Mquinas de Corriente Continua

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TEORÍA DE MÁQUINAS Y CIRCUITOS DE CC. INGENIERÍA INDUSTRIAL.

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  • MQUINASDECORRIENTECONTINUA1y2

    CONSTITUCIN,PRINCIPIODEFUNCIONAMIENTO,ECUACIONESBSICAS,CARACTERSTICASDEFUNCIONAMIETO

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 1

  • Principiodefuncionamiento

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 2

    N

    S

    Eje directo

    Eje en cuadratura

    Elfuncionamientocomomotorsebasaenlafuerzaqueapareceporlainteraccinentrelosconductoresdelrotoryelcampomagnticocreadoporlospolosprincipales.Elfuncionamientocomogeneradorsebasaenlaf.e.m.inducidaenlosconductoresdelrotoralmoverseenelsenodelcampomagnticocreadoporlospolosprincipales.Tantocuandofuncionacomomotorcomocuandolohacecomogeneradorambosefectosaparecensimultneamente.

  • ELEMENTOSBSICOS

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 3

    Partefijaoesttor(inductor) 1.Carcasaoenvolventemecnica(norepresentada) 2.Culata 3.Polosprincipales 4.Ncleospolares. 5.Zapataoexpansinpolar. 6.Devanado/sinductor/es. 7.Polosauxiliaresodeconmutacin. 8.Arrollamientodelospolosauxiliares. 9.Escobillas 10.Devanadodecompensacin. Partemvilorotor(Inducido) 10.Arrollamientodelinducido. 11.Colectordedelgas(conmutador).

  • ElementosdelamquinadeC.C.

    EsttoroInductor: Eslapartedelamquinadestinadaaproducirelcampomagnticoprincipal,necesarioparaqueseoriginenlasfuerzasmecnicasylasf.e.m inducidasenrotor(inducido).Formadoporunacoronadematerialferromagnticodenominadaculata oyugo.Ensuinterior,regularmentedistribuidosyennmeropar,vandispuestosunossalientesradialesconunaexpansinensuextremo,denominadospolos,sujetosmediantetornillosalaculata.Rodeandolospolossehallanunasbobinasdehilo,opletinadecobreaisladocuyamisines,alseralimentadas,crearelcampomagnticoinductor,elcualpresentaralternativamentepolaridadesnorteysur.Salvolasmquinasdepotenciareducida(demenosde1kW)encontramostambinenelesttor,alternandoconlospolosprincipales,otrosdemenortamaollamadospolos deconmutacin.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 4

  • ElementosdelamquinadeC.C.Elesttorconstadelaspartessiguientes: Culata: eslapartedelcircuitomagnticofijonorodeadapordevanadosydestinadaaunirlospolosdelamquina.

    Piezapolaropolo: eslapartedelcircuitomagnticosituadaentrelaculatayelentrehierro,incluyendoelncleoylaexpansinpolar.

    Ncleo: Eslapartedelcircuitomagnticorodeadaporeldevanadoinductor. Devanadoinductor: eselconjuntodeespirasdestinadoaproducirelflujomagnticoprincipal.

    Expansinpolar: eslapartedelapiezapolarmsprximaalinducidoycuyamisinesaumentarlazonadestebaadaporelcampoinductor.

    Poloauxiliarodeconmutacin: Esunpolomagnticosuplementariodestinadoamejorarlaconmutacin.Suelenemplearseenlasmquinasdemedianaygranpotencia.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 5

  • ElementosdelamquinadeC.C.

    RotoroInducido: Eslapartedelamquinaenlaquesealojanlosconductoresdelinducidoydestinada,porlotanto,aproducirelparylaf.e.m.inducidos.Formadoporunejedeacero quesesoportaaunacoronacilndricadematerialferromagntico formadaabasedechapasdehierroalsilicio,aisladasunasdelasotrasporunacapadebarnizodexido. Lacoronade chapamagnticapresentaensusuperficieexternaun ranurado dondesealojaeldevanadoinducidodelamquina.Estedevanadoestaconstituidoporbobinasdehiloodepletinadecobreconvenientementeaislados,cerradosobresmismoalconectarelfinaldelaltimabobinaconelprincipiodelaprimera.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 6

  • ElementosdelamquinadeC.C.Elinducidoconstadelassiguientespartes:

    Ncleodelinducido: eslapiezacilndricamontadasobreelcuerpo(oestrella)fijadoaleje,yconstruidoabasedechapasmagnticas.Disponedeunasranurasparaalojareldevanadoinducido.

    Devanadoinducido: eselconjuntodebobinasalojadasenlasranurasdelrotor yresponsableprincipaldelaconversinelectromecnicadeenergaensuinteraccinconelcampoinductor.

    Colector: esunconjuntodelminasdecobre(delgas),deseccintrapezoidalyaisladasunasdeotrasqueformanuntubocilndricosolidarioalejedelamquina.Elcolectortienetantasdelgascomobobinasposeeeldevanadoinducidodelamquina.

    Escobillas: piezasrelativamenteblandasdecarbn,grafitoometalgrafitado que,untoconelcolector,establecenlaconexinelctrica, porcontactodeslizante, entreelinducidoyelcircuitodecorrientecontinuaexterior.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 7

  • ElementosdelamquinadeC.C.

    Entrehierro Eselespaciodeaireentrelasexpansionespolaresyelrotor.Debetenerunespesorsuficienteparaevitarelrozamiento,aunquecuantomsbajoseastemenorreluctanciatendrelcircuitomagnticoy,porlotanto,mayorflujoparaunamismaf.m.m..Enmquinasgrandessueleserdevariosmmyenpequeasde1mmoinclusomenos.Cojinetes Sonlaspiezasquesirvendeapoyoyfijacindelejedelinducidoalacarcasa(tapas)alavezqueminimizanelrozamientoentreellos.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 8

  • ElementosdelamquinadeC.C.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 9

  • Funcionamientodelamquinadec.c.

    Elfuncionamientobsicoseexplicasuponiendounaespirarectangular,quepuedegirarsobresuejelongitudinal,inmersaenelsenodeuncampomagnticoconstanteyuniforme.Cuandolaespiragiraseinduceenellaunaf.e.m.y,siestrecorridaporunacorriente,lainteraccinentrestayelcampooriginaunafuerza(fuerzadeLorentz),yporlotantounpar,quetiendeahacergirarlaespira.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 10

  • Colectoryescobillas Paraqueelpartengasiempreelmismosentido,esnecesarioqueelsentidodelacorrientedelosconductoresquepasandelantedecadapolomagnticoseasiempreelmismo.Paraello,laconexinelctricadecadaespiraalcircuitoexteriorserealizamediantedelgasenlosterminalesdecadabobinayescobillas.EstoobligaaqueencadaespiraseinviertalapolaridaddelacorrienteencadacicloN Sdelcampomagntico.Aestefenmenoseledenominaconmutacin.Cuantomayorseaelndebobinasydedelgasmenoreselrizadodelaf.e.m.generadaymsconstanteelpar.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 11

  • Tiposdebobinados

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 12

    Devanadoimbricado

    Devanadoondulado

  • Colectoryescobillas

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 13

    Ejemplodedevanadoimbricadodelrotordeunamquinadec.c.decuatropolosy,porlotanto,dosparesdeescobillas.Todoslosconductoresenfrentadosaunmisopoloestnrecorridosporcorrienteenelmismosentido.Cadavezqueunaespiratieneasusdosconductoresactivossobrelalneaneutradebeinvertirselacorrienteendichaespira.

  • Reversibilidaddelfuncionamientodelamquinadec.c.:Generador

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 14

    Cuandofuncionacomogenerador(dinamo),esunmotorprimarioelquehacegiraralrotorenelsenodelcampomagnticoinductor.Enelinducidosegeneraunvoltajeque,alseraplicadoalcircuitoexterior(cargaelctrica),provocalacirculacindeunacorrienteunidireccionalmedianteelconjuntocolectorescobillas.Elparelectromagnticointernoseoponealsentidodelmovimiento.

  • Reversibilidaddelfuncionamientodelamquinadec.c.:MotorCuandofuncionacomomotor,unafuenteelctricaexternaalimentaalinducidomedianteelconjuntocolectorescobillasparaproducirelparmotorunidireccionalnecesarioparamoverlacarga(mecnica).Enelinducidosegeneraunafuerzacontraelectromotriz(f.c.e.m.)queseoponealvoltajeaplicado.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 15

  • Reaccindelinducido

    Fuerzasmagnetomotricesycamposmagnticosdelinductoreinducido

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 16

  • ReaccindelinducidoElcampoquerealmenteexisteenelentrehierrodelamquinaeselresultantedelosdosanteriores.Enausenciadesaturacinpodraaplicarselahiptesisdelinealidadysumarlasinduccionesdecadaunodeellosparaobtenerlatotal.Deestemodo,lainduccinmediafrenteacadapolonovariaraporlareaccindelinducido.Sinembargo,estonormalmentenoesvlidoyenlaszonasdondesesumanlasf.m.m.lainduccinresultanteesmenorquelasumadelaspartes.Porestemotivolainduccinmediafrentealospolosesmenorenpresenciadelfenmenodereaccindelinducidoqueenausenciadel.Aestoesaloquesedenominareaccinlongitudinaldelinducido.Otraconsecuenciaeselquesedesplazalalneaneutramagnticaconrespectoalageomtrica,dandolugaraloquesedenominareaccintransversaldelinducido.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 17

  • Reaccindelinducido

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 18

  • Reaccindelinducido

    Paracontrarrestarlareaccintransversaldelinducidoseintroducenunospolosenlalneaneutra,denominadospolosauxiliares.

    Paracontrarrestarlareaccinlongitudinaldelinducidosepracticanunasranurasenlospolosprincipalesdestinadasaalojaraldenominadodevanadodecompensacin.

    Ambosdevanadossealimentanenserieconelinducidoparaqueas,alestarrecorridosporlamismacorrientequeste,contrarrestensusefectosenlamismamedidaenqueseproducen.

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 19

  • ElfenmenodelaconmutacinEnelmomentoenqueunabobinapasaporlalneaneutra,hadecambiarelsentidodelacorrienteenellaparaque,comoyasehacomentado,elparsemantengaenelmismosentido.Laecuacindelabobinaindicaquelatensinenbornasdelamismaesproporcionalaladerivadadelflujoquelaatraviesa.Esteflujoeseldebidoalacorrienteenlapropiabobinamseldebidoalcamporesultanteenelentrehierro.Esteltimoesmximoenelmomentodelaconmutacin(pasoporlalneaneutra)ysuderivada,porlotanto,mnima(ceroidealmente).Sinembargo,shabraqueconsiderarelflujodebidoalareaccintransversaldelinducidoyalasinductanciasmutuasentrebobinasdelpropioinducido.

    ;

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 20

  • Conmutacin

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 21

  • Conmutacin

    DeacuerdoconlaLeydeLenz,estasf.e.m.seoponenalcambiodecorrienteprovocandounaconmutacinnolineal.

    Sielcambiodecorrienteesbrusco,laelevadatensin(impulsodetensin)originadaenlabobinaqueconmutaproduceunachispaporlarupturadelarigidezdielctricadelaireentredelgas.

    Elproblemaesanmayorsilaconmutacinseforzarafueradelalneaneutrayaqueseaadiraelefectodebidoalflujoexterno.

    Unamalaconmutacinprovocachispasenelcolectoraumentandoeldesgastedelcolectorylasescobillas

    MOTORESYACCIONAMIENTOSELCTRICOS 22

  • Problemadelaconmutacin:soluciones

    Polosauxiliaresodeconmutacin:Seutilizansloenmquinasdetamaomedioogrande(desdealgunoscientosdevatios).Sufuncinescontrarrestarlaosefectosdelar