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MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA

J. M. ARROYO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICAESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES

UNIVERSIDAD DE CASTILLA – LA MANCHA

CAMPUS UNIVERSITARIO S/NE-13071 CIUDAD REAL

ESPAÑA

Marzo 2002

J. M. Arroyo Máquina de Corriente Continua

07/03/02 1

CONTENIDOS

1. INTRODUCCIÓN

2. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

4. TIPOS DE MÁQUINAS DE C.C. SEGÚN CONEXIÓN DE DEVANADOS

5. GENERADOR

6. MOTOR


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INTRODUCCIÓN

TRANSFORMAN ENERGÍA MECÁNICA EN ENERGÍA ELÉCTRICA (C.C.) O VICEVERSA

RECTIFICACIÓN MECÁNICA DE CORRIENTE ALTERNA MEDIANTE EL COLECTOR DE DELGAS

ORIGEN ⇒ DINAMO (1830)

PRINCIPAL APLICACIÓN ⇒ MOTOR POR SU FLEXIBILIDAD PARA CONTROLAR EL PAR Y LAVELOCIDAD (TRACCIÓN ELÉCTRICA, TRENES DE LAMINACIÓN)

GENERADOR ⇒ USO OBSOLETO (RECTIFICADORES DE SILICIO, TRANSPORTE EN ALTERNA)


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ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

ESTATOR (INDUCTOR):

• CULATA (HIERRO FUNDIDO O PLANCHA DE ACERO)

• POLOS (NÚCLEOS POLARES DE CHAPA DE ACERO) ⇒ DEVANADO INDUCTOR

• ZAPATA POLAR

• POLOS AUXILIARES O DE CONMUTACIÓN (DEVANADO EN SERIE CON EL INDUCIDO)


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ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

ROTOR (INDUCIDO):

• INDUCIDO (CHAPA DE ACERO AL SILICIO)

− DEVANADO ONDULADO O IMBRICADO

− DEVANADO CERRADO

− TERMINALES DE LAS DIFERENTES BOBINAS CONECTADOS A LAS DELGAS DEL COLECTOR

• COLECTOR DE DELGAS O CONMUTADOR

− CONVERSIÓN MECÁNICA DE C.A. A C.C.

− LÁMINAS DE COBRE (DELGAS)

• ESCOBILLAS (GRAFITO)

− EXTRACCIÓN O SUMINISTRO DE CORRIENTE AL COLECTOR

− FIJAS RESPECTO A LOS POLOS


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. MÁQUINA SÍNCRONA


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RECTIFICACIÓN. COLECTOR DE DELGAS


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COLECTOR DE DELGAS

( )∫ ×= lrr

d Bve


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ELIMINACIÓN DEL RIZADO


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

CORRIENTES POR CONDUCTORES BAJO UN POLO DEL ESTATOR TIENEN EL MISMO SENTIDO

PARA ELLO:

• ORGANIZACIÓN ADECUADA DE LOS HILOS CONDUCTORES EN LAS RANURAS DEL ROTOR

• CONEXIÓN ADECUADA A LAS DELGAS DEL COLECTOR


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HIPÓTESIS: CORRIENTE ENTRANTE POR LA ESCOBILLA DERECHA ⇒ 2 VÍAS:

1. RANURAS 1-7-2-8-3-9-4-10-5-11-6-12 Y SALIDA POR ESCOBILLA IZQUIERDA

2. RANURAS 6-12-5-11-4-10-3-9-2-8-1-7 Y SALIDA POR ESCOBILLA IZQUIERDA

CADA VÍA CON IGUAL NÚMERO DE CONDUCTORES (12) PERO EN CADA MITAD LA CORRIENTEVA EN UN SENTIDO

POLOS DEL ESTATOR FRENTE A CADA GRUPO DE RANURAS CON CORRIENTE EN EL MISMOSENTIDO


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GIRO DEL ROTOR ⇒ TENSIÓN INDUCIDA EN CADA HILO CONDUCTOR

( )lrrrBve ×=

Br

INDUCCIÓN MAGNÉTICA DEL CAMPO DEL ESTATOR

l LONGITUD DE LOS HILOS

vr VELOCIDAD TANGENCIAL DE CADA HILO

POR SIMETRÍA ⇒ TENSIONES INDUCIDAS EN LA PARTE IZQUIERDA DEL INDUCIDO SONOPUESTAS A LAS DE LA PARTE DERECHA ⇒ NO CIRCULA INTENSIDAD POREL ARROLLAMIENTO


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USO DE F.E.M. EN CIRCUITO EXTERIOR ⇒ ESCOBILLAS (A, B) EN EJE TRANSVERSAL (LÍNEANEUTRA) DE LOS POLOS ⇒ MÁXIMA F.E.M.DEVANADO

SE DIVIDE EL ARROLLAMIENTO EN 2 RAMAS EN PARALELO CONSTITUIDAS POR HILOS EN SERIE


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DISPOSICIÓN DE LOS DEVANADOS:

1) IMBRICADO

− NÚMERO DE ESCOBILLAS = NÚMERO DE VÍAS (2c) = NÚMERO DE POLOS (2p)

− MÁQUINAS DE GRAN INTENSIDAD Y TENSIÓN NO MUY ELEVADA

2) ONDULADO

− SIEMPRE TIENE 2 ESCOBILLAS Y 2 VÍAS INDEPENDIENTEMENTE DEL NÚMERO DE POLOS

2c = 2

− MÁQUINAS DE TENSIÓN MUY ELEVADA Y MODERADO CONSUMO

3) AUTOIGUALADO O PATA DE RANA

− COMBINACIÓN DE LOS DOS ANTERIORES


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DEVANADO IMBRICADO

DEVANADO ONDULADO


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOF.E.M. INDUCIDA

EN UN SEMIPERÍODO EL FLUJO CONCATENADO EN CADA BOBINA VARÍA ENTRE + Φ Y - Φ (Φ ESEL FLUJO DE LOS POLOS)

F.E.M. MEDIA EN UNA ESPIRA DEL INDUCIDO:

T4d

T2E

med

Φ=Φ−= ∫

Φ+

Φ−

T1

60npf ==

60pn4Emed Φ=


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOF.E.M. INDUCIDA

NÚMERO DE CONDUCTORES = Z ⇒ NÚMERO DE BOBINAS = 2Z ⇒ NÚMERO DE BOBINAS EN

SERIE POR CADA RAMA = c4

Z

∑=

Φ=Φ===c4

Z

1iEmedi med nK

cpZ

60nE

c4ZEE

)EXCITACIÓN INTENSIDAD (VARIACIÓNINDUCTOR FLUJO DEL VARIACIÓNROTOR DEL ADLA VELOCID DE VARIACIÓN F.E.M. REGULACIÓN


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• FUNCIONAMIENTO COMO GENERADOR

ENERGÍA MECÁNICA DE ENTRADA MUEVE ROTOR ⇒ F.E.M. INDUCIDA QUE, ALCONECTARSE A UNA CARGA, PRODUCE CORRIENTE POR EL INDUCIDO

• FUNCIONAMIENTO COMO MOTOR

INTERACCIÓN FLUJO INDUCTOR CON CORRIENTE INDUCIDO DE LA FUENTE C.C. ⇒ F.E.M.REACCIÓN EN EL ROTOR DE SENTIDO OPUESTO AL DE LA CORRIENTE (FUERZACONTRAELECTROMOTRIZ (F.C.E.M.))

EN AMBOS CASOS EL PASO DE INTENSIDAD DE C.C. POR EL INDUCIDO PROVOCA UN PARELECTROMAGNÉTICO EN EL ROTOR (RESISTENTE COMO GENERADOR, DE ROTACIÓN COMOMOTOR)


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPAR ELECTROMAGNÉTICO

INTENSIDAD POR EL INDUCIDO ≡ Ii

INTENSIDAD POR CADA HILO CONDUCTOR c2Ii=

FUERZA MEDIA EN CADA CONDUCTOR (LEY DE LORENTZ):

c2ILBF i

medmed =

ACTÚA EN LOS DIENTES DE LAS RANURAS Y ES TANGENCIAL AL ROTOR

PAR RESULTANTE:

Zc2ILRBZRFM i

medmed ==


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPAR ELECTROMAGNÉTICO

SUPERFICIE INDUCIDA COMPRENDIDA EN EL PASO POLAR:

p2RL2Siπ

=

POR LO TANTO, FLUJO POR POLO:

p2RL2BSB medimed

π==Φ

FINALMENTE:

Φ=Φπ

= iMi IKIZcp

21M

O BIEN:

60n2

EIM i

π=


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REACCIÓN DEL INDUCIDO

EFECTO DE LA ℑ DEL INDUCIDO SOBRE LA ℑ DEL INDUCTOR

VARIACIÓN DE LA FORMA Y MAGNITUD DEL FLUJO EN EL ENTREHIERRO RESPECTO AL FLUJOEN VACÍO

HIPÓTESIS:

• MÁQUINA BIPOLAR

• ZONA NO SATURADA ⇒ PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN DE ℑ Y FLUJOS


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VACÍO:

− CAMPO MAGNÉTICO CONSTANTE EN EL ENTREHIERRO Y MÁXIMO DEBAJO DE CADA POLO,CERO EN LA LÍNEA NEUTRA

− NO ES UNA CURVA RECTANGULAR POR LOS FLUJOS DE DISPERSIÓN ⇒ CURVATRAPEZOIDAL


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EN CARGA:

• CORRIENTES DE INDUCIDO ORIGINAN UNA ℑ TRIANGULAR (TEOREMA DE AMPERE) CONIGUAL EJE QUE LA LÍNEA DE ESCOBILLAS

• SI LAS ESCOBILLAS SE COLOCAN EN LA LÍNEA NEUTRA ⇒ ℑ INDUCIDO MÁXIMA

• REACCIÓN DE INDUCIDO TIENE CARÁCTER TRANSVERSAL RESPECTO A ℑ INDUCTOR


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EFECTO DE LA REACCIÓN DE INDUCIDO ⇒ SUPERPOSICIÓN ℑ INDUCTOR Y ℑ INDUCIDO

DEFORMACIÓN DE LA CURVA DE INDUCCIÓN DEBAJO DE CADA POLO


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CONSECUENCIAS:

• SI LA MÁQUINA NO ESTÁ SATURADA ⇒ LA F.E.M. NO SE MODIFICA PORQUE EL FLUJO ESCTE.

• CON SATURACIÓN ⇒ B RESULTANTE INFERIOR A LA PREVISTA ⇒ EFECTODESMAGNETIZANTE

• ELEVACIÓN DE TENSIÓN EN DELGAS CONSECUTIVAS EN ZONA DE REFUERZO DE LOSPOLOS ⇒ CHISPORROTEO EN EL COLECTOR

• DESPLAZAMIENTO DE LA LÍNEA NEUTRA: ADELANTO (GENERADOR) / RETRASO (MOTOR)⇒ CHISPORROTEO EN EL COLECTOR DEBIDO A CORTOCIRCUITO EN LA CONMUTACIÓN

• SOLUCIÓN: DESPLAZAR LAS ESCOBILLAS A LA LÍNEA NEUTRA REAL (DECALADO DEESCOBILLAS)


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CONDUCTORES A AMBOS LADOS DEL EJE DE ESCOBILLAS LLEVAN CORRIENTE EN EL MISMOSENTIDO

SE PRODUCE UNA ℑ DE REACCIÓN DEL INDUCIDO CUYO EJE ES EL DE LAS ESCOBILLAS CONDOS COMPONENTES:


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1. LONGITUDINAL O DE EJE DIRECTO ⇒ CARÁCTER DESMAGNETIZANTE (SE OPONE A LADEL INDUCTOR) ORIGINADA POR CONDUCTORESCOMPRENDIDOS EN EL ÁNGULO 2θ (GRADOSELÉCTRICOS)

2. TRANSVERSAL ⇒ PRODUCIDA POR EL RESTO DE CONDUCTORES( θ−2º180 GRADOS ELÉCTRICOS)


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A-VUELTA/POLO = CORRIENTE/CONDUCTOR × CONDUCTORES/POLO × ESPIRAS/CONDUCTOR

pc8ZI

21

p2Z

c2IPOLO/TAAMPERIVUEL ii =××=

ℑ LONGITUDINAL (2θ)

V/POLO- A1802

pc8ZIi

dθ

=ℑ

ℑ TRANSVERSAL (180º - 2θ)

V/POLO- A18021

pc8ZIi

t

θ

−=ℑ


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POR LO TANTO:

• SI LAS ESCOBILLAS ESTÁN EN LA LÍNEA NEUTRA GEOMÉTRICA ⇒ REACCIÓN DEINDUCIDO TRANSVERSAL ⇒ DESPLAZAMIENTO DE LA LÍNEA NEUTRA MAGNÉTICA YCHISPORROTEO EN EL COLECTOR

• SI SE DESPLAZAN LAS ESCOBILLAS ⇒ NO HAY CHISPORROTEO PERO APARECE UNAREACCIÓN ANTAGONISTA AL INDUCTOR QUE DEBE SER COMPENSADA CON UN AUMENTOIDÉNTICO EN LA ℑ DE LOS POLOS

REACCIÓN DEL INDUCIDO PROPORCIONAL A LA CORRIENTE DE CARGA ⇒ DESPLAZAMIENTODE ESCOBILLAS VARIABLE CON EL RÉGIMEN DE CARGA (¡¡OPERACIÓN MUY COMPLEJA!!)


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SOLUCIÓN 1: NEUTRALIZAR LA REACCIÓN DEL INDUCIDO CON ARROLLAMIENTO DECOMPENSACIÓN

• CONDUCTORES EN SERIE CON EL CIRCUITO EXTERIOR ALOJADOS EN RANURAS EN LOSPOLOS

• CORRIENTE POR ARROLLAMIENTO DE COMPENSACIÓN DE SENTIDO OPUESTO A LA DELINDUCIDO ⇒ REDUCCIÓN DE LA REACCIÓN DE INDUCIDO

• SOLUCIÓN CARA Y AUMENTA LAS PÉRDIDAS EN EL COBRE ⇒ MÁQUINAS DE ELEVADAPOTENCIA


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SOLUCIÓN 2: POLOS INTERMEDIOS O DE CONMUTACIÓN

• MEJORAN LA CONMUTACIÓN Y ELIMINAN EL DESPLAZAMIENTO DE LA LÍNEA NEUTRA

• POLOS EN LA LÍNEA NEUTRA TEÓRICA, DEVANADO EN SERIE CON INDUCIDO

• PRODUCEN CAMPO MAGNÉTICO OPUESTO AL DE REACCIÓN TRANSVERSAL


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CONMUTACIÓN

MOMENTO EN EL QUE LAS ESCOBILLAS HACEN CONTACTO SIMULTÁNEAMENTE SOBRE DOSDELGAS CONSECUTIVAS ⇒ ESPIRAS CORTOCIRCUITADAS

CAMBIO DE CORRIENTE EN HILOS SITUADOS EN LA LÍNEA NEUTRA


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CONMUTACIÓN

HIPÓTESIS:

• CAMPO MAGNÉTICO EN EL ENTREHIERRO CONSTANTE HASTA LA LÍNEA NEUTRA

• ESCOBILLAS SUFICIENTEMENTE ESTRECHAS PARA NO TOCAR 2 DELGASSIMULTÁNEAMENTE

• REACCIÓN DEL INDUCIDO DESPRECIABLE


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CONMUTACIÓN

EN LA PRÁCTICA, NO SE CUMPLEN LAS HIPÓTESIS ANTERIORES

SI EL CAMPO DEL ENTREHIERRO CAMBIA LINEALMENTE AL PASAR POR LA LÍNEA NEUTRA ⇒CONMUTACIÓN LINEAL

SI SE CONSIDERA LA REACCIÓN DE INDUCIDO:


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CONMUTACIÓN

FINALMENTE, SI SE CONSIDERA UN ANCHO REALISTA DE LAS ESCOBILLAS ⇒ ESPIRAS ENCORTOCIRCUITO ⇒ CIRCULA CORRIENTE FUNCIÓN DE LA VARIACIÓN DEL FLUJO Y DE LAINDUCTANCIA DE DICHAS ESPIRAS


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CONMUTACIÓN

EFECTOS:

• ARCO ELÉCTRICO PROPORCIONAL A LA CORRIENTE DE INDUCIDO

• DETERIORO DE LAS DELGAS Y ESCOBILLAS

SOLUCIÓN: POLOS DE CONMUTACIÓN O POLOS INTERMEDIOS

PRODUCEN UN CAMPO QUE REDUCE A CERO EL CAMPO DEL ENTREHIERRO EN LA LÍNEANEUTRA ⇒ CORRIENTE EN LA ESPIRA CORTOCIRCUITADA NULA ⇒ NO HAY ARCO


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TIPOS DE MÁQUINAS DE C.C. SEGÚN CONEXIÓN DEDEVANADOS

a) MÁQUINAS CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

NO HAY CONEXIÓN ENTRE EXCITACIÓN E INDUCIDO (MÁQUINAS DE IMÁN PERMANENTE)

b) MÁQUINAS AUTOEXCITADAS

Iexc SE TOMA DEL PROPIO INDUCIDO (GENERADOR) O DE LA RED (MOTOR)


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b1) MÁQUINAS SERIE

• INDUCTOR DE POCAS ESPIRAS Y GRAN SECCIÓN (INTENSIDAD ↑)

b2) MÁQUINAS SHUNT O PARALELO

• INDUCTOR DE MUCHAS ESPIRAS Y PEQUEÑA SECCIÓN (INTENSIDAD ↓)

• RESISTENCIA VARIABLE (DE REGULACIÓN O CONTROL DE CAMPO) PARA REGULAR Iexc

SERIE PARALELO


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b3) MÁQUINAS COMPOUND, COMPUESTAS O MIXTAS

PARTE DEL INDUCTOR EN SERIE (POCAS ESPIRAS DE HILO GRUESO) Y PARTE ENPARALELO (MUCHAS ESPIRAS DE PEQUEÑA SECCIÓN)

COMPUESTA LARGA COMPUESTA CORTA


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GENERADOR. ASPECTOS GENERALES

ECUACIÓN DEL INDUCTOR:

eee IRV =

ECUACIÓN DEL INDUCIDO:

eii VIRVE ∆++=

∆Ve ≡CAÍDA DE TENSIÓN EN LAS ESCOBILLAS


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MULTIPLICANDO POR Ii:

ie2iiii IVIRVIEI ∆++=

eCUi2a PPPP ++=

≡= i2 VIP POTENCIA ELÉCTRICA DE SALIDA SUMINISTRADA POR EL GENERADOR

≡= 2iiCUI IRP PÉRDIDAS EN EL COBRE DEL INDUCIDO

≡∆= iee IVP PÉRDIDAS EN LOS CONTACTOS DE LAS ESCOBILLAS

≡= ia EIP POTENCIA ELECTROMAGNÉTICA DESARROLLADA POR LA MÁQUINA


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PARA CALCULAR LA POTENCIA MECÁNICA DE ENTRADA (P1):

PÉRDIDAS EN EL COBRE DEL ARROLLAMIENTO DE LA EXCITACIÓN:

2eeeeexc IRIVP ==

PÉRDIDAS MECÁNICAS (Pm) DEBIDAS AL ROZAMIENTO Y VENTILACIÓN

PÉRDIDAS EN EL HIERRO (PFE) DEL ROTOR ⇔ MAGNETIZACIÓN CÍCLICA POR MOVIMIENTO

aFEmexc1 PPPPP +++=

SI LA EXCITACIÓN ES INDEPENDIENTE, NO INTERVIENE EN EL BALANCE GENERAL


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CARACTERÍSTICAS DE SERVICIO

1) CARACTERÍSTICA DE VACÍO ≡ E = f(Ie), VACÍO

2) CARACTERÍSTICA EN CARGA ≡ V = f(Ie), INTENSIDAD DE INDUCIDO CONSTANTE

3) CARACTERÍSTICA EXTERNA ≡ V = f(I), Ie CONSTANTE

4) CARACTERÍSTICA DE REGULACIÓN ≡ Ie = f(I), V CONSTANTE


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GENERADOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

PRINCIPALES USOS:

• TACÓMETRO (TENSIÓN DE INDUCIDO PROPORCIONAL A VELOCIDAD GIRO)

• AMPLIFICADOR-MULTIPLICADOR (ENTRADA TENSIÓN EXCITACIÓN, SALIDA TENSIÓNINDUCIDO)


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GENERADOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTECARACTERÍSTICA DE VACÍO

• GENERADOR EN VACÍO, ROTOR A VELOCIDAD CONSTANTE, E = f(Ie)

• MEDIDA DEL ACOPLAMIENTO MAGNÉTICO ENTRE EL ESTATOR Y EL ROTOR EN VACÍO

• SIMILAR A CURVA DE MAGNETIZACIÓN DE LOS MATERIALES FERROMAGNÉTICOS

− HISTÉRESIS

− MAGNETISMO REMANENTE


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GENERADOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTECARACTERÍSTICA DE VACÍO

PARA DISTINTAS VELOCIDADES E INTENSIDAD DE EXCITACIÓN CONSTANTE:

2

1

2i

1inn

EE

=


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GENERADOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTECARACTERÍSTICA EXTERNA

V = f(Ii), INTENSIDAD DE EXCITACIÓN CONSTANTE, VELOCIDAD CONSTANTE

eii VIREV ∆−−= ECUACIÓN DE UNA RECTA

HAY QUE CONSIDERAR LA REACCIÓN DEL INDUCIDO SOBRE E


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GENERADOR CON EXCITACIÓN EN DERIVACIÓN

GENERADOR MÁS USADO (NO PRESENTA CAÍDAS DE TENSIÓN ELEVADAS)

TENSIÓN EN VACÍO ⇒ CARACTERÍSTICA DE VACÍO Y CARACTERÍSTICA DEL INDUCTOR:

RESISTENCIA CRÍTICA ⇒ RECTA DEL INDUCTOR TANGENTE A LA PARTE INICIAL DE LA CURVADE VACÍO


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GENERADOR CON EXCITACIÓN EN DERIVACIÓNAUTOEXCITACIÓN

• SE DEBE AL MAGNETISMO REMANENTE

• SÓLO SI LA F.E.M. GENERADA ES SUPERIOR A LA NECESARIA PARA MANTENER LAINTENSIDAD DE EXCITACIÓN CORRESPONDIENTE RESISTENCIA DEL INDUCTOR

• SENTIDO DE GIRO Y LA POLARIDAD DEL DEVANADO INDUCTOR PRODUZCAN UNA F.E.M. DEIGUAL SIGNO QUE LA PRODUCIDA POR EL MAGNETISMO REMANENTE

• LA RESISTENCIA DEL INDUCTOR DEBE SER MENOR QUE LA RESISTENCIA CRÍTICA

• EL PROCESO PARA CUANDO E = ReIe


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GENERADOR CON EXCITACIÓN EN DERIVACIÓNCARACTERÍSTICA EXTERNA

DISMINUCIÓN DE LA INTENSIDAD DE EXCITACIÓN DEBIDA AL EFECTO DE LAS ESCOBILLAS,RESISTENCIA DE INDUCIDO Y REACCIÓN DEL INDUCIDO

HIPÓTESIS:

• CAÍDA DE TENSIÓN EN ESCOBILLAS DESPRECIABLE

• REACCIÓN DE INDUCIDO COMPENSADA POR POLOS AUXILIARES


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GENERADOR CON EXCITACIÓN EN DERIVACIÓNCARACTERÍSTICA EXTERNA

iie IREVV −==

CD = CE – RiIi

iii R

EDR

CDCEI =−

=

OFOCREDIII

iei =−=−=

CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO (OK) DEBIDA AL MAGNETISMO REMANENTE

VALOR MÁXIMO DE LA INTENSIDAD DE CARGA (OJ) ⇒ MÁXIMA SEPARACIÓN ENTRE E Y Ve


07/03/02 52

GENERADOR CON EXCITACIÓN EN SERIE

EN VACÍO F.E.M. MUY PEQUEÑA DEBIDA AL MAGNETISMO REMANENTE

EN CARGA, SI LA RESISTENCIA ES MUY GRANDE PUEDE NO EXCITARSE

( ) ( ) IRRknIRREV eiei ⋅+−φ=⋅+−=

POR LA CURVA DE MAGNETIZACIÓN ⇒ ( )If=φ

POR LO TANTO:

( ) ( ) IRRIknfV ei ⋅+−=


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GENERADOR CON EXCITACIÓN EN SERIE

ZONA DE FUNCIONAMIENTO COMPRENDIDA ENTRE A Y CORTOCIRCUITO (FUENTE DEINTENSIDAD CONSTANTE)

TENSIÓN DEL GENERADOR VARÍA BRUSCAMENTE CON LA CARGA ⇒ NO SE EMPLEA EXCEPTOCUANDO SE REQUIERA UNA INTENSIDAD CONSTANTE COMO EN EQUIPOS DE SOLDADURA Y ENSISTEMAS DE ALUMBRADO


07/03/02 54

GENERADOR CON EXCITACIÓN COMPUESTA

APLICACIÓN ⇒ AVIONES POLIMOTORES (1 GENERADOR POR CADA MOTOR ACOPLADOS EN //)

ℑ DEVANADOS SERIE Y DERIVACIÓN DEL MISMO SIGNO ⇒ CONEXIÓN ADITIVA

ℑ DEVANADOS SERIE Y DERIVACIÓN DE DISTINTO SIGNO ⇒ CONEXIÓN SUSTRACTIVA


07/03/02 55

GENERADOR CON EXCITACIÓN COMPUESTA

a) CONEXIÓN ADITIVA

• CARACTERÍSTICA EXTERIOR ⇒ SUMA DE CARACTERÍSTICAS DERIVACIÓN Y SERIE

• CURVAS PLANAS (EXCITACIÓN EQUILIBRADA) ⇒ V CONSTANTE CON LA CARGA

• CARACTERÍSTICA HIPERCOMPUESTA ≡ SI NÚMERO DE ESPIRAS EN SERIE ↑ Y V ↑ CONCARGA

• CARACTERÍSTICA HIPOCOMPUESTA ≡ SI NÚMERO DE ESPIRAS EN SERIE ↑ Y V ↓ CONCARGA

b) CONEXIÓN DIFERENCIAL

• CAÍDA DE TENSIÓN ELEVADA CON EL AUMENTO DE CARGA (SOLDADURA)


07/03/02 56

REGULACIÓN DE TENSIÓN

TENSIÓN EN UNOS MÁRGENES EN GENERADORES EN PARALELO O COMPOUND

iiIRknV −φ=

MODIFICANDO φ SE COMPENSAN LAS CAÍDAS O ELEVACIONES DE TENSIÓN ⇒ RESISTENCIAVARIABLE EN EL DEVANADO DE EXCITACIÓN

REGULACIÓN AUTOMÁTICA:

• CONTACTO VIBRANTE

• PILA DE CARBÓN

• ELECTRÓNICO


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CONEXIÓN EN PARALELO DE GENERADORES DE C.C.

• REPARTO DE POTENCIA NECESITADA POR UNA CARGA

• LOS GENERADORES DEBEN TENER IGUAL POLARIDAD E IGUAL TENSIÓN

• DEBEN SER DE EXCITACIÓN EN PARALELO O COMPUESTA


07/03/02 58

CONEXIÓN EN PARALELO DE GENERADORES DE C.C.

NECESIDAD DE CONTROLAR LA TENSIÓN:

• REGULACIÓN POR ARROLLAMIENTO EQUILIBRADOR

• REGULACIÓN POR HILO DE COMPENSACIÓN


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MOTOR. ASPECTOS GENERALES

• FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ ⇒ PAR MOTOR

• MÁQUINA GIRA EN EL MISMO SENTIDO QUE FUNCIONANDO COMO GENERADOR

• CAMBIA EL SENTIDO DE LA INTENSIDAD EN UN DEVANADO

ECUACIÓN DEL INDUCIDO:

eii VIREV ∆++=


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MULTIPLICANDO POR Ii:

ie2iiii IVIREIVI ∆++=

eCUiai PPPP ++=

≡= ii VIP POTENCIA ELÉCTRICA ABSORBIDA POR EL INDUCIDO DEL MOTOR

≡= 2iiCUI IRP PÉRDIDAS EN EL COBRE DEL INDUCIDO

≡∆= iee IVP PÉRDIDAS EN LOS CONTACTOS DE LAS ESCOBILLAS

≡= ia EIP POTENCIA ELECTROMAGNÉTICA DESARROLLADA POR LA MÁQUINA

PAR INTERNO DESARROLLADO POR LA MÁQUINA:

iMia Ik

60n2

EI

60n2

PM φ=π

=π

=


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PARA CALCULAR LA POTENCIA MECÁNICA ÚTIL DE SALIDA:

PÉRDIDAS MECÁNICAS (Pm) DEBIDAS AL ROZAMIENTO Y VENTILACIÓN

PÉRDIDAS EN EL HIERRO (PFE) DEL ROTOR ⇔ MAGNETIZACIÓN CÍCLICA POR MOVIMIENTO

FEma2 PPPP −−=

POTENCIA ABSORBIDA POR LA MÁQUINA:

exci1 PPP +=

RENDIMIENTO:

1

2PP

=η


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TIPOS DE CONEXIONADOS IDÉNTICOS A LOS GENERADORES

PAR:

iM IkM φ=

ECUACIÓN DEL INDUCIDO (RESISTENCIA DEL INDUCIDO Y DE LAS ESCOBILLAS EN Ri):

iiIREV +=

φ= nkE E

POR LO TANTO:

φ−

=E

iik

IRVn


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VARIABLES PARA REGULAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DE C.C.:

• FLUJO POR POLO (Iexc A TRAVÉS DE UN REOSTATO) – SI φ = 0 EMBALAMIENTO ⇒CONECTAR LA EXCITACIÓN ANTES DE ARRANCAR UN MOTOR

• TENSIÓN QUE LLEGA AL INDUCIDO ⇒ TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN (V) Y Ri

ARRANQUE:

CORRIENTE DE ARRANQUE ELEVADA YA QUE AL NO GIRAR EL ROTOR, F.C.E.M ES NULA:

iarr R

VI =

SOLUCIÓN: REOSTATOS DE ARRANQUE EN SERIE CON EL INDUCIDO


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MOTOR. ASPECTOS GENERALESREOSTATO DE ARRANQUE


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MOTOR CON EXCITACIÓN EN DERIVACIÓN

INDUCTOR CONECTADO A TENSIÓN DE RED PARA QUE EL FLUJO SEA MÁXIMO

REGULACIÓN DE VELOCIDAD MEDIANTE REOSTATO Rs

iM IkM φ=

iiIREV +=

φ= nkE E

i

Ei R

nkVI φ−=


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MOTOR CON EXCITACIÓN EN DERIVACIÓN

POR LO TANTO:

nCCnRkk

RVkM 21

i

2EM

i

M −=φ

−φ

= ⇔ ECUACIÓN DE UNA RECTA

C1 Y C2 CONSTANTES PARA VALORES DE FLUJO CONSTANTES

PARA ALTOS PARES DE CARGA ⇒ Ii ↑↑ ⇒ φ ↓↓ POR LA REACCIÓN DEL INDUCIDO ⇒ DESVIACIÓNRESPECTO A LA RECTA

CAÍDA DE VELOCIDAD MUY PEQUEÑA ⇒ VENTILADORES, BOMBAS CENTRÍFUGAS, CINTASTRANSPORTADORAS, MÁQUINAS HERRAMIENTAS


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MOTOR CON EXCITACIÓN SERIE

FLUJO DEPENDE DE LA CARGA (Ii) ⇒φ = kIIi

POR LO TANTO:

nkkV

RnkkVI

IEiIEi ≈

+=

2

22

EIIM n

VCnkk

VkkM =

= ⇔ ECUACIÓN DE UNA HIPÉRBOLA


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SOPORTA ELEVADAS SOBRECARGAS CON UN MODERADO INCREMENTO DE LA CORRIENTE

PARA CARGAS INFERIORES AL 25% DE LA NOMINAL VELOCIDAD PELIGROSA ⇒ NO ARRANCAREN VACÍO O CON CARGA PEQUEÑA


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APLICACIÓN: TRACCIÓN ELÉCTRICA (TRENES, TRANVÍAS, TROLEBUSES, GRÚAS)

REGULACIÓN DE VELOCIDAD MEDIANTE REOSTATO EN PARALELO CON INDUCTOR, VARIANDOLA TENSIÓN EN TERMINALES O POR RESISTENCIAS EN SERIE CON EL INDUCIDO

PUEDE FUNCIONAR CON CORRIENTE ALTERNA ⇒ CAMBIO DE POLARIDAD EN INDUCTOR EINDUCIDO SIMULTÁNEA

PROBLEMA: PÉRDIDAS ELEVADAS POR CONMUTACIÓN PROPORCIONALES A LAFRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN


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MOTOR CON EXCITACIÓN COMPUESTA

CARACTERÍSTICA MECÁNICA INTERMEDIA ENTRE LA DEL MOTOR DERIVACIÓN Y LA DELMOTOR SERIE

EL DEVANADO SERIE PUEDE CONECTARSE DE FORMA ADITIVA O DIFERENCIAL

CORRIENTE DEVANADO DERIVACIÓN CONSTANTE

CORRIENTE DEVANADO SERIE AUMENTA CON LA CARGA NO TAN RÁPIDO COMO EL MOTORSERIE


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MOTOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

MÁS ADECUADO PARA REGULACIÓN DE VELOCIDAD AMPLIA (30-1) ⇔ CONTROLINDEPENDIENTE DE LA TENSIÓN DE INDUCIDO Y DE LA CORRIENTE DE EXCITACIÓN

SISTEMA DE REGULACIÓN: SISTEMA WARD-LEONARD ROTATIVO

• MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO ACOPLADO A UN GENERADOR C.C. DE EXCITACIÓNSEPARADA

• GENERADOR ALIMENTA MOTOR C.C. DE EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

• EXCITATRIZ (GENERADOR EN DERIVACIÓN) PARA DAR TENSIÓN A LOS DEVANADOSINDUCTORES DEL GENERADOR Y MOTOR


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ARRANQUE ⇒ V GENERADOR ↓ (REOSTATO GENERADOR) ⇒ IARRANQUE ↓

A FLUJO CONSTANTE (MÁXIMA EXCITACIÓN) E INTENSIDAD I, V ↑ HASTA V NOMINAL DELMOTOR ⇒ VELOCIDAD BASE (n1)

1M CIkM =Φ= (CONSTANTE)

VCk

Vn 2E

=Φ

=

VCVC602C

60n2MP 321 =

π=

π=


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1nn > ⇒ V CONSTANTE (NOMINAL), SE REDUCE EL FLUJO DEL MOTOR

CONSTANTEVIP ==

60n2

PMπ

=

APLICACIÓN: TRENES DE LAMINACIÓN, ASCENSORES DE VELOCIDAD MEDIA Y ELEVADA,GRÚAS

SISTEMA WARD-LEONARD ESTÁTICO (CONVERTIDORES ELECTRÓNICOS QUE SUMINISTRANTENSIÓN VARIABLE AL INDUCTOR Y AL INDUCIDO)


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MOTOR MONOFÁSICO DE C.A. CON COLECTOR DEDELGAS

MOTOR DE C.C. TIPO SERIE ADAPTADO A LA C.A.

CONSTRUIDO CON CHAPA MAGNÉTICA PARA REDUCIR LAS PÉRDIDAS EN EL HIERRO

CONSERVA EL SENTIDO DE GIRO INDEPENDIENTEMENTE DE LA POLARIDAD DE LA TENSIÓN DEALIMENTACIÓN


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MOTOR MONOFÁSICO DE C.A. CON COLECTOR DEDELGAS

SE USA EL MOTOR TIPO SERIE PORQUE EL PAR ES MAYOR AL SER MAYOR EL FACTOR DEPOTENCIA

L ≈ N2 Y EL MOTOR SERIE TIENE MENOS ESPIRAS QUE EL PARALELO ⇒ REACTANCIA MENOR ⇒MAYOR FACTOR DE POTENCIA ⇒ MAYOR PAR DE CARGA

PARA MEJORAR EL FACTOR DE POTENCIA ⇒ ALIMENTACIÓN DE BAJA FRECUENCIA

PROBLEMA: CONMUTACIÓN DIFÍCIL (F.E.M. POR MOVIMIENTO Y F.E.M. POR TRANSFORMACIÓN)

SOLUCIÓN: DEVANADOS DE COMPENSACIÓN, RESISTENCIAS INTERCALADAS ENTRE DOSBOBINAS PARA REDUCIR LA INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO, TENSIONES REDUCIDAS DECOLECTOR (250-300 V), FRECUENCIAS DE ALIMENTACIÓN REDUCIDAS

APLICACIÓN: TRACCIÓN ELÉCTRICA

ARRANQUE MEDIANTE TRANSFORMADOR REDUCTOR


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MOTORES UNIVERSALES O FRACCIONARIOS

• MOTORES SERIE DE C.A. DE POTENCIA FRACCIÓN DE CV

• TENSIONES ENTRE 25 Y 250 V

• FRECUENCIAS ENTRE 0 Y 50 HZ

• RENDIMIENTOS BAJOS (60-80%)

• APLICACIONES DOMÉSTICAS: BATIDORAS, TALADRADORAS ELÉCTRICAS

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