1

GENERADORS DE CORRENT CONTINU

DINAMOS

Generadors de corrent continu

- Estructura interna dels generadors de corrent continu

Estructura del generador de c.c.

Rotor del generador

Peça polar i bobina d’excitació

2

Principi de funcionament

Tot generador de corrent continu consta de dos circuits elèctrics:

- El circuit d’excitació.- El circuit d’alimentació o d’induït.

-El corrent d’excitació circula al voltant de les bobines d’excitació i crea el camp magnètic d’excitació.-El corrent de l’induït circula pel voltant del rotor que es genera per la rotació del rotor respecte el campd’excitació i sempre que es tanca el circuit amb una resistència o càrrega externa.

Cada circuit permet la circulació del corrent elèctric d’excitació (Ie) i el corrent electric induït (Ii).

Inducció electromagnètica.

Les espires del rotor dels generadors de C.C. compleixen aquesta premisa. Aleshores, com podem generar un corrent elèctric continu?

Sobre una espira que gira en el si d’un camp magnètic s’indueix un corrent elèctric altern (llei de Faraday).

3

Si ens fixem a la sortida de l’espira controlem la sortida del corrent amb el commutador (escombretes i els anells) que connecten les espires giartòries del rotor amb el circuit exterior.Els anells són semicilíndrics i el corrent sempre surt en el mateix sentit cap a l’exterior. D’aquesta manera tindrem un corrent rectificat.

Quan el corrent està rectificat la intensitat sempre va en el mateix sentit. Per aconseguir un corrent continu, caldràsuavitzar el corrent de sortida amb un filtre del senyal(condensadors).

U

t

CORRENT ALTERN

CORRENT RECTIFICAT

CORRENT SUAVITZAT

Usant un commutador

Usant condensadors

4

Classificació dels generadors de corrent continu

Hi ha dos tipus de generadors de corrent continu.

1. El generador d’excitació independent (imantspermanents).

2. El generador autoexcitat ...- ... d’excitació sèrie.- ... d’excitació paral·lel.- ... d’excitació mixta.

Generador d’excitació independent

Les bobines d’excitació i d’induït formen part de circuits independents.El representarem gràficament tal com s’indica a la figura i sempre connectat a una càrrega externa (Rc).

+

-

Ie

Ve

Re Ri

U

Ii

Rc

+

-

FONT D’EXCITACIÓ INDEPENDENT

5

Balanç de potència en els generadors d’excitació independent.

ii

iMEC

R·IV'I'·P

+=ε

ε= ε’ se l’anomena força electromotriu induïda(f.e.m.)

+

-

Ie

Ve

Re Ri

U

Ii

Rc

+

-

( ) :quedarà ens R·IU' fem Si I·R·IUP

:quedaens,comúfactorTreientR·II·UP

queda. ens R·II·V ser En I·UR·IR·IPI·V

PPPP

iiiiiMEC

i2iiMEC

e2eeee

2ei

2iMECee

ELECPERDUDAMECexc

+=ε⇒+=

⇒+=

=⇒++=+

+=+

Rendiment dels generadors d’excitacióindependents

El rediment d’un generador elèctric es defineix com:

⇒ε

=η⇒=ηi

i

MEC

ELEC

I'·I·U

PP

'Uε

=η

MEC

ELEC

PP

=η

Que aplicat al nostre cas ens quedarà:

6

Generadors autoexcitats:excitació sèrie

El corrent que es genera a l’induït del rotor és el que alimenta les bobines d’excitació. Ii = Ie

Ri

Re

-

+U

Ie

Ii

Rc

+

-

Sempre connectarem el generador a una càrrega externa (Rc)

Balanç de potència en el generador d’excitació sèrie.

( )( )

( )( ) ieiiMEC

ei2

iiMEC

ei2

iiMEC

eie2

ei2

iiMEC

PERDUDAELCMEC

I·RR·IUPRR·II·UP

RR·II·UP

IIR·IR·II·UP

PPP

++=

++=

++=

=⇒++=

+=

)RR·(IV'I'·P

eii

iMEC

++=ε

ε=

Reescriurem

f.e.m.

+

-Ri

Re

-

+

Ii

U

Rc

Ie

7

Rendiment dels generadors d’excitació sèrie

El rediment d’un generador elèctric es defineix com:

⇒ε

=η⇒=ηi

i

MEC

ELEC

I'·I·U

PP

'Uε

=η

MEC

ELEC

PP

=η

Que aplicat al nostre cas ens quedarà:

Generador dautoexcitat:excitació paral·lel

La tensió que es genera a l’induït és la que alimenta el bobinat d’excitació.

+

-

Ii

Ie

ReRi

I

U

+

-Rc

Sempre connectarem el generador a una càrrega externa (Rc)

8

Balanç de potència en el generador d’excitació en paral·lel.

( )

( ) iiiMEC

i2

iiMEC

e2ei

2ieiMEC

e2ei

2ieiMEC

eie2

ei2

iMEC

PERDUDAELCMEC

I·R·IUPR·II·UP

R·IR·II·UI·UP

R·IR·III·UP

IIIR·IR·II·UP

PPP

+=

+=

++−=

++−=

−=⇒++=

+=

ii

iMEC

R·IU'I'·P

+=ε

ε=

Reescriurem:

f.e.m.

+

-

Ii

Ie

ReRi

I

U

+

-Rc

Rendiment del generador d’excitació paral·lel

El rediment d’un generador elèctric es defineix com:

iMEC

ELEC

I'·I·U

PP

ε=η⇒=η

MEC

ELEC

PP

=η

Que aplicat al nostre cas ens quedarà:

9

EXEMPLE

Un generador d’excitació en derivació té connectada una càrrega externa de 12Ω a la que subministra una tensió de 230V. Si la resistència d’excitació de la màquina és de 200Ωi la resistència de l’induït val 0,22 Ω, quant val el corrent de l’induït i la f.e.m del generador.

Corbes característiques dels generadors

Hi ha tres tipus de corbes:1. La corba característica de buit

2. La corba caracterísitica externa:

3. La corba característica interna

Relaciona el corrent d’excitació (Ie) amb la tensió induïdaa l’espira del rotor (U=ε’).

La funció dels generadors és alimentar una càrrega a tensió cosntant, cosa que està lluny del seu funcionament real. Amb les gràfiques d’aquesta característica que relaciona la tensió de sortida U amb Ii, s’observa el comportament real.

10

Corba característica de buitL’objectiu és determinar la relació entre U i Ie quan el rotor gira a velocitat constant (ω = cnt).Farem funcionar el generador en obert, és a dir sense connectar cap càrrega externa.

Per aquesta situació els corrents d’induït i d’excitatció seran iguals

ie II =Ie+

-

Ii

ReRi

V

+

-

I = 0

ii R·IV' +=ε

ie R·I'V −ε=

( ) ee1

e

1

I·cnt'I··'k·K'I'·k

··K''·K=ε⇒ω=ε⇒

=Φ

Φω=ε⇒Φε

=ω −−

Els generadors i els motors de C.C. són màquines idèntiques, per tant:

U CORBA TEÒRICA

CORBA REAL

Ie

Reescrivint

eI·cnt'=ε ie R·I'U −ε=

iee R·II·cntU −=

( ) ei I·RcntU −=

Aquest comportament l’hem deduït pels generadors d’excitació en paral·lel, però també és aplicable al generador d’excitació independent.

11

Corba característica externaAquesta corba estableix la relació entre la tensió de sortida U i la intensitat de sortida Ii quan el rotor gira a velocitat constant.Aquesta corba es representa per als tres generadors.

1. Generador d’excitació independent

2. Generador d’excitació sèrie

3. Generador d’excitació en paral·lel.

Corba característica externa: Generador d’excitació independent.

Connectem a un generador d’excitació independent una càrrega externa. El rotor del generador gira a velocitat constant (ω=cnt).La f.e.m. del generador val: ii R·IU' +=ε

Però per altra banda, tenim : cnt'cnt

··K' 1

=ε⇒

=ΦΦω=ε −

+

-

Ie

Ve

Re Ri

V

Ii

Rc

La tensió a la sortida valdrà: ii R·I'U −ε=

12

Aleshores la corba característica externa dels generadors d’excitació independent ens quedarà:

iI]·cnt[cntU −=

U

Ii

ε’

Corba característica externa: Generador d’excitació sèrie

En aquest tipus de generadors la tensió de sortida ve donada per: )RR·(I'U eii +−ε=

ii

1

I·cnt'I·cnt··K'

=ε⇒

=ΦΦω=ε −

I la f.e.m. Ve donada per:

Subbstituint ens quedarà :)RR·(I'U eii +−ε=

iI·cnt'=εieiii I·cntU)RR·(II·cntU =⇒+−=

+

-Ri

Re

-

+

Ii

U

Rc

Ie

13

Aleshores la corba característica externa dels generadors d’excitació sèrie ens quedarà:

iI·cntU =

CORBA REAL

CORBA TEÒRICAU

Ii

Zona de proporcionalitat

Corba característica externa:Generador d’excitació en paral·lel

Per aquests generadors es compleix :ee

ii

R·IUR·I'U

=

−ε=

A més:

eee

1

I·cnt'R·I

··K'=ε⇒

=ΦωΦ=ε −

Tenint en compte que:III ie −=

Ens queda:

( )( ) I·cntI·RcntUR·II·cntI·cntU

R·III·cntUR·II·cntU

iiiii

iiiiie

−−=⇒−−=

⇒−−=⇒−=

+

-

Ii

Ie

ReRi

I

U

+

-Rc

14

U

Ii

CORBA REAL

CORBA TEÒRICA

Aleshores la corba característica externa dels generadors d’excitació en paral·lel ens quedarà:

( ) I·cntI·RcntU ii −−=

Regulació de voltatge

La sortida dels generadors és la tensió de sortida U. Definim la regulació de voltatge com:

100·U

UURVC

C0 −=

On U0 és la tensió de buit i UC és la tensió de sortida amb una càrrega connectada.