Mquinas de Corriente Continua - .3.1.2.3 Motor compound 43 ... excitaci³n compuesta acumulativa

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  • Mquinas de Corriente Continua

    1

  • 2

  • ndice

    Pg

    Introduccin 1

    1. Fundamentos de las Mquinas de Corriente Continua 2

    1.1 Partes bsicas de las mquinas de corriente continua reales 2

    1.1.1 Inductor 2

    1.1.2 Inducido 3

    1.1.3 Escobillas 3

    1.1.4 Entrehierro 4

    1.1.5 Cojinetes 4

    1.1.6 Diagrama de una mquina de corriente alterna 4

    2. Generadores de Corriente Continua 6

    2.1 Clasificacin de generadores de corriente continua 6

    2.1.1 Generador con excitacin independiente 6

    2.1.2 Generador con excitacin en paralelo (shunt) 12

    2.1.3 Generador con excitacin en serie 15

    2.1.4 Generador con excitacin compound 18

    2.2 Aplicaciones de los generadores 20

    2.3 Regulacin de la tensin en generadores de corriente continua 22

    2.4 Rendimiento de las mquinas de corriente continua 26

    2.4.1 Curva de rendimiento 29

    2.4.2 Prdidas y eficiencia 31

    3. Motores de corriente continua 36

    3.1 Clases de motores de corrientes continua 36

    3.1.1 Motor de corriente continua de imn permanente 37

    3.1.1.1 Motores de corriente continua sin escobillas 38

    3

  • 3.1.1.2 Servomotores de corriente continua 38

    3.1.2 Motores de corriente continua con campo devanado 39

    3.1.2.1 Motores en derivacin 40

    3.1.2.2 Motores de devanado en serie 42

    3.1.2.3 Motor compound 43

    3.2 Aplicaciones de los motores de corriente continua 44

    3.3 Arranque de motores de corriente continua 46

    3.3.1 Arrancadores manuales de corriente continua 46

    3.3.2 Arrancadores magnticos de corriente continua 47

    3.3.3 Arrancadores de corriente directa con aceleracin con lmite de corriente 47

    3.3.4 Controladores magnticos para grandes motores de corriente directa 48

    3.4 Sistemas tiles para la regulacin de la velocidad 48

    3.5 Comparacin de sistemas de regulacin 51

    3.6 Clculos de eficiencia en los motores de corriente continua 52

    4. Sistema de Excitacin de las Mquinas Elctricas de Corriente Continua 55

    4.1 Designacin de bornes 55

    4.2 Mquinas con excitacin independiente 57

    4.3 Autoexcitacin 59

    4.4 Mquinas con excitacin mixta 61

    4.5 Mquinas con excitacin propia 62

    5. Circuito Equivalente de una Mquina de Corriente Continua 64

    6. Especificaciones en Placa 66

    Conclusiones 68

    Bibliografa 70

    Introduccin

    4

  • La corriente continua presenta grandes ventajas, entre las cuales est su capacidad para ser almacenada de unaforma relativamente sencilla. sto, junto a una serie de caractersticas peculiares de los motores de corrientecontinua, y de aplicaciones de procesos electrolticos, traccin elctrica, entre otros, hacen que existendiversas instalaciones que trabajan basndose en la corriente continua.

    Los generadores de corriente continua son las mismas mquinas que transforman la energa mecnica enelctrica. No existe diferencia real entre un generador y un motor, a excepcin del sentido de flujo depotencia. Los generadores se clasifican de acuerdo con la forma en que se provee el flujo de campo, y stosson de excitacin independiente, derivacin, serie, excitacin compuesta acumulativa y compuesta diferencial,y adems difieren de sus caractersticas terminales (voltaje, corriente) y por lo tanto en el tipo de utilizacin.

    Durante el desarrollo del presente informe, el enfoque se har en relacin con el principio de funcionamientode las distintas versiones de mquinas elctricas de corrientes continua que existen, dado el amplio campopara las cuales son utilizadas. El entendimiento de tales mquinas, permiten al ingeniero una eficaz eleccinadems de la posibilidad de evitar situaciones en las que se produzcan accidentes a causa del uso u operacininadecuada de los equipos que trabajan con este tipo de energa. Los conocimientos previos de teora bsica decircuitos elctricos, sern de gran ayuda para comprender las funciones de cada uno de los componentes de lasmquinas de corriente continua.

    1. Fundamentos de las Mquinas de Corriente Continua

    Las mquinas de corriente continua son generadores que convierten energa mecnica en energa elctrica decorriente continua, y motores que convierten energa elctrica de corriente continua en energa mecnica. Lamayora las mquinas de corriente continua son semejantes a las mquinas de corriente alterna ya que en suinterior tienen corrientes y voltajes de corriente alterna. Las mquinas de corriente continua tienen corrientecontinua slo en su circuito exterior debido a la existencia de un mecanismo que convierte los voltajesinternos de corriente alterna en voltajes corriente continua en los terminales. Este mecanismo se llamacolector, y por ello las mquinas de corriente continua se conocen tambin como mquinas con colector.

    1.1 Partes bsicas de las mquinas de corriente continua reales

    La mquina de corriente continua consta bsicamente de las partes siguientes:

    1.1.1 Inductor

    Es la parte de la mquina destinada a producir un campo magntico, necesario para que se produzcancorrientes inducidas, que se desarrollan en el inducido.

    El inductor consta de las partes siguientes:

    Pieza polar: Es la parte del circuito magntico situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el ncleo yla expansin polar.

    Ncleo: Es la parte del circuito magntico rodeada por el devanado inductor.

    Devanado inductor: es el conjunto de espiras destinado a producir el flujomagntico, al ser recorrido por la corriente elctrica.

    Expansin polar: es la parte de la pieza polar prxima al inducido y quebordea al entrehierro.

    Polo auxiliar o de conmutacin: Es un polo magntico suplementario, provisto o no, de devanados y

    5

  • destinado a mejorar la conmutacin. Suelen emplearse en las mquinas de mediana y gran potencia.

    Culata: Es una pieza de sustancia ferromagntica, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos dela mquina.

    1.1.2 Inducido

    Es la parte giratoria de la mquina, tambin llamado rotor.

    El inducido consta de las siguientes partes:

    Devanado inducido: es el devanado conectado al circuito exterior de la mquina y en el que tiene lugar laconversin principal de la energa

    Colector: es el conjunto de lminas conductoras (delgas), aisladas unas de otras, pero conectadas a lassecciones de corriente continua del devanado y sobre las cuales frotan las escobillas.

    Ncleo del inducido: Es una pieza cilndrica montada sobre el cuerpo (o estrella) fijado al eje, formada porncleo de chapas magnticas. Las chapas disponen de unas ranuras para alojar el devanado inducido.

    1.1.3 Escobillas

    Son piezas conductoras destinadas a asegurar, por contacto deslizante, la conexin elctrica de un rganomvil con un rgano fijo.

    1.1.4 Entrehierro

    Es el espacio comprendido entre las expansiones polares y el inducido; suele ser normalmente de 1 a 3 mm,lo imprescindible para evitar el rozamiento entre la parte fija y la mvil.

    1.1.5 Cojinetes

    Son las piezas que sirven de apoyo y fijacin del eje del inducido.

    1.1.6 Diagrama de una mquina de corriente continua.

    Los componentes de la mquina de corriente continua se pueden apreciar claramente en la figura 1.

    6

  • La parte de 1 a la 5 forman el inductor. En conjunto las partes 2 y 3 se designan por polo inductor.

    La parte 6 constituye el inducido, al que va arrollado un conductor de cobre formando el arrollamiento delinducido.

    Alrededor de los ncleos polares, va arrollando, en forma de hlice, el arrollamiento de excitacin (8).Anlogamente cada ncleo de los polos de conmutacin lleva un arrollamiento de conmutacin (9). La parte10 representa el conmutador o colector, que esta constituido por varias lminas aisladas entre s, formando uncuerpo cilndrico.

    El arrollamiento del inducido est unido por conductores con las laminas del colector; inducido y colectorgiran conjuntamente. Sobre la superficie del colector rozan unos contactos a presin mediante unos muelles.Dichas piezas de contacto se llaman escobillas. El espacio libre entre las piezas polares y el inducido se llamaentrehierro.

    2. Generadores de Corriente Continua.

    Los generadores de corriente continua son las mismas mquinas de corriente continua cuando funcionan comogeneradores. Son mquinas que producen energa elctrica por transformacin de la energa mecnica.

    A su vez los generadores se clasifican en dinamos y alternadores, segn que produzcan corriente continua oalterna, respectivamente.

    Posteriormente, cabe destacar otro tipo de generadores (no son mquinas) que transforman la energa qumicaen la elctrica como son pilas y acumuladores.

    2.1 Clasificacin de Generadores de Corriente Continua

    2.1.1 Generador con excitacin independiente

    En este tipo de generador, la tensin en los bornes es casi independiente de la carga de la mquina y de suvelocidad, ya que la tensin se puede regular por medio del restato de campo, aunque naturalmente, dentrode ciertos lmites, porque la excitacin del campo inductor no puede aumentar ms all de lo que permite lasaturacin.

    7

  • En la Figura 2 se representa el esquema de conexiones completo de un generador de corriente continua conexcitacin independiente; se supone que el sentido de giro de la mquina es a derechas lo que, por otro lado,es el que corresponde a casi todas las mquinas motrices. Si hubiere que cambiar el sentido de giro, bastarcon cambiar, las conexiones del circuito principal.

    Figura 2. Esquema de conexiones de un generador con excitacin independiente

    La instalacin de un generador de excitacin independiente, comprende lo siguiente:

    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 interrup