MAQUINAS ELECTRICAS I

TEMA:

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA (Preguntas)

FACULTAD:

Ingenierías

DOCENTE:

Ing. Omar Álvarez

ALUMNO:

Jaime Brito

GRUPO:

2

PERIODO LECTIVO:

2011 – 2012

1.1 ¿Qué es la conmutación? ¿Como puede un conmutador convertir voltajes de ca en el inducido de una maquina en voltajes de CD en sus terminales?

La conmutación es el conjunto de fenómenos que acompañan a la inversión del sentido de la corriente en la sección cortocircuitada por una escobilla.

Durante el tiempo t en que la sección esta cortocircuitada, es decir, mientras sus conductores activos franquean la línea neutra, en dicha sección se crean dos fem:

Una fem de autoinducción ea=L di/dt variando la corriente i en el tiempo t, del valor I a–I.

Una fem de inducción ei= dɸ/dt donde ɸ es el flujo transversal del inducido cortado por laso conductores activos en el tiempo t. Esta fem se suma a la anterior pues el sentido del flujo transversal es el mismo que el del polo del que procede el conductor como hemos visto anteriormente.

Estas dos fem tienen un efecto desfavorable. Sin ellas el reparto de las corrientes Ia e Ib que circulan entre las delgas correspondientes y las escobillas, se realizaría según las conductancias de las derivaciones, de forma lineal, pero debido a estas dos fem, el reparto no es lineal, generando chispas.

Las máquinas dc tienen una salida dc sólo porque existe un mecanismo que convierte los voltajes ac internos en voltajes dc en sus terminales. Puesto que este mecanismo se denomina conmutador, la maquinaria dc se conoce también como maquinaria de colectar o conmutada.

1.9 ¿Qué es la reacción del inducido? ¿Cómo afecta la operación de una maquina de CD?

Cuando la dinamo esta en carga el flujo del inductor se distorsiona debido al flujo magnético creado por la corriente

del inducido, el cual es perpendicular al flujo magnético principal creado por los polos inductores ф P.

Aunque aparentemente el flujo principal ф P no varia, pues se reduce en los cuernos de entrada pero aumenta en los

cuernos de salida, en realidad el flujo principal disminuye pues la distorcion del mismo aumenta su recorrido, es decir sureluctancia magnetica, se crea saturación de los cuernos polares y además aumentan las fugas magnéticas,

coadyuvando todo ello en la disminución de ф P y disminuyendo por tanto la fem en carga EC respecto a la fem en

vacio RV. Este fenómeno se conoce con el nombre de reacción magnética del inducido.

ε=EV −EC=KN (фV−фc)

A consecuencia de la reacción del inducido la línea neutra (línea que une los conductores que no producen fem) en carga, adelanta respecto del sentido de giro un ángulo a, tomada como referencia la línea neutra en vacío:

Inconvenientes de la reacción del inducido.

Disminuye la f.e.m. en carga Ec. Disminuye indirectamente el rendimiento (pues se ha de aumentar la corriente de excitación para compensar

el efecto anterior, disminuye el rendimiento) Crea peligro de chispas en el colector Aumenta las dificultades para realizar una buena conmutación.

1.10 Explique el problema de voltaje Ldidt

en los conductores en proceso de conmutación.

El problema del voltaje Ldidt

es generado en los segmentos del colector, cortocircuitados por las escobillas, algunas

veces llamado golpe inductivo.Para entender este problema véase la figura

Esta figura representa una serie de delgas y los conductores conectados entre ellas. Asumiendo que la corriente en la escobilla es 400 A, la corriente en cada conductor (bobina) es de 200 A. Note que cuando una delga es cortocircuitada con otra (esto sucede cuando la corriente la delgas) dos tiempo mismo al toca escobilla que fluye a través de la delga tiene que circular de manera inversa. ¿Qué tan rápido ocurre esto? Asúmase que la máquina esta girando a 800 rev/min y que existen 50 delgas, cada delga se mueve bajo la escobilla a razón de t=0,0015 s.Por lo tanto, la razón de cambio en la corriente con respecto al tiempo es:

didt

= 400 A0.0015 s

=266667 A

Cuando una inductancia muy pequeña es formada en la bobina del rotor, un muy significativo voltaje inductivo de retroceso v = L di/dt será inducido en la delga cortocircuitada. Este alto voltaje generalmente causa chisporroteo en las escobillas de la máquina, resultando en los mismos problemas de arqueo que lo causa el cambio del plano neutro.

1.11 ¿Cómo afecta el desplazamiento de las escobillas al problema de generación de chispas en las maquinas de CD?

Los primeros intentos para mejorar el proceso de conmutación en las máquinas dc reales se llevaron a cabo para detener el chispeo en las escobillas, causado por el desplazamiento del plano neutro y los efectos de L di/dt. La primera técnica fue sencilla: si el plano neutro de la máquina se desplaza, ¿Por qué no desplazar con el las escobillas para detener el chispeo?

Aunque parecía una buena idea, se encontraron varios problemas relacionados con ella. De alguna manera, el plano neutro se mueve con cada cambio de carga y la dirección del desplazamiento se invierte cuando la máquina pasa de operación de motor a generador. Entonces, alguien tendría que ajustar las escobillas cada vez que cambiara la carga en la máquina. Además, desplazar las escobillas podría haber detenido el chisporroteo de la escobilla pero agravaría el efecto de debilitamiento del flujo de la reacción del inducido en la máquina. Esto se demuestra por dos efectos:

Figura 4

Figura 5(Maquina con interpolo)

La fuerza magnetomotriz del rotor tiene ahora una componente vectorial que se opone a la fuerza magnetomotriz de los polos como se ve en la figura 4. El cambio en la distribución de la corriente del inducido causa que el flujo se concentre aún más en las partes saturadas de las caras polares.

1.12 ¿Qué son los polos de conmutación? ¿Cómo se utilizan?

Debido a las desventajas anotadas antes, en especial a la que una persona debe ajustar la posición de las escobillas de las máquinas en cuanto cambia su carga, se busco otra solución para el problema del chisporroteo. Esta nueva técnica se basa que si el voltaje en los alambres bajo conmutación se redujera a cero, no habría chisporroteo en las escobillas.

Para lograr esto, se colocan pequeños polos llamados polos de conmutación o interpolos en medio de los polos principales. Estos polos de conmutación se localizan directamente sobre los conductores que están conmutándose. Suministrando un flujo desde los polos de conmutación, puede cancelarse con exactitud el voltaje en las bobinas bajo conmutación. Si la cancelación es exacta, no habría chisporroteo en las escobillas.

Los polos de conmutación no cambian de ninguna manera la operación de la máquina dado que son tan pequeños que sólo afectan los pocos conductores bajo conmutación. Nótese que no se afecta la reacción del inducido bajo las caras polares principales porque los efectos de los polos de conmutación no se extienden tan lejos. Esto significa que los polos de conmutación no afectan el debilitamiento del flujo en la máquina. (Figura 5)

1.13 ¿Qué son los devanados en compensación? ¿Cuál es su peor desventaja?

Para cancelar por completo la reacción del inducido y por tanto eliminar el desplazamiento del plano neutro y el debilitamiento del flujo, se desarrolló una técnica diferente que incluye la disposición de devanados de compensación en ranuras labradas en las caras de los polos paralelos a los conductores del rotor para cancelar el efecto de distorsión de la reacción del inducido. Estos devanados están conectados en serie con los devanados del rotor, de modo que cuando cambia la carga en el rotor, cambia también la comente en los devanados de compensación. Como se muestra en la figura 6:

Figura 6La figura 6 muestra un desarrollo más cuidadoso del efecto de los devanados de compensación en una máquina de. Nótese que la fuerza magnetomotriz debida a los devanados de compensación es igual y opuesta a la fuerza magnetomotriz debida al rotor cada punto situado bajo las caras polares. La fuerza magnetomotriz neta resultante es causada por los polos, de modo que el flujo en la máquina no se modifica, independientemente de la carga.

Figura 7 La figura 7 muestra el estator de una gran máquina dc con devanados de compensación.

Desventaja

La principal desventaja de los devanados de compensación es que son costosos, puesto que deben maquinarse las caras de los polos. Todo motor que los utiliza debe tener interpolos ya que los devanados de compensación no cancelan los efectos L di/dt.

Los interpolos no deben ser tan robustos sin embargo, puesto que cancelan únicamente los voltajes L di/dt en los devanados y no los voltajes debidos al desplazamiento del plano neutral.

Debido a lo costoso que resulta tener devanados de compensación e interpolos en tal máquina, estos devanados sólo se utilizan cuando la naturaleza muy pesada del trabajo del motor lo demanda.

1.14 ¿Por qué se utilizan polos laminados en las maquinas modernas?

Puesto que los grupos controladores de estado sólido han llegado a ser comunes, los polos principales de las máquinas más recientes están elaborados por completo en material laminado.Esto se debe a que hay mucho mayor contenido alterno en la potencia suministrada a los motores dc alimentados por estos grupos controladores de estado sólido, lo cual origina pérdidas mucho mayores en los estatores de las máquinas, debidas a las corrientes parásitas.

1.15 ¿Qué es clase de aislamiento?

Son sistemas que se implementaron para estandarizar los límites de temperatura del aislamiento de las máquinas. Estos tienen sus propias características de acuerdo de cual sean, los mismos que especifican la máxima elevación permisible de temperatura para cada tipo de aislamiento.

1.16 ¿Qué tipos de perdidas están presentes en las maquinas de dc?

Las pérdidas que ocurren en las máquinas dc se pueden dividir en cinco categorías básicas: Pérdidas eléctricas o pérdidas en el cobre: Las pérdidas en el cobre ocurren en los devanados del inducido y

del campo de la máquina. Pérdidas en las escobillas: Las pérdidas por caída en las escobillas corresponden a la potencia pérdida a

través del contacto potencial en las escobillas de la máquina. Pérdidas en el núcleo: Las pérdidas en el núcleo son las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas que

ocurren en el metal del motor. Pérdidas mecánicas: Las pérdidas mecánicas en una máquina dc son las pérdidas asociadas a los efectos

mecánicos. Son de dos tipos básicamente: rozamiento propio y rozamiento con el aire.

Pérdidas misceláneas o dispersas: Las pérdidas dispersas son aquellas que no se pueden clasificar en alguna de las categorías anteriores. Se toman convencionalmente como el 1 % de la plena carga.

Bibliografíahttp://www.tuveras.com/maquinascc/dinamo/reaccion.htm

http://www.slideshare.net/Estefa_Arias/maquinarias-electricas-i-presentation

http://www.electrosector.com/wp-content/ftp/descargas/maquinas.pdf