10 maquina de cc
TRANSCRIPT
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
1/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
10.1 Generalidades
La máquina de corriente continua puede ser utiliada tanto como !enerador o como motor" aunqueen la actualidad su uso está dado como motor" #a que la !eneraci$n de ener!%a en corrientecontinua se lo!ra mediante equipos recti&icadores" de me'or e&iciencia # menor costo(
En cuanto a su uso como motor" tiene !ran importancia en la industria automotri #a que los)e*%culos" cuentan con un n+mero importante de motores de peque,a potencia -limpiapara.risas"
motor de arranque" le)anta )idrios" cale&actor" etc/(
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
2/150
10.2 Generador de corriente continua
Esta máquina está con&ormada por dos partes" de las cuales una es &i'a o estator so.re la cual semontan .o.inas alimentadas con corriente continua" las que producen el campo ma!n0tico dee1citaci$n" tal cual se muestra en la &i!ura 23(2(
El estator se constru#e de material macio" #a que en el mismo no se producen p0rdidas de tipoma!n0tico( En la &i!ura se o.ser)an dos .o.inas" las cuales se conectan en serie # producen elcampo ma!n0tico necesario( El consumo de ener!%a de las mismas es peque,o con respecto a laque producirá como !enerador(
ICC
4
Φ
E5TATOR
UCC
ROTOR 6
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
3/150
ARMADURA
7
8o.ina de e1citaci$n
9i!ura 23(2Corte de una máquina de corriente continua
In!( :ulio Ál)are 2;3
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
4/150
M Á Q U I N A D
E C O R R I E N T E
C O N
T I N U A
Dentro del estator se u.ica el rotor o armadura" el cual montado so.re un e'e" puede e&ectuar unmo)imiento de rotaci$n(
Esta parte de la máquina se constru#e con c*apas ma!n0ticas" #a que la corriente que circula en
el mismo es alterna # aparecen la p0rdidas en el *ierro analiadas con anterioridad(
A los e&ectos del análisis de la máquina separemos el estator del rotor" reemplaando el estator por el &lu'o ma!n0tico que se ori!ina en las .o.inas del mismo" teniendo en cuenta que el mismo tieneun )alor que depende de la corriente continua que *a!amos circular en dic*as .o.inas(Coloquemos en el rotor una espira" cu#os lados están alo'ados en ranuras paralelas al e'e" talcomo se muestra en la &i!ura 23(;" # cu#os terminales están unidos a lo que llamaremos ?del!as@(Estas del!as están el0ctricamente aisladas del e'e del rotor # entre si(
5entido del
5entido del
Φ
&lu'o
Φ
&lu'o
ma!n0tico
ma!n0tico
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
5/150
Conductor
ω
Espira
Del!a
E'e
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
6/150
Del!a
Ranura
ista &rontal
ista lateral
9i!ura 23(; istas del rotor de una máquina de corriente continua
5i mediante una máquina impulsora -Motor diesel" etc(/" *acemos !irar el rotor a )elocidad an!ular
?ω@ constante" la espira concatenará un &lu'o que estará )ariando en el tiempo" lo cual inducirá enla mencionada espira una &uera electromotri tam.i0n )aria.le en el tiempo" tal como si &uera un!enerador de tensi$n alterna senoidal -apro1imadamente/" # esta &orma de onda se )erá re&le'adaentre am.as del!a" tal como se o.ser)a en la &i!ura 23(B(
9ormas de onda del &lu'o ma!n0tico # la tensi$n entre del!as
9lu'o ma!n0tico
Tensi$n
t
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
7/150
9i!ura 23(B 9ormas de onda del &lu'o ma!n0tico concatenado por la espira rot$rica # la &ueraelectromotri entre del!as
5i a*ora colocamos dos car.ones o esco.illas que *a!an contacto con am.as del!as -&i!ura 23(/"pero estos se montan &i'os" de &orma tal que durante el !iro del rotor los car.ones se deslicenso.re dic*as del!as" pasemos analiar que tensi$n aparece en los mismos(
In!( :ulio Ál)are 2;2
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
8/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
5entido del
5entido del
Φ
&lu'o
Φ
&lu'o
ma!n0tico
ma!n0tico
Conductor
ω
Car.$n
Espira
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
9/150
E'e
Ranura
ista &rontal ista lateral
9i!ura 23( U.icaci$n de los car.ones so.re las del!as
De acuerdo al sentido de !iro anti*orario" # al &lu'o ma!n0tico ori!inado por el estator" la &ueraelectromotri inducida es saliente en el conductor superior # entrante en el in&erior" se!+n loindicado en la &i!ura 23((
Esto *ace que el terminal conectado al car.$n superior ten!a polaridad ?positi)a@" # el in&eriorpolaridad ?ne!ati)a@( A medida que el rotor !ira el car.$n tiene la misma polaridad que la del!aso.re la que deslia
Tensi$n para la
5entido del
car.ones
posici$n del rotor
Φ
&lu'o
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
10/150
indicada en la
ma!n0tico
&i!ura de la derec*a
A
entre
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
11/150
ω
Tensi$n
4
A
8
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
12/150
7
t
8
Tensi$n para la
5entido del
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
13/150
posici$n del rotor
car.ones
Φ
&lu'o
indicada en la
ma!n0tico
&i!ura de la derec*a
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
14/150
entre
4
ω
Tensi$n
8
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
15/150
A
A
8
7
t
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
16/150
9i!ura 23( Tensi$n entre car.ones entre durante un !iro de =3 del rotor
In!( :ulio Ál)are 2;;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
17/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
En la &i!ura 23( se muestra como )ar%a la tensi$n entre car.ones" desde la posici$n en la cual laespira no concatena &lu'o ma!n0tico tal la posici$n de la &i!ura 23(" *asta la cual el mismo toma
un )alor má1imo-!iro de =3/(
Cuando se produce un !iro de =3 los car.ones *acen contacto con am.as del!assimultáneamente -las cortocircuitan/" pero en ese momento la tensi$n entre las mismas toma un)alor nulo(
Al se!uir !irando el rotor" el car.$n superior que esta.a en contacto con la del!a ?A@ cu#a &ueraelectromotri era saliente" pasa a estar en contacto con la del!a ?8@ que a*ora tiene polaridad
positi)a" en cam.io el car.$n in&erior que esta.a en contacto con la del!a ?8@ que ten%a polaridadne!ati)a" a*ora pasa a tener contacto con la del!a ?A@ que a*ora tiene dic*a polaridad( Esto sede.e a que los conductores pasan de estar .a'o la in&luencia de un polo ma!n0tico" al contrariocuando se supera el !iro del rotor en =3(
Esto *ace que los terminales de la máquina manten!an su polaridad" mientras la misma está!irando" lo cual se o.ser)a en la &i!ura 23(>( For lo tanto el con'unto del!as G car.ones *ace laespecie de un recti&icador mecánico(
Tensi$n entre car.ones
Tensi$n paralaposici$
n delrotorindicad
a en la &i!ura de la
derec*a
5entido del
Φ
&lu'o
ma!n0tico
8
4
ω
8
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
18/150
7
A
A
t
9i!ura 23(> Tensi$n en los car.ones despu0s de *a.er !irado el rotor =3
For los conductores u.icados en el rotor" la &uera electromotri cam.ia de sentido a medida quese produce el !iro" pero la tensi$n que nos aparece en los car.ones es del tipo unidireccional" talcomo se *a mostrado(
Dado que la máquina no cuenta con solo dos conductores &ormando una espira" sino que tiene unacantidad ma#or" lo cual *ace que la tensi$n o.tenida sea más constante( Dado que cada conductor termina en una del!a" estas se )erán incrementadas en &unci$n de la cantidad de espiras( Alcon'unto de del!as que se montan so.re el e'e de la máquina" se lo llama colector(
A los e&ectos de mostrar una tensi$n de salida me'orada analicemos una máquina con cuatrodel!as( La misma tendrá cuatro espiras" cu#os terminales sonH 2 G 2 " ; G ;" B G B" G " loscuales están conectados a las del!as se!+n se muestra en la &i!ura 23( J(
Φ
2
C2
B
;
A
D
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
19/150
8
C
2
;
C;
B
ω
9i!ura 23(J esquema del rotor de una máquina con cuatro del!as
In!( :ulio Ál)are 2;B
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
20/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
Dado que los conductores que con&orman cada espira están unidos por la parte posterior de lamáquina" las mismas están conectadas el0ctricamente se!+n se muestra en la &i!ura 23(K(" para la
posici$n del rotor indicada(
4
Car.$n
2
5entido de la
A
Del!a
5entido de la
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
21/150
&em inducida
&em inducida
2
Del!a
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
22/150
8
Del!a
D
;
B
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
23/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
24/150
Car.$n
7
9i!ura 23(K Esquema de cone1i$n de las espiras # el sentido de las &ueras electromotricesinducidas
En la &i!ura anterior podemos o.ser)ar que las .o.inas $ espiras están conectadas de la si!uiente&ormaH
8o.ina 2 G 2 en serie con la ; G ;
8o.ina B G B en serie con la G
Además am.os con'untos están en paralelo en &unci$n de c$mo están u.icadas las esco.illas ocar.ones(
En la &i!ura 23(= podemos o.ser)ar como )ar%a la &uera electromotri inducida en las .o.inas" enun !iro completo del rotor(
&em
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
25/150
Espiras ; G ;
#
7
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
26/150
9i!ura 23(= alores de las &ueras electromotrices inducidas en las espiras
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
27/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
De acuerdo a los sentidos de las &ueras electromotrices inducidas en los conductores" la esco.illa?C2@ tiene polaridad positi)a # la esco.illa ?C;@ polaridad ne!ati)a( Esta situaci$n se mantiene
*asta que el rotor !ira desde la posici$n inicial" # en esta posici$n las esco.illas cortocircuitanlas del!as se!+n se puede o.ser)ar en la &i!ura 23(23(
Φ
ω
;
C2
2
A 8
2
B
D
C
B
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
28/150
C;
;
9i!ura 23(23 Fosici$n de las del!as # espiras con un !iro de
En esta posici$n del rotor la cone1i$n el0ctrica de las .o.inas es la que mostramos en la &i!ura23(22(
&em inducida 3
2
Del!a
A
Car.$n
8
Del!a
4
;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
29/150
5entido de la
5entido de la
&em inducida
&em inducida
;
Car.$n
7
Del!a
D
C Del!a
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
30/150
B &em inducida 3
B
9i!ura 23(22 Cone1i$n de las .o.inas # esco.illas con un !iro de
De.emos o.ser)ar que en esta posici$n la &uera electromotri inducida en las espiras
2 G 2 # B G B tienen un )alor ?cero@ #a que el &lu'o ma!n0tico concatenado por las mismas pasapor su )alor má1imo( Esto *ace que al ser cortocircuitadas no *a#a una corriente en las mismas" #la di&erencia de potencial entre car.ones es la que tienen las .o.inas ; G ; # G que están enparalelo(
Una a)ance en el !iro posterior se muestra en la &i!ura 23(2;(
In!( :ulio Ál)are 2;
Φ
;
2
C2
B
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
31/150
8
A
C
D
2
;
B
C;
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
ω
9i!ura 23(2; Fosici$n del rotor despu0s de un !iro de =3
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
32/150
De acuerdo a esta nue)a posici$n la cone1i$n de las .o.inas # esco.illas es la de la &i!ura
23(2B(
4
Car.$n
2
;
5entido de la
8
Del!a
5entido de la
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
33/150
&em inducida
&em inducida
2
;
Del!a
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
34/150
C
Del!a
A
B
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
35/150
5entido de la
5entido de la
Del!a
D
&em inducida
&em inducida
B
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
36/150
Car.$n
7
9i!ura 23(2B Cone1i$n de las .o.inas # esco.illas con un !iro de =3
De acuerdo al esquema anterior" podemos o.ser)ar que el car.$n ?C2@" que ori!inalmente esta.aconectado a los terminales 2 # que eran positi)os" a*ora está conectado a los terminales 2 # ;que son los positi)os(
De i!ual &orma el car.$n ?C;@" que esta.a conectado a los terminales ; # B que eran ne!ati)os"a*ora está conectado a los terminales B # que son los ne!ati)os(
Esto nos muestra que el colector *ace mantener la polaridad so.re los car.ones" o sea act+acomo si estu)iera recti&icando las ondas de tensi$n que se inducen en las .o.inas( De.emos tener en cuenta que la tensi$n que se o.tiene es la suma de las tensiones de dos .o.inas" instante ainstante" lo cual podemos o.ser)ar en la &i!ura 23(2(
In!( :ulio Ál)are 2;>
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
37/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
Tensi$n
Tensi$n entre car.ones
Espiras
;7 ; #
7
Tensiones
Espiras
recti&icadas
en las
272 #
.o.inas
B7B
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
38/150
t
9i!ura 23(2 9orma de onda recti&icadas en las espiras # onda resultante que aparece entre loscar.ones
5i a*ora analiamos una máquina que ten!a > ranuras" en la &i!ura 23(2" )emos la u.icaci$n delos conductores # la posici$n de las esco.illas para que la conmutaci$n se e&ect+e cuando latensi$n de las espiras que cortocircuite pase por cero" o sea se de.en u.icar en la l%nea neutra(
Φ
2
ω
>
;
B A
8
C
>
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
39/150
; B
2
9i!ura 23(2 Esquema del rotor de una máquina con seis del!as
Las cone1iones entre las espiras se muestran en la &i!ura 23(2>H
In!( :ulio Ál)are 2;J
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
40/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
4
Car.$n
>
A
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
41/150
>
Del!a
Del!a
5entido de la
&em inducida
5entido de la
9
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
42/150
8
&em inducida
C
2
5entido de la
5entido de la
&em inducida
&em inducida
E
C
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
43/150
2
Del!a
5entido de la
5entido de la
Del!a
&em inducida
&em inducida
B
;
D
B
;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
44/150
Car.$n
7
9i!ura 23(2> Cone1iones de las .o.inas en la posici$n del rotor de la &i!ura 23(2
En &orma análo!a se muestran las posiciones para un !iro de B3 # >3 en las &i!uras B(2J" 23(2K"23(2= # 23(;3(
Φ
;
ω
C
8
9
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
45/150
>
>
C
B
B
E
D
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
46/150
2 ;
9i!ura 23(2J esquema del rotor de una máquina con seis del!as con un !iro de B3
In!( :ulio Ál)are 2;K
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
47/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
4
Car.$n
Del!a >
>
2
A
8
9em inducida
cero
5entido de la
5entido de la
&em inducida
&em inducida
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
48/150
2
Del!a9
Del!a
C
;
5entido de la 5entido de la &em inducida &em inducida
&em inducida cero
E
D
Del!a B
B
;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
49/150
Car.$n
7
9i!ura 23(2K Cone1iones de las .o.inas en la posici$n del rotor de la &i!ura ;(2>
Φ
;
ω
2
>
B
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
50/150
8
C
D
2
> B
;
9i!ura 23(2= esquema del rotor de una máquina con seis del!as con un !iro de >3
In!( :ulio Ál)are 2;=
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
51/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
4
Car.$n
>
2
8
>
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
52/150
2
Del!a
Del!a
5entido de la
&em inducida
5entido de la
A
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
53/150
C
&em inducida
;
5entido de la
5entido de la
&em inducida
&em inducida
D
9
D
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
54/150
;
Del!a
5entido de la
5entido de la
Del!a
&em inducida
&em inducida
B
E
B
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
55/150
Car.$n
7
9i!ura 23(;3 Cone1iones de las .o.inas en la posici$n del rotor de la &i!ura 23(2=
Las &ormas de onda de &uera electromotri en cada espira se muestran en la &i!ura 23(;2" # en la23(;; se o.ser)a la tensi$n de salida del !enerador" partiendo de la posici$n del rotor indicada enla &i!ura 23(2(
Tensiones
Espiras 2 G 2
# 7
Espiras ; G ;
# 7
t
Espiras B G B
# >7 >
9i!ura 23(;2 9ormas de onda en las espiras de la máquina
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
56/150
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
57/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
58/150
Todo lo analiado anteriormente es )álido si por los conductores de la armadura no circulacorriente" #a que en todo momento *emos supuesto que el &lu'o ma!n0tico actuante" ten%a su e'ecoincidente con el plano &ormado por las esco.illas $ car.ones(
Pemos )isto que todos los conductores u.icados por arri.a del plano que pasando por el e'e delrotor" es perpendicular al &lu'o ma!n0tico" ten%an una &uera electromotri saliente # el la parte dea.a'o entrante" tal cual se esquematia en la &i!ura 23(;B(
La l%nea que separa los conductores con sentido de &em entrante a los de &em saliente reci.e elnom.re de ?l%nea neutra@(
5i al !enerador se le coloca una car!a" la corriente circulante" tendrá el mismo sentido que la
&uera electromotri" pero con esa distri.uci$n de corrientes" se ori!ina un &lu'o ma!n0tico como elindicado en la &i!ura(
Corrientes salientes
Φ A9lu'o ma!n0tico de
reacci$n de armadura
Corrientes entrantes
9i!ura 23(;B Esquema del &lu'o ma!n0tico ori!inado en la armadura por la circulaci$n de corriente
La composici$n de este &lu'o ma!n0tico con el ori!inado por las .o.inas del estator" nos dará unoresultante cu#a direcci$n # sentido se aparta del ori!inado por el estator" lo cual trae apare'ado quecuando los car.ones cortocircuiten dos del!as" la tensi$n entre am.as no sea cero con una
corriente circulante ele)ada(
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
59/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
5i !iramos los car.ones *asta u.icarlos de &orma tal que su plano concuerde con la direcci$n del&lu'o resultante" se solucionar%a el pro.lema" pero como la corriente de car!a puede )ariar" no ser%a
practico estar a'ustando la posici$n de las esco.illas(
Fara poder solucionar este incon)eniente lo que se *ace en la práctica es colocar dos .o.inas enserie" cu#o e'e ma!n0tico coincida con la direcci$n del &lu'o ma!n0tico ori!inado por la armadura" #por las mismas se *ace circular la corriente de la car!a" con lo cual se compensa automáticamentela reacci$n de armadura #a que la compensaci$n tiene sentido contrario" tal como se muestra en la&i!ura 23(;(
Φ
I A
2
ω
8o.ina de
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
60/150
B
;
8o.ina de
compensaci$n
compensaci$n
Φ A
Φ A
2
;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
61/150
B
Car!a del !enerador
9i!ura 23(; Esquema de compensaci$n de la reacci$n de armadura
En la &i!ura 23(; se muestra la disposici$n de las .o.inas principales # au1iliares o decompensaci$n(
8o.ina principal $ de e1citaci$n
8o.ina au1iliar $
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
62/150
8o.ina au1iliar $
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
63/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
64/150
ROTOR 6
de compensaci$n
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
65/150
de compensaci$n
ARMADURA
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
66/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
67/150
8o.ina principal $ de e1citaci$n
9i!ura 23(; Disposici$n de las .o.inas en el estator de la máquina
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
68/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
Tensión inducida
La tensi$n inducida en los conductores estará dada por la si!uiente e1presi$nH
E 8 ( L ( )
DondeH 8H Inducci$n ori!inada por la corriente de las .o.inas e1citadoras
del estator T
LH Lon!itud del conductor .a'o la in&luencia del campo ma!n0tico" que es la lon!itud del rotor m
)H elocidad tan!encial del rotor m
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
69/150
=
F ⋅ Φ
5
π ⋅ D ⋅ L π ⋅ D ⋅ L
F
La )elocidad tan!encial en &unci$n de la )elocidad an!ular esH
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
70/150
D
) = ω 5iendo ?D@ el diámetro del rotor ;
S la )elocidad tan!encial tomando la )elocidad ?n@ en re)oluciones por minuto está dada porH
) = ; ⋅ π
n D
Reemplaando nos quedaH
>3 ;
E =
F
⋅ Φ ⋅ n
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
71/150
>3
Esta e1presi$n es )álida para una máquina de un solo conductor( 5i la misma tiene ?@conductores # la corriente total se di)ide en ?a@ ramas en paralelo" la e1presi$n nos quedaH
⋅ F
e = ⋅ Φ ⋅ n a ⋅ >3
Teniendo en cuenta que ?@" ?F@ # ?a@ son constantes" la ecuaci$n nos )a a quedarH
E = 2 ⋅ Φ ⋅ n
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
72/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
10.5 Motor de corriente continua
La máquina que estu)imos analiando es re)ersi.le" # alimentando la armadura con una &uente decorriente continua" dic*a máquina &unciona como motor(
Fara analiar conceptualmente su principio de &uncionamiento analiaremos un rotor con solo dosconductores" a los e&ectos de simpli&icar el estudio(
En el estator se ori!ina el campo principal" el cual representaremos por un &lu'o ma!n0tico( Laalimentaci$n del rotor se e&ect+a con corriente continua" manteniendo la polaridad de la
máquina" tal como se muestra en la &i!ura 23(;>(
5entido del
Φ
&lu'o
I A
ma!n0tico
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
73/150
9uera
A
4
A
8
± UCC
7
8 9uera
9i!ura 23(;> Alimentaci$n del rotor de un motor de corriente continua
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
74/150
En la posici$n del rotor mostrada la corriente a la armadura entra por el .orne positi)o de lamáquina" *aciendo el recorrido indicado por las &lec*as( De acuerdo al sentido de la corriente encada conductor # dado que los mismos están en presencia del campo ma!n0tico ori!inado por elestator" so.re ellos aparecen &ueras con el sentido indicado(
Estas &ueras producen una cupla que *ace !irar al mismo( Lue!o de un !iro de =3" los car.onescortocircuitan las del!as" por lo que la corriente de alimentaci$n se cierra a tra)0s de las mismas"tal como se muestra en la &i!ura 23(;J(
5entido del
Φ
&lu'o
I A
ma!n0tico
4
8
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
75/150
A
A
8
± UCC
7
9i!ura 23(;J Circulaci$n de la corriente en la armadura cuando se cortocircuitan las del!as
En este instante la corriente no circula por la espira" lo cual trae apare'ado que no ori!inen &ueras"pero la máquina si!ue !irando #a que tiene otros conductores que aportan que no se *an colocadopara simpli&icar el estudio(
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
76/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
Al se!uir !irando la máquina la corriente en los conductores del rotor in)ierte su sentido decirculaci$n de &orma tal que si!uen aportando cupla en el mismo sentido" tal como se muestra en
la &i!ura 23(;K(
5entido del
Φ
&lu'o
I A
ma!n0tico
9uera
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
77/150
4
8
8
A
± UCC 7 A
9uera
9i!ura 23(;K 5entido de circulaci$n de la corriente en la armadura despu0s de un !iro superior a=3
En el motor tam.i0n por el *ec*o de tener los conductores del rotor" !irando en presencia de uncampo ma!n0tico" se induce en los mismos una &uera electromotri" que en este caso se llamacontraelectromotri(
10.6 Cupla interna
La cupla que aporta cada conductor está dada porH
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
78/150
D
TiC = 8 ⋅ IC ⋅ L
;
De la misma &orma que )imos para el &uncionamiento como !eneradorH
Φ ; ⋅ Φ
8 =
=
π ⋅ D ⋅ L
π ⋅ D ⋅ L
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
79/150
;
La corriente por conductor está dada por la corriente total di)idida en la cantidad de ramas enparalelo" o seaH
I
=
I A
C
a
TiC
=
F
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
80/150
Φ ⋅ I A
; ⋅ π ⋅ a
Ti
=
F ⋅
Φ ⋅ I A
; ⋅ π ⋅ a
Ti
= ⋅ Φ ⋅ I A
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
81/150
Reemplaando nos quedaH
Fara ?@ conductores nos quedaH
teniendo en cuenta los )alores constantesH
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
82/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
Circuito equivalente
La armadura o inducido de la máquina de corriente continua" la podemos considerar desde lasesco.illas" como una serie de tensiones elementales" caracteriadas por la &uera electromotri #una resistencia $*mica propia de los conductores" con lo cual un circuito equi)alente se muestraen la &i!ura 23(;=(
En este circuito la e1citaci$n está alimentada mediante una &uente e1terna o independiente(
Resistencia de
4
los .o.inados de
armadura # de
Ri
compensaci$n
Esco.illa o car.$n
E1citaci$n -estator/
Armadura
E
$ inducido
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
83/150
7
Ie1c(
7
9i!ura 23(;= Circuito equi)alente de una máquina de corriente continua
Máquina autoexcitada
xcitación en derivación
La máquina autoe1citada alimenta su .o.ina de e1citaci$n" con la propia tensi$n que !enera" o.ien con la tensi$n con la que se alimenta en el caso de motor(
En la &i!ura 23(B3 están representados los circuitos equi)alentes" tanto para !enerador comomotor(
I A
I
I A
I
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
84/150
4
4
In!reso de
Ie1c(
E!reso de
Ie1c(
Ri
Ri
ener!%a
ener!%a
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
85/150
desde
*acia la
máquina
U
máquina
U
impulsora
impulsada
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
86/150
n
E
n
E
7
7
Venerador
Motor
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
87/150
9i!ura 23(B3 5entido de las corrientes de las máquinas autoe1citadas en deri)aci$n
De acuerdo a la con&i!uraci$n mostrada" las ecuaciones que li!an a las máquinas sonH
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
88/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
U E G I A ( Ri Como !enerador
E U G I A ( Ri Como motor
A la ca%da de tensi$n en la resistencia interna se le de.erá a!re!ar la ca%da de tensi$n en lasesco.illas por su resistencia # la que o&rece por contacto" lo cual se puede estimar en 2 por cadaesco.illa(
5e de.e tener en cuenta que el !enerador" en el momento de arranque en el cual la tensi$n!enerada )ale cero" la e1citaci$n se lo!ra mediante el &lu'o ma!n0tico remanente que tiene lamáquina" el cual ori!ina una &em peque,a que alimenta el campo de e1citaci$n" aumentando el&lu'o" el cual a su )e aumenta la tensi$n !enerada" *asta lle!ar a su punto de &uncionamiento(
A tales e&ectos en la &i!ura 23(B2 se muestra la &orma en que )ar%a la &uera electromotri inducidaen &unci$n de la corriente de e1citaci$n(
E
Ma!netismo
remanente
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
89/150
Ie1c(
9i!ura 23(B2 Cur)a de ma!netiaci$n de una máquina de corriente continua
Dado que la tensi$n de salida # la &uera electromotri !enerada es prácticamente i!ual" dic*o
)alor se o.tiene por dos caminosH
A tra)0s de la armadura en la cual la tensi$n en .ornes depende de la corriente de e1citaci$n" porla cur)a de la &i!ura 23(B2
A tra)0s del inductor en el cual la tensi$n en .ornes es i!ual a la corriente de e1citaci$nmultiplicada por la resistencia total-propia de la .o.ina más la resistencia adicional para )ariar lacorriente/" siendo esta la ecuaci$n de una recta(
El punto de &uncionamiento del !enerador es aquel en el cual se cumplen simultáneamente am.os)alores o sea en la intersecci$n de am.as cur)as( Esto se o.ser)a en la &i!ura 23(B;
E
Aumento !radual
de la &em" por
Funto de
incremento de la
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
90/150
&uncionamiento
corriente de
e1citaci$n
Recta de la rama
de e1citaci$n" su
pendiente
depende del )alor
Ma!netismo
de la resistencia
remanente
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
91/150
Ie1c(
9i!ura 23(B; Funto de &uncionamiento de un !enerador deri)aci$n" # &orma en que se autoe1cita
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
92/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
Es importante tener en cuenta que la e1citaci$n est0 .ien conectada" #a que en caso contrario" siel &lu'o ori!inado por la corriente se opone al ma!netismo remanente" la máquina se desma!netia
# la misma no ?le)anta tensi$n@(
xcitación serie
En este caso la corriente de armadura # la de e1citaci$n son i!uales" siendo su esquema el de la&i!ura 23(BB(
I A
I
I A
I
4
4
In!reso de
Ri
E!reso de
Ri
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
93/150
ener!%a
ener!%a
desde
*acia la
máquina
Ie1c(
U
máquina
Ie1c(
U
impulsora
impulsada
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
94/150
n
E
n
E
7
7
Venerador
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
95/150
Motor
9i!ura 23(BB 5entido de las corrientes de las máquinas autoe1citadas en serie
De acuerdo a la con&i!uraci$n mostrada" las ecuaciones que li!an a las máquinas sonH
U E G I A ( -Ri 4 Re1c/ Como !enerador
E U G I A ( -Ri 4 Re1c(/ Como motor
La resistencia de e1citaci$n comprende la resistencia propia de la .o.ina más la resistenciaadicional para poder re!ular la corriente(
xcitación compuesta
En este caso la e1citaci$n sur!e de tener am.as e1citaciones simultáneamente" o sea deri)aci$n #serie" pudiendo ser el campo ori!inado en las mismas adicional $ di&erencial" con lo cual se lo!randistintas caracter%sticas de la máquina en cuesti$n(
En la &i!ura 23(B se muestra la &orma de cone1i$n para un motor de este tipo(
I A
I
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
96/150
IDeri)aci$n(
4
Ri
Di&erencial
U
n
E
Adicional
7
9i!ura 23(B esquema de cone1i$n compuesta
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
97/150
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
98/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
!lu"o de potencia
Las p0rdidas que presentan estas máquinas son las si!uientesH
F0rdidas en el co.re de la e1citatri
F0rdidas en el co.re del inducido o armadura
F0rdidas por la resistencia de las esco.illas
F0rdidas por &rotamiento en las esco.illas
F0rdidas por &rotamiento en los co'inetes
F0rdidas por &rotamiento con el aire del rotor
Ferdidas por )entilaci$n
F0rdidas en el *ierro -Pist0resis # 9oucault/
Al con'unto de las p0rdidas por &rotamientos las llamaremos p0rdidas mecánicas que sumadas alas p0rdidas en el *ierro" llamaremos p0rdidas rotacionales(
Lue!o un dia!rama del &lu'o de potencia en esta máquina se dia!rama en la &i!ura 23(B(
I A
I
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
99/150
I A
I
Ie1c(
4
4
Ie1c(
Ri
Ri
U
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
100/150
U
n
E
n
E
7
7
Venerador
Motor
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
101/150
Fa. F
i
Fu
Fu
Fi
Fa.
pCu e1c
pR
pCu ind(
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
102/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
103/150
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
104/150
El )alor de la cupla está dado porH T i
= ⋅ Φ ⋅ I A
de aqu%H I A
=
Ti
⋅ Φ
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
105/150
U 2 ( Φ( n 4
Ti
Ri
Despe'ando la )elocidadH
⋅ Φ
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
106/150
n =
U
Ri
n = n3 −
Ri
−
Ti
Ti
2 ⋅ Φ
⋅ 2 ⋅ Φ;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
107/150
⋅ 2 ⋅ Φ;
5i se mantiene la e1citaci$n # la tensi$n constantes" la ecuaci$n anterior es una recta" tal cual semuestra en la &i!ura 23(B>( dado que la resistencia interna de la máquina es mu# peque,a" else!undo t0rmino es peque,o" lo cual *ace que la )elocidad de este tipo de motor ten!a mu# poca)ariaci$n con la cupla(
n
n3
Ti
9i!ura 23(B> ariaci$n de la )elocidad con la cupla en un motor deri)aci$n
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
108/150
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
109/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
xcitación en serie
En este motor el &lu'o de e1citaci$n es proporcional a la corriente de armadura" o sea queH
Φ ; ( I A Ti ( Φ ( I A
T = ⋅
⋅ I;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
110/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
111/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
112/150
⋅ ;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
113/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
114/150
U E 4 I A -Ri 4 Re1c(/
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
115/150
U = 2 ⋅ Φ ⋅ n +
Ti
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
116/150
(Ri + Re1c )
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
117/150
⋅ ;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
118/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
119/150
U = 2 ⋅ ; ⋅ I A
⋅ n +
Ti
(Ri + Re1c )
U ⋅ U ;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
120/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
121/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
122/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
123/150
Ti
(Ri + Re1c
)
U = 2 ⋅ ; ⋅
Ti
⋅ n +
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
124/150
U ⋅ U ;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
125/150
U ⋅ U ;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
126/150
U =
Ti
(U
2
⋅ U
;
⋅ n) +
(Ri + R
e1c
)
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
127/150
Despe'ando la )elocidad nos quedaH
[
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
128/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
129/150
n =
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
130/150
U
−
(Ri + Re1c )
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
131/150
2 ⋅ ;
Ti
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
132/150
⋅ U
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
133/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
134/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
135/150
;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
136/150
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
137/150
De esta ecuaci$n analiamos que cuando la cupla disminu#e" la )elocidad aumenta" tomando)alores mu# ele)ados cuando la cupla tiende a cero" por lo que *a# que tener especial cuidado deesta situaci$n" cuando se procede a descar!ar la máquina " que puede tomar )alores de )elocidadque pon!an en situaci$n de peli!ro a la misma(
La cupla en el momento de arranque de este tipo de motor -n 3/ esH
3 =
U
−
(Ri + Re1c )
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
138/150
U ⋅ U
T
;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
139/150
ia
⋅
⋅
2
;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
140/150
;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
141/150
U; ⋅ ⋅ ;
Tia
= ( );
Ri + Re1c
En la &i!ura 23(BJ 5e o.ser)a la )ariaci$n de la )elocidad con la cuplaH
In!( :ulio Ál)are 2;
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
142/150
MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
n
T iaT
i
9i!ura 23(BJ ariaci$n de la )elocidad con la cupla en un motor serie
10.11 Corriente de arranque en los motores
De acuerdo a la ecuaci$nH U E 4 Ri ( I A" la corriente que toma la armadura de los motores esH
U − E
I A =
Ri
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
143/150
En el momento de arranque la &em E tiene un )alor i!ual a cero" con lo cual la corriente que tomala máquina esH
I A arranque
=
U
Ri
De.ido a que las resistencia internas son mu# peque,as" la corriente que toma es ele)ada" lo cualpuede traer apare'ado pro.lemas" moti)o por el cual en el momento de arranque se coloca unaresistencia en serie con la armadura a los e&ectos de disminuir su e&ecto" se!+n se o.ser)a en la&i!ura 23(BK( La misma se retira cuando la máquina está lle!ando a su )elocidad nominal"quedando entonces la corriente reducida aH
U
I A arranque
=
Ri +
R
arranque
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
144/150
I A
Resistencia
I
de arranque
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
145/150
4
E!reso de
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
146/150
Ri
Ie1c(
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
147/150
ener!%a
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
148/150
*acia la
máquina
U
impulsada
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
149/150
n
E
7
9i!ura 23(BK Motor de corriente continua con resistencia de arranque
-
8/16/2019 10 Maquina de Cc
150/150
In!( :ulio Ál)are 2;