Máquinas Eléctricas Prof. Andrés J. Diaz C. PhD Cap3 Generadores DC Máquinas Eléctricas Prof. Andrés J. Diaz C. PhD

Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas Contenido Construcción Embobinado del campo Regulación de voltaje Shunt o auto excitado Generador serie Generador compuesto Eficiencia 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Construcción de un generador DC Consiste de un Stator que contiene los polos magnéticos. Estos consisten en electroimanes debido a que se puede controlar su flujo y alcanzar campos mas fuertes que con imanes permanentes. En el generador de la figura existen cuatro polos conectados en serie. En el rotor se encuentra el embobinado de la armadura donde se genera el voltaje y se transfiere al exterior a través del conmutador. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Configuraciones del Generador DC De acuerdo a como conectamos el campo con la armadura en el generador DC obtenemos diferentes combinaciones. Excitación separada Autoexcitación Conexión serie Conexión compuesta Conexión corta Conexión larga 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Excitación separada curva de magnetización El voltaje generado en un generador de excitación separada es proporcional a la corriente de excitación If. Sin embarga llega un punto en que el voltaje no crece con la misma proporción debido a que el núcleo se satura. Este voltaje como se ve responde directamente a la curva de magnetización del núcleo. El voltaje también es proporcional a la velocidad de giro del rotor. Por lo que se sabemos el voltaje generado a una velocidad podemos hallar el voltaje a una segunda velocidad con. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Ejemplo de excitación separada Un generador DC tiene un comportamiento Voltaje generado Vs corriente según la tabla para 1400RPM. Encuentre el voltaje generado a 0.4A y 1000RPM Eg 6 30 58 114 153 179 If 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Voltaje en los terminales El voltaje en los terminales del generador es igual a la EMF generada menos el voltaje de caída en la resistencia del embobinado. Existe otra caída de voltaje debido a la reacción de la armadura que distorsiona el campo pero para simplificación vamos a no considerar esta en los cálculos de los problemas 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas Regulación de voltaje La regulación es la relación entre la caída de voltaje debido a la carga y el voltaje sin carga expresado porcentualmente. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Ejemplo de regulación de voltaje Un generador de excitación separada es movido a 1400 RPM con una corriente de campo de 0.6A. Si la resistencia de la armadura es 0.28 ohmios. Cual será el voltaje de salida para corrientes de 0-60A. Cual será su regulación de voltaje para su máxima carga de 60A. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Generador autoexcitado (shunt) El campo se alimenta de la armadura. Este debe tener cierto magnetismo remanente para que comience la generación. La regulación de voltaje es menor que el de excitación separada ya que junto a los otros dos factores de resistencia de la armadura y reacción de armadura se les une el debilitamiento del flujo debido a la reducción del voltaje de armadura. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Voltaje de operación del generador autoexcitado Debido a que el voltaje generado depende del campo magnético y este a su vez depende del voltaje generado. El punto final de operación lo determina la resistencia del campo. Si hacemos variar la resistencia del campo conectándole una resistencia variable en serie obtenemos diferentes puntos de operación para una misma velocidad. Existe un resistencia crítica máxima del campo que a partir de esta no se produce generación. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Ejemplo de punto de operación A) Determine el voltaje en la cual la máquina operara para una resistencia de 120ohm. B) Determine la resistencia crítica a la cual el voltaje no se levanta. C) Determine el voltaje para una velocidad de 1350RPM. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Ejemplo de voltaje de salida para generador autoexitado Un generador tiene una resistencia de 60ohm. Cuando el generado produce 6kW el voltaje del generador es 120v y la EMF es 133V determine la a) Resistencia de la armadura. b) El voltaje EMF generado para 2KW y 135V en los terminales. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas Motor Series En esta configuración el voltaje crece con la carga debido a que la corriente de armadura es igual a la corriente de campo. Sin embargo también se produce una caída en el voltaje de salida igual a la corriente de carga multiplicada por la suma de la resistencia de los embobinados. Debido a la mala regulación de voltaje este generador solo se utiliza en maquinas soldadoras o en elevadores de voltaje donde se colocan en serie otro generador y compensan el voltaje caído debido a la carga. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas Generador compuesto Posee un bobinado de campo en paralelo donde se produce el mayor flujo y otro en serie que trata de compensar el voltaje que cae en la armadura, obteniendo una respuesta plana de voltaje en los terminales vs corriente de carga. Cuando la conexión entre los campos se hace en los terminales se llama “long shunt”, como en la figura. Si la conexión se hace en la armadura entonces se conoce como “short shunt”, aunque debido a la baja corriente del campo en paralelo y la baja resistencia del campo en serie la diferencia entre las dos configuraciones no es muy significativa. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Diferentes arreglos del generador compuesto El campo en serie puede compensar la caída de voltaje en los terminales de tres maneras diferentes Overcompensated Se utiliza cuando la carga esta lejo del generador Flat Cuando la carga esta cerca del generador Undercompensated Si queremos que el voltaje en los terminales nunca sea mayor que el voltaje sin carga. Diferentially compunded La bobina no compensa si no todo lo contrario, produce una mayor caida manteniendo la corriente en corto circuito dentro de cierto limites. Una aplicación de “diferentially compounded” es donde puede producirse corto circuitos debido a lineas rotas. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Ejemplo de motor compensado Determine el numero de vueltas que tiene que tener el embobinado en serie de generador compuesto de 20KW para mantener el voltaje en sus terminales a 240V entre carga completa y no carga si se sabe que la corriente necesaria en el campo paralelo (sin embobinado en serie) es 4 y 5 amperes respectivamente y que este tiene 600 vueltas por polo. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Ajustando al compensación Para obtener la compensacion plana correcta se produce un campo en serie con mas vueltas de la calculada (sobrecompensado) y se le agrega un resistencia variable en paralelo para reducir la corriente que circula por este y poder ajustar la compensación al valor deseado. En el ejemplo anterior en vez de 6.9 vueltas se podria hacer un campo en serie de 8 vueltas.Esto hace que solo 600/8=75 amperes sea necesario y los otros 83.3-75=12A se descargen a travez de la resistencia en paralelo con este campo que tendria que tener un valor de 75/12.3=6.10 veces menor. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas Eficiencia La eficiencia de un motor se mide con las siguientes formulas. Las perdidas se clasifican en Armadura Campo en serie Campo en paralelo Perdidas de rotación 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas

Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas Ejemplo de eficiencia. Un generador compuesto de 10KW y 125V tiene una perdidas rotacionales de 580W. Si la resistencia del campo paralelo es 62.5ohm, campo serie es .022 y armadura es .12ohm encuentre su eficiencia. 20/11/2018 Cap3 Generador DC-Prof. Andrés J. Diaz-INEL4085 Maquinas Electricas