Máquinas de corriente contínua

Electrónica. Circuito magnético. Bobinas. Generador

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MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA:

Son maquinas que transforman la energía eléctrica en mecánica y de mecánica a eléctrica.

Si la máquina transforma la energía mecánica en eléctrica se trata de un generador y si

transforma la energía eléctrica en mecánica es un motor.

Las dos máquinas pueden ser reversibles un misma máquina nos puede ofrecer los dos tanto motor como generador. El motor es un receptor eléctrico y el generador es un receptor mecanico.

CONSTITUCIÓN:

Consta de un circuito magnético y dos eléctricos uno llamado inductor y otro llamado inducido.

El circuito magnético es el que esta fijo y no se mueve, el motor consta de la carcasa que es la parte exterior que es una envolvente magnética. De una culata, de unas masas polares, del entre hierro.

El circuito bipolar es el circuito que sale del polo N y que atraviesa el entrehierro, el rotor polo sud y se cierra através de la culata. Entre el polo N y el S hay una línea neutra. Si filera de 4 polos el n y el 5 se intercanvian, el circuito se cierra a través de las culatas así cuatro veces , cuando tenemos 4 polos se crean dos línes de fuerza y así consecutivamente. Los polos estarian formados por un núcleo y una zapata o expansión polar.

Los circuitos eléctricos son dos y se llaman Inductor y Inducido.

El inductor es un circuito eléctrico formados por uns bobinas arrolladas sobre el núcleo de las masas polares para que alimentadas con una corriente de excitación de c.c. sea de generar el flujo inductor que circule por el circuito magnético de la máquina, estss bobinas tendrán que producir en las masas polares o en sus zapatas polos de nombre contrario de forma alterna.

Las caracteristicas del inductor son unas bobinas de muy poca sección y de mucho arrollamiento por lo tanto genera muy poca intensidad y posee mucha resistencia. Esta bobina se ha de conectar en paralelo sus bornes se denominan J-K oC-D, luego tiene otra bobina de pocas espiras i poca sección que se coloca en serie por ella pasa mucha intensidad, sus bornes se llaman E4.

INDUCIDO:

Está conipuesto por un conjunto de bobinas ubicadas en las ranuras del rotor y conectadas en circuito cerrado con las delgas del colector, su flinción es como generador y producir una c.a. que através de la acción del colector y las escobillas rectificamos en c.c. que sacamos al exteror mediante los bornes A-B, como motor debanado inducido recibe la comente através de los bornes A-B distribuyendo através de sus conexiones con el colector la corriente por las ranuras del rotor. Las bobinas del inducido tienen 2 lados activos que son los que se introducen en el interior de las ranuras , estos lados activos han de estar siempre a la misma distancia que la que existe entre un polo N y S, que cuando un lado activo está frente al polo N el otro lado activo de la misma será S.

ROTOR

E / Rr= 1·V · 0

Icc = E / R

calor = r · 1 O´24 que es la pérdida de potencia.

Podemos incrementar la resistencia y bajar la fem. El rotor se constituye mediante dos chapas magnéticas para incrementar la sección de a un grosor de O'5 para evitar las comentes parásitas de Foucault.

El conjunto de bobinas se conecta sobre el colector de delgas el colector de delgas es un conjunto de piezas de cobre caaa una llamada delga El colector es un conjunto de delgas colocadas un al lado de otra forniando una pieza redonda. Las delgas están todas aisladas entre si mediante un material llamado mica. El debanado sirve tanto para generadores y motores como el circuito eléctrico inducido. Se crea una corriente perpendicular en cada una y se forma un positivo y negativo , en la linea neutra no se crea ningun S ni N.

La bobina que se mueve en sentido senoidal se convierte en c.a. para rectificar la corriente se coloca unas escobillas o colector de delgas que sirve para corrigir la corriente.

su función principal es hacer una corrección eléctrica de c.a. A c.c.

Las escobillas son contactos compuestos de carbón y metal, son contactos fijos situados sobre la liriea neutra, rozando sobre el colector de delgas transforma con la disposición de las conexiones de las bobinas con el colector de delgas la corriente altema generada en las bobinas en o c, cuando la máquina trabaja como generador.

Cuando la maquina trabaja como motor las escobillas tienen como objeto el introducir la corriente continua para que sea distribuida a través del colector a las bobinas dándole a cada lado activo la polaridad que le corresponda. El inducido( A-B ) en una máquina de c.c. siempre es el circuito de potencia.

La fem de la máquina estará en flinción de:

E=K·O·n

en función de la constante, del flujo por polo y de la velocidad.

En vacio el motor nos da una fem(E) el generador estará excitado por una excitación (J-K) y un amperimetro, se coloca una c.c. y ella biene de unrectificador de c.c. pudiendose acoplar un autotransformador para tener una tensión variable

ESQUEMA:

Máquinas de corriente contínua

Para que funcione necesita una energia mecánica (Em), colocamos un motor III de c. a. él nos arrastrará el inducido de corriente continua. Estará excitado a través de J-K del sistema de rectificación.

PRACTICA Nº 1

ENSAYO DE UN GENERADOR EN DERIVACIÓN

Objetivos:

-Conocer cada uno de los componentes que inúvienen en su conexion.

-Conocer el esquema de conexión

Efectuar: - Ensallo de vacio o magrietización:

Objetivos:

- Obtener los valores de f.e.m en vacío en función de la intensidad de excitación (Eo =III)

-Observar con los valores ascendentes y descendentes el fenómeno de histéresis irremnencia magnética.

-Para el ensallo en vacío hace falta conectar la máquina según el esquema dado sin carga en los bornes A-D

-Partir de una intensidad de excitación O e ir incrementando ésta hasta el valor de saturación del circuito magnético.

-disminuir desde el valor máximo la intensidad de excitación hasta un valor O

- Observar en este punto que la remanencia magnética a incrementado.

Efectuar el ensallo en carga:

-Observar: La influencia de la carga en la caída de tensión

-Observar que la carga (ind) no fluye sobre la intensidad de excitación, por que es independiente

-Observar la influencia de la carga sobre el motor de arrastre viendo como el generador de c.c. es un freno y por lo tanto provoca en el arrastre caída de revoluciones e incremento de consuno.

Magnetismo remanente : Magrietismo remanente es el que se queda a causa de la gran cantidad de flujo que ha pasado, es lo que se llama ciclo de istéresis magriética

TABLA DE VALORES

En la tabla descendiente tomamos la intensidad de mayor a menor y al fianal obtendremos una Eo mayor Con una misma intensidad en ascendente y descendiente provoca unas tensiories diferentes dado el fenómeno de Histéresis magnética. Donde la curba empieza a doblarse se llama codo de saturación, tiene un exceso de flujo.

DATOS DEL MOTOR

Motor 220/380 V Generador eléctrico voltírnetro amperímetro autotransformador con puente rectificador

MEMORIA

Se alimenta el motor en estrella, se conecta un voltímetro en los bornes A-B del generador, e1 autotrausformador se conecta al puente rectificador y este a los bornes C-D conectados en serie, se van ascendiendo la intensidad del trafos y se van tomando valores

segun vaya subiendo la intensidad, se va descendiendo los valores de la intensidad del trafos y se van tomando los valores.

MAQUINAS AUTOEXITADAS O AUTOALIMENTADAS:

PARALELO:

La máquina una vez exitada, dentro de ella queda un magnetismo remanente, queda siempre ese magnetismo y se aprovecha para autoalimentar la máquina.En el circuito paralelo alimentamos la máquina con la resistencia del inductor~-D) y una resistencia con el inducido en paralelo.

Existe un un magnetismo remanente y se genera una pequeña fe.m que pasa por el circuito ce~do, empezará a fluir una pequeña corriente de excitación que creará en las bobinas un incremento de flujo y se formará la autoalimentación. se cumplirá entonces las condiciones de cebado o autoalimentación que son:

-Que exista un flujo remanente, la dirección de giro del inducido genere una polaridad en los bornes A Y B una polaridad de la f e.m. generada que produzca una intensidad de sentido adecuado para que se incremente el magnetismo remanente existente en las masas polares de la máquina.

Si la resistencia del circuito es peuqeña el se alimentará rápidamente, si la rsistencia es g:ande se alimenta lentamente, si no hay el cebado la tensión es O, no se puede quemar porque ella riisma se autoprotege , para bajar la tensión se colocará en serie una resistencia o llamado reóstato de campo que limita la tensión y regula la intensidad y por lo tanto tambien el flujo y la tensión.

ESQUEMA:

SERIE:

Tiene el mismo inducido con A Y B, dispone de un circuito inductor de resistencia muy pequeña que se conecta en serie con el inducido, la misma corriente que pasa por el inducido es la corriente que pasa por la carga y por la excitación. La intensidad en el inducido es igual a la intensidad de carga positiva de la excitación. ('ti = Ii = Iex).

Si no existe carga tenemos una intensidad O, necesitamos que el circuito exterior esté cerrado, se incremerrara' el magnetismo remanente para que E-F no produzcan una caída de tensión, es un debanado de resistencia pequeña y de espiras gruesas.

El flujo se consigue con pocas espiras. Enla máquina el flujo se consigue con muchas espiras y con una tensión y intensidad de excitación muy pequeña.

Para regular el flujo se coloca en paralelo el reóstato de campo. Necesita carga en el circuito exterior. Caracteristicas:

-Que exista un flujo remanente, que se aliemente mecánicamente, que el circuito esté cerrado.

COMPORTAMIENTO CON CARGA MAQUINA SERIE Y PARALELO:

SERIE:

En la máqiza serie si se aumenta la carga aumenta el flujo la intensidad y la resistencia para que se cebe rápidamente necesita poca resistncia, la corriente pasa por el inductor. En el momento de someterle el inducido a la tensión de la red, la intensidad de arrananque es prácticamente un cortocircuito. La intensidad de arranque se disminuye instantaneamente instalando un reóstato de arranque en serie con el circuito del inducido. La puesta en marcha se realiza somentiendo el inducido a tensión con todo el reóstato de arranque, la velocidad del motor serie al aumentar la carga disminuye la celocidad por el contrario, al disminuir la carga el motor se embala, pudiendo llegar a tener graves consecuencias, todo esto pasaría si trabaja en vacío. Es un motor muy inestable. Para regular la velocidad se coloca un reóstato en derivación con el devanado inducor, de esta forma se varía la intensidad, de manera que al aumentar ésta, aumenta el flujo y disminuye la velocidad.

ESQUEMA:

PARALELO:

Para reducir la intensidad que circula por el inducido en el oento de arrrncar, se instala un reóstato en serie con el devanado del inducido.

Si en el momento di arranque la Ra es cero, la intensidad que circula por el inducido es la intensidad cortocircuito.

Una vez en marcha la intensidad total absovida por el motor, se divide en la que corre por el devanado del inductor principal mas la que pasa por el inducido es decir:

Il=Ied+Ii

led =Vi/Red

Ii=Vl-2Vcol-E/Ri+Rax

La velocidad de un motor se antiene constante aunque varíe la carga Si se aumenta la carga, disminuye el numerador y el flujo por polo.

El flujo inductor disminuye, porque al aumentar la carga aumenta la caida intrna, el motor derivación es una máquina muy estable. Por avria si se corta el circuito del inductor

se convierte en un motor serie y se pude producir el envalamiento. Para lograr una variación de la velocidad, se varía el flujo con un reóstato intercalado en serie en el circuito de excitación.

El par motor de un motor es mayor que el pas de rotación nominal, pero sin llegar a ser tan elevado como el motor serie. Tiene gran estabilidad en marcha y su velocidad practicamnete se conserva constante.

ESQUEMA:

MÁQUINA COMPOUND O COMPUESTA:

Es la unión del debanado serie y paralelo Cuando trabajan los debanados lo hacen en la misma masa polar, los dos flujos se sumany se forma un solo flujo, silos dos flujos van en sentido contrarjo se llaman máquina diferencial, la adicional es cuando fluctuan en el ism sentido.

La máquina hipercompuesta, corrige la calda de tensión mediante una bobina de pocas espiras colocada en serie con una carga nominal que no llega a compensar las caídas de tensión de la parte derivación. La máquina Hipercompuesta es aquella que dotado su debanado serie de un mayor número de espiras es capaz de compensar en exceso la caída de tensión de la parte derivación provocando un mcremento de carga. E~ sta máquina tiene aplicación en aquellos casos en que se tenga que compensar la caída de tensión de una linea. Para compensar el exceso de caída de tnsión se pone un debanado en serie apode ser de muchas espiras. Hay dos circuitos diferentes el circuito largo y el dorto:

CIRCUITO LARGO CIRCUITO CORTO

El biomado E-F no trabaja Trabaja con una pequeña intensidad, C-D

La caída de tensión no afecta y C-D Afecta y se descompensa.

se alimenta directamente

A

GRUPO DE SOLDADURA:

Alimentamos C-D a una corriente c. Y la alimentamos independientemente, luego en la carga cortocircuitamos y se produce un arco voltaico que se para al soldar, cuando ur:rmos los dos extremos y dejamos la tensión O, se cortocircuita, entonces se vuelve a retirar. Con el reóstato de campo regularemos la tensión y la intensidad.

ESQUEMA:

EJERCICOS

Condiciones generales de cebado para los generadores:

-Que exista un flujo remanente

-La deirección de giro del inducido genere una polaridad en los bornes A-B

-Que exista una polaridad de la fe.m generada que produzca una intensidd de xicitación de sentido adecuado para que se incremente el magnetismo remanente existente en las masas polares de la máquina.

A que llamamos máquina autoalimentada:

Llamamos máquina autoaiimentada, a la máquina que una vez excitada con una C.C. dentro queda un magnetismno remanente entre los polos magnéticos, y que se aprovecha para la autoalimentación, la máquina se puede alimentar en paralelo y serie.

Condiciones particulares de cebado para una máquina serie y paralelo:

PARALELO:

-La condición necesaria para el cebado de un generador en paralelo , es que la resistencia del circuito de excitación sea infrior a su resistencia critica.

El cebado resulta imposible en cortocircuito. Casi toda la corriente de excitación pasará por el circuito exterior, sin resistencia, mientras que por el circuito de excitación pasará una corriente muy pequeña.

El cebado se realaará bien en circuito abierto. Como por el circuito exterior no puede pasar corriente, toda la corriente producida por el magnetismo remanente, pasa por el circuito de excitacion.

Aunque la condición anterior es necesaria, no suficiente, ya que el cebado solo puede obtenerse si las condiciones y el sentido de rotación son los convenientes.

SERIE:

-Para el generador serie las siguientes condiciones son:

-El cebado de un generador serie es imposible en circuito abierto, ya que ni circula corriente ni or el inducido ni por el circuito inductor, porque el circuito exterior está interrumpido. El cebado no es posible mientras el circuito exterior no tenga una resistencia minima suficiente para que la intriesidad de corriente alcance un valor capaz de refor:zar el megnetismo remenente del circuito inductor.

El cebado tampoco es posible mientras la velocidad no alcanze cierto valor, capaz de oríginar una fuerza electromotriz suficiente.

El sentido de rotación de la máquina ha de ser tal que la corriente inducida reflierza el magentismo remanente.

Caracteríticas de un circuito elédrico de ma máquina serie y derivación, esquema de conexión:

PARALELO:

El amperimetro en el circuito puede suprimirse aunque resulta conveniente su instalación para comprobar si, por algua avería, el generador absorve una corriente de excitación distinta de la normal.

Cuando se dispone permanentemente de tensión en las barras generales, muchas veces se pefiere tomar la corriente de excitación de estas barras y no de las escobillas del generador, de esta forma si al poner en marcha el generador, hay tensión en las barras geerales, la máquina se comporta como generador de excitación independiente y si no existe tensión e dichas barras, la máquina flinciona coo generador de excitación en paralelo.

Principalmente el circuito eléctrico consta de un circuito inductor C-D de muchas espiras y poca sección y un circuito inducido A-B de pocas espiras y sección grande. Todo ello conectado en paralelo.

ESQUEMA:

SERIE:

-El circuito de excitación es el propio circuito de carga de la máquina , por lo que no puede instalarse un regulador de tensión, ya que éste actva directamente sobre la corriente de carga, es decir, una corriente relaivamente elevada por lo que el regulador tendría que ser voluminoso. Lo que se hace muchas veces es instalar un regulador de tensión conectado en

paralelo con el arrollamiento de excitación. De esta forma cuando se eliminan resistencias en el regulador aumenta la corriente que pasa por él y disminuye la corriente que pasa por el arrollnmiento de exciatción, por lo tanto, disminuye también el flujo magnético y, también, la tensión en bornes de la máquina. Si por el contrario, se intercalan resistencias, disminuye la corriente que lo atraviesa y aumenta la corriente de excitación, el flujo magnético y la tensión en bornes de la máquina. Para un generador sefie, el regulador de tensión no está provisto del borne de cortocircuito que resultaría inútil. El circuito inductor y inducido estan en seno.

ESQUEMA:

Característlcas vajo carga estabilidad de funcionandento de la máquina serle y paralelo:

SERIE:

-Para que se cebe rápidamnete necesita poca resistencia, una resistencia infinita, la corriente pasa por el inductor, si se aumenta la carga aumenta el flujo, la intensidad y la resistencia.

PARALELO:

-Si se incrementa la carga por el inducido, se incrmenta la intensidad habrá más tensión, si A-B disminuyen la intensidad de exciatción es más pequeña, se produce una caída de tensión, Si se aumenta la tensión y la intensidad también aumentará el flujo.

Cuando colocamos una carga la tensión cae, se estabiliza cae, gaja y siempre queda menos tensión que la inicial, es menos estable que la máquina independiente, produce un incremento de carga a pequeña tensión.

Condiciones que debe tener la máquina serie y paralelo en la carga exterior para su

normal cebado:

SERIE:

Que el circuito esté cerrado , que se alimente mecanicamente, que exista un flujo remanente.

PARALELO:

Que el circuito esté cerrado , que exista un flujo remanente, que la dirección de giro AyB genere una polaridad

Que sucede si una máquina autoexcitada no se ceba existiendo las condiciones óptimas en la carga y reóstato de campo que hemos de hacer para que pueda cebarse:

Si no hay cebado la tensión es cero, la máquina no se puede quemar porne se autoprotege, para que pueda cebarse rápidamente se necesita una resistencia infinita.

Condiciones que debe tener los reóstatos de campo de una máquina serie y paraleo.

PARALELO:

Se colocará un reóstato de campo en serie que limitará la tensión y regulará la intensidad y por lo tanto regularemos el flujo y la tension.

SERIE:

Se colcoará el reóstato de campo en paaalelo, para regular el flujo , necesita carga en el circuito exterior.

Para cambiar la polaridad de f.e.m. generada, qué hemos de hacer:

Para cambiar la polaridad de la fe.m generada, tenemos que cambiar de puesto la polaridad de los bornes AyB del inducido del generador , porque hacéndolo así, solamente se invierte la polaridad deIs circuito del inducido pero no la del circuito de excitación, con lo que se evita que la máquina se descebe, No deben tocarse las cenexiones de lo polos de conmutación, pero si el ángulo de decalado de las escobillas en las máquinas no provistas de pols de conmutación ni arollamiento de compensación.