar el funcionamiento de lamáquina (sentido de giro, excitación, servicio, entre otros).

De esta manera, se expresan a continuación las más importantes designacionesde los bornes de las máquinas de corriente continua.

Designación de Bornes en Generadores y Motores

Arrollamiento de inducido. A-B

Arrollamiento inductor en derivación o shunt C-D

Arrollamiento inductor en serie. E-F

Arrollamiento de polos de conmutación o compensador G-H

Arrollamiento inductor de excitación independiente J-K

Arrancador L-M-R

Regulador de tensión s-t-q

En corriente continua, los bornes generales están designados de la siguienteforma:

Polo positivo P

Polo negativo N

Neutro (en líneas trefilares)



Al igual, es necesario tomar en cuenta que:

a) En el arrollamiento de polos de conmutación

El borne G se conecta siempre al borne B.

b) En el arrancador

El borne L puede conectarse al borne N o al borne P.

El borne M puede conectarse al borne C o al borne D (o bien, al borne t; .sihay regulación de tensión)

El borne R puede conectarse a los bornes A, B, E, F, G, H, según sea elesquema utilizado.

c) En el regulador de tensión

El borne s puede conectarse a los bornes C o D; o bien a los bornes J o K, segúnsea el esquema utilizado.

El borne M es el que corresponde a la máxima resistencia en el arrancador, esdecir que corresponde a la posición inicial de marcha y, que el borne R es demínima resistencia que corresponde a la posición final de marcha.

Máquinas con Excitación Independiente

El sistema de excitación más fácil de entender es el que supone una fuenteexterior de alimentación para el arrollamiento inductor. Los sentidos de giro, de lacorriente principal y de la corriente de excitación, se determinan siempre,utilizando la regla de la mano derecha si se trata de generadores, o la regla de lamano izquierda si se trata de motores.

De acuerdo con la designación de bornes, en la placa de bornes de una máquinacon excitación independiente, sea ésta generador o motor, estarán marcados lossiguientes bornes:

Bornes

Arrollamiento del inducido

Arrollamiento de excitación independiente (sin polos de conmutación)

Arrollamiento de excitación independiente (con polos de conmutación)

Con la sola observación de la placa de bornes de una máquina de corrientecontinua se puede decir, inmediatamente, qué clase de excitación lleva la máquina

y si lleva o no polos de conmutación. Además, conectando los bornes de una uotra forma, se puede conseguir que la corriente suministrada por un generador tenga uno u otro sentido o bien, que el sentido de giro de un motor sea a derechaso a izquierdas.



Para el conexionado de los polos de conmutación, deben tenerse en cuenta lassiguientes indicaciones, válidas para todas las máquinas de corriente continua:

En generadores, si se sigue el sentido de giro, a cada polo inductor o principal,corresponde un polo de conmutación de distinto nombre (a un polo N principalcorresponde un polo S de conmutación, entre otros).

En motores, si se sigue el sentido de giro, a cada polo inductor o principal,corresponde un polo de conmutación del mismo nombre (a un polo N principalcorresponde un polo N de conmutación, entre otros).

Autoexcitación

El sistema de excitación independiente, solamente se emplea en la práctica encasos especiales debido, sobre todo, al inconveniente de necesitar una fuenteindependiente de energía eléctrica. Este inconveniente puede eliminarse con eldenominado principio dinamoeléctrico o principio de autoexcitación, que ha hechoposible el gran desarrollo alcanzado por las máquinas eléctricas de corrientecontinua en el presente siglo. En las máquinas que utilizan este principio, la

corriente de excitación procede del inducido de la propia máquina; por eso sedenominan máquinas auto-excitadas.

Se pueden presentar casos diferentes en el giro a la derecha de una máquina; lasconexiones del circuito de excitación a los bornes del inducido son las mismas y elresultado, es correcto puesto que el sentido de la corriente de excitación es tal,que el flujo magnético por ella producido, refuerza el flujo de los polos inductores.

Se puede concluir que:

La polaridad de los bornes del inducido depende de la polaridad que tenganlos polos con magnetismo remanente.

Solamente puede existir autoexcitación, si para cada sentido de giro, seadopta la conexión apropiada para el arrollamiento de excitación.

Exteriormente, no se puede apreciar en una máquina de corriente continua, cuáles el sentido de rotación con el que se auto-excitará, ni cuál será la consiguientepolaridad de las escobillas.

Máquinas con excitación mixta

Estas máquinas llevan un arrollamiento de excitación independiente y unarrollamiento de excitación serie; los efectos de ambos arrollamientos se sumanen la máquina. El efecto del arrollamiento de excitación independiente es muysuperior al efecto del arrollamiento de excitación serie. Las máquinas con

excitación mixta pueden ser también adicionales si se suman los efectos deambos arrollamientos, o diferenciales cuando dichos efectos son opuestos; eneste último caso, el efecto del arrollamiento de excitación independiente, resultadeterminante para decidir sobre el sentido de giro de la máquina.

En la placa de bornes de una máquina con excitación mixta, estarán indicados lossiguientes bornes:



Bornes

Arrollamiento del inducido

Arrollamiento en serie

Arrollamiento de excitación independiente (sin polos de conmutación)

Arrollamiento de excitación independiente (con polos de conmutación)

Este sistema de excitación se emplea, sobre todo para generadores, por lo quesolamente se tendrá en cuenta esta aplicación.

Máquinas con excitación propia

Este sistema de excitación se emplea casi exclusivamente para generadores. Enlas máquinas con excitación propia, la corriente inductora o de excitación essuministrada por una máquina excitatriz acoplada directa o indirectamente a lamáquina principal y que se utiliza solamente para este objeto, es decir, queexceptuando el arrollamiento inductor de la máquina principal, la excitatriz no

alimenta ningún otro punto de consumo.En las máquinas con excitación propia, la máquina principal es de excitaciónindependiente puesto que su corriente de excitación procede de una fuenteexterior; la máquina excitatriz es, casi siempre, de excitación shunt.

La gran ventaja de este tipo de excitación es que la regulación de tensión seefectúa sobre la máquina excitatriz; por lo tanto, el regulador de tensión será demenor tamaño que si la regulación se efectuara sobre la máquina principal y laregulación puede ser mucho más fina. Por la tanto, cuando la potencia deexcitación ha de ser grande y no se disponga de otra fuente de corriente continua,este sistema de excitación resulta muy apropiado.



REGULACION Y RENDIMIENTO DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA.

Regulación de la tensión en Generadores de Corriente Continua

La necesidad de mantener la tensión en bornes de un generador dentro de unos

márgenes determinados surge en los generadores con excitación en paralelo omixta. Esto se debe a que este tipo de generadores son utilizados como fuentesde tensión constante en los sistemas de potencia con corriente continua, y se hacenecesario que la tensión en los mismos varíe lo menos posible cuando lo hace lacarga conectada a los mismos.

La tensión varía básicamente, o porque la carga conectada se modifica o porquela velocidad de arrastre del generador no es constante, por ambas cosas a la vez.

Aumentando la velocidad se compensarán las caídas de tensión, ydisminuyéndola se compensarán las elevaciones de tensión. Esta variación seconsigue haciendo pasar más o menos intensidad por el devanado de excitación.

Una forma fácil de conseguirlo es intercalando una resistencia variable en la ramadel devanado de excitación. Cuanto mayor sea el valor de Rx, más pequeña serála intensidad de excitación Ie, y viceversa para valores pequeños o nulos de Rx, lacorriente Ie aumentará.

La variación de Rx en los reguladores de tensión reales de los generadores decorriente continua se consigue de una manera automática por tres procedimientosdistintos. El primero se denomina de ³contacto vibrante,´ el segundo, de ³pila decarbón´ y el tercero ³electrónico´.

El primer proceso denominado de contacto vibrante consiste en intercalar unaresistencia fija cortocircuitada con un contacto que puede abrirse y cerrarse por la

acción de una bobina y un muelle.Si la tensión aumenta respecto de un valor fijado, la bobina vence la acción delmuelle, y el contacto se abre, dando lugar a que la resistencia quede intercalada y,por tanto, la intensidad disminuirá, lo cual hará que la tensión disminuya por haber disminuido el flujo magnético.

Si la tensión disminuye de un valor determinado, la bobina no atrae lo suficiente alcontacto y el muelle cierra dicho contacto, haciendo pasar toda la corriente deexcitación por el mismo, y así la intensidad aumentará, dado lugar a un aumentode tensión.

En la práctica, el contacto está continuamente abriendo y cerrando (vibrando) y,

según su frecuencia de vibración, el valor efectivo de resistencia intercalado esmayor o menor, con lo que se consigue una variación de la resistencia. Laregulación obtenida no es muy precisa ya que la tensión resultante oscila en losmárgenes del ±10 % del valor nominal. El contacto se deteriora con el tiempodebido al arco eléctrico que se produce en los cierres y aperturas, si bien esteefecto se minimiza gracias a un condensador que se intercala entre dichoscontactos. El muelle puede ajustarse para conseguir un valor nominaldeterminado, pero con el tiempo pierde su elasticidad.



El sistema de pila de carbón se basa en la diferente resistencia óhmica que tienenuna serie de discos de carbón sometidos a una presión determinada. Cuantomayor es la presión mecánica entre los discos, mejor es el contacto eléctrico y, enconsecuencia, la resistencia óhmica es más pequeña. Por el contrario, si lapresión mecánica entre los discos disminuye, el contacto eléctrico es malo y la

resistencia óhmica alta. La pila de carbón se encuentra sometida a una presióndeterminada por la acción de un muelle y dicha acción es contrarrestada por lafuerza de una bobina que está conectada a la tensión. Si la tensión aumenta, lafuerza de la bobina atrae al muelle y la presión mecánica entre los discos esmenor, con lo que la resistencia de la pila de carbón es mayor, dando lugar a quela intensidad de excitación disminuya y, en consecuencia, a la disminución del flujoy de la tensión. Si la tensión disminuye, la resistencia de la pila disminuye al ser mayor la acción del muelle y, por tanto, aumentará la intensidad de excitación y,en consecuencia, la tensión.

El cálculo del valor máximo y mínimo de la resistencia de la pila de carbón se haceteniendo en cuenta la expresión:

Vc= Ei-RiIi = kn RiIi

Dónde Ei es la tensión en bornes y tiene un valor que coincide con la f.e.mcorrespondiente a la velocidad y excitación con las que este funcionando elgenerador, o lo que es igual kn y las condiciones de máxima y mínima velocidadde giro del generador, así como la corriente nominal de carga del mismo. Así, por ejemplo, cuando el generador gira a la máxima velocidad en vacío (sin carga), laresistencia a intercalar será máxima. Por el contrario, cuando gire a la velocidadmínima y el consumo sea el nominal, la resistencia a intercalar será la mínimaposible para asegurar el valor de Vc prefijado.

La regulación que se obtiene con este sistema es más precisa que con el de

contactos vibrantes, llegando a ser del orden del ± 5% de la tensión nominalprefijada. El sistema es también bastante robusto y requiere de unas aletas dedisipación del calor producido al pasar la corriente por los discos de carbón. Estesistema se utiliza básicamente en los aviones, si bien ya se va sustituyendo por uncontrol electrónico.

El sistema electrónico de regulación de tensión de generadores de corrientecontinua consiste en controlar la intensidad media de excitación por dispositivosde estado sólido, tal como un transistor de potencia. La corriente de excitación escontrolada por un transistor, según la tensión de base. El circuito de control tomaseñal de la tensión de salida y, según sea su valor, proporciona la tensión de baseadecuada para que la corriente de excitación sea la necesaria para mantener latensión constante. Este sistema, al no contener partes móviles, es, a la vezrobusto y de mantenimiento nulo. Únicamente hay que procurar la refrigeraciónadecuada del transistor para asegurar su correcto funcionamiento. La regulaciónque se obtiene es mucho más precisa que en los casos anteriores, pudiendo llegar a ser del orden del ±1 % de la tensión nominal.



RENDIMIENTO DE LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

El rendimiento de una máquina eléctrica de corriente continua está expresado, por la expresión:

n = potencia suministrada / potencia absorbida.También puede expresarse de esta forma:

n = potencia suministrada / (potencia suministrada + pérdidas de potencia)

También como:

n = potencia absorbida - pérdidas de potencia / potencia absorbida

Por lo tanto, si las pérdidas de la máquina se conocen, se puede obtener elrendimiento correspondiente a cualquier potencia útil o absorbida.

El rendimiento puede determinarse midiendo simultáneamente la potencia útil(suministrada) y la absorbida y tomando su relación Con frecuencia, esto es muydifícil o impracticable. Sin embargo, excepto para potencias pequeñas, es difícilabsorber la energía en un freno de Prony, y también los dinamómetros soninstrumentos especiales y limitados hasta potencias de 100 caballos. Tanto paralos motores como los generadores, especialmente para potencias elevadas, escon frecuencia imposible suministrar y absorber la energía que se necesita para laprueba.

Por otra parte las pérdidas se pueden dividir en 2 grandes grupos:

Las pérdidas de marcha en vacío Po que comprenden las que hemos llamadopérdidas en vacío y, además, las pérdidas por excitación. Las primeras sonconstantes puesto que su valor no depende de la carga ni de la corriente del

inducido. Las pérdidas por excitación son proporcionales al cuadrado de lacorriente de excitación pero, en conjunto, resultan muy pequeñas en comparacióncon las anteriores. Por lo tanto, se puede decir que las pérdidas de marcha envacío son sensiblemente constantes, es decir,

Po = a = constante

Las pérdidas de marcha en carga Pi que dependen, esencialmente, de la corrientedel inducido y son proporcionales al cuadrado de dicha corriente, excepto en loque se refiere a las pérdidas adicionales que, por ser de valor muy pequeñorespecto a las anteriores, no se tienen en cuenta.



El rendimiento puede expresarse de la siguiente manera:

n = KI/ (KI+a+bI2)

Si se trata de un generador, la potencia mecánica Pm es la absorbida por elgenerador.

Pm = Pb + Pp.La potencia Pb es la suministrada. Para un generador, el rendimiento estáexpresado por.

n = Pb/Pm = Pb /(Pb + Pp)

Si se trata de un motor, la potencia eléctrica en bornes Pb es la absorbida por lamáquina, y la potencia mecánica Pm es la suministrada, en este caso:

Pb = Pm + Pp

=> Pm = Pb -Pp

Para un motor, la expresión del rendimiento es:

n = Pm/ Pb = (Pb- Pp) / Pp = Pm/(Pm + Pp)

Curva de rendimiento

La curva de rendimiento proporciona la variación del rendimiento de una máquinade corriente continua, en función de la carga de la misma, o sea la característica =f (I).

Son cargas pequeñas, y debido a la influencia de las pérdidas de marcha en

vacío, las cuales son constantes, el rendimiento es muy bajo, pero a medida quecrece la carga, crece también el rendimiento hasta alcanzar un máximo situadogeneralmente en las proximidades de la abscisa correspondiente a 0,7 In. A partir de este punto, el rendimiento vuelve a disminuir pero con una pendiente menospronunciada; esto es debido a que, las pérdidas de marcha en carga crecen con elcuadrado de la corriente: en el caso de cortocircuito, el rendimiento volvería a ser nulo.

A partir de la expresión del rendimiento hallada anteriormente se determina lacondición de rendimiento máximo. Para que se cumpla esta condición, la primeraderivada ha de ser nula, o sea d /dI = 0.

Realizando operaciones se obtiene que a = bI2 o sea que la condición derendimiento máximo es que las pérdidas de marcha en vacío y las pérdidas demarcha en carga sean iguales. Por lo tanto, para máquinas que hayan de trabajar a cargas parciales, conviene reducir el valor de las pérdidas constantes. Convienetambién que la máquina no marche con carga débil pues, de la expresión anterior y de la curva de rendimiento se deduce que el rendimiento es muy bajo en estoscasos; por lo tanto, no es aconsejable emplear máquinas cuya potencia sobrepaseexcesivamente la potencia necesaria para el servicio en cuestión.



Condiciones de operación:

Las condiciones de operación usuales o en el sitio normal incluyen las siguientes:

y Temperatura ambiente en rango de 0ºC a 40ºC

y Altitud que no exceda de los 1000m

y Ubicación adecuada de modo que no interfiera con la ventilación delmotor

y Instalación sobre una superficie de montaje rígida.



CONCLUSION.

La adquisición de los conocimientos adecuados y necesarios del funcionamientode las diversas de máquinas de corriente continua, determinan la capacidad de uningeniero de elegir el generador y/o motor ideal para la satisfacción de losrequerimientos de cualquier proceso para los cuales sea necesario la participación

de estos equipos.Cada característica en particular, como el tipo de excitación de los distintossistemas, puede ser el determinante para el uso futuro de los equipos. Como por ejemplo, los generadores con excitación independiente, cuya tensión en losbornes es independiente de la velocidad (ya que es regulada por un reóstato).Quizás no se considere para las situaciones en las que se necesite poca vigilanciadel equipo, ya que los pasos para la carga de un acumulador, de no ser evaluadoscuidadosamente, pueden poner en riesgo el buen funcionamiento de la máquina.Caso contrario a los generadores de excitación en paralelo (shunt), en los quegracias a su autoexcitación (fenómeno basado en el principio dinamoeléctrico),puede mantenerse en movimiento, aún luego de realizada su labor de carga; esdecir, procesos para los cuales se necesita de corriente a tensión constante y paralos cuales se cuenta con elementos compensadores, en los que no se producencambios en el sentido de la polaridad, a diferencia de los de excitaciónindependiente en los cuales el sentido de giro determina la polaridad de lacorriente que sale del generador. Pero, si se cuenta con los recursos necesarios,la elección de un generador con excitación compound (mixta) brindaría losbeneficios de un híbrido de los dos antes mencionados, adquiriendo la capacidadde los generadores con excitación en paralelo de disminuir la excitación alaumentar la carga ofrecida y superando la limitación del mismo en cuanto nodisminuye su tensión con la carga.

Cada motor cuenta con características en cuanto a inercia, forma física, costo,velocidad y peso que se adecua a las exigencias de los diferentes usos para losque se recomienda (grúas, tracción eléctrica, entre otros). Todos estos sonfactores estudiados minuciosamente para la óptima utilización de todos losrecursos disponibles y para así diseñar el mejor motor. Como resultado del estudiode los motores de corriente, se puede recomendar el uso de motores enderivación en el caso de necesitarse velocidades constantes a cualquier ajuste decontrol, a diferencia de los motores con devanado en serie. También, de lacomprensión del funcionamiento del motor en compound, se considerará suelección debido a su velocidad ajustable, originada por reóstatos en la armadura yel campo.

Cuando se necesite de baja potencia y no se disponga de alimentación de energíapara su funcionamiento, se recomienda el uso de motores de imán permanente.Éstos, aunque ofrecen la mitad de la velocidad en vacío que un motor devanadoen serie, poseen mayor par de arranque, omitiendo así su desventaja, ya que lassobrecargas pueden causar desmagnetización parcial y pérdida de la energía enél acumulada.

Maquina de Corriente Continua Motores

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