1Clase

Mquinas de Corriente Directa

22

Mquinas de CC

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Generalidades Los primeros indicios de motores elctricos se iniciaron

con mquinas de CC (1830-1880), luego surgi la CA ypor ende la aparicin de mquinas que operan concorriente alterna (experimento fsico).

Sin embargo en la actualidad, existen sistemas quetodava operan con estas mquinas CD, en algunos sonmuy utilizados al poseer mtodos sencillos de control detorque y velocidad.

Adems existen compaas que fabrican sus sistemasempleando motores de CD.

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Generalidades La mquina de CC consta de dos devanados alimentados

con CC: uno llamado inductor que est en el estator de lamquina y otro llamado inducido que est en el rotor.

En el caso de funcionamiento como motor ambosdevanados estn alimentados con CC.

En el caso de funcionamiento como generador sealimenta con CC el estator (excitacin) y se obtiene laFEM por el rotor (armadura) (tambin continua).

Su funcionamiento se basa en la existencia de unmecanismo llamado colector que convierte lasmagnitudes variables generadas o aplicadas a lamquina en magnitudes constantes.

Se encuentran en muy pocos sistemas, especialmentepor su alto y complejo mantenimiento.

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Partes principales Estator: (inductor, campo o de excitacin):

Constituye la parte fija de la mquina. Proporciona soporte fsico a las piezas polares, su

funcin es suministrar el flujo magntico albobinado del rotor. Fabricado de Acero al carbn.

Rotor: (devanado inducido o de devanado dearmadura), Constituye la parte mvil del motor,proporciona el torque para mover a la carga (motor).Se conoce inducido, ya que en l se inducen losvoltajes.

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Construccin Mecnica

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Caras polares

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Estator (dev- excitacin) Escobillas : Las escobillas estn fabricadas distintos materiales

como: carbn, grafito y partculas metlicas. Poseen una dureza menor que la del colector, para evitar que

ste se desgaste rpidamente. La funcin de las escobillas es transmitir la tensin y corriente de la

fuente de alimentacin hacia el colector y, por consiguiente, albobinado del rotor.

Porta escobillas: es mantener a las escobillas en contacto firme conlos segmentos del colector, mediante resortes, mediante una presinmoderada sobre las escobillas contra el colector. Esta presin debe mantenerse en un nivel intermedio pues, de ser

excesiva, la friccin desgastara tanto a las escobillas como alcolector; por otro lado, de ser mnima esta presin, se producir"chisporroteo", que es cuando aparecen chispas entre lassuperficies del colector y las escobillas.

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Porta escobillas 2: 2 polos. 4: 4 polos. 6: 6 polos.

1010

Armadura

61111

Dev- imbricado vrs ondulado

1212

71313

Voltaje en una espira Es una bobina

que se hacegirar en uncampomagntico.

Se induce unvoltaje etot.

1414

81515

Voltaje inducido en la espira Esta es la espira. Los segmentos ad y cd

son perpendiculares alcampo.

No se induce voltaje ah. Slo los segmentos

indicados.

1616

Resultante

Es un voltaje que invierte su polaridad. Magnitud constante.

91717

El conmutador

Se coloca unconmutadorcon escobillas.

Igualmente sehace girar laespira.

1818

10

1919

2020

Voltaje inducido

Es un voltaje de corriente directa.

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2121

Flujo en el campo La fuerza del campo se

define como:Amperio x Vuelta

De aqu se deduce elmtodo para el control develocidad de la mquinade CD.

2222

Flujo en la armadura Cuando la armadura es

energizada, se produce unflujo de campo magnticode esa forma.

Simtrico.

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2323

Problemas de conmutacin En las mquinas de DC presenta problemas que

repercuten directamente sobre su funcionamiento,llamado la reaccin del inducido.

La reaccin del inducido es una respuesta deldevanado de armadura al circular corrientes por l.

Este efecto causa dos problemas muy importantes. El primero es desplazamiento del eje magntico

neutro, provocando que la conmutacin ocurracuando el voltaje inducido no es cero.

El segundo provoca debilitamiento del campo, yaque, el flujo generado se opone a la causa que loproduce (reduccin voltaje terminal).

2424

13

2525

Distorsin del campo Esta es la

distorsin delcampo.

Depende si esun motor o ungenerador CD.

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Solucin o mitigacin Existen tres soluciones que corrigen

parcial o total estos efectos: Desplazamiento de las escobillas. Polos o interpolos de conmutacin

(estator). Devanados de compensacin (estator).

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2727

2828

Solucin a los problemas de conmutacin: Interpolos

Se colocaronbobinados entrelos polosprincipales.

Previenenexcesiva chispa.

Polaridad delinterpolo es laindicada en lafigura.

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2929

Polaridad incorrecta Si tienen polaridad

inversa a ladebida.

Ms bien incrementa el problema de chispas.

3030

16

3131

Devanados de compensacin y de conmutacin

Con ello, se busca en producir otra segundareaccin de esta corriente, pero de formacontrolada, es decir, que a medida que seincremente la carga, se incremente las reaccin o elflujo magntico de estos devanados peroconectados de tal forma que contrarreste el efectoanterior.

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Circuito Equiv. Generador dca. Circuito equivalente de un

generador dc.b. Circuito equivalente

simplificado (se elimina lacada de voltaje en laescobilla y Radj se combinacon RF).

RA: resistencia del circuito dearmadura.

RF: resistencia del circuito decampo.

EA: tensin inducida queaparece en las escobillas acircuito abierto.

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3333

Curva de saturacin

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Generador dc excitacin separada y en derivacin

a. Circuito equivalente de ungenerador dc conexcitacin separada.

b. Circuito equivalente de ungenerador dc enderivacin.

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3535

Generador dc excitacin separada

En un generador dc con excitacin separada elcircuito de campo es alimentado por una fuente depotencia separada de voltaje constante.

Para la regulacin de tensin terminal, se recurre ados mtodos o tcnicas:

Modificando la velocidad de rotacin, lo cualincrementa el voltaje inducido.EA=kw, al variar w.

Variando la corriente de excitacin o decampo(estator), variacin del flujo, .

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Voltaje terminalIndependiente vrs shunt

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3737

Variacin de la resistencia de campo

EA no es lineal a IF

Vt=EA-IARA

3838

Generador dc en derivacin

En un generador dc enderivacin (shunt) elcircuito de campoobtiene su potenciadirectamente de losterminales delinducido del motor(flujo residual), EA envaco, y Vt bajo carga.

20

3939

Flujo residual

4040

La mquina de CC como generador II

IIRR II11

[ ]iex RRIE += [ ]iex RRIE +=

IIexex

EE Curva de magnetizacinCurva de magnetizacin

El generador arranca gracias al magnetismo El generador arranca gracias al magnetismo remanente siguiendo un proceso de remanente siguiendo un proceso de

AUTOEXCITACINAUTOEXCITACIN

Generador con excitacin Generador con excitacin derivacinderivacin

En la generador en derivacin la propia En la generador en derivacin la propia tensin de salida del generador se tensin de salida del generador se utiliza para producir la excitacin utiliza para producir la excitacin

UUex=ex=UUii

EERR

Pto. de Pto. de equilibrioequilibrio

Magnetismo Magnetismo remanenteremanente

RR EERR

EE11

EE22

iex

RR RR

EI

+=

iex

RR RR

EI

+=

EE11II11EE22Se repite hasta el Se repite hasta el pto. de equilibriopto. de equilibrio

Ri

LexUexE Ui

Inducido Inductor

Rex

I

21

4141

Regulacin en un generador en derivacin

El voltaje terminal se controla mediante: Control del flujo principal, mediante la velocidad. Control de la resistencia de campo (Rf).

4242

Por qu no podra aumentar Vt?

Posibles explicaciones de las causas: Ausencia del flujo residual: Si la mquina pasa mucho

tiempo sin operar o si la conexin se invierte podraperderse el magnetismo residual. Para corregirlo serecurre al centelleo del campo, o sea, conectar eldevanado de campo a una fuente externa(batera).

Inversin de la direccin de rotacin o de lasconexiones: Al operar, el flujo residual produce unvoltaje interno EA y a su vez una corriente, que produceun flujo que se opone al residual.

Ajuste de la resistencia a un valor superior: Ver figura.

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4343

Resistencia crtica

4444

Generador dc serie En un generador serie el flujo es directamente

proporcional a la corriente del inducido (al menoshasta llegar a la saturacin).

El inducido maneja mayor corriente, por ende eldevanado de campo debe contar con menos vueltas.

Dev Excitacin

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4545

Voltaje terminal La corriente de campo es cero en vaco, por lo tanto

el voltaje inducido solo depende del flujo residual. A medida que se incrementa la carga, se eleva con

rapidez el voltaje generado, por lo tanto la cargacontrola el flujo generado, y aumentos bruscos decorriente significara tensiones altas, aunquetambin aumenta las prdidas, pero a menorrespuesta.

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Generadores dc compuestosa. Circuito equivalente del generador dc compuesto en

derivacin larga.b. Circuito equivalente del generador dc compuesto en

derivacin corta.

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Generador dc compuesto acumulativo

Un generador compuesto es aquel que tiene campoen derivacin y campo en serie.

Puede conectarse en compuesto acumulativo o encompuesto diferencial, dependiendo de la direccinde las fuerzas magnetomotrices de los devanadosserie y paralelo.

Esta mquina se diferencia de las dems, ya que,cuenta con otro devanado extra, que permiteincrementar o reducir la FEM neta.

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Voltaje terminal

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4949

Grfica total sin regulacin

5050

Grfica total con regulacin