EE-214MCAPITULO III

LA MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA (DC)

Ing. Luis Rojas Miranda

MAQUINA DC DE CORRIENTE CONTINUA

Es una máquina eléctrica rotativa con un sistema de conmutación mecánico ( delgas colectoras y escobillas) o electrónico ( dispositivos semiconductores como diodos, tiristores, transistores, etc)

VENTAJAS:

1- Amplio rango de regulación de velocidad.2- Regulación de velocidad sencilla, fina y económica.3- mantiene una alta eficiencia en todo el rango de regulación.

DESVENTAJAS:

1- La existencia del conmutador (colector) mecánico.2- El chisporroteo en las escobillas ocasiona quemaduras en los contactos, suciedad, y por lo tanto necesita de un mantenimiento sistemático de la máquina.3- el sistema de colector-escobilla es una fuente de perturbaciones de alta frecuencia (radio perturbación), y para su amortiguamiento se necesitan filtros especiales.

LAS MAQUINAS DE C.C. SE CLASIFICAN EN:

• GENERADORES (DINAMOS)• MOTORES ELECTRICOS

• SON MÁQUINAS REVERSIBLES

GENERADOR (DINÁMO):• AL DINÁMO O GENERADOR EL MOVIMIENTO GIRATORIO ES SUMINISTRADO

POR UNA FUENTE MECANICA (MOTOR PRIMO) EXTERIOR , APLICADA AL EJE CON EN FIN DE TRANSFORMARLA Y GENERAR ENERGIA ELÉCTRICA.

MOTOR:• EN EL MOTOR LA FUENTE ES ENERGÍA ELÉCTRICA QUE SE SUMINISTRA EN

LOS BORNES AL DEVANADO Y AL CAMPO MAGNÉTICO DE LA MAQUINA CON EL FIN DE GENERAR ENERGÍA MECÁNICA.

ASPECTO EXTERIOR DE UNA MÁQUINA DE C.C.

PARTES PRINCIPALES DE LA MÁQUINA C.C.

1. Culata o corona estatórica2. Núcleo polar del inducido3. Pieza polar o zapata polar4. Núcleo de polo auxiliar5. Zapata polar del polo auxiliar6. Inducido7. Arrollado del inducido8. Arrollado de excitación9. Arrollado de conmutación10. Colector11. Escobillas positivas12. Escobillas negativas

INDUCTOR- PARTE FIJA (ESTATOR)

INDUCIDO- PARTE MOVIL (ROTOR)

1- Colector; 2- Porta escobillas; 3- Núcleo de la armadura; 4- polo principal;5- Bobinas del devanado de excitación; 6- Cuerpo de la carcasa;7- Tapa lateral o escudo; 8- Ventilador; 9- Devanado de armadura

NUCLEO POLAR DE UN POLO INDUCTOR:

CORONA O CULATA: – ES EL SOPORTE DE TODOS LOS ELEMENTOS DE MÁQUINA Y SIRVE DE

RETORNO DE LOS FLUJOS CREADOS POR LOS BOBINADOS AUXILIARES O DE EXCITACIÓN.

– ESTÁ FABRICADA EN ACERO FUNDIDO O LAMINADO.

- SON MASAS MAGNÉTICAS DONDE VA ALOJADO EL BOBINADO DE EXCITACIÓN.

- SON DE CHAPA DE ACERO DULCE, SE UNEN A LA CORONA POR PERNOS.

PIEZA O ZAPATA POLAR DE UN POLO INDUCTOR:

• SE LLAMA TAMBIÉN EXPANSIÓN POLAR, ES LA PARTE MÁS CERCANA AL INDUCIDO.

• MEDIANTE LA EXPANSIÓN POLAR SE REDUCE LA RELUCTANCIA MAGNÉTICA Y POR CONSIGUIENTE EL FLUJO DE DISPERSIÓN Y LAS PERDIDAS MAGNÉTICAS.

MEJORA DEL FLUJO INDUCTOR

MEJORA DEL FLUJO INDUCTOR

NUCLEO POLAR DE UN POLO AUXILIAR O DE CONMUTACIÓN:

• ES EL NUCLEO MAGNÉTICO DONDE VA SITUADO EL BOBINADO AUXILIAR.• ESTÁ CONSTITUIDO POR CHAPA DE ACERO DULCE• SE UNE A LA CARCASA MEDIANTE PERNOS DESMONTABLES

PIEZA POLAR DE UN POLO AUXILIAR O DE CONMUTACIÓN• LA MISMAS CARACTERÍSTICAS Y FUNCIÓN QUE LA PIEZA POLAR DE UN

POLO DE EXCITACIÓN, PERO DE MENOR TAMAÑO.

ENTREHIERRO• ESPACIO QUE EXISTE ENTRE EL CIRCUITO MAGNÉTICO DEL BOBINADO

INDUCTOR Y EL CIRCUITO MAGNÉTICO DEL BOBINADO INDUCIDO.

BOBINADO DE EXCITACIÓN O BOBINADO INDUCTOR

• ES EL QUE PRODUCE EN EL ESTATOR EL CAMPO MAGNÉTICO CUYO FLUJO CREA LAS CORRIENTES INDUCIDAS EN EL INDUCIDO O ROTOR.

BOBINADOS AUXILIAR O DE CONMUTACIÓN

• ESTÁ CONECTADO EN SERIE CON EL BOBINADO INDUCIÓN.• ESTÁ DESTINADO AMEJORAR LA CONMUTACIÓN• REALIZAN UNA FUNCIÓN MUY IMPORTANTE EN EL FUNCIONAMIENTO DE

LA MÁQUINA.

CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS DC SEGÚN SU EXCITACIÓN

USO Y APLICACIÓN DE LAS MAQUINAS DCMOTORES

DE MANDO O USO INDUSTRIAL.Tracción eléctrica (transporte), mecanismos de elevación ( grúas, montacargas), bancos mecánicos (tornos, cepilladoras), barcos (propulsión eléctrica). los motores usados para estos fines generalmente son de excitación serie.

DE MANDOAccionamiento eléctrico (dispositivos auxiliares en automóviles, tractores, aviones,y barcos).Los motores usados para estos fines generalmente son de excitación independiente.

EN DISPOSITIVOS AUTOMATICOSAccionadores o servomotores (transforman la señal eléctrica en desplazamientoMecánico).Los motores usados para estos fines generalmente son de potencia fraccionariaY con imanes permanentes.

GENERADORES

DE USO INDUSTRIALFuente de alimentación para la industria (fábricas de aluminio, baterías, cromadoY para subestaciones de tracción).

DE USO ESPECIALFuente de alimentación (excitatriz de generadores síncronos.Dispositivos automáticos:- Informativo como taco generadores.- Amplificadores (amplidinas , como amplificadores de señales eléctricas).Generadores para soldadura, que usan una excitación compuesta sustractiva.

CONCLUSIONCon el avance tecnológico de la electrónica de potencia, aparecen sofisticados equipos variadores de frecuencia y tensión, así como rectificadores controlados Por tiristores. Éste avance hace que las máquinas DC sean cada vez más desplazadas y en su lugar sean utilizados motores de Corriente Alterna y fuentes de Alimentación en AC-DC.Por otro lado el sistema de conmutación mecánico en las máquinas DC están siendo reemplazadas por sistemas de conmutación electrónica

EXCITACIÓN INDEPENDIENTE• EL BOBINADO DE EXCITACIÓN DE LA MÁQUINA ES ALIMENTADO POR UNA

FUENTE DE C.C. EXTERIOR.• LA CORRIENTE DE EXCITACIÓN PUEDE SR REGULADA POR UN REOSTATO O

POR LA PROPIA FUENTE.• SU UTILIZACIÓN ES LIMITADA POR NECESITAR DE UNA FUENTE EXTERIOR

PARA SU EXCITACIÓN.

MAQUINAS AUTOEXCITADAS

• LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN DEL BOBINADO DE EXCITACIÓN LLEGA A TRAVÉS DEL INDUCIDO DE LA PROPIA MÁQUINA.

• EN LOS GENERADORES EL FLUJO INICIAL DE EXCITACIÓN SE PRODUCE POR EL FLUJO REMANENTE OCACIONADO POR EL FENÒMENO DE HISTÉRISIS.

• EN LOS MOTORES, EL BOBINADO DE EXCITACIÓN SE ALIMENTA A TRAVÉS DE LA RED DE C.C.

EXCITACIÓN SERIE• LA BOBINAS INDUCTURAS SON RECORRIDAS POR LA MISMA CORRIENTE

GENERADA POR EL INDUCIDO Y ABSORVIDA POR LA CARGA.• SON DE POCAS ESPIRAS Y SECCIÓN GRANDE, PARA TENER LA MENOR

CAIDA DE TENSIÓN POSIBLE.

EXCITACIÓN SHUNT• EL CIRCUITO INDUCTOR ESTÁ CONECTADO EN DERIVACIÓN CON EL

CIRCUITO INDUCIDO Y CON LA CARGA.• LAS BOBINAS ESTÁN CONSTITUIDAS POR UN NÚMERO ELEVADO DE

ESPIRAS Y POCA SECCIÓN.

EXCITACIÓN COMPOUND• CONSTITUIDA POR DOS CIRCUITOS, UNO SERIE Y OTRO EN DERIVACIÓN.• ÉSTA MAQUINA REUNE LAS CARACTERÍSTICAS DE LA CONEXIÓN SERIE Y

DE LA CONEXIÓN SHUNT, POR LO QUE MEJORA BASTANTE LAS DEFICIENCIAS DE LAS ANTERIORES.

N S

m

rm

r

MOTORGENERADOR

x x

REACCIÓN DE ARMADURA

MÉTODO DE SUPERPOSICIÓN.- Se asume μ=constante, por lo tanto, los

parámetros de la máquina permanecen constantes.

El flujo que existe bajo carga se debe considerar como un flujo resultante

creado por la fmm resultante. Por lo tanto, la acción de la fmm de armadura

Fa sobre la fmm de excitación Ff SE DENOMINA REACCIÓN DE

ARMADURA.

F Bf f

Distribución de Ff y Bf.

m

N

S

Campo de Excitación

r

i 0f

I 0a

m 0ó

m 0

DISTRIBUCIÓN DE LA FMM Ff y EL CAMPO Bf DE EXCITACIÓN

El rotor puede estar en reposo o en movimiento y La posición de las escobillas no interesa.

F a

F a 2

Distribución de Fa y Ba.

Campo del Inducido (Armadura)

i 0f

I a 0m 0

DISTRIBUCIÓN DE LA FMM Fa y EL CAMPO BaDE ARMADURA

Las escobillas están ubicadas en el neutro geométrico.Y no interesa si el rotor esta en reposo o en movimiento.

Ba

CAMPO RESULTANTE POR LA INTERACCIÓN DE LOS CAMPOSBf (EXCITACIÓN) Y Ba (ARMADURA).

El eje neutro magnético se desplaza en un ángulo , en donde el campo resulta cero.

Por lo tanto, las escobillas deben ser adelantadas en el generador y retrazadas en el

Motor.

BR – Campo resultante con circuito magnético no saturado. μ=const.

BRμ – Campo resultante con circuito magnético saturado. μ≠const.

N

S

i 0f

I a 0

NeutroGeométrico

NeutroMagnético

Campo Resultante

mr (G)

mr (M)

B =B +Bf aR

a b

B R

CONCLUSIONES

• Debido al desplazamiento del eje neutro magnético en “δ” grados, respecto del eje neutro geométrico (eje q); el proceso de conmutación se torna dificultosa surgiendo un notable chisporroteo.

• La RA dirigido por el eje d distorsiona el campo resultante, por lo tanto en las escobillas aparece cierta tensión que ocasiona el chisporroteo. Así mismo la distribución de la tensión alrededor del conmutador no será uniforme.

• Si se considera la saturación del sistema magnético (μ≠const.), tendrá que tomarse

en cuenta el efecto desmagnetizante de la RA, esto significa que el campo resultante real será menor, por lo tanto la fuerza electromotriz inducida en la armadura (Ea) será menor.

• Con las escobillas en el eje neutro geométrico (posición principal).Campo transversal a 0° (grados eléctricos) respecto al eje neutro geométrico (eje q), por lo tanto:

• Con las escobillas a ± 90° respecto al eje neutro geométrico.

Campo longitudinal por lo tanto:

FUERZA MAGNETOMOTRIZ DE R. A. (Para p = 2)

METODOS PARA MEJORAR EL PROCESO DE CONMUTACION

1- Desplazamiento de las escobillas hacia el eje neutro magnético. (usado en máquinas pequeñas que no llevan polos auxiliares).

DESVENTAJAS:• Aparece un cierto efecto desmagnetizante

debido a la R. A.

• El desplazamiento de las escobillas depende de las condiciones de operación del generador:

Si el generador o motor es impulsado en dirección opuesta a las indicadas, las escobillas deben ser desplazadas “δ” ángulos magnéticos en la nueva dirección

2- Uso de los POLOS AUXILIARES o INTERPOLOS: Se utilizan en máquinas de mediana y gran potencia. Su ubicación está en el eje q y su conexión eléctrica debe ser en serie con el devanado de armadura (Fi ~ ia) ; de tal forma que el campo

generado por éste sea de sentido contrario al campo de R. A. Para asegurar una conmutación apropiada, se recomienda que la FMM generada por el interpolo sea:

METODO PARA CONTRARESTAR LA DISTORSION DEL CAMPO DEBIDO A LA R.A.

Se utiliza el devanado de compensación, el cual está ubicado en la zapata del polo principal. Su conexión eléctrica debe ser en serie con el devanado de armadura; de tal forma que el campo generado por éste sea contrario al campo de R. A.

El número de espiras del devanado de compensación, debe ser tal que su FMM Fc

sea igual y de sentido opuesto a la FMM de R. A. Fa bajo cada zapata polar.

El uso del devanado de compensación, se justifica para máquinas con:

Si se usan en combinación con inter polos o polos auxiliares o de conmutación, se debe cumplir:

y

Donde:- FMM del interpolo sin devanado de compensación.

- FMM del interpolo con devanado de compensación.

- FMM del devanado de compensación.

ESQUEMA S ELÉCTRICOS DE MOTORES Y GENERADORES

DC

EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

aaa IREV

fxff iRrV

IIa

paeaa rrrR

MOTOR GENERADOR

aaa IREV

fxff iRrV

IIa

paeaa rrrR

EXCITACIÓN SERIE

aaa IREV

xfpaeaa RrrrrR fa iII

MOTOR GENERADOR

aaa IREV

xfpaeaa RrrrrR fa iII

aaa IREV

fa iII paeaa rrrR

EXCITACIÓN SHUNT O PARALELO.

MOTOR GENERADOR

fxff iRrVV aaa IREV

fa iII paeaa rrrR

fxff iRrVV

EXCITACIÓN COMPUESTA (CONEXIÓN CORTA)

aaa IREV

ssff irirV

fa iII

paeaa rrrR

MOTOR GENERADOR

sII

aaa IREV

ssff irirV

fa iII

paeaa rrrR

sII

ECUACIÓN DE LA FEM DEL MOTOR SHUNT

Ia= const., wm=const. Régimen estable

De (*):

armaduradetotalaResistenciRrrI

Vr

II

VrVIVIIEVI

IIiIVIrViIEVI

PPPPVIP

aeaa

ea

aa

eaaaa

afaeaafaa

ecuacufe

;)( 2

2

1

aaaa EVIREV

a

aa R

EVI

VIiIVP fa )(1

VELOCIDAD DE ROTACIÓN Y CARACTERISTICA MECÁNICA

Como:

femladelfundamentaecuaciónlaenKE mfea

)(; amfe

aamaamfe If

K

IRVIRKV

afTm

aa

m

ee IK

IEPT

)(2 emfTe

ea

fem Tf

KK

TR

K

V

Característica de velocidad.

Además:

Si V=const. → ωm=Te; depende como varía Φf al variar el Te, y además del tipoDe excitación.

Característica mecánica.

ECUACIÓN DE TORQUES DEL MOTOR

m

Tmec To

Te

afTm

ee

m

femec

m

oo

IKaceleranteP

T

frenantePPP

T

.

,2

accionadomecanismoelpor

ejealaplicadotorqueFrenanteP

Tm

mec mecoe TTT

En vacío: Sin carga en el eje.

Con carga: Además de To y Te surge:

ECUACIÓN DE EQUILIBRIO DE TORQUES DEL MOTOR.

Si:

dt

dJTdinconst m

m

.

dineomec TTTT

dinmecoe TTTT MOTOR

GENERADOR

ECUACIÓN DE LA FEM DEL GENERADOR

EVIREV aaa

..6,0

..2

.

,

grafitadoMetalvolVe

grafitadoCarbónvolVe

polaridaddistintade

escobillaslasportensióndeCaidaVI

VR e

a

ee

Para ωm=const.

ECUACIÓN FUNDAMENTALEN BORNES DELGENERADOR

Donde:

ECUACIÓN DE TORQUES DEL GENERADOR

Para ωm=const.

EN VACÍO: Existe un torque frenante debido a las pérdidas en vacío.

nPPP

T mm

femec

m

oo

2;

afTm

a

m

oe IK

EIPT

CON CARGA: Surge el torque electromagnético frenante.

Estos dos torques frenantes deben equilibrar al torque mecánico

aplicado al eje del generador y deben estar dirigidos en sentidos

contrarios.

oemec TTT

dt

dJT m

din

dinoemec TTTT

generalEn

.

ECUACIÓN DE EQUILIBRIO DE TORQUES DEL GENERADOR.

En estado transitorio, cuando ω≠const. Surge un torque dinámico de rotación.

Corresponde a la variación de la energía cinética de la masa giratoria.

J- Momento de inercia de las partes giratorias del generador.

El Tdin se estudia en el motor.

ANALISIS CUANTITATIVO DEL CAMPO DE REACCIÓN DE ARMADURA Ba

Utilizamos una máquina con inducido liso (g’), con una capa de conductores uniformemente distribuidos por la periferia del inducido (rotor).

Si se conoce que:

Na – Número de conductores en el devanado, I – Corriente en una vía paralela

(en un conductor), Da – Diámetro exterior del inducido, π Da – Unidad de

longitud de la circunferencia.

Entonces se puede calcular la carga lineal o superficial del inducido.

cmAD

INA

a

a /

Luego asumiendo que las escobillas se encuentran en el neutro geométrico y

1y 12

p

Se puede calcular la fmm del inducido:

p

Da

Da

NaIAAdxFa

2

2

Si se considera μ=const, la reluctancia igual a cero, y se toma solo la

resistencia magnética en un entrehierro. Entonces en cualquier punto

por debajo de la zapata polar se tendrá:

xg

Ag

FaHaBa 2,

'' 000

OPERACIÓN DEL GENERADOR SHUNT AUTOEXCITADO

Los generadores de este tipo no necesitan de una fuente externa para alimentar su devanado de excitación , sin embargo es importante que exista un flujo remanente

ESQUEMA ELECTRICO

NR )%32(

CONDICIONES DE AUTOEXCITACION:

1- Existencia de un flujo remanente 2- Polaridad correcta del devanado de excitación o sentido correcto de rotación, con la finalidad de que los campos se sumen (ΦR+ Φf )

3- Para

4- Para

PROCESO DE AUTOEXCITACION:

Asumiendo que el generador está operando en vacío y a velocidad constante ωm = const, entonces de la ecuación fundamental se tiene:

aaa RIEV

Con “S” abierto (t<0) ,

Con “S” cerrado (t=0),

Por lo tanto (1)

(2)

(2) en (1)

Como entonces

Cuando se llega al punto donde termina el proceso de autoexcitación

donde el generador se estabiliza (por saturación magnética)

Durante el proceso de autoexcitación

Por lo que la tensión en los bornes del circuito de excitación es:

Y la tensión de la armadura en vacío ( I = 0 )

Que está representada por la curvacomo entonces

Denominada característica de magnetización o de vacío

faa iREV

aEV

Además se cumple que:

Que caracteriza la velocidad y el sentido de variación de la corriente de excitación )( fi

Por lo tanto:

Si la recta de excitación pasa por debajo de la curva de magnetización

Entonces se cumple:

Lo que indica que la máquina se autoexcita y la corriente

hasta que se detiene cuando:

crece

La pendiente de la recta de excitación queda determinada como:

VR fsi

Así mismo se concluye que:

Si el generador se autoexcita.

Si el generador no se autoexcita y

MÁQUINAS DE C.C.

BOBINADOS INDUCTORES

INDEPENDIENTESU SECCIÓN Y NÚMERO DE ESPIRAS DEPENDEDE

LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN

SERIESUS BOBINAS TIENEN

POCASESPIRAS Y MUCHA

SECCIÓN

SHUNTSUS BOBINAS SON DE

MUCHASESPIRAS Y CON POCA

SECCIÓN

COMPOUNDBOBINAS SERIE Y

DERIVACIÓNCADA UNA CON SUS

CARCTERÍSTICAS

PLACA DE BORNAS DE UNA M. C.C.

LETRAS CIRCUITO AL QUE CORRESPONDE

A-B / A1-A2 BOBINADO INDUCIDO

C-D / E1-E2 BOBINADO INDUCTOR SHUNT

E-F / D1-D2 BOBINADO INDUCTOR SERIE

G-H / B1-B2 BOBINADO INDUCTOR DE CONMUTCIÓN

J-K / F1-F2 BOBINADO INDUCTOR INDEPENDIENTE

CIRCUITO INDUCIDO DE LA MÁQUINA DE C.C.

• INDUCIDO• COLECTOR• ESCOBILLAS

DIFERENTES ELEMENTOS DE UNA MÁQUINA DE C.C.

INDUCIDO• TAMBIÉN DENOMINADO, ROTOR, ES LA PARTE DE LA MÁQUINA QUE GIRA Y

DONDE VA ALOJADO EL BOBINADO• ESTÁ FORMADO POR CHAPAS MAGNÉTICAS AISLADAS ENTRE SÍ POR UN BARNIZ.• EXISTEN TRES TIPOS DE INDUCIDOS:

– DE ANILLO– DE DISCO– DE TAMBOR

• EL BOBINADO DE TAMBOR ES EL MÁS UTILIZADO POR PRESENTAR MÁS VENTAJAS QUE EL RESTO:

– GRAN APROVECHAMIENTO DEL COBRE– MENOR RESISTENCIA ÓHMICA– MENORES PÉRDIDAS POR CALOR Y MAYOR RENDIMIENTO

COLECTOR• ES UN CILINDRO ADHERIDO AL EJE DEL INDUCIDO DONDE VA CONECTADO

EL BOBINADO DEL INDUCIDO POR MEDIO DE UNAS PLETINAS DE COBRE AISLADAS ENTRE ELLAS POR UNA CAPA DE MICA.

• EN LAS DELGAS SE CONECTAN LOS PRINCIPIOS Y FINALES DE CADA ESPIRA DEL BOBINADO INDUCIDO.

ESCOBILLAS• LAS ESCOBILLAS SON PIEZAS FIJAS COMPUESTAS POR MEZCLA DE DIFERENTES

TIPOS DE CARBÓN.• ALOJADAS EN UN PORTAESCOBILLAS• LAS ESCOBILLAS PUEDEN SER DE DIFERENTES FORMAS Y TAMAÑOS EN FUNCIÓN

DEL TIPO DE PORTAESCOBILLA Y POTENCIA DE LA MÁQUINA.

BOBINADOS DEL ROTOR• BOBINA.- ES UN NÚMERO DETERMINADO DE ESPIRAS CONECTADAS ENTRE SÍ.• LA BOBINA CONSTA DE UNA PARTE ACTIVA QUE SE ENCUENTRA EN EL INTERIOR

DE LA RANURA (SECCIÓN INDUCIDA) Y OTRA PARTE EN EXTERIOR DE LA RANURA QUE UNE LOS LADOS ACTIVOS Y SE DENOMINA CABEZA DE BOBINA.

• LAS BOBINAS SE PUEDEN CONSTRUIR DE HILOS O DE PLETINAS.

bc

a-Rectangular abierta; b-Forma de pera semi abierta; c- Ubicación en una ranura real de 1, 2, y 3 ranuras elementales o secciones1- Cuña; 2- Conductor; 3- Aislamiento de espira; 4 y 5- Aislamiento de ranura; 6 y 7- Separadores

RANURA DE ARMADURA CON DEVANADO

BOBINAS DE 2 Y 3 SECCIONES

BOBINADO DEL INDUCIDO

• SE CONSTRUYEN, LA GRAN MAYORÍA, EN TAMBOR• GENERALMENTE DE DOS CAPAS POR RANURA

CONDICIONES DEL BOBINADO DEL INDUCIDO

• SERÁN CERRADOS.• LAS F.E.M.S GENERADAS EN LOS DIFERENTES CIRCUITOS PARALELOS

SERÁN IGUALES• LAS RESISTENCIAS ÓHMICAS DE LOS DIFERENTES CIRCUITOS PARALELOS

HAN DE SER IGUALES.• LAS BOBINAS SERÁN IGUALES EN LONGUITUD Y NUMERO DE ESPIRAS.

• NÚMERO DE BOBINAS.- EN LOS BOBINADOS DE DOS CAPAS EL NÚMERO DE BOBINAS ES IGUAL AL NUMERO DE RANURAS.

B = K• SECCIONES INDUCIDAS.- LAS BOBINAS PUEDEN ESTAR

CONSTITUIDAS CON UNO O MÁS HILOS.– SI ESTÁN CON UN HILO TENDRÁ UN PRINCIPIO Y UN FINAL.- UNA

SECCIÓN INDUCIDA.– SI ESTÁN CONSTITUIDAS CON DOS HILOS TENDRÁ DOS PRINCIPIOS Y

DOS FINALES .- DOS SECIONES INDUCIDAS.-– ASÍ SUCESIVAMENTE.

• PASO POLAR.- ES LA DISTANCIA QUE HAY ENTRE DOS POLOS CONTIGUOS.

• YP = PASO POLAR• K = número de ranuras del inducido• p = número de polos de la máquina p

KYp

• ANCHO DE SECCIÓN (paso de bobina).-

• DISTANCIA MEDIDA EN SECCIONES INDUCIDAS ENTRE LOS LADOS ACTIVOS DE UNA MISMA SECCIÓN.

Y1 = YK . U

ANCHO DE SECCIÓN

• PASO DE RANURA.- ES EL NÚMERO DE RANURAS QUE DEBE AVANZAR EL OTRO LADO ACTIVO DE LA BOBINA PARA INTRODUCIRLA EN LA RANURA.

YK

• EL PASO DE RANURA SÓLO SE ALARGARÁ O ACORTARÁ:

• EN MÁQUINAS CON POLOS AUXILIARES SÓLO SE PODRÁ ACORTAR O ALARGAR CUANDO EL PASO POLAR SEA FRACCIONARIO. (SIEMPRE MENOR DE LA UNIDAD)

• MAQUINAS SIN POLOS AUXILIARES SE PODRÁ ALARGAR MÁS DE LA UNIDAD.

PASO DE CONEXIÓN DE UN BOBINADO IMBRICADO

• BOBINADOS IMBRICADOS.- • CUANDO LA CORRIENTE AVANZA O RETROCEDE EN SENTIDO ESPIRAL.

PASO DE CONEXIÓN DE UN BOBINADO ONDULADO

BOBINADOS ONDULADOS.-

CUANDO LA CORRNIENTE AVANZA HACIENDO ONDAS DE FORMA CONTÍNUA.

• PASO RESULTANTE.- ES LA SUMA RESULTANTE DEL ANCHO DE SECCIÓN Y DEL PASO DE CONEXIÓN.

• LA DISTANCIA QUE HAY ENTRE LOS PRINCIPIOS DE DOS HACES ACTIVOS CONSECUTIVOS.

• PASO DE COLECTOR.- ES LA DISTANCIA QUE EXISTE ENTRE LAS DELGAS DONDE ESTÁ CONECTADA EL PRINCIPIO DE UNA SECCIÓN INDUCIDA Y LA DELGA DONDE SE CONECTA EL FINAL DE LA MISMA.

• EL PASO DE COLECTOR TIENE EL MISMO VALOR QUE EL PASO RESULTANTE.

• CONEXIÓN DE LAS BOBINAS.- • EL PASO DE CONEXIÓN ES EL NÚMERO DE RANURAS QUE HAY QUE SALTAR

DESDE EL LADO ACTIVO FINAL DE UNA BOBINA HASTA EL PRINCIPIO DEL HAZ ACTIVO DE LA BOBINA A LA QUE SE CONECTARÁ POR MEDIO DEL COLECTOR.

• SE REPRESENTA POR: (Y2)

BOBINADOS IMBRICADOS (SIMPLES)

• PROGRESIVOS (SIN CRUZAR). • SE DESPLAZA HACIA LA DERECHA Y LA CORRIENTE CIRCULA EN SENTIDO

ALAS AGUJAS DEL RELOJ.

• REGRESIVOS (CRUZADOS).- • SU DESPLAZAMIENTO ES HACIA LA IZQUIERDA.

• CONEXIONES EQUIPOTENCIALES.- (RESISTENCIAS DE COMPENSACIÓN)

• CONEXIONES QUE SE REALIZAN EN EL BOBINADO DEL INDUCIDO PARA CORREGIR DESCOMPENSACIONES DERIVADAS DE:– DIFERENCIA EN EL ENTREHIERRO.– DIFERENTES MATERIALES O SECCIONES EN EL CIRCUITO MAGNÉTICO– DIFERENTES FLUJOS MAGNÉTICOS EN LAS BOBINAS.

• NÚMERO DE CONEXIONES EQUIPOTENCIALES:

Neq = K / p

• NÚMERO DE BOBINAS

Beq= K

• PASO EQUIPOTENCIAL

Yeq = K / p

DATOS NECESARIOS PARA EL CÁLCULO

• NÚMERO DE DELGAS DEL COLECTOR.- EL NÚMERO DE DELGAS SERÁ IGUAL AL NÚMERO DE SECCIONES INDUCIDAS.

D = S• PASO DE ESCOBILLA.- • EL NÚMERO DE ESCOBILLAS DEBE COINCIDIR CON EL NÚMERO DE POLOS

DEL BOBINADO.

Nesc = D/2p

• NÚMERO DE RANURAS (K)• NÚMERO DE POLOS (2p)• NÚMERO DE SECCIONES POR BOBINA (U)• PROGRESIVO O REGRESIVO• CON CONEXIONES EQUIPOTENCIALES O SIN CONEXIONES EQUIPOTENCIALES.

• POSIBILIDAD DE EJECUCIÓN. EL COCIENTE QUE RESULTE ENTRE EL NUMERO DE RANURAS Y EL NUMERO DE

PARES DE POLOS DEBE SER NUMERO ENTERO.

• PASO DE RANURA.- EL PASO DE RANUAR ES IGUAL AL PASO POLAR.

Yk = Yp (APROXIMADAMENTE)

• NUMERO DE DELGAS DEL COLECTOR.- GENERALMENTE SON DE DOS CAPAS

(B = K)

D = S = U . K

• PROGRESIVO.-

Ycol = + 1• REGRESIVO

• ANCHO DE SECCIÓN.-

Y1 = Yk . U• PASO DE SECCIÓN.-

Y2 = Y1 - Ycol• PASO DE ESCOBILLA

Yesc= D / 2p

Ycol = - 1

BOBINADOS ONDULADOS• TAMBIÉN DENOMINADOS BOBINADOS ONDULADOS SERIE• LAS BOBINAS SON CONECTADAS EN SERIE. • PUEDEN SER PROGRESIVOS Y REGRESIVOS• TAMBIÉN SE LES DENOMINA CRUZADOS Y SIN CRUZAR

• DIFERENCIAS:• ONDULADO PROGRESIVO.- EL DESPLAZAMIENTO SE REALIZA

HACIA LA DERECHA UN VEZ HA RECORRIDO TODA LA PERIFERIA DEL INDUCIDO, CONECTANDOSE EN LA SIGUIENTE DELGA

• ONDULADO REGRESIVO.- EL DESPLAZAMIENTO SE REALIZA HACIA LA IZQUIERDA, UNA VEZ QUE RECORRE TODA LA PERIFERIA DEL INDUCIDO, SE CONECTA A LA DELGA ANTERIOR DE LA PRIMERA CONEXIÓN.

• EN LOS BOBINADOS ONDULADOS SÓLO SE CONECTAN DOS RAMAS EN PARALELO, CON INDEPENDENCIA DEL NÚMERO DE ESCOBILLAS.

• LA LINEA DE ESCOBILLAS DE UN BOBINADO ONDULADO SIMPLE SERÁ DE DOS, UNA POR CADA POLO.

• LA DISTANCIA EN DELGAS SERÁ.

Yesc= D / 2p

FÓRMULA GENERAL DE LOS BOBINADOS ONDULADOS

Ycol = D ± 1 / p

• PASO DE COLECTOR.- EL NUMERO DE DELGAS Y DE PARES DE POLOS DEBE SER UN NÚMERO

PRIMO.

D = S = U . K

• CONDICIONES QUE DEBEN CUMPLIR LOS BOBINADOS ONDULADOS:– EL NÚMERO DE RANURAS DEL INDUCIDO Y EL NÚMERO DE PARES DE

POLOS SERÁN NÚMERO PRIMO.– EL NÚMERO DE PARES DE POLOS POR BOBINA Y EL NÚMERO DE

SECCIONES INDUCIDAS DEBERÁN SER NÚMERO PRIMO.

PROCESO DE CÁLCULO DE UN BOBINADO ONDULADO SERIE

• NÚMERO DE RANURAS (K)• NÚMERO DE POLOS (2p)• NÚMERO DE SECIONES POR BOBINA (U)• PROGRESIVO O REGRESIVO• CON EXIONES EQUIPOTENCIALES, SI LAS HAY.• SINO SE PUEDE REALIZAR DE FORMA NORMAL, INDICAR SI TIENE UNA

SECCIÓN MUERTA O CIERRE ARTIFICIAL.

• POSIBILIDAD DE EJECUCIÓN. EL COCIENTE QUE RESULTE ENTRE EL NUMERO DE RANURAS Y EL NUMERO DE SECCIONES INDUCIDAS DEBE SER NÚMERO PRIMO DEL NÚMERO DE PARES DE POLOS.

K / U = p

• EN CASO DE NO CUMPLIRSE LA CONDICIÓN, SE REALIZARÁ EL BOBINADO CON UNA SECCIÓN MUERTA O CON CIERRE ARTIFICIAL.

• PASO DE RANURA.- EL PASO DE RANUAR ES IGUAL AL PASO POLAR. (APROXIMADAMENTE)

Yk = Yp = K / 2p

• NUMERO DE DELGAS DEL COLECTOR.- PARA EL BOBINADO ONDULADO, PROGRESIVO O REGRESIVO, EL PASO DE COLECTOR SERÁ:

D = S = U . K • TAMBIÉN SE UTILIZA ÉSTA FORMULA CUANDO SE HACE EL CIERRE ARTIFICIAL.

CUANDO TENGA UNA SECCIÓN MUERTA SERÁ:

D = S = (U . K )-1

• PASO DE COLECTOR. PARA EL BOBINADO ONDULADO SIMPLE Y CON UNA SECCIÓN MUERTA, EL PASO DE

COLECTOR SERÁ.

YCOL = D±1 / pCON CIERRE ARTIFICIAL :

YCOL = (D-1)-1 / p

• ANCHO DE SECCIÓN.- Y1 = Yk . U

• PASO DE SECCIÓN.-Y2 = Y1 . Ycol

• PASO DE ESCOBILLAYesc= D / 2p

Principales normas en cada tipo de bobinado:• Para máquinas que es necesario suministrar fuertes intensidades, se

construyen bobinados imbricados simples o dobles.• Para máquinas sometidas a elevadas tensiones se construyen bobinados

ondulados.• Para máquinas de mediana potencia se emplean los dos tipos de

bobinados.

NÚMERO DE POLOS, LÍNEAS NEUTRAS Y ESCOBILLAS

• El número de polos vendrá determinado por los cálculos constructivos de la máquina. (N-S).

• El número de líneas neutras será igual al de polos. Cada línea neutra se encuentra entre dos polos de distinto signo.

• El número de escobillas será igual al número de polos.