Tema 3 Maq Electricas

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Tema 3

MÁQUINAS EL ÉCTRICAS

Capítulo I

Motores y Generadores de C.C .

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Los generadores de cc también llamados dinamos , convierten una energía mecánica de entrada enenergía eléctrica de salida en forma de corriente continua.

Hoy han sido sustituidos por rectificadore s estáticos de silicio. Constan de:• Inductor o excitación colocado en el estator

• Inducido colocado en el rotor y por lo tanto giratorio, provisto de un colector de delgas .

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA 1

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El devanado de excitación está constituido por los arrollamientos de todos los polos conectados en serie, a los que se aplica una tensión de alimentación en cc.

Que produce una corriente de circulación Ie que da lugar a una f.m.m . que origina un flujo en el entrehierro de la máquina.

El inducido gira dentro del campo magnético del inductor y genera una f.e.m . continua E en vacío.


nkE E ..Φ=

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Inductor: Ve = Re . Ie

Inducido:


iiesc RIVEV ⋅−−=

Φ

Ve

V

E

Ri

Ii

Vesc

Potencia mecánica

I e

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Balance de potencias en el inducido de una dinamo. Multiplicando por Ii

E . Ii =V . Ii + Ri . Ii2 + Vesc . IiInducido Pa = P2 + Pcu + PescInductor Pexc = Ve . Ie = Re . Ie2

Potencia mecánica de entrada P1 = Pexc+ Pm + PFe + Pa


Φ

Ve

V

E

Ri

Ii

Vesc

Potencia mecánica

I e

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• Para obtener la potencia mec ánica de entradaP1 habrá que sumar a la potencia eléctrica de salida todas las pérdidas de la máquina :

– P2 = V . I Potencia eléctrica de salida– PCu i = Ri.Ii 2 Pérdidas en cobre inducido

– Pesc Pérdidas en las escobillas– PFe Pérdidas en el hierro del inducido– Pm Pérdidas en mecánicas

– PCu estator = Re.Ie 2 Pérdidas en cobre inductor

excmFeescCui PPPPPPP +++++= 21

Ii


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Balance de potencias en el generador de c.c.

Pexc

Pm

PFe

Pesc

Pcu

Potencia eléctrica de salidaP2=V*I

Potencia mecánica de entrada

P1

Pa


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• Dependiendo de donde se alimenta el inductor, distinguimos:

– Máquinas con excitación independiente , el inductor se alimenta desde una fuente independiente de la del inducido.

– Máquinas autoexcitadas , el inductor se alimenta desde la misma fuente del inducido.

• Máquinas serie , los devanados del inductor y el inducido están en serie. El inductor es de pocas espiras de hilo grueso ya que circulará por él la corriente total de la máquina.

• Máquinas shunt o derivación, el inductor se conecta en paralelo con el inducido. El inductor es de muchas espiras de hilo fino.

• Máquinas compound o compuesta s, la excitación está repartida en dos bobinas, una en serie y otra en paralelo con el inducido. Sedistingue entre:

– Derivación corta.– Derivación larga .

GENERADORES DE C. C.: TIPOS 1

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PN

REDC1 C2COMPENSACIÓN

E1E2

INDUCTORPARALELO C-DO INDEPENDIENTE J-K

B1 B2G H

POLOS AUXILIARES

D1 ED2 F

INDUCTORSERIE

A1 AA2 B

INDUCIDO

GENERADORES DE C.C.: TIPOS 2

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EXCITACIEXCITACIÓÓN INDEPENDIENTEN INDEPENDIENTEEXCITACIEXCITACIÓÓN SERIEN SERIE

EXCITACIEXCITACIÓÓN COMPUESTAN COMPUESTAEXCITACIEXCITACIÓÓN DERIVACIN DERIVACIÓÓNN

GENERADORES DE C.C.: TIPOS 3Tipos de excitación de las máquinas de c.c.

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EXCITACIEXCITACIÓÓN INDEPENDIENTEN INDEPENDIENTEEXCITACIEXCITACIÓÓN SERIEN SERIE

EXCITACIEXCITACIÓÓN COMPUESTAN COMPUESTA

EXCITACIEXCITACIÓÓN DERIVACIN DERIVACIÓÓNN

Derivación corta

Derivación larga

+

-+ -

+

-

A1

A2

G

GG

A1

A1

A2 A2

E1 E2

E1E2E1

E2 D2D1

+

++

+

++ +

--

-

-- -

A

AA

B

B B

J K

CDCD

GENERADORES DE C.C.: TIPOS 4Tipos de excitación del Generador de c.c.

-EF

-

+

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n = cte.V = cte.Ie = f (I)DE REGULACIÓN

n = cte.Ie = cte.V = f (I)EXTERIOR

n = cte.I = cte.V = f (Ie)EN CARGA

n = cte.I = 0E=V= f (Ie)DE VACÍO

CARACTERÍSTICA:

CARACTERÍSTICAS DE SERVICIO 1

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1.- Característica de vacío E = f ( I e ). Representa la relación de la f.e.m. generada por la dinamo con la corriente de excitación funcionando en vacío. I = 0, n = cte

2.- Característica en carga V = f ( I e ). Representa la relación entre tensión terminal y la corriente de excitación para una intensidad de carga constante ( I = cte ) . n = cte

3.- Característica externa V = f ( I ). Representa la tensión en bornes en función de la corriente de carga, para una corriente de excitación constante . Ie = cte, n = cte

4.- Característica de regulación I e = f ( I ). Representa la relación entre la corriente de excitación y la corriente de carga para una tensión en bornes constante (V = cte) . n = cte

CARACTERÍSTICAS DE SERVICIO 2

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S1

A

L1

Vexc

+

-

Excitación independiente

2

R1

50%

1

5

Z1

Z=A+jB

J1

63

8

4

V

A

VInductor

Inducido

Potencia Mecánica

Reostatode excitación

GENERADORES EXCITACIÓN INDEPENDIENTE 1

G

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nkE E ⋅Φ⋅= .cten =

• Característica de vacío de un generador con excitación independiente: E = f ( Ie ), I=0, n= cte

Carga

Φ

Ve

ER

Ri

IiPotencia mecánica

I eV

A

Característica de vacío

Ie(A)

E (V)

�Adopta la misma forma de la característica de imanación del circuito magnético.

�Debido al magnetismo remanente con Ie= 0 ya existe una ER.

�Debido a la histéresis magnética las curvas obtenidas son distintas con Ia ascendente y descendente.

)( eIf=Φ


E

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■ En este tipo de generador la corriente inductora se obtiene de una fuente de c.c. externa a la máquina.■ Para determinar la curva de vacío E = f ( Ie ) se hace girar el rotor a velocidad constante (n = cte) , manteniendo desconectada la carga (I = 0). La corriente de excitación Ie se va aumentando progresivamente desde 0 hasta su valor máximo permitido, anotando la f.e.m. generada E.

■ Se obtiene una rama ascendente A y otra descendente B al ir disminuyendo gradualmente la corriente de excitación.


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■ La curva media entre las dos ramas será la curva característica de vacío .

■Se observa que hay un magnetismo remanente E Rya que la curva corta al eje de ordenadas en un valor

positivo para corriente de excitación Ie = 0.


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• Característica exterior de un generador con excitación independiente: V = f ( I ), Ie = cte, n = cte.

Carga

Φ

Ve

E Ri

Ii =IPotencia mecánica

I eV

A

I


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■ La característica externa V = f ( I ) de un generador con excitación independiente habrá que conectar la carga. Al variar ésta se obtiene dicha curva cuando se mantiene constante la velocidad ny la intensidad de excitación Ie .

GENERADOR EXCITACIÓN INDEPENDIENTE 6

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GENERADOR EXCITACIÓN DERIVACIÓN 1 • Proceso de autoexcitación de un generador derivación :

Carga

Φ

E Ri

I Potencia mecánica

I eV

A

� Con Ie = 0 ya se induce una pequeña ERque origina una “Ie”.

�Esta “Ie” hace aumentar el flujo Φ y por tanto “E”.

�El proceso se repite hasta alcanzar el punto de funcionamiento en el que se estabiliza el funcionamiento.Característica de vacío

Ie (A)

E (V)

E≈Ie.Re

E=f (Ie)

ER

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GENERADOR EXCITACIÓN DERIVACIÓN 2

■ Proceso de autoexcitación de un generador derivación :– Condiciones:

�Que exista magnetismo remanente ER.

�Que la pendiente de la recta E = Ie . Re sea menor que la del tramo lineal de la característica de vacío. Re < Rcr

�Que el sentido de “Ie ” sea el adecuado.

Característica de vacío Ie (A)

E (V)

E≈Ie.Re

E=f (Ie)

ER

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■ Tensión de funcionamiento de una dinamo derivación.■ La f.e.m. final engendrada E corresponde al punto P, que es la solucióncomún entre la curva de vacío y la recta del inductor .■ Hay una resistencia llamada crítica Rcr que es la que tiene una representación tangente a la parte inicial de la curva de vacío. Por lo tanto la resistencia del inductor no debe sobrepasar a la resistencia crítica. De otra forma no se producirá autoexcitación . Re < Rcr


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• Característica exterior de un generador con excitación derivación : Ii = I + Ie

Carga

Φ

E Ri

IPotencia mecánica

I e

V

A

I

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Característica externa V=f(I) de un generador de corriente continua con excitación en derivación

■ La característica externa representa una variación de tensión terminal superior al del generador con excitación independiente .


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■El devanado inductor , de resistencia elevada, estáconectado en paralelo con el inducido y se regula la excitación por medio de un reóstato conectado en serie con el inductor.

■Muchas vueltas con conductor de pequeña sección. Ie 3% de la corriente del inducido.


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GENERADOR CON EXCITACIÓN SERIE 1• Característica exterior de un generador con excitación

serie:

Carga

Φ

E Ri

Ii =Ie=IPotencia mecánica

V

A

I

V

Re

I (Ri + Re) + εE E

V

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Generador con excitación en serie y característica externa

■ El inductor y el inducido se conectan en serie . Por lo tanto el devanado de excitación estará compuesto por conductores de baja resistencia, gran sección de paso, y pocas vueltas ya que la excitación se consigue con toda la corriente de la máquina.■ Con el devanado inductor serie conectado es imposible sacar la característica de vacío. Es necesario conectarlo a una fuente externa.

GENERADOR CON EXCITACIÓN SERIE 2

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Generador con excitación en serie y característica externa

■ La reacción de inducido y las caídas de tensión en los devanados inductor e inducido siguen creciendo a partir de la zona de saturación de la máquina, de aquíque la característica externa de estos generadores tiene un valor máximo. Antes del máximo el funcionamiento es inestable y después del máximo es estable pero muy corta con lo que apenas se utilizan generadores serie .

GENERADOR CON EXCITACIÓN SERIE 3

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GENERADOR CON EXCITACIÓN COMPUESTA 1

• Característica exterior de un generador con excitación compuesta :

Carga

Φ

E

IPotencia mecánica

I eV

A

Φ

I

VHipercompuesta

Hipocompuesta

Diferencial

Aditivas

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Generador con excitación compuesta y característica externa

■ Puede ser configurado como compuesta corta o compuesta larga .■ Ambos devanados de excitación pueden ser aditivos o sustractivos , dependiendo si los campos generados por ambos devanados se suman o se restan.


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Generador con excitación compuesta y característica externa

■ Las características externas de estos generadores pueden ser prácticamente planas . Si la influencia del devanado serie es mayor la característica puede aumentar con la carga dando lugar a una característica denominada hipercompuesta .■ De lo contrario da lugar a una característica hipocompuesta .


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GENERADOR de VIDA

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