generadores corriente continua

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA

ELEMENTOS DE UNA MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA ( C. C.)

CULATA.- Llamada también carcasa o armazón. Es la parte exterior de la máquina, tiene forma cilíndrica, está constituida por un material que conserva un elevado magnetismo remanente (acero fundido o forjado), actualmente se hace de acero dulce laminado.A la culata es donde van cogidos los polos principales y auxiliares por medio de tornillos roscados. La culata es por donde se cierran las líneas de fuerza de los polos.

POLOS INDUCTORES.- Están atornillados a la culata, pudiendo ser macizos o de chapas. Se le distinguen dos partes: el núcleo polar donde va sujeta la bobina y la expansión polar o zapata. Las piezas (polos inductores) pueden ser macizas porque aunque haya variación de flujo siempre es del mismo sentido, por tanto, no hay pérdidas de histéresis y de Foucault.

POLOS DE CONMUTACIÓN.- Son polos pequeños que están sujetos también a la carcasa, se les llama también auxiliares y están colocados en la línea neutra teórica (entre dos polos principales).

INDUCIDO.- Es un conjunto de chapas magnéticas aisladas entre sí y apiladas sobre su eje o cuerpo del rotor.En su parte exterior lleva unas ranuras para colocar el bobinado del inducido. Las ranuras pueden ser abiertas o semicerradas.El inducido está hecho de planchas porque cuando la corriente eléctrica cambia de sentido, el flujo magnético también cambia produciendo un calentamiento por corrientes de histéresis y de Foucault.Realmente lo que ocurre es que en el inducido se produce una corriente alterna que es rectificada por medio del colector.

ENTREHIERRO.- Entre las zapatas y la armadura del inducido, existe un espacio de aire llamado entrehierro. Es de gran importancia para el buen funcionamiento de la máquina.Un entrehierro muy ancho reduce la dispersión de las líneas de fuerza, pero reduce mucho el nº de amperios vuelta de los polos principales. El entrehierro tiene que tener un valor apropiado, hay que tener en cuenta el desgaste de los cojinetes o rodamientos, la flexión del eje, la imperfección del rotor, etc., para que no se produzcan rozaduras del rotor con el estator.

COLECTOR.- Son de cobre y tienen forma de tronco de cono. A la parte más alta que va junto al inducido se le llama pestaña, donde van soldados los tubos del inducido. Su parte inferior es una cola de milano para su sujeción, con dos medias colas de milano de hierro y micanita, para poderlas sujetar y hacer un cilindro el cual va sujeto al eje como el inducido.Entre delga y delga lleva una placa de mica (aislante).

ESCOBILLAS.- Son las que presionan sobre le colector y hacen la conexión entre éste y la placa de bornes (circuito exterior). Pueden ser:

- Electrografíticas: Carbón con aglomerante (recocido eléctricamente) y se transforman en grafito artificial.

- Metalografíticas: Carbón, grafito, cobre y otros metales pulverizados y aglomerados en un proceso hecho en el horno eléctrico. Tienen un color más rojizo y mayor brillo metálico y son para mayor intensidad.

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GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUACOLLAR DE ESCOBILLAS.- Es donde van colocados los portaescobilllas. Los portaescobillas pueden ser de diferentes formas, siendo su función la de que las escobillas presionen contra el colector. Los hay de varias formas, de bisagra, con un muelle que crea presión, de muelle antagonista, que es un fleje arrollado sobre un eje que es el que crea la presión, etc.

El portaescobillas se sujeta sobre un collar que a su vez va sujeto sobre la tapa del lado del colector. El collar puede girar sobre si mismo y mediante unos tornillos dejarla fija, esto ocurre cuando la máquina no lleva polos de conmutación y hay que buscar la línea neutra magnética.

TAPA O BLOQUE.- Tiene dos, una al lado del colector y otra a la salida del eje. Va cogida a la carcasa por tornillos. Forma la parte exterior de la máquina (motor o generador).En su sentido axial, tienen dos alojamientos uno en cada tapa para los cojinetes o rodamientos del eje (inducido).La parte interior del rodamiento va cogida al eje y la parte exterior a las tapas.

EJE.- Es donde van clavado mediante chavetero el inducido y el colector, como parte eléctrica, y los rodamientos que después se colocarán en las tapas de la máquina.En la punta del eje que sobresale de las tapas, lleva un chavetero y una chaveta para poder acoplar una polea, engranajes, etc.Cuando los motores son de una determinada potencia (3CV) llevan en el eje clavado un ventilador para la circulación de aire y así poder refrigerar interiormente la máquina.

F.E.M. GENERADA EN UNA DINAMO:

RELACIÓN ENTRE F.E.M., FLUJO Y VELOCIDAD.

RESISTENCIA DEL BOBINADO INDUCIDO

RTS = resistencia total en serie.Cu = cobre

RR = resistencia por rama donde 2ª = nº de ramas en paralelo

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E = Fuerza electromotriz = Flujo inductor creado por los polosN = nº de conductores del bobinado inducido = velocidad del rotor en r.p.m.P = nº de pares de polos.a = nº de circuitos derivados en el devanado

inducido. En el bobinado imbricado P = a En el bobinado ondulado a = 1

En una dinamo la velocidad tiene que ser constante, de ello depende que tenga un buen funcionamiento, pues en caso contrario la f.e.m. oscilaría en relación al flujo.

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUAr = resistencia combinada (por estar en paralelo) ; ; de donde sale que:

BOBINADO INDUCTOR.- el bobinado inductor de una dinamo está constituido por las bobinas polares. Debido a su función hay que distinguir el bobinado inductor principal y el bobinado inductor auxiliar.El bobinado principal está constituido por las bobinas dispuestas en los polos principales, son las que crean el flujo necesario para generar la f.e.m. deseada en el bobinado inducido.El bobinado auxiliar está formado por las bobinas colocadas en los polos de conmutación y su misión es la de mejorar las condiciones de funcionamiento de la máquina, principalmente la conmutación. Su forma constructiva es idéntica a la de los polos principales.

En los bobinados principales:

TIPOS DE DINAMOS SEGÚN SU EXCITACIÓN

Las dinamos como los motores de c.c. se dividen atendiendo a su excitación, es decir, como van conectados con respecto al inducido.El nombre que reciben las máquinas se asigna en función de cómo se conecte el circuito de excitación. Magnetoeléctricas en las cuales el campo magnético está producido por un imán permanente.

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Fmm = Fuerza magnetomotriz de la bobina

NP = nº espiras de la bobinaI exc = corriente de excitación

A los terminales se les designa con las letras:

E = entrada; S = salida; P = principio y F = final

De forma que si la corriente entra por E ó P y sale por S ó F formaría un polo Norte y si entra por la salida y sale por la entrada creará un polo Sur.

Las bobinas polares están normalmente acopladas en serie para crear los diferentes polos, de forma que las entradas y salidas entre polos estén unidas; así pues tenemos que, la salida de un polo a de ir a la salida del polo siguiente y su entrada con la entrada del siguiente.

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUADe excitación independiente.- En la cual el bobinado inductor principal no tiene ninguna conexión eléctrica con el circuito exterior del inducido, y sus bornes se asignan por las letras J - K.

De excitación serie.- Donde el bobinado inductor principal está conectado en serie con los circuitos exterior e inducido, de manera que la corriente de excitación es precisamente la misma corriente absorbida por el circuito exterior de utilización. Sus bornes son E – F.

De excitación Shunt.- En la cual el bobinado inductor principal está conectado en paralelo con el inducido y el circuito exterior, por lo que están sometidos a la misma tensión. Letras C – D.

De excitación Compound (compuesta).- en la cual el bobinado inductor principal tiene en cada polo dos bobinas, una conectada en serie con el inducido y la otra en paralelo.

Los polos auxiliares.- están puestos en las máquinas para evitar la reacción de inducido y se conectan en todo tipo de máquinas en serie con el inducido y tienen asignadas las letras A – B.

REACCIÓN DEL INDUCIDO

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Cuando una dinamo de excitación independiente funciona en vacío (circuito exterior abierto) se genera una f.e.m. en el inducido, pero sus conductores no son recorridos por corriente alguna. En estas condiciones, el flujo que recorre el circuito magnético de la dinamo (inducido) es producido únicamente por los polos. Pero cuando el inducido alimenta una carga, los conductores son recorridos por esta corriente de carga y produce un flujo transversal proporcional a la intensidad de carga.

A este flujo transversal se le llama reacción del inducido.

Líneas neutras teórica y magnética.- La línea neutra teórica está en el centro entre dos polos consecutivos.

La línea neutra magnética es la línea situada entre dos polos consecutivos en la cual compensa la reacción del inducido, y decimos que al pasar un


DINAMOS DE EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

La fuerza electromotriz generada en el inducido es de valor igual a:

EC = rI + RC · I + R · I + 2 VCO

Vb = EC – (r + RC) I – 2VCO

ESTABILIDAD DE FUNCIONAMIENTO

En este tipos de dinamos el valor de la tensión en bornas depende del que tiene la intensidad de la corriente de carga, de forma que cuando esta corriente aumenta, el valor de la tensión disminuye, por lo se dice que es de funcionamiento estable.

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EC = f.e.m. del inducidoR · I = Tensión del inducidoRC · I = Tensión en los polos de conmutaciónR · I = Carga = Vb2 VCO = c.d.t. en escobillas

Línea de escobillas sobre la línea neutra teórica.- El flujo transversal determina una disminución de inducción en los cuernos de entrada C’ de los polos y un aumento en los cuernos de salida C’, en la misma proporción, con lo que no se modifica el valor del flujo sino que lo distorsiona quedando desplazada la línea teórica en el sentido de la dinamo, produciendo una caída de tensión en el valor de la f.e.m.

Línea de escobillas adelantadas.- Si adelantamos la línea teórica de escobillas en sentido de giro se deja de producir esa caída de tensión por la reacción del inducido pero el desplazamiento será mayor cuanto mayor sea la intensidad de carga. Por lo tanto, si el generador tiene cargas variables resulta que se tendría que estar variando el desfase para las diferentes cargas. Existen varios sistemas para no tener que

En estos tipos de generadores, no existe ninguna conexión común entre el bobinado inductor y el bobinado inducido, por lo que deberemos tener una fuente de c.c. exterior para alimentar al bobinado inductor.

Este tipo de generador presenta la ventaja de que, tanto la tensión de excitación, como la corriente inductora son totalmente independientes de la tensión en bornas de la máquina, por lo que no quedan afectados para nada por las variaciones que esta tensión pueda experimentar cuando la máquina funciona en carga.


Conforme vaya aumentando la corriente de carga, tendremos que aumentar la Iex para aumentar el flujo inductor, y que la corriente de carga no produzca una caída de tensión en el inducido además de mantener constante la tensión en bornas.

Curva característica de magnetización Curva característica de vacío

Curvas de características exterior (carga)

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REÓSTATO DE REGULACIÓN DE CAMPO

En una dinamo de excitación independiente el reóstato de regulación de campo se conecta en serie con el bobinado principal.

Su conexión será como indica la fig., el contacto t a la línea, el s que corresponde a la maneta a una salida del bobinado inductor, y la q a la otra salida del bobinado inductor.

De esta manera se regula la intensidad de excitación para que tome un valor adecuado con la corriente de carga.

Cuando funciona en vacío la corriente de excitación tendrá su valor más pequeño, por lo que es preciso que esté intercalada en el circuito de excitación la resistencia total del reóstato.

Para revoluciones cons-tantes, éstas serían las curvas de magnetización y de vacío respectivamente.

La intensidad de excitación en función de la carga hace mantener constantes la tensión en bornes y su velocidad.

Después de tener la dinamo en vacío donde la Iex corresponde a A, vemos que hay que regular el reóstato para poder crear el flujo necesario cuando está en carga.

Al principio en vacío la Iex es de pequeño valor, y cuando le ponemos la carga la Iex debe proporcionar los amperios vuelta suficientes para que la In pueda alimentar la carga sin que produzca una caída de tensión.


Característica de regulación

DINAMOS AUTOEXCITADAS

Decimos que una máquina es autoexcitada cuando el bobinado inductor principal presenta una conexión directa con el bobinado inducido.

a) En serie: Con el inducido y circuito exterior.b) En paralelo: Con el circuito exterior.c) Compuesta: La suma de las dos.

Principios de excitaciónPara conseguirlo es preciso que exista en sus masas polares un magnetismo remanente R que permita generar una f.e.m. en el inducido.Al principio es pequeño porque el flujo es el remanente, pero como con este pequeño flujo se crea una f.e.m. pequeña y esta f.e.m. refuerza el campo al pasar hasta llegar paulatinamente, por un aumento de la f.e.m., a producir su tensión nominal y alcanzar el funcionamiento normal de la máquina.A esta operación se le llama cebado de la dinamo.

Condiciones de cebadoLa condición necesaria para que se efectúe el cebado de una dínamo es que la corriente que circula por las bobinas inductores de los polos principales sea de tal sentido que el flujo creado por ellas tienda a reforzar el magnetismo remanente.

Principio de autoexcitación de una bobina

de la dínamo. Debe hacerse una comprobación práctica.

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A

Por tanto, antes de poner en marcha una dínamo, es imprescindible que estén correctamente ejecutadas las conexiones entre los bobinados inductor e inducido, debiendo tener en cuenta la regla siguiente:“ La polaridad de los bornes A y B del inducido de la dinamo depende, además del sentido del flujo remanente, del sentido de giro de la armadura”. Antes de poner en funcionamiento una dínamo se debe tener la seguridad de que las conexiones entre los bobinados inductor e inducido, han

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUALa comprobación es muy sencilla, se pone en el inducido A y B de la dinamo un voltímetro sin conectar las bobinas polares, señalándonos un valor de tensión muy pequeño que corresponde al flujo remanente. Si a continuación conectamos las bobinas inductoras y el valor es cero, es que las conexiones son incorrectas, y si por el contrario el valor de la tensión aumenta nos indicará que las conexiones son correctas.

DINAMOS SERIE

Teniendo que la fuerza electromotriz será:

E = r I + RC I + RS + R I + 2VCO

Y la corriente de carga:Conociendo el valor de la corriente de carga podremos calcular la tensión en bornas de la máquina Vb = R I

DINAMO SHUNT

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En este tipo de dínamos, los bobinados inductor e inducidos están conectados en serie con el circuito exterior, por lo tanto la IR es la misma que recorre los polos principal y auxiliar.

Iex = IRLas bobinas polares serán de pocas espiras y el conductor de gran sección.

E = Fuerza electromotriz de la máquina.r I = Tensión del bobinado inducido.Rc I = Tensión del inductor auxiliar.Rs I = Tensión del inductor principal.R I = Tensión del circuito exterior.2Vco = caída de tensión escobillas colector.

La característica de vacío no puede verse, pues si hacemos Iex = 0, la In = 0 y por lo tanto no puede autoexcitarse en vacío.

Estabilidad de funcionamiento.- En una dínamo serie la tensión en bornes aumenta al crecer la corriente de carga. Por lo tanto es una máquina inestable.


ESTABILIDAD.- Es estable porque la tensión en bornes disminuye cuando crece la intensidad de carga en el circuito exterior. (r + RC) Ii

PUESTA EN MARCHA.- Debe de arrancar en vacío y cuando se obtiene la tensión se puede introducir carga.EMPLEO PRÁCTICO.- Son muy extendidas debido a que es una máquina estable. Varía algo la tensión en bornes dependiente de la carga, para evitar esto, se emplea el reóstato de regulación de campo.

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Son las que el bobinado del inductor principal queda conectado en paralelo con el circuito exterior y con el inducido.Por tanto la corriente del inducido se deriva en dos la Iex y la I carga.Los polos principales están constituidos por muchas espiras de diámetro muy pequeño, pues tiene que soportar la tensión en bornes. Ii = intensidad total


DINAMO COMPOUND (COMPUESTA)

Consta de dos bobinas sobre los polos principales, una bobina conectada en serie y la otra en paralelo con el inducido. Normalmente el flujo shunt es mucho mayor que el flujo serie.

Cuando funciona en vacío la f.e.m. del inducido es creada por la bobina inductora shunt, mientras que en carga el flujo es creado por ambos, el serie y el shunt.

Si el shunt y el serie están acoplados en el mismo sentido la tensión variará con la carga y diremos que tiene preponderancia serie. Si están en oposición la tensión se mantendrá constante para diferentes cargas.

CORRIENTES Y TENSIONES EN DERIVACIÓN CORTA

R combinada de los dos circuitos ; R total del circuito;

La f.e.m. generada en el bobinado inducido: Ii = corriente de inducido

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(Anticompound) (Hipercompound)

Velocidad tensión constante Tensión variable con Derivación corta

GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA corriente útil circuito

exterior

ESTABILIDAD.- La presencia del inductor serie hace que tenga una elevada estabilidad ya que hace que varíe muy poco la tensión en bornes, de vacío a plena carga.Cuando se tienen que colocar dos dinamos compuesta en paralelo hay que ponerle un reóstato al inductor shunt para poder acoplar las dinamos, y hacer el reparto de cargas.PUESTA EN MARCHA.- Como en la dinamo shunt, en las Compound se debe de dejar el circuito abierto antes de meter la carga.Se emplean como excitatrices de alternadores y redes de tracción.

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Las hipercompound se emplean para redes de distribución y las anticompound para soldadura eléctrica.Las dinamos de conexión larga no se diferencian prácticamente de éstas, sólo que la excitación shunt va en paralelo directamente con la carga, por lo tanto su intensidad es recorrida primeramente por la excitación serie.

Hipercompound

Hipocompound


ACOPLAMIENTO DE DINAMOS EN PARALELO (SHUNT)

Es el acoplamiento más usado. Para que los generadores trabajen en buenas condiciones se deben coger dos dinamos de iguales o similares características, con el fin de que se reparta la carga exigida por el circuito exterior entre ellos proporcionalmente a su potencia nominal. El acoplamiento en paralelo consta de tres partes:

a) Puesta en servicio.b) Reparto de la carga.c) Parada de la máquina.

A) Puesta en servicio.- Cuando el generador esté funcionando a plena carga y se prevea una mayor demanda de energía, se deberá poner en marcha el segundo generador:

1) Se pone en marcha la turbina, motor, etc. de arrastre y se regula su velocidad a su número de r.p.m.

2) Se acciona sobre el reóstato de campo hasta crear los amperios de excitación Iex necesarios para conseguir una f.e.m. algo superior a la de el primer generador (por la caída de tensión al ser conectada)

3) Se cierra el interruptor M2 con lo que el generador 2 queda acoplado a la red pero suministrando una pequeña intensidad al circuito exterior.

B) Reparto de la carga.- Una vez conectado el 2º generador, se reparten las cargas exigidas por el circuito exterior. Se maniobra sobre el reóstato de campo de forma que crezca la f.e.m. en el generador 2, por lo que habrá que aumentar la I ex de sus polos. Al mismo tiempo se reduce la f.e.m. del generador 1, de manera que se pueda reducir la carga en el primero y aumentarla en el segundo.

C) Parada de la máquina.- Para desconectarla de la línea, se proceda de manera inversa, es decir, se debilita en primer lugar la Iex con lo que la máquina se descarga poco a poco hasta que llega el momento en que no suministra carga, en este momento se desconecta el interruptor M2 y después de éste, se podrá abrir el circuito de excitación para a continuación parar las máquinas.

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Acoplamiento de dinamos Shunt en paralelo

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