Maquinas de corriente continua

Presentación del tema: "Maquinas de corriente continua"— Transcripción de la presentación:

1 Maquinas de corriente continua

2 ¿Qué es una maquina eléctrica?
Se define por maquina eléctrica, toda aquella que es capaz de convertir la energía eléctrica en energía mecánica según el par de polos que esta tenga o viceversa. En el caso de las máquinas eléctricas encontramos dos grandes tipos de estas: Maquina eléctrica de corriente continua Maquina eléctrica de corriente alterna

3 Generador de corriente continua

4 Un poco de historia: Las máquinas de corriente continua (CC o CD) tienen una gran importancia histórica debido a su empleo como generadores o dinamos siendo el primer procedimiento para producir energía eléctrica a gran escala. Se procuraba producir un tipo de corriente similar a la de las pilas galvánicas. La corriente alterna, a inicios de 1830 constituía experimentos prácticos sin ningún interés práctico. Las máquinas de CC son empleadas mayormente como motor. La ventaja fundamental de los motores de CC frente a los motores de CA es el mayor grado de flexibilidad para el control de la velocidad y par. Con el avance de la electrónica de potencia, la aplicación de los motores de CC en los cuales mantenía supremacía, se ha ido reduciendo en favor de los motores de CA, cuyo costo de fabricación y mantenimiento es reducido. El empleo de la dinamo como generador o dinamo esta obsoleto debido a que la corriente alterna presenta ventajas para generación, transporte y distribución de energía eléctrica.

5 Partes constructivas

6 Carcasa de campo La carcasa de campo (también llamado el armazón del inductor, armazón del generador, bastidor) constituye la base del generador. Estos son los nombres que se le dan indistintamente a la parte inmóvil de la maquina en los cuales están fijados los polos principales y de conmutación y por medio de la cual está apernada la maquina a la placa de solera. La carcasa tiene 2 funciones: la misma completa el circuito magnético entre los polos y actúa como un soporte mecánico para las otras partes del generador. Polos principales de campo: El campo principal está representado en la figura. Se compone del polo laminado o del palastro 1 con chapas de grado eléctrico, de 1mm de espesor, ensambladas con pasadores. En el extremo dirigido hacia el inducido, el núcleo del polo se ensancha en la expansión polar 2, que facilita el paso del flujo magnético por el entrehierro. La bobina de campo o inductor 3 está montada en el núcleo y es activada o energizada por la corriente continua que pasa por ella. La bobina está devanada sobre la carcasa 4, constituida por chapa de acero de 1 a 2mm forrada con cartón encolado de 2 a 3mm de espesor plástico o papel baquelizado

7 Carcasa de campo Polos principales de campo:
El campo principal está representado en la figura. Se compone del polo laminado o del palastro (1) con chapas de grado eléctrico, de 1mm de espesor, ensambladas con pasadores. En el extremo dirigido hacia el inducido, el núcleo del polo se ensancha en la expansión polar (2), que facilita el paso del flujo magnético por el entrehierro. La bobina de campo o inductor (3) está montada en el núcleo y es activada o energizada por la corriente continua que pasa por ella. La bobina está devanada sobre la carcasa (4), constituida por chapa de acero de 1 a 2mm forrada con cartón encolado de 2 a 3mm de espesor plástico o papel baquelizado. Para reducir la hidroscopia y aumentar la capacidad de conducción del calor de las bobinas son tratadas con una composición y sometidas a una serie de impregnaciones en barniz caliente con los subsiguientes secados en horno. Para favorecer la refrigeración de la bobina de campo, esta puede ser subdividida en el sentido de la altura en dos o más partes con canales de ventilación de suficiente anchura entre dichas partes (5). Los polos están fijados a la culata por medio de los pernos especiales (6).

8 Carcasa de campo

9 Carcasa de campo En la figura A, se muestra la carcasa para un generador de dos polos en sección transversal. La carcasa del generador de 4 polos se encuentra en la figura B

10 Maquina de corriente continua
En pequeños generadores, la carcasa está hecha de una sola pieza de hierro, pero en generadores más grandes, por lo general se compone de dos partes atornilladas entre sí. La carcasa tiene altas propiedades magnéticas y, junto con las piezas polares, forma la mayor parte del circuito magnético. Los polos de campo (piezas polares), están atornillados a la parte interior del marco y de cuatro bases en la que los devanados de la bobina de campo se montan. Los polos son generalmente laminados para reducir las pérdidas por corrientes de Foucault y servir al mismo propósito que el núcleo de hierro de un electroimán, es decir, concentran las líneas de fuerza producidas por las bobinas de campo. El marco completo, incluyendo los polos de campo está hecho de hierro de alta calidad magnética o chapa de acero. Un generador práctico de corriente continua utiliza electroimanes en vez de imanes permanentes. Para producir un campo magnético de la fuerza necesaria con imanes permanentes se aumentaría en gran medida el tamaño físico del generador.

11 Bobina de campo separada del núcleo del polo de conmutación
Carcasa de campo Las bobinas de campo se componen de muchas vueltas de alambre aislado y generalmente se enrolla en una forma que se ajuste sobre el núcleo de hierro de la pieza polar a la que está firmemente sujeta. La corriente de excitación, que se utiliza para producir el campo magnético y que fluye a través de las bobinas de campo se obtiene de una fuente externa o de la corriente generada por la propia unidad. No existe conexión eléctrica entre los devanados de las bobinas de campo y las piezas polares. Bobina de campo separada del núcleo del polo de conmutación

12 El inducido Inducido tipo tambor
El conjunto de inducido (llamado también armadura del generador) se compone de bobinas (devanado o arrollamiento ) de inducido enrolladas núcleo de hierro, un colector y sus partes mecánicas. Montado sobre un eje que gira sobre cojinetes situados en los extremos de carcas mismo gira a través del campo magnético producido por las bobinas de campo. El núcleo del inducido actúa como un conductor de hierro en el campo magnético y, por esta razón es laminado para evitar la circulación de corrientes de Foucault. Inducido tipo tambor

13 Sección transversal de un colector
Conmutador La figura muestra una vista en sección transversal de un conmutador o colector típico. Los extremos de todas las bobinas del inducido están unidas al colector, cuyo diseño depende principalmente de la potencia de salida de la maquina y la velocidad. El colector está situado en el extremo del inducido y se compone de segmentos en forma de cuña de cobre firmemente colocados. Aislados entre sí por finas láminas de mica. Los segmentos se mantienen en su lugar por los anillos de acero en V o bridas de sujeción provistos de pernos. Los anillos de mica aíslan los segmentos de las bridas. La porción elevada cada segmento se llama conductor vertical, y los extremos de las bobinas de armadura están soldados a las delgas. Cuando los segmentos no tienen conductores verticales, los cables se sueldan a hendiduras cortas en los extremos de los segmentos. DELGA. CUÑAS DE FIJACIÓN. TAZAS AISLANTES. FUNDA AISLANTE. CONDUCTOR VERTICAL. Sección transversal de un colector

14 Colector con porción quitada para ver su construcción
Conmutador Colector con porción quitada para ver su construcción

15 Conmutador Vuelta de devanado que conecta un extremo de dos bobinas a cada segmento del colector y los otros extremos de cada bobina a los segmentos adyacentes

16 Conmutador Escobilla de carbón
Las escobillas se montan sobre la superficie del colector formando el contacto eléctrico entre las bobinas de la armadura y el circuito externo. Un conductor flexible, trenzado de cobre, comúnmente llamado cola de cerdo, conecta cada escobilla con el circuito externo. Las escobillas, generalmente hechas de carbono de alto grado y mantenidas en su lugar mediante soportes de escobillas aisladas del bastidor, están libres para deslizarse hacia arriba y hacia abajo en sus soportes con el fin de seguir las irregularidades en la superficie del colector. Las escobillas son generalmente ajustables de modo que la presión de las mismas sobre el colector se pueda variar y se pueda ajustar su posición con respecto a los segmentos (delgas). El constante cierre y apertura de las conexiones a las bobinas en el que el voltaje está siendo inducido requiere el uso de materiales para escobillas que tengan una buena resistencia de contacto. Además este material debe ser tal que la fricción sea baja, para evitar un desgaste excesivo. El carbón de alto grado utilizado en la fabricación de escobillas tienen que ser lo suficientemente suave para evitar el desgaste excesivo del colector y sin a la vez lo suficientemente duro para proporcionar una vida de escobilla razonable, y puesto que la resistencia de contacto del carbón es bastante alta, la escobilla debe ser bastante grande para proporcionar una gran superficie de contacto. La superficie del colector está altamente pulida para reducir la fricción tanto como sea posible. Aceite o grasa nunca deben ser usados en un colector, y el cuidado extremo debe ser utilizado en la limpieza para evitar estropear o rayar la superficie. Escobilla de carbón

17 Conmutador 1. Porta escobillas. 2. Escobilla. 3. Resorte de presión.
4. Shunt de corriente (cable flexible de conexión de la escobilla). Porta escobillas

18 Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento de un generador o de una dinamo se basa en la generación de una f.e.m. debido al movimiento de un cable conductor en el seno de un campo magnético. Un generador eléctrico está formado por una bobina de cable de cobre barnizado, arrollada en un núcleo de hierro dulce ( no de acero) que gira dentro de un campo magnético producido por un imán situado alrededor de ella y que cuando gira transforma la energía cinética que recibe en energía eléctrica continua. La construcción de un generador de corriente continua es idéntica a la de un motor de corriente continua, incluido el colector, pero en el generador hay un movimiento mecánico del mismo para producir electricidad, mientras que el motor se mueve por la acción de una corriente eléctrica. Dispositivo capaz de transformar el movimiento rotativo en electricidad

19 Principio de funcionamiento
Por ejemplo: una dinamo es lo que tu llevas en las bicicletas y que cuando lo pones en contacto con la rueda cuando se está moviendo y tiene energía cinética, ésta hace girar el eje en torno al cual está arrollado el bobinado de cobre formando un electroimán que gira dentro del campo magnético del imán de la dinamo, transformando así la energía cinética de la rueda de la bicicleta en la energía eléctrica necesaria para que las lámparas se enciendan. Posiciones de la bobina cuando: La f.e.m inducida es máxima. Cuando la f.e.m inducida es cero Generador básico de C.C.

20 Principio de funcionamiento
La construcción de un generador de corriente continua es idéntica a la de un motor de corriente continua, incluido el colector, pero en el generador hay un movimiento mecánico del mismo para producir electricidad, mientras que el motor se mueve por la acción de una corriente eléctrica. En la figura siguiente se representa la bobina en dos posiciones cuando está girando. En (a) el flujo magnético que pasa a través de la bobina cambia tanto más rápidamente cuanto más grande sea la velocidad con que las caras de la bobina cortan las líneas de campo magnético (aunque en el instante representado el flujo que atraviesa la bobina es cero). En (b), sin embargo, el flujo que atraviesa la bobina es más grande, pero no está variando cuando la bobina se encuentra en este punto porque no corta ninguna línea de flujo. En (a) la f.e.m. inducida será máxima, pero en (b) será cero. Por tanto, la f.e.m. que hay entre los terminales de la bobina será alterna, como se muestra esquemáticamente en la figura para los casos de funcionamiento en continua y en alterna. f.e.m que se obtiene en una única bobina de un generador cuando: Funciona en continua. Funciona en alterna.

21 Perdidas en la máquina

22 Excitación de generador / motor de corriente continua

23 Tipos de excitación Desde el punto de vista de comportamiento y condiciones de trabajo, tiene una gran importancia la forma en que se conectan entre si los devanados inductor e inducido. Se puede tener: Maquinas con excitación independiente, el devanado inductor es alimentado mediante una fuente de alimentación externa a la maquina. Maquinas auto excitadas, las que la maquina se excita a si misma tomando la corriente inductora del propio inducido (funcionamiento generador) o de la misma red de alimentación al inducido (funcionamiento motor).

24 Maquinas de excitación independiente
La corriente inductora se obtiene de una fuente externa. Se emplea la maquina en casos especiales. Se dispone de una resistencia en serie con el inductor para regularla corriente de excitación. Aplicando estas relaciones se puede deducir la curva de vacío a otra velocidad n’ presentada en la figura izquierda de la lamina anterior. En la figura derecha puede observarse cada una de las caídas de tensión según la expresión anterior (reacción del inducido, caída de tensión en el inducido y escobillas).

25 Maquinas de excitación independiente

26 Maquinas auto excitadas
Son las que la maquina se excita a si misma tomando la corriente inductora del propio inducido (funcionamiento generador) o de la misma red de alimentación al inducido (funcionamiento motor). Excitación serie Excitación derivación (Shunt) Excitación compuesta (Compound)

27 Maquinas auto excitadas
a) Maquinas auto excitadas serie El inductor e inducido están conectados en serie. Cuando la maquina esta en vacío, al ser Ie = I = Ii = 0, se obtiene una fem pequena que se debe al magnetismo remanente del inductor. Con una carga pequeña (alto valor de resistencia) y pequeña corriente de inducido, la maquina no podría auto excitarse. La curva de vacío puede obtenerse de manera similar que una maquina de excitación independiente. Para una corriente de inducido OA, se genera una f.e.m AC y la correspondiente tensión AB. La diferencia BC representa la caída de tensión por la reacción del inducido, resistencia de inducido y contacto de escobillas. La tensión en la carga varia bruscamente con la variación de esta carga.

28 Maquinas auto excitadas

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b) Maquinas auto excitadas derivación (Shunt). El inductor esta conectado en paralelo con el inducido y la excitación puede regularse insertando un reóstato en serie con este bobinado inductor (Re es la resistencia total del circuito de excitación; Re = Rp+Rex). Rp representa la resistencia del devanado inductor. Con la corriente de excitación Ie = 0 se produce una f.e.m ER debido al magnetismo remanente en los polos (figura izquierda lamina anterior). La f.e.m engendrada corresponde al punto P, solución común a la curva de vacío y a la recta del inductor. Cuando la f.e.m alcance el punto P no habrá ningún aumento posterior de la corriente Ie, la f.e.m deja de aumentar y este punto P determina los valores finales tanto de la tensión de vacío (f.e.m) como de la corriente de excitación, cumpliéndose en este punto: E=Re*Ie.

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En la figura de la derecha se muestra la característica externa de un generador shunt en comparación con un generador con excitación independiente. Debiendo considerarse la caída de tensión producida por las escobillas, resistencia del inducido y su reacción, con la disminución correspondiente en la corriente de excitación. Este tipo de generador es el mas utilizado y en los limites de carga normales no presenta caídas de tensión elevadas. Variando la resistencia del reóstato de excitación puede ajustarse la tensión en los terminales para compensar la caída de tensión producida por la carga.

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b) Maquinas auto excitadas compuestas (Compound). El generador puede ser de derivación larga o derivación corta. Generalmente las f.e.m de los devanados serie y derivación suelen ser del mismo signo (aditivas), pero puede realizarse conexión sustractiva o diferencial. Si se incrementa el numero de espiras en serie, la tensión terminal puede aumentar con la carga, lo que da lugar a la característica Hipercompuesta. Caso contrario la tensión puede reducirse dando lugar a la característica Hipocompuesta. La conexión diferencial presenta una caída de tensión elevada. La conexión diferencial donde se restan las f.e.m del campo derivación y serie, presenta una caída de tensión elevada con el aumento de la carga siendo útil su aplicación para soldadura en corriente continua.

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34 Maquinas auto excitadas

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