Maquinas Electricas Corriente Continua

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circuitos electricas

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Practica #2

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Mquinas de Corriente ContinuaIntroduccin Si se analiza el aporte que han hecho las mquinas elctricas desde sus orgenes hasta nuestros das, es valiossimo debido a que han contribuido tanto para el desarrollo industrial y tecnolgico.Por etiquetarlas dentro de una clasificacin se dice que las mquinas elctricas se clasifican en estticas y rotativas: siendo parte los transformadores en la primera categora y en la segunda alternadores y motores de alterna (cuyo estudio no compete en este paper), generadores y los motores en continua.Marco tericoEl motor de corriente continua (denominado tambin motor de corriente directa, motor CC o motor DC) es una mquina que convierte la energa elctrica en mecnica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la accin que se genera del campo magntico.

Una mquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes. El estator da soporte mecnico al aparato y contiene los devanados principales de la mquina, conocidos tambin con el nombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre ncleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilndrica, tambin devanado y con ncleo, alimentado con corriente directa mediante escobillas fijas (conocidas tambin como carbones).

El principal inconveniente de estas mquinas es el mantenimiento, muy caro y laborioso, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las delgas.

Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales, cuando ejercen traccin sobre un riel, o bien los motores de imanes permanentes. Los motores de corriente continua (CC) tambin se utilizan en la construccin de servomotores y motores paso a paso. Adems existen motores de CD sin escobillas.Llamados brushless utilizados en el aeromodelismo por su bajo torque y su gran velocidad

Es posible controlar la velocidad y el par de estos motores utilizando tcnicas de control de motores CD.AntecedentesDesde que en 1832 apareci la famosa Ley de Faraday, se dio paso a la historia de las mquinas elctricas y hasta mediados de la octava dcada del siglo pasado representa la naturaleza de las mquinas elctricas de corriente continua.Los nombres que estn tras los aportes a este tema se encuentran:

Dominique Francois Jean Arago (1786 -1853)

Andre Marie Ampere (1775 - 1836)

Michael Faraday (1791 - 1867)

En el transcurso de ste tiempo las mquinas de este tipo atravesaron por cuatro perodos:1) Mquinas tipo magneto elctricos con imanes permanentes

2) Mquinas tipo electromagntico con excitacin independiente.

3) Mquinas del mismo tipo con autoexcitacin y tipo elemental del inducido.

4) Mquina de tipo polos mltiples con inducido perfeccionado.

Arraigados al primer perodo se encuentran los nombres de un par de cientficos rusos, E. J. Lenz y B. S. Jacobi.A partir de la segunda y tercera etapa se dio paso a la ltima de ellas en la cual se fue perfeccionando el trabajo previo realizado; en cuanto a la construccin. Tuvieron un extenso campo de aplicaciones iniciando con turbogeneradores de alta velocidad pero de limitada potencia, pasando por aplicaciones a navos y trenes hasta su desarrollo actual impulsado por la teora de los devanados del inducido y conexiones compensadoras. Las mquinas elctricas de corriente continua se clasifican en motores y generadores.

Figura1: Clasificacin de mquinas D.CGenerador: transforman la energa mecnica en energa elctrica

Motor: Transforma la energa elctrica en energa mecnica.

ConstruccinLa mquina de corriente continua se inicia describiendo a partir de sus componentes ms significativos.

Los elementos bsicos son:

Inductor Inducido

Escobillas

Culata o carcasa

Entrehierro

Cojinetes

(a)

(b)Figura2: (a) y (b) partes constitutivas de las mquinas elctricas

Figura3: Cuadro de aspectos constructivos.Inductor: se le llama tambin estator porque es la parte fija de la mquina. Se encarga de producir y conducir el flujo magntico.

A su vez consta de los siguientes elementos:

Pieza polar: es la que sujeta a la culata o yugo de la mquina, incluye al ncleo y su expansin.

Yugo: es necesario para cerrar el circuito magntico de la mquina; generalmente est constituido por hierro fundido o acero.

Ncleo: es parte del circuito magntico de la mquina junto con los polos, las expansiones polares, el entrehierro, inducido y la culata, y en l se hallan los devanados inductores.

Polos: estn fabricados de acero y silicio laminado. Las lminas del polo no se encuentran aisladas entre s debido a que el flujo principal no vara con el tiempo. Expansiones polares: es la parte ms ancha de la pieza polar, se encuentra cerca del inducido (rotor) de la mquina.

Devanado Inductor: est formado por el conjunto de espiras que, en nmero prefijado para cada tipo de mquina, producir el flujo magntico cuando circule la corriente elctrica.Inducido: El inducido constituye el otro elemento fundamental de la mquina. Se denomina tambin rotor por ser la parte giratoria de la misma. Y consta a su vez de: ncleo del inducido, devanado inducido y colector.

Ncleo del inducido: est formado por un cilindro de chapas magnticas que estn construidas, generalmente, de acero laminado con un 2% de silicio para mejorar las prdidas en el circuito magntico. Este cilindro se fija al eje de la mquina, el cual descansa sobre unos cojinetes de apoyo. Las chapas que forman el inducido o rotor de la mquina disponen de ranuras en las que se alojan los hilos de cobre del devanado inducido.

Devanado Inducido: se encuentra conectado al circuito exterior de la mquina a travs del colector, y siendo en el donde se produce la transformacin de la energa.Colector: es un conjunto de lminas de cobre, llamadas delgas, aisladas entre si y conectadas a las secciones del devanado del rotor. Sobre las delgas se deslizan las escobillas.Escobillas: son fabricadas generalmente de carbn o de granito se encuentran en un porta - escobillas y se unen al borde del inducido mediante un conductor flexible.Cojinetes: sirven de apoyo al eje del rotor de la mquina.Entrehierro: es el espacio existente entre la parte fija y la parte mvil de la mquina, es decir, entre el rotor y las expansiones polares, evitndose as el rozamiento entre ambos. FuncionamientoLas mquinas de corriente continua pueden trabajar como motor o generador. Las bases de su funcionamiento se cimentan en los siguientes principios (generador electromagntico): Cuando un conductor que se encuentra situado en el interior de un campo magntico se mueve de tal forma que corta las lneas de flujo magntico, se genera en l una fuerza electromotriz (fem).

Al circular una corriente elctrica a travs de un conductor situado dentro de un campo magntico, se produce una fuerza mecnica que tiende a mover al conductor en direccin perpendicular a la corriente y al campo magntico.

Figura4: Generacin de una fem.En los devanados del inducido de la mquina, inducir una f.e.m. en los conductores del ncleo al ser cruzados por el flujo del estator como consecuencia del giro del rotor.

El eje que forma la alineacin de las escobillas es la lnea neutra que indica las posiciones en las que se produce la inversin de la fuerza electromotriz (f.e.m.) en las bobinas del inducido al pasar las espiras correspondientes de uno a otro polo del campo magntico inducido.

En los inducidos en anillo, el nmero de circuitos derivados coincide con el nmero de polos y escobillas.

Para el funcionamiento de esta mquina como generador o como motor, el paso de corriente continua por los conductores del inducido provoca en el rotor un par electromagntico que tiene un carcter resistente para el trabajo como generador y un carcter de motor cuando la mquina mueve una carga mecnica. Para calcular la magnitud de ese par consideraremos la corriente total del inducido y la f.e.m. del mismo de manera que:

Este par ser resistente en el caso de transformacin de energa mecnica en elctrica (generador), y de rotacin en el caso de un motor.Segn la ley de Fuerza simplificada, cuando un conductor por el que pasa una corriente elctrica se sumerge en un campo magntico, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magntico y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha. Es importante recordar que para un generador se usar la regla de la mano derecha mientras que para un motor se usar la regla de la mano izquierda para calcular el sentido de la fuerza.

F: Fuerza en newtons

I: Intensidad que recorre el conductor en amperios

l: Longitud del conductor en metros

B: Densidad de campo magntico o densidad de flujo teslas

El rotor tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado.

Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.Fuerza contra electromotriz inducida en un motorEs la tensin que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las lneas de fuerza, es el efecto generador de pines.

La polaridad de la tensin en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.

Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la mquina parada no hay fuerza contra electromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito.

La fuerza contra electromotriz en el motor depende directamente de la velocidad de giro del motor y del flujo magntico del sistema inductor.

Nmero de escobillasLas escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra