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TECSUP PFR Maquinas Elctricas I
Maquinas Elctricas I UCCI - IE UCCI Ingeniera ElctricaMaquinas
Elctricas I
INTRODUCCIN
La corriente continua presenta grandes ventajas, entre las que
destaca su capacidad para ser almacenada de una forma sencilla.
Esto, junto a una serie de caractersticas peculiares de los motores
de corriente continua, hace que existan diversas instalaciones que
trabajan basndose en la corriente continua.Los generadores de
corriente continua son las mismas mquinas que transforman la energa
mecnica en elctrica. No existe diferencia real entre un generador y
un motor, a excepcin del sentido de flujo de potencia.La mquina de
corriente continua ha sido una de las ms verstiles en la
industria.Su fcil control de posicin, par y velocidad la han
convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de
control y automatizacin de procesos, aunque con la llegada de la
electrnica su uso ha disminuido en gran parte, pues las mquinas de
corriente alterna, pueden ser controladas de igual forma a precios
ms accesibles para el consumidor medio de la industria. No
obstante, las mquinas de corriente continua se siguen utilizando en
muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvas) o de precisin
(mquinas, micros motores, etc.)
Captulo IDESCRIPCIN GENERAL DE LASMQUINAS DE
CORRIENTECONTINUA
1. LA MQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
Las mquinas de corriente continua son generadores que convierten
energa mecnica en energa elctrica de corriente continua, y motores
que convierten energa elctrica de corriente continua en energa
mecnica. La mayora las mquinas de corriente continua son semejantes
a las mquinas de corriente alterna ya que en su interior tienen
corrientes y voltajes de corriente alterna. Las mquinas de
corriente continua tienen corriente continua slo en su circuito
exterior debido a la existencia de un mecanismo que convierte los
voltajes internos de corriente alterna en voltajes corriente
continua en los terminales. Este mecanismo se llama colector, y por
ello las mquinas de corriente continua se conocen tambin como
mquinas con colector. 1.1. PARTES FUNDAMENTALES Estator: Polos. Las
bobinas de campo. Los interpolos. Los arrollamientos de
compensacin. El yugo. Las escobillas y los portaescobillas. Rotor:
El ncleo de la armadura. El conmutador. El arrollamiento de la
armadura. 1. Culata2. Ncleo polar3. Pieza polar4. Ncleo de polo
auxiliar5. Pieza polar de polo auxiliar6. Inducido7. Arrollado del
inducido8. Arrollado de excitacin9. Arrollado de conmutacin10.
Colector11. Escobillas positivas12. Escobillas negativas
Fig. 1
Figura 1.1 Componentes de una mquina CC 1.1.1. EL ESTATOR QUE
INCLUYE Los polos Los polos estn hechos en acero silicio laminado,
su forma tpica se ve en la figura.
Figura 2. Forma tpica de un polo. Bobina de campo Las bobinas de
campo estn arrolladas sobre los polos tal como puede verse en la
figura 2. Puede ser de dos tipos:
Bobina Shunt, compuestas de muchas espiras de alambre delgado.
Bobina serie, compuestas de pocas espiras de alambre grueso.
Interpolos Estn hechos de lminas de acero silicio y llevan un
arrollamiento de cobre de alambre grueso conectado en serie con la
armadura. Arrollamiento de compensacin Estos arrollamientos estn
conformados por los conductores que se colocan en los polos con el
objeto de neutralizar la reaccin de armadura. Solamente los llevan
las mquinas de gran potencia ya que su costo es bastante elevado.
El yugo del estator El yugo del estator es bastante necesario para
realizar el circuito magntico de la mquina. Normalmente est hecho
de acero o de hierro fundido. Las escobillas y las portaescobillas
Toda mquina de corriente continua requiere de por lo menos dos
escobillas. Estn hechas de carbn o de cobre grafito y van alojados
en los portaescobillas que estn sujetos en un anillo que va
entornillado al yugo. Un resorte presiona firmemente las escobillas
sobre el conmutador para obtener un buen contacto elctrico. 1.1.2.
EL ROTOR QUE INCLUYE El ncleo de la armadura Est constituido por
lminas de acero silicio o seccin circular. La circunferencia es
ranurada para que puedan alojarse los conductores del arrollamiento
de armadura. Las lminas tienen un hueco circular en el centro para
el eje. El conmutador El conmutador esta hecho por un gran nmero de
segmentos de cobre o delgas, aislados entre s. El conmutador una
vez ensamblado es colocado en eje de la mquina, a cierta distancia
del ncleo de la armadura.
Figura 3. Conmutador Los arrollamientos de armadura Tipos de
arrollamientos Existen solamente dos tipos de arrollamientos de
armadura: el imbricado y el ondulado. Estos arrollamientos adems
pueden ser simples (simplex) o mltiples (dplex, trplex, etc.)
aunque estos ltimos son poco utilizados por presentar problemas con
la conmutacin por lo que nos limitaremos a estudiar solamente los
arrollamientos simplex. 1. Paso de la bobina En general un
arrollamiento est conformado por bobinas que tienen un paso de 180
elctricos que en ranuras se determina as: YB = r / p r = nmero
total de ranuras en el rotor. Al efectuar el clculo se debe
despreciar la parte decimal, si la hubiera. 2. Paso del conmutador
Los terminales de la bobina van conectados al conmutador. Si el
arrollamiento es imbricado se conectan a dos segmentos consecutivos
mientras que si el arrollamiento es ondulado van conectados a dos
segmentos situados aproximadamente a 360 elctricos. Por
consiguiente el paso del conmutador es: Arrollamiento imbricado
smplex: Yc = 1 Arrollamiento ondulado smplex: Yc = S 1 / p Al
efectuar el clculo indicado en las frmulas el resultado debe ser un
nmero entero. En caso contrario no es posible construir. En la
figura 4 puede verse las conexiones de una bobina al conmutador y
en la figura 5 una bobina tpica.
Figura 4. Bobina y conmutador.
Figura 5. Bobina tpica.
Figura 6. Arrollamiento imbricado smplex bipolar. Caractersticas
del bobinado Nmero de polos: p=2 Nmero de ranuras: r=8 Nmero de
conductores: c=16 Nmero de bobinas: B=9 Nmero de segmentos: S=8
Conmutador
Figura 7. Arrollamiento imbricado simplex tetrapolar.
Caractersticas del bobinado Nmero de polos: p=4 Nmero de ranuras:
r=8 Nmero de conductores: c=16 Nmero de bobinas: B=9 Nmero de
segmentos: S=8 Conmutador
Figura 8. Arrollamiento ondulado simplex tetrapolar
Caractersticas del bobinado Nmero de polos: p=4 Nmero de ranuras:
n=9 Nmero de conductores: C=18 Nmero de segmentos: S=9
Conmutador
Vista general de una mquina CC Las partes fundamentales de una
mquina de C.C. como generador o como
Figura 9. Partes fundamentales de una mquina CC.
Figura 10. Ncleo de armadura. 1.2. MAGNETISMO REMANENTE
Magnetismo Remanente o Magnetismo Residual: Es la cualidad que
tienen algunos metales para retener, en cierto grado, el magnetismo
producido inicialmente en el accionado del inductor. En los
generadores autoexcitados, este factor es indispensable, para el
desarrollo del trabajo; cuando el inducido corta las lneas de
fuerza del magnetismo remanente y por alguna razn este magnetismo
desaparece, no habra generacin de tensin. En este caso, habra que
cebar o excitar el inductor, exteriormente, hasta lograr esta
remanencia. 1.3. REACCIN DEL INDUCIDO Todo generador posee 2
circuitos magnticos: el del inductor o campo y el del inducido o
armadura. Ambos circuitos o flujos magnticos diferentes.
Figura 11. Circuitos magnticos. Los generadores estn diseados de
manera que las escobillas cortocircuiten las bobinas del inducido,
en el momento en que se desplazan paralelamente a las lneas de
fuerza del campo; es decir, en el momento en que no se induce
ninguna fuerza electromotriz en la bobina. Esta posicin original de
las escobillas se llama Plano Neutro. Sin embargo, cuando ambos
campos reaccionan, se produce una deformacin, que depende de la
intensidad de corriente que forman ambos campos. El Plano neutro
adquiere una nueva posicin llamada plano de conmutacin (fig. 12),
variando en consecuencia la posicin de las escobillas. La
deformacin del campo magntico del inductor, por accin del inducido,
se debe tener en cuenta para lograr que la conmutacin se efecte sin
chispas (Fig. 13).
Figura 12. Plano de conmutacin.
Figura 13. Seccin recta de una mquina de continua mostrando el
devanado de compensacin. 1.4. CONMUTACIN Proviene de conmutador,
que significa cambiar o invertir. Es la inversin de corriente que
se realiza en el momento que las delgas del colector hacen contacto
con las escobillas.
Figura 14. Conmutacin de una bobina. En la figura 3.14, las
bobinas 1 y 8 cuyas terminales hacen contacto con la delga y la
escobilla respectiva, conducen en un sentido. En la misma figura,
por el giro del inducido, la bobina 1, cambia de sentido y la
bobina 8, permanece constante. Este proceso es la conmutacin. 1.5.
CONMUTACIN INCORRECTA
Figura 15. Conmutacin. Para suprimir o eliminar este arco,
perjudicial al colector, se debe anular la fuerza electromotriz de
autoinduccin que la engendra, haciendo que, en ese instante
(conmutacin), la bobina no corte flujo magntico. Esta operacin se
logra, colocando las escobillas en el plano de conmutacin.
Figura 16. Autoinduccin de una bobina. 1.6. POLOS DE CONMUTACIN
Los polos de conmutacin son polos auxiliares que se utilizan en
mquinas grandes. Dichos polos, ubicados entre los polos
principales, llevan un devanado de alambre grueso y de pocas
espiras, conectados en serie con el inducido.
Figura 17. Polos de conmutacin. Los polos de conmutacin tienen
por finalidad: Neutralizar la reaccin del inducido, y Eliminar el
efecto inducido de las bobinas, cuando son puestas en cortocircuito
por la escobilla. El devanado, est conectado de manera que la
corriente que lo atraviesa es la misma que la del inducido. De este
modo, la intensidad de corriente regula la cantidad de flujo para
compensar el magnetismo transversal del inducido. Con la utilizacin
de estos polos auxiliares, el plano de conmutacin se mantiene
invariable, (en el plano neutro), para cualquier valor de carga. Se
evita desplazar las escobillas cada vez que se modifica la carga,
pero tiene el inconveniente de complicar la construccin del
generador y significa perdida de energa por la resistencia de su
derivado (efecto Joule).
CAPITULO IIEL GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA
2. EL GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA Los generadores son
mquinas destinadas a transformar energa mecnica en elctrica, esta
transformacin se consigue por la accin de un campo magntico
(inductor) sobre unos conductores (inducido). Si mecnicamente se
produce un movimiento relativo de los conductores y el campo, se
genera en los primeros una fuerza electromotriz, de modo que, si se
enlazan a un circuito exterior, le suministrarn energa
elctrica.
Figura 18. Espira sencilla que gira en un campo magntico a)
Cantidad mxima de lneas a travs de la espira. b) No pasa ninguna
lnea a travs de la espira. 2.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El
inductor o campo puede ser conformado por un imn permanente o por
una bobina de campo es excitada con corriente continua, la misma
que produce un flujo magntico constante entre los polos inductores
(norte y sur). El inducido, que es impulsado por un medio exterior
(mquina motriz), al desplazarse, corta el campo magntico del
inductor y se induce en l una tensin. Esta tensin, es enviada al
circuito exterior por medio de escobillas, el valor de esta tensin
depende, segn las leyes de Faraday, del nmero de conductores del
inducido, de su velocidad y de la intensidad del campo magntico del
inductor.
Figura 19 Funcionamiento del generador de C.C. 2.2.
CARACTERSTICA DE LOS GENERADORES Fuerzas electromotrices en un
inducido El inducido forma parte del circuito magntico y realiza el
movimiento de los conductores en el campo magntico de manera que se
induce en ellos una f.e.m. Esta es directamente proporcional al
flujo por polo a la velocidad y aspectos constructivos del
generador (representado por una constante), de acuerdo a la
siguiente ecuacin: EA =K.. 2.2.1. Curva de saturacin (caracterstica
magntica) La curva de saturacin representa la relacin entre los
amperios-vuelta del inductor y el flujo por polo, este flujo no se
inicia de cero, sino de un valor ligeramente superior debido al
magnetismo residual en el circuito magntico. La curva de saturacin
est determinada para valores crecientes de la intensidad de la
corriente de excitacin. Excitando la mquina independientemente y
manteniendo su velocidad constante es posible trazar la curva
indicada y para otro rgimen constante de velocidad se puede trazar
otra curva de saturacin.
Figura 20. Curvas de saturacin. 2.2.2. Caracterstica de los
generadores C.C segn su conexin El generador de Excitacin
Independiente: El flujo magntico no depende de la carga. Existe una
pequea cada de tensin en terminales con el aumento de la carga y
esta solo debida a la resistencia de la armadura. El generador
Shunt:
Es una mquina autoexcitada, el flujo magntico depende de la
tensin en terminales. Existe una mayor cada de tensin en terminales
con el aumento de la carga debido a que al caer la tensin en los
terminales disminuye el flujo de excitacin. Es resistente a los
cortocircuitos, pues cuando est en corto el nico flujo excitacin es
el remanente y la tensin inducida es pequea. El generador Serie: Es
una mquina autoexcitada, el flujo magntico depende de la corriente
de carga. La tensin en terminales aumenta con la carga. La mquina
nunca debe estar en corto circuito. El generador Compound:
Caracterstica intermedias entre el generador Serie y Shunt. 2.3.
GENERADOR CC CON EXCITACIN INDEPENDIENTE Como su nombre lo indica,
un generador de CC con excitacin independiente requiere una fuente
de CC externa independiente para el devanado del campo, por lo que
se usa principalmente en a) pruebas de laboratorio y comerciales y
b) conjuntos con regulacin especial. La fuente externa puede ser
otro generador de CC, un rectificador controlado o no, o una
batera. En la figura .21 aparece la representacin del circuito
equivalente en condiciones de estado estable de un generador de CC
con excitacin independiente. La condicin de estado estable supone
que no hay ningn cambio apreciable en la corriente de la armadura o
en su velocidad para una carga determinada. En otras palabras,
esencialmente no hay cambio en la energa mecnica o en la magntica
del sistema. Por tanto, no hay necesidad de incluir la inductancia
de cada devanado no la inercia del sistema como parte del circuito
equivalente. En el circuito equivalente, Ea es la fem inducida en
el devanado de la armadura; Ra es la resistencia efectiva del
devanado de la armadura, la cual tambin puede incluir la
resistencia de cada escobilla; Ia es la corriente en la armadura;
Vt es la tensin de salida en las terminales; IL es la corriente de
carga; If es la corriente en el devanado del campo; Rfw es la
resistencia en el devanado del campo; Rfx es una resistencia
externa agregada en serie con el devanado del campo para controlar
la corriente en el campo; Nf es el nmero de vueltas por polo para
el devanado del campo, y Vf es la tensin de una fuente de
externa.
Figura 21. Circuito equivalente de un generador de CC con
excitacin independiente. Las ecuaciones que definen la operacin en
estado estable son: Vf = If (Rfw + Rfx) = IfRf Ea = Vt + IaRa y: IL
= Ia Donde: Rf = Rfw + Rfx es la resistencia total en el circuito
del devanado del campo shunt. De acuerdo con la segunda ecuacin, la
tensin en las terminales es: Vt = Ea Ia Ra Cuando se mantiene
constantemente la corriente del campo y la armadura gira a
velocidad constante, la fem inducida en un generador ideal es
independiente de la corriente de la armadura, como lo indica la
lnea punteada en la figura 22. Conforme la corriente de carga IL
aumenta, la tensin en las terminales Vt disminuye, como lo seala la
lnea gruesa. Sin reaccin de la armadura, la disminucin en Vt debe
ser lineal e igual a la cada de tensin a travs de Ra. Sin embargo,
si el generador opera cerca de su saturacin y no est compensado
apropiadamente para la reaccin de la armadura, esta reaccin
ocasiona una cada adicional de tensin en las terminales.
Figura 22. Caracterstica externa de un generador de CC con
excitacin independiente. La grfica de la tensin en las terminales y
la corriente de la carga se llama caracterstica externa (terminal)
de un generador de cc. La caracterstica externa puede obtenerse en
forma experimental variando la carga desde la condicin de no carga
hasta 150% de la carga especificada. La tensin en las terminales
sin carga, Vsc es Ea. Si se traza una lnea tangente a la curva en
condiciones de no carga se obtiene la caracterstica externa de la
mquina sin reaccin de la armadura. La diferencia entre la tensin
sin carga y la lnea tangente constituyente una cada IaRa. Como se
conoce Ia es posible determinar experimentalmente la resistencia
efectiva del devanado de la armadura. El trmino efectiva significa
que no slo se trata de la resistencia del devanado de la armadura,
sino tambin se incluyen la resistencia de contacto de las
escobillas. 2.4. GENERADOR SHUNT Cuando el devanado del campo de un
generador con excitacin independiente se conecta en paralelo con la
armadura, el generador de CC recibe el nombre de generador Shunt o
en derivacin. En este caso, la tensin en las terminales tambin es
la tensin del devanado del campo. Sin carga, la corriente en la
armadura es igual a la corriente del campo. Con carga, la corriente
en la armadura suministra la corriente de carga y la corriente del
campo, como se muestra en la figura 23. Como la tensin en las
terminales puede ser muy alta, la resistencia del circuito del
campo tambin debe ser alta con objeto de mantener su prdida de
potencia en el mnimo. As, el devanado del campo Shunt tiene gran
nmero de vueltas de un conductor relativamente delgado.
Figura 23. Circuito equivalente de un generador shunt o en
derivacin. El generador Shunt es capaz de crecer la tensin presente
en las terminales en tanto permanezca algn flujo residual en los
polos del campo. El proceso de crecimiento de la tensin se resume
en seguida. Cuando el generador gira a su velocidad especificada,
el flujo residual en los polos del campo, por pequeo que sea (pero
debe existir), induce una fem Er en el devanado de la armadura,
como se ilustra en la figura 24. Puesto que el devanado del campo
est conectado en paralelo con la armadura, la fem inducida enva una
corriente pequea a travs de tal devanado. Si el devanado del campo
est conectado apropiadamente, su fmm establece un flujo que apoya
al flujo residual. El flujo total por polo se incrementa, su fmm
establece un flujo que apoya al flujo residual. El flujo total por
polo se incrementa. El aumento en el flujo por polo incrementa la
fem inducida, la cual a su vez aumenta la corriente del campo. Por
tanto, la accin es acumulativa, pero contina para siempre? Por
supuesto, la respuesta es no, como se explica a continuacin.
Figura 24. Crecimiento de la tensin en un generador shunt o en
derivacin La fem inducida sigue la curva de magnetizacin no lineal.
La corriente en el devanado del campo depende de la resistencia
total en el circuito del devanado del campo. La relacin entre la
corriente del campo y la tensin del campo es lineal, y la pendiente
de la curva es la resistencia en el circuito del devanado del
campo. La lnea recta tambin se conoce como lnea de resistencia del
campo. El generador shunt contina haciendo crecer la tensin hasta
el punto de interseccin de la lnea de resistencia del campo y la
curva de saturacin magntica. Esta tensin se conoce como tensin sin
carga. Es muy importante advertir que la saturacin del material
magntico es una gran ventaja en el caso de un generador con
excitacin independiente. De no ser as, el crecimiento de la tensin
continuara de manera indefinida. Tambin demostraremos que la
saturacin es necesaria para que el generador alimente la carga. Si
el devanado del campo est conectado en forma tal que el flujo
producido por su fmm se oponga al flujo residual, ocurrir un
decrecimiento del tensin, problema que puede corregirse con la
inversin en el sentido de giro o con la inversin de la conexin del
devanado del campo a las terminales de la armadura, pero no con
ambas medidas a la vez. El valor de la tensin sin carga en las
terminales de la armadura depende de la resistencia del circuito
del campo. Una disminucin en la resistencia en el circuito del
campo ocasiona que el generador shunt desarrolle ms rpido una
tensin ms alta, como se aprecia en la figura 25. Por la misma razn,
el crecimiento de la tensin disminuye y el nivel de la tensin baja
cuando se incrementa la resistencia del circuito del campo. El
valor de esta resistencia que hace de la resistencia del campo una
lnea tangente a la curva de magnetizacin se llama resistencia
crtica (del campo). La tensin en el generador no crecer si la
resistencia del circuito del campo es mayor o igual a la
resistencia crtica. La velocidad a la que la resistencia del
circuito del campo se convierte en resistencia crtica se llama
velocidad crtEn consecuencia, el crecimiento de la tensin tendr
lugar en un generador shunt sia) existe flujo en los polos del
campo, b) la fmm del devanado del campo produce el flujo que apoya
al flujo residual, y c) la resistencia del circuito del campo es
menor que la resistencia crtica. Las ecuaciones que rigen la
operacin de un generador shunt en estado estable son las
siguientes: Ia =IL + If Vt = If (Rfw + Rfx) = IfRf YVt = ILRL = Ea
- IaRa
Caracterstica externa Sin carga, la corriente en la armadura es
igual a la corriente del campo, la que generalmente es una fraccin
de la corriente de carga. Por tanto, la tensin en las terminales
sin carga Vsc es casi igual a la fem inducida Ea, puesto que la
cada IaRa es despreciable. Conforme aumenta la corriente de carga,
la tensin en las terminales disminuye por lo siguiente: El aumento
en la cada IaRa. El efecto de desmagnetizacin por la reaccin de la
armadura. La disminucin en la corriente del campo debida a la cada
en la fem inducida. Corriente en el devanado de campo (If) Curva de
magnetizacin UtTensin en los terminalesRRf2 RfRf1 R > Rf2 >
Rf > Rf1 Lnea de resistencia crtica
Figura 25. Crecimiento de la tensin para varios valores de la
resistencia del circuito del campo. En la figura 26 se muestra el
efecto de cada uno de estos factores. Para operar
satisfactoriamente, el generador shunt debe funcionar en la regin
saturada. De no ser as, la tensin en las terminales sin carga podra
caer hasta cero por la razn siguiente: Supongamos que el generador
opera en la regin lineal y hay 10% de cada en la tensin en las
terminales en cuanto la carga toma algo de corriente. La cada de
10% en la tensin en las terminales origina 10% de cada en la
corriente del campo, lo cual a su vez reduce el flujo en 10%. La
reduccin de 10% en el flujo disminuye la fem inducida tambin en 10%
y ocasiona que la tensin en las terminales caiga an ms, y as
sucesivamente. En poco tiempo, la tensin en las terminales cae a un
nivel (de casi cero) que no permite alimentar alguna carga
apreciable. La saturacin del material magntico viene al rescate.
Cuando el generador opera en la regin saturada, 10% de cada en la
corriente del campo puede ocasionar slo un 2% o 3% de cada en el
flujo y el sistema se estabiliza en una tensin en las terminales
algo ms bajo que Vsc, pero en un nivel adecuado para operar
satisfactoriamente. Conforme se aplica carga al generador, la
corriente de carga se incrementa hasta un punto denominado punto de
ruptura con la disminucin de la resistencia de la carga. Cualquier
disminucin adicional en la resistencia de carga ocasiona que la
corriente de carga disminuya como resultado de una cada muy rpida
en la tensin en las terminales. Cuando la resistencia de carga
disminuye hasta cero (un cortocircuito), la corriente del campo
desciende hasta cero y la corriente a travs del cortocircuito es la
razn entre la tensin residual y la resistencia del circuito de la
armadura. Tensin en los terminalesCorriente de carga (IL)Cada por
la resistencia en la armadura Cada por la reaccin de la armadura
Cada por la reduccin en la corriente del campo Carga especificada
Ut
Figura 26. Caracterstica externa de un generador shunt
2.5. GENERADOR SERIE Como su nombre lo indica, el devanado del
campo de un generador serie est conectado en serie con la armadura
y el circuito externo. Debido a que el devanado del campo en serie
tiene que conducir la corriente de carga especificada, generalmente
tiene pocas vueltas de un conductor grueso. El circuito equivalente
de un generador serie se ilustra en la figura 27. Una resistencia
variable Rd, conocida como desviador para campo en serie, puede
conectarse en paralelo con el devanado del campo serie
paracontrolar la corriente que lo atraviesa y, por tanto, tambin el
flujo que produce. Cuando el generador opera sin carga, el flujo
producido por el devanado del campo en serie es igual a cero. Por
tanto, la tensin en las terminales del generador es igual a la fem
inducida debido al flujo residual, Er. En cuanto el generador
entrega una corriente de carga, la fmm del devanado del campo en
serie produce un flujo que apoya al flujo residual. Por
consiguiente, la fem inducida Ea, en el devanado de la armadura es
mayor cuando el generador entrega potencia que cuando est sin
carga. No obstante, la tensin en las terminales, Vt, es ms bajo que
la fem inducida debido a a) la cada de la tensin a travs de la
resistencia de la armadura, Ra, la resistencia del devanado del
campo serie Rs y b) la accin de desmagnetizacin por la reaccin de
la armadura. Como las cadas de tensin a travs de las resistencias y
la reaccin de la armadura. Como las cadas de tensin a travs de las
resistencias y la reaccin de la armadura son funciones de la
corriente de carga, la fem inducida y tambin la tensin en las
terminales dependen de la corriente de carga. La curva de
magnetizacin para el generador serie se obtiene al excitar en forma
independiente el devanado del campo en serie. La tensin en las
terminales correspondiente a cada punto de la curva de magnetizacin
es menor en una cantidad igual a las cadas de tensin a travs de Ra
y Rs cuando la reaccin de la armadura es igual a cero. El tensin en
las terminales cae an ms cuando la reaccin de la armadura tambin
est presente, como se ilustra en la figura 3.28. Una vez que la
corriente de carga impele al generador hacia la regin saturada,
cualquier incremento adicional en su valor vuelve tan grande la
reaccin de la armadura que ocasiona la cada brusca de la tensin de
las terminales. En realidad, si se llega al extremo, la tensin en
las terminales puede caer hasta cero. +
R LRa RSRd NSUt ILId IIS Egwm Tg+ -
Figura 27 Circuito equivalente de un generador serie. Corriente
de carga IL I=Pde resistencia la la Cada por madura y de campo r a
reaccin de la por Cada la armadura Ut Tensin en los terminalesCu
rva de magnetizacin
Figura 28. Circuito equivalente de un generador serie. La
caracterstica creciente de un generador serie lo hace adecuado
cuando se precisa incrementar la tensin. Otra diferencia clara
entre un generador shunt y uno serie es que el primero tiende a
mantener una tensin constante en las terminales, mientras que el
generador serie tiende a suministrar una corriente de carga
constante. En Europa, el sistema Thury de transmisin de potencia en
alto tensin y corriente continua requiere varios generadores serie
conectados en serie y transmitiendo con corriente constante. Las
ecuaciones bsicas que rigen su operacin en estado estable son: Vt =
Ea IaRa IsRs IsRs = IdRd Ia = IL = Is + Id Dnde: ls es la corriente
en el devanado del campo en serie, Rs es la resistencia del
devanado del campo en serie e ld es la corriente en la resistencia
del desviador para el campo en serie, Rd. 2.6. GENERADORES COMPOUND
La caracterstica de descenso de un generador shunt y la de ascenso
de un generador serie brinda la motivacin suficiente para teorizar
acerca de la posibilidad de una caracterstica externa mejor con la
fusin de los dos tipos de generadores en uno solo. En realidad, y
con ciertas restricciones, poner los dos generadores juntos es como
transformar dos generadores en uno solo con buen comportamiento.
Esto se logra devanando ambos tipos de campos, serie y shunt, en
cada polo del generador. Cuando se agrega la fmm del campo en serie
a la fmm del campo shunt, se habla de un generador compound
cumulativo (fig .29a). De otro modo, se denomina generador compound
diferencial.
Figura 29. Distribuciones de la corriente en los devanados de
los campos en serie y shunt de los generadores (a) compound
cumulativo y (b) compound diferencial. Cuando el devanado del campo
shunt se conecta directamente a las terminales de la armadura, se
llama generador shunt en derivacin corta. En un generador de este
tipo (Fig. 30), el devanado del campo en serie lleva la corriente
de carga en ausencia de una resistencia desviadora para el campo.
Se dice que un generador es shunt en derivacin larga si el devanado
de campo shunt se conecta en paralelo con la carga.
Figura .30. Circuitos equivalentes de generadores compound en
derivacin corta (a) cumulativo y (b) diferencial.
Figura .31 Circuitos equivalentes de generadores compound en
derivacin larga (a) cumulativo y (b) diferencial. Nos apresuramos a
agregar que el campo shunt crea la mayor parte del flujo. El campo
en serie proporciona ante todo control sobre el flujo total. Por
tanto, pueden obtenerse distintos niveles de funcionamiento
compound, limitando la corriente a travs del campo en serie. A
continuacin se analizan tres grados de funcionamiento compound que
revisten gran inters.
Generador subcompound Cuando la tensin con carga completa en un
generador compound es un tanto mayor que el de un generador shunt,
pero menor que la tensin sin carga, se habla de un generador
subcompound. En l, la regulacin de la tensin es un poco mejor que
la del generador shunt. Generador compound llano o normal Si la
tensin sin carga es igual a la tensin a plena carga, el generador
se denomina generador compound llano o normal. Se usa cuando la
distancia entre el generador y la carga es corta. En otras
palabras, no ocurre ninguna cada de tensin significativa en la lnea
de transmisin (llamada alimentador) que conecta el generador con la
carga. Generador ultracompound Si la tensin a plena carga es mayor
que la tensin sin carga, el generador es ultracompound, el cual es
el que se elige cuando el generador se conecta a la carga mediante
una lnea de transmisin larga. La lnea de transmisin larga supone
una cada significativa de la tensin y prdida de potencia en la lnea
de transmisin. La prctica habitual consiste en disear un generador
ultracompound. Los ajustes pueden hacerse canalizando la corriente
fuera del devanado del campo en serie utilizando la resistencia de
desvo para el campo. Las caractersticas externas de los generadores
compound se aprecian en la figura 14. Con fines meramente
comparativos, tambin se incluyen las caractersticas de otros
generadores. En seguida se presentan las ecuaciones fundamentales
que rigen el comportamiento en estado estable de los generadores
shunt en derivacin corta y shunt en derivacin larga. Shunt en
derivacin corta Ia = IL + If Is = Rd.IL / (Rd + Rs) Vt = Ea IaRa
IsRs Vf = Ea IaRa Fmm = IfNf IsNs - fmmd Donde el signo ms o el
menos indican si el generado compound es cumulativo o diferencial,
y fmmd es la fmm desmagnetizadora debida a la reaccin de la
armadura. Shunt en derivacin larga. Ia = IL + If Is = Rd.la /
(Rd+Rs) Vf = Vt = Ea IaRa - IsRs fmm = IfNf IsNs - fmmd
Figura 32. (a) Caractersticas externas de generadores de CC. (b)
Tensin en las terminales ajustando para el valor especificado. 2.7.
CRITERIO DE MXIMA EFICIENCIA La curva de eficiencia en comparacin
con la carga de una mquina determinada se obtiene por medio de
pruebas con carga real o bien, calculando su rendimiento con
distintas cargas. Si partimos de esa curva, resulta evidente que la
eficiencia se incrementa con la carga hasta alcanzar un punto
mximo. Cualquier incremento posterior en la carga ocasiona una
disminucin en la eficiencia. Por tanto, es imperativo saber con qu
carga resulta mxima la eficiencia de la mquina. La operacin de la
mquina a su eficiencia mxima da como resultado a) una disminucin en
las prdidas en la mquina, lo cual a su vez abate la temperatura de
operacin de sta, y b) una reduccin en el costo de operacin de la
mquina. Antes de obtener una expresin para determinar la carga a la
que el generador proporciona eficiencia mxima, demos otra mirada a
las prdidas. Las prdidas en un generador pueden agruparse en dos
categoras: fijas y variables. Las prdidas fijas no varan con la
carga cuando el generador trabaja a velocidad constante. La prdida
por rotacin pertenece a esta categora. La corriente en el campo
shunt, Ifr, se toma como constante, aunque esto no es rigurosamente
cierto para los generadores autoexcitados dos. Por tanto, la prdida
de potencia debida a If puede considerarse tambin como parte de la
prdida fija. Por otro lado, la prdida variable es la que vara con
la corriente de carga. Para un generador de cc tipo PM, la potencia
de salida es: Po = VtIL y la potencia de entrada es: Pin = VtIL +
I2LRa + Pr Luego, la eficiencia es: = (VtlL)/ (VtlL + l2LRa +Pr)
Para que la eficiencia sea mxima, la tasa de cambio de con respecto
a IL debe ser igual a cero cuando IL lLm, donde lLm es la corriente
de carga a eficiencia mxima. Es decir, {[VtILm + I2LmRa + Pr] Vt -
VtILm [ Vt + 2ILmRa]} / { [VtILm + I2LmRa+Pr]2} = 0 De donde se
obtiene: I2LmRa = Pr Luego, la corriente de carga a eficiencia
mxima para un generador de cc tipo PM es: ILm = (Pr/Ra)
CAPITUO IIIEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
3. EL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA El motor es una mquina
destinada a convertir la energa elctrica en energa mecnica. Los
motores de corriente continua se han hecho populares por varias
razones, una de ellas es su amplia aplicacin en carros, camiones
vehculos mineros de gran capacidad, aviones, etc. Otra aplicacin es
en los casos donde se requiera amplios rangos de velocidad, los
motores cc, son excelentes en las aplicaciones de control de
velocidad y si no hay disponibles fuentes de cc, se pueden usar
rectificadores de estado slido o circuitos troceadotes, para crear
la potencia necesaria. Actualmente se construyen en potencias de
hasta 6000 KW. Una forma de comparar los diferentes motores de
corriente continua es comparando su variacin de velocidad. La
regulacin de velocidad se define por la siguiente ecuacin:
La regulacin de velocidad puede ser positiva o negativa,
indicando que la velocidad del motor con carga puede ser menor o
mayor a la de vaco. La magnitud de SR indica que tan pendiente es
la curva par-velocidad. Los motores son alimentados desde fuentes
de tensin exteriores, por lo que se puede asumir que la tensin es
permanente y constante. Teniendo en cuento esto, podemos clasificar
los motores en cinco tipos principales: Motor de CC en derivacin o
shunt. Motor de CC de excitacin independiente. Motor de CC de imn
permanente. Motor CC de serie. Motor de CC con excitacin compuesta.
3.1. CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR CC El circuito equivalente de
un motor cc es muy similar al de un generador cc, ya que se trata
de la misma mquina pero con el sentido de la potencia en direccin
contraria. Segn la figura 33 se ve que la corriente fluye haca el
circuito de armadura, por lo que la tensin inducido en la mquina
estar dado por: EA =K Donde: EA : Tensin inducida K : Constante
constructiva del motor : Flujo magntico : Velocidad en rad/seg. El
par producido por la mquina gracias a la corriente IA consumida es:
IND = KI A Como se muestra en la figura 33, en el motor para la
tensin aplicada y la corriente que se indica, se produce una fuerza
rotativa en sentido horario. Tambin se muestra que la tensin
inducida a fuerza contra electromotriz, es opuesta a la tensin
aplicada.
Figura 33.: Regla de la mano izquierda para el motor. 3.2. MOTOR
CC CON EXCITACIN EN DERIVACIN Y CON EXCITACIN INDEPENDIENTE La
figura 34 y 35 muestran los circuitos equivalentes del motor cc con
excitacin independiente y en derivacin, los mismos que tienen un
comportamiento similar ya que en el motor cc, la bobina de campo se
alimenta desde una fuente exterior de tensin constante, mientras
que en el caso del motor en derivacin, el circuito de campo est
conectado en paralelo con la armadura y recibe directamente la
tensin en sus terminales, por lo que en la prctica no hay
diferencia de comportamiento en estas mquinas. Cuando una mquina cc
funciona como motor, la fuerza contra electromotriz generada,
siempre es menor que la tensin en bornes y se opone a la corriente
del inducido, por lo que al aplicar la ley de tensiones de
Kirchhoff para el circuito de la armadura se tienen las siguientes
ecuaciones. VT = EA + IARA Donde: VT : Tensin en los terminales de
la armadura o inducido. EA : Fuerza contra electromotriz o tensin
inducida en el motor. IA RA : Cada de tensin en el inducido debido
a la resistencia de la armadura.
Fig. 34. Motor CC de excitacin independiente
Fig. 35. Motor CC con excitacin shunt Las corrientes para el
circuito de campo y de lnea se cumplen: IF = VRTF IL = IA + IF Se
incluye dentro de la RF la resistencia Raj , con el propsito de
simplificar las ecuaciones. En la figura 36 podemos ver que
velocidad (la frecuencia de giro) se reduce ligeramente cuando
aumenta la carga, es decir el par resistente. En cambio la
intensidad de la corriente de inducido crece cuando se carga el
motor en derivacin. La cada de tensin en la resistencia RA del
devanado de inducido tambin aumenta, con lo que disminuye la fuerza
contra electromotriz y como consecuencia tambin la frecuencia de
giro. El comportamiento de un motor con excitacin en derivacin se
caracteriza por una ligera reduccin de la frecuencia de giro cuando
aumenta la carga. La ecuacin que rige esta variacin con el
incremento de carga es: = KVT (KR A)2 IND El rendimiento es
relativamente bajo para cargas pequeas, pues las prdidas de
excitacin que son constantes e independientes de la carga, se ponen
claramente de manifiesto. La corriente de arranque IA es intensa,
pues la resistencia de los devanados de inducido, auxiliar y de
compensacin es pequeas. La corriente de excitacin lF suele
depreciarse a causa de su pequea intensidad. El motor se pone en
marcha mediante un restato de arranque.
Figura 36. Frecuencia de giro/par de motor Shunt. La frecuencia
de giro puede gobernarse mediante la tensin VT aplicada al devanado
del inducido o tambin variando la intensidad de la corriente de
excitacin IF mediante el restato de campo (parte superior de la
figura 35). La tensin aplicada al inducido puede variarse mediante
el restato de arranque siempre que ste proyectado para el
funcionamiento en rgimen permanente. El motor Shunt se utiliza en
todos aquellos casos en que sea precisa una frecuencia de giro
uniforme, por ejemplo, para accionar mquinas/herramientas. El
devanado de excitacin y el de inducido de un motor de continua con
excitacin independiente se alimenta mediante dos fuentes de tensin
diferentes (Fig. 34), cuyas tensiones suelen ser tambin de valores
distintos. Los motores con excitacin independiente presentan un
comportamiento de rgimen anlogo a los motores con excitacin en
derivacin, o sea, que su frecuencia de giro es prcticamente
constante e independiente de las variaciones de la carga. Su
velocidad se puede gobernar mediante la tensin del devanado de
inducido o tambin mediante la intensidad de la corriente de
excitacin. Los motores con excitacin independiente se emplean
cuando se desea poder gobernar la frecuencia de giro, para lo cual
suele variarse la tensin del inducido. Esta suele venir
suministrada por generadores de continua (convertidor Leonard) o
por rectificadores gobernados por tiristores. Los motores con
excitacin independientes se utilizan en aquellos casos en que haya
de gobernar la frecuencia de giro dentro de mrgenes muy amplios y
se precisen grandes potencias, por ejemplo, para accionar
mquinas/herramientas, excavadoras, trenes laminadores, etc. 3.3.
MOTOR CC CON IMAN PERMANENTE La caracterstica de estos motores es
que sus polos son hechos de imanes permanentes. En este caso, el
circuito de campo es reemplazado por imanes permanentes, por lo
cual es empleado para manejar cargas pequeas por ser ms econmicos y
menos complicados. Los motores de corriente continua cuyo campo
magntico se obtiene mediante imanes permanentes (por ejemplo
motores para limpiaparabrisas) deben considerarse tambin como
motores con excitacin independiente. La presencia del imn
permanente hace que el flujo sea constante, por ello, su velocidad
no puede ser controlada por un restato de campo, teniendo como nico
mtodo disponible el control de velocidad por variacin de la tensin
de armadura y resistencia de armadura. 3.4. MOTOR CC EN CONEXIN
SERIE El motor serie se caracteriza por presentar un gran par de
arranque y por tener una frecuencia de giro que depende mucho de la
carga. Este motor se caracteriza por tener el devanado que consta
relativamente de pocas espiras conectado en serie con el circuito
de armadura, la figura 37 muestra el circuito equivalente de este
motor a partir de la cual se pueden deducir las siguientes
ecuaciones.
Figura 37 Circuito equivalente del motor en conexin serie. Los
motores con excitacin en serie deben ponerse en marcha a travs de
un restato de arranque para limitar la intensidad de su corriente
de arranque. La ecuacin que rige su velocidad durante el arranque y
en condiciones nominales es: KcRRKcVS AindT+ =1
Figura 38 Caracterstica par-velocidad. La caracterstica
par-velocidad y la ecuacin anterior muestran que el flujo es
directamente proporcional a la corriente de armadura, al menos
hasta alcanzar la saturacin. A medida que se incrementa la carga
sobre el motor, tambin se incrementa el flujo y un incremento del
flujo causa un decremento de velocidad. El resultado es que un
motor serie tiene una caracterstica par-velocidad con una cada
brusca. De acuerdo a la grfica, si el par aplicado es cero, la
velocidad tiende al infinito, sin embargo en la prctica el par
nunca es cero a causa de las prdidas mecnicas del ncleo y
adicionales que debe vencer. Sin embargo si no se conecta otra
carga al motor, puede girar lo suficientemente rpido para daarse a
s mismo. Por lo que nunca deber arrancar sin carga y operar con la
misma, si esta se perdiera, el resultado podra ser serio. La
frecuencia de giro puede gobernarse mediante resistores en serie
(dimensionados para el rgimen permanente) o mediante rectificadores
gobernados a tiristores. Tambin puede variarse la frecuencia de
giro con un restato de campo conectado en paralelo con el devanado
de excitacin. Deber evitarse que le motor se embale. El motor serie
se emplea para accionar grandes cargas, por ejemplo, vehculos,
ascensores, motores de arranque para coches, etc. gracias a su gran
par de arranque. 3.5. MOTOR DE CC CONEXCITACIN COMPUESTA (COMPOUND)
El motor Compound rene las propiedades de los motores serie y
Shunt, pues posee un devanado en serie y otro en paralelo tal como
se muestra en la figura 39 este tipo de motor puede emplearse en
conexin larga (figura 39a) o en conexin corta (figura 39b), ya sea
en cualquiera de las conexiones citadas, este tipo de motor puede
variar su caracterstica de operacin segn la forma como se conecte
el bobinado serie y shunt, siguiendo la convencin de los puntos, se
pueden conectar de dos formas: Conexin compuesta acumulativa.
Conexin compuesta diferencial.
Figura 39. Variantes de conexionado del motor CC compound.
3.5.1. MOTOR CC EN CONEXIN COMPUESTA ACUMULATIVA Segn el circuito
equivalente de la figura 39a, al aplicar la ley de tensiones y
corrientes de Kirchhoff se tiene:
Reacurdese que se incluye dentro de la RF la resistencia Raj,
con el propsito de simplificar las ecuaciones. La fuerza
magnetomotriz neta y la corriente del campo en derivacin en este
motor est dado por las siguientes ecuaciones. FNET =FSH +FSE FRA
IF* = IF + NSE IA FRA NFNF El motor Compound presenta
comportamientos de rgimen diferentes segn como se haya proyectado
el bobinado serie, ya que la componente del flujo correspondiente
al campo shunt es constante ya la componente del flujo
correspondiente al bobinado serie depende de la corriente de
armadura, esto durante el arranque la corriente sea ms alta,
originando un par de arranque mayor que un motor shunt pero ms bajo
que un motor serie. Para cargas pequeas, el campo serie tiene poca
influencia, por tanto el comportamiento del motor se asemeja al
motor cc shunt, cuando la carga se hace importante, su
comportamiento se asemeja al motor serie. En cierto sentido, el
motor de excitacin compuesta acumulativa de cc combina los mejores
rasgos de los motores en derivacin (shunt) y serie. Al igual que un
motor serie, tiene un par extra para arrancar; y como el motor en
derivacin, no embala sin carga. La figura 40 muestra la
caracterstica par velocidad del motor cc en conexin compuesta
acumulativa.
Figura 40. Caracterstica par-velocidad del motor CC compuesto
acumulativo. Por ser ms flexible su relacin caracterstica
par-velocidad, encuentra su aplicacin en accionamiento de masas
pesadas, por ejemplo para prensar, estampar, cizallar, etc. 3.5.2.
MOTOR CC EN CONEXIN COMPUESTA DIFERENCIAL Segn el circuito
equivalente de la figura 39b, al aplicar la ley de tensiones y
corrientes de Kirchhoff se tiene:
La fuerza magnetomotriz neta y la corriente del campo en
derivacin en este motor est dado por las siguientes ecuaciones. En
este tipo de motor, la fuerza magnetomotriz del bobinado serie se
opone a la del bobinado shunt, por lo que aunado al flujo de
reaccin de armadura, tienden a reducir el flujo neto del motor,
pero como el flujo disminuye, la velocidad del motor tiende a
aumentar, el incremento de la carga tiende a oponer an ms el flujo
serie, por lo que el flujo disminuye an ms y el motor aumenta ms su
velocidad y as sucesivamente. De lo anterior podemos concluir que
el motor cc en conexin compuesta diferencial es inestable y tiende
a embalarse, esta inestabilidad es mucho ms perjudicial que aquella
del motor en derivacin con reaccin de armadura, es tan mala, que un
motor de esta naturaleza es inapropiado para casi todas las
aplicaciones. La figura 41, muestra su caracterstica par
velocidad.
Figura 41. Caracterstica par-velocidad del motor CC compuesto
diferencial. 3.6. ARRANQUE DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Un
motor de cc slo puede operar apropiadamente en una planta o proceso
productivo si tiene asociado algn equipo de proteccin y control,
cuyos propsitos son: Proteger al motor contra los daos debidos al
cortocircuito del equipo. Proteger al motor contra daos
provenientes de sobrecargas prolongadas. Proteger al motor contra
daos provenientes de corrientes de arranque excesivas. Proveer una
forma conveniente mediante la cual se pueda controlar la velocidad
de operacin del motor. DISPOSITIVOS DE ARRANQUE DE MOTORES Los
motores grandes se arrancar automticamente y el restato de arranque
est compuesto por varias resistencias conectadas en serie que
sucesivamente son puestas en cortocircuito cuando la corriente de
armadura alcanza el valor nominal. Restato de tres bornes Si un
motor de 10 caballos a 110 V se conecta directamente a una lnea de
alimentacin a 110 V, la corriente demanda es de 110:0,05 = 2200
amperios, valor inadmisible en la prctica industrial (por ausencia
de la fuerza contraelectromotriz). Por consiguiente, debe
intercalarse durante el arranque una resistencia en serie con el
inducido del motor. Esta resistencia puede disminuirse
progresivamente a medida que la velocidad del inducido aumenta y
desarrolla una f.e.m.
Figura 42. Resistencia de arranque. Si el inductor estuviese
conectado a los terminales del inducido, de modo, que la
resistencia estuviera en serie con todo el motor, la tensin seria
baja o nula en el inductor para el arranque, produciendo un par
dbil que hara difcil el arranque.
Figura 43. Restato de 3 bobinas. Restato de arranque de cuatro
bornes Los restatos de arranque de tres bornes no son tiles para
los motores de velocidad variable con regulacin de campo. En estos
motores, la velocidad puede variar en la relacin de cinco a uno, lo
que da origen a que, aproximadamente varen en la misma relacin las
intensidades de la corriente de excitacin. El electroimn de
retencin puede ser demasiado potente, por lo tanto, para las
intensidades superiores de la corriente de excitacin y demasiado
dbil cuando los valores ms bajos. Para salvar esta dificultad se
emplea los restatos de cuatro bornes (Fig. 44) que son semejantes a
los representados en la figura 43, excepto en que el electroimn de
retencin se conecta directamente a la lnea de alimentacin y su
resistencia es considerable.
Figura 44. Conexin de un restato de cuatro bornes. Restato para
motores serie El restato de arranque para motores serie no necesita
lgicamente actuar sobre arrollamientos inductores en Shunt. Existe
dos tipos principales, uno con disparo por falta de tensin (Fig.
45a) y otro con disparo por cese de la carga (Fig. 45b). a) Restato
serie de desconexin por falta de tensin.
b) Restato serie de desconexin en vaci. Figura 45. Regulacin de
velocidad por el mtodo de resistencia del inducido. Combinaciones
Se emplea cuando el funcionamiento del motor lo regula
continuamente el operador, como en los tranvas, gras y ascensores.
El combinador tiene que ser ms robusto de arranque, puesto que se
emplea continuamente para arranque, paro e inversin del sentido de
marcha del motor. Estos aparatos comprenden generalmente una
resistencia exterior que se intercala o se separa por medio de los
contactos del combinador. Puede incorporarse al combinador un
restato de campo para los motores Shunt. Los combinadores van
provistos generalmente de un inversor, de manera que el motor puede
girar en ambas direcciones. Restatos de arranque automticos. Es
frecuente la utilizacin de restatos de arranque automticos. Tiene
muchas ventajas con respecto a los manuales. Suprime la resistencia
de arranque a una velocidad definida, con lo que se evita que
salten los fusibles o se abran los interruptores cuando la
aceleracin es excesiva. Sopladores magnticos Los combinadores y los
cortacircuitos suelen ir acompaados de sopladores magnticos, cuya
funcin es alargar el arco que producen la interrupcin del circuito,
apagndolo as rpidamente. Tambin obliga al arco a desplazarse fuera
del espacio existente entre los contactos, reduciendo as
considerablemente la tendencia a quemar las superficies de estos,
debida a la persistencia del arco. 3.7. REGULACIN DE LA VELOCIDAD
Solamente hay dos factores que pueden hacerse variar para regular
la velocidad sin introducir modificaciones en la disposicin
constructiva del motor. Estos son la fem VT y el flujo . Mtodo de
la resistencia del inducido En este mtodo, la regulacin de la
velocidad se obtiene intercalando una resistencia directamente en
serie con el inducido del motor, haciendo que acte sobre el
inductor , la diferencia de potencial total de la lnea, como en la
figura 45a. Debido a la cada de tensin que produce la resistencia,
este mtodo permite obtener una amplia gama de velocidades y al
mismo tiempo el motor puede desarrollar el par que se desee dentro
de sus lmites funcionando, ya que el par depende solamente del
flujo y de la intensidad de la corriente en el inducido. Las
principales objeciones que puede oponerse a este mtodo de regulacin
de la velocidad son la excesiva energa que se pierde en la
resistencia en serie con resistencia en serie con el inducido y sin
ella. Otra objecin que se opone a este mtodo es que por la
resistencia de regulacin tiene que pasar la intensidad de la
corriente de rgimen del motor y la de sobrecarga por lo que han de
tomarse medidas para disipar la gran cantidad de calor que se
produce en dicha resistencia. Sistema de tensiones mltiples Este
sistema se basa en disponer de varias tensiones distintas en los
terminales del inducido del motor, obtenida a menudo mediante un
sistema de compensacin (Fig. 46)
Figura 46. Regulacin de velocidades mediantetensiones mltiples.
Sistema Ward Leonard En este sistema (Fig. 47), se consigue una
tensin variable en el motor por medio de una dnamo G con excitacin
independiente, movida por un motor M1. Variando el campo del
generador se obtienen la tensin necesaria entre terminales del
motor M2. El inductor del motor est conectado a la lnea de
alimentacin en paralelo con los inductores de las otras dos
mquinas. En la figura 47 M1 es el motor que acciona el generador G.
Este a su vez suministra corriente a tensin variable al inducido
del motor M1 cuya velocidad puede hacerse variar. Este sistema es
muy flexible y proporciona un ajuste preciso y una buena regulacin
de la velocidad. Sus principales desventajas son el bajo
rendimiento total del sistema, especialmente para pequeas cargas, y
la necesidad de disponer de dos mquinas suplementarias. Se utiliza
este procedimiento cuando se necesita una regulacin muy fina de la
velocidad y una aceleracin suave. Es de aplicacin corriente en los
ascensores.
Figura 47. Sistema Ward Leonard de regulacin de velocidad.
Regulacin del campo Tambin se puede obtener una variacin de
velocidad haciendo variar el flujo p por medio de un restato de
campo. Este mtodo es muy eficaz atendiendo a la potencia, y para un
ajuste especfico es excelente la regulacin de la velocidad desde el
funcionamiento en vaco al de plena carga. La gama de velocidades
que se puede obtener con este mtodo est limitada, en los bornes
ordinarios, por dificultades de conmutacin. Regulacin de la
velocidad por acoplamiento de motores en serie y serie paralelo La
velocidad de un motor serie puede regularse intercalando una
resistencia en serie con el motor y, en parte, shuntando el campo.
Como en la regulacin de los motores Shunt mediante resistencias
dispuestas en serie con el inductor, el sistema antes indicado es
de mal rendimiento. Sin embargo, se utiliza este mtodo para los
casos de trabajo intermitente, como en las gras, y durante el
perodo de aceleracin en los vehculos de transporte, en los que le
bajo rendimiento no es demasiado importante.
CAPITULO IV
4. TABLA OPERATIVA DE MOTORES DE DC
Tabla 1 La mquina de corriente continua ha sido una de las ms
verstiles en la industria.
Su fcil control de posicin, par y velocidad la han convertido en
una de las mejores opciones en aplicaciones de control y
automatizacin de procesos, aunque con la llegada de la electrnica
su uso ha disminuido en gran parte, pues las mquinas de corriente
alterna, pueden ser controladas de igual forma a precios ms
accesibles para el consumidor medio de la industria.
Las mquinas de corriente continua siendo hasta el da de hoy una
de las partes importantes tanto en la industria como en talleres
pequeos, ya que con ellas se interviene en una gran cantidad de
procesos. La adquisicin de los conocimientos adecuados del
funcionamiento de las diversas de mquinas de corriente continua,
mencionados en esta monografa, determinan la capacidad de un
estudiante de ingeniera de elegir el generador y/o motor ideal para
la satisfaccin de los requerimientos de cualquier proceso para los
cuales sea necesaria la utilizacin de estos equipos, ya que cada
caracterstica en particular, como el tipo de excitacin de los
distintos sistemas, puede ser el determinante para el uso futuro de
los equipos.
6. BIBLIOGRAFA MQUINAS ELCTRICAS II Autor: Ing. Daro
Biella-Bianchi. MQUINAS ELCTRICAS Autor: Fitzgerald. MQUINAS
ELCTRICAS Autor: Langsdorf. Manual del Ingeniero Mecnico, 9 edicin,
tomo 2, Eugene A. Avallon, Theodore Baumeister, Mc. Graw Hill
Mquinas de Corriente Contnua, Michael Liwschitz Garik, Clyde C.
Whipple, CECSA Mquinas Elctricas, 5 edicin, A. E. Fitzgerald,
Charles Kingsley Jr., Stephen D. Umans, Mc. Graw Hill
INTERNET
http://pdf.rincondelvago.com/generadores-de-corriente-directa.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua
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