CARRERA DE ELECTROTECNIA INDUSTRIALTEMAMQUINAS ELCTRICAS DE CORRIENTE CONTINUA AutoresATAPOMA PAREDES RICHARDProfesor MENDOZALIMA PER2015Las mquinas elctricas rotativas se construyen combinando circuitoselctricos conmagnticos ypartes estticas conpartes mviles. Deestaforma,seconsigueelaborar dispositivos comolosgeneradores(que realizanuna transformacin de energa mecnica en elctrica y los motores(transformacin de energa elctrica en mecnica.Losprincipiosdefuncionamientodeestosdispositivosestnbasadosenlainduccinelectromagnticayenlafuerzaquedesarrollanlosconductoreselctricos cuando son recorridos por corrientes elctricas y atravesados a suvez por campos electromagnticos.La mquina elctrica de !"##$%&'% !"&'$&()se de*ne como un convertidorelectromecnicorotativobasadoenlos fenmenos deinduccinydeparelectromagntico, que transforma la energa mecnica en electricidad, ba+o losefectos de una corriente continua (generador, o viceversa, la energa elctricaenforma de corriente continua, en energa mecnica (motor.%l motor de corriente continua puede funcionar indistintamente como motor ocomo generador (dinamo, por tanto la constitucin de la mquina ,ace quesea igual en ambos casos.%l principio de los funcionamientos son las de generadores y motores-.%&%#)D"# D% !"##$%&'% !"&'$&()Los generadores de corriente continua sonmquinas que producen tensin. /aciendo giraruna espira en un campo magntico se produceuna f.e.m. inducida en sus conductores. Latensin obtenida en ele0terior a travs de unanillo colector y una escobilla en cada e0tremode la espira tiene carcter senoidal.!onectandolose0tremosdelaespiraaunossemianillos conductores aislados entre s,conseguiremos que cada escobilla est siempre en contacto con la parte deinducido que presenta una determinada polaridad. Durante un semiperiodo seobtiene la misma tensin alterna pero, en el semiperiodo siguiente, se inviertela cone0in convirtiendo el semiciclo negativo en positivo.%l inducido suele tener muc,as ms espiras yel anillocolectorestdivididoenunmayorn1mero de partes o delgas, aisladas entre s,formando lo que se denomina el colector. Lasescobillas son de gra*to o carbn puromontado sobre porta escobillas que medianteun resorte aseguran un buen contacto.)l aumentar el n1mero de delgas, la tensin obtenida tiene menor ondulacinacercndose ms a la tensin continua que se desea obtener.2)#'%3 D% (& .%&%#)D"# D% !"##$%&'% !"&'$&()!L)3%3D% .%&%#)D"#%3 D% !"##$%&'% !"&'$&() %0istentrestipos dedinamoseg1n sea la forma enque estnacoplados elinductor y el inducido- en serie, en derivacin y en combinacin.Los generadores de corriente continua se clasi*can seg1n el mtodo que usanpara proporcionar corriente de campo que e0cite los imanes del mismo.(ngeneradordee0citadoenserietienesucampoenserierespectoalaarmadura.(n generador de e0citado en derivacin, tiene su campo conectado enparalelo a la armadura.(n generador de e0citado combinado tiene parte de sus campos conectadosen serie y parte en paralelo.Losdos1ltimostiposdegeneradorestienenlaventa+adesuministrar unvolta+e relativamente constante, ba+o cargas elctricas variables. %l de e0citadoen serie se usa sobre todo para suministrar una corriente constante a volta+evariable. (n magneto es un generador peque4o de corriente continua con uncampo magntico permanente.D$&)5" D% %6!$')!$7& %& 3%#$%%l devanado inductor se conecta enserieconel inducido, detal formaque toda la corriente que elgenerador suministra a la carga8uye por igual por ambosdevanados. Dadoquelacorrienteque atraviesa al devanado inductores elevada, se construye con pocasespiras de granseccin. 'iene elinconveniente de no e0citarse altraba+ar en vaco. )s mismo semuestra muy inestable poraumentar latensinenbornes al,acerlo la carga, por lo que resultapoco 1til para la generacin deenerga elctrica. 2ara la puesta enmarc,a es necesario que el circuitoe0terior est cerrado) partir de una tensin m0ima, el aumento de intensidad ,ace decrecer latensin en bornes. %llo es debido a que la reaccin de inducido empieza a serimportante, lascadasdetensinvanaumentandoy, sobretodo, lospolosinductores se van saturando con lo que el 8u+o no crece en la mismaproporcin que la intensidad. !omo en el resto de las mquinas auto e0citadas,senecesitaunciertomagnetismoremanentequepermitalacreacindecorriente en el inducido al ponerse en movimiento los conductores. %l sentidode giro de la mquina siempre ,a de ser tal que el campo creado refuerce aldel magnetismo remanente, de lo contrario, lo anulara y la dinamo nofuncionar.D$&)5" D% %6!$')!$7& !"52(%3')%n la dinamo con e0citacin mi0ta o compuesta el circuito inductor se divide endos partes independientes, conectando una en serie con el inducido y otra enderivacin. %0isten dos modalidades, la compuesta corta que pone el devanadoderivacin directamente en paralelo con el inducido (%)! y la compuesta largaque lo pone en paralelo con el grupo formado por el inducido en serie con elotro devanado (9!. %l devanado serie aporta solamente una peque4a parte del8u+o y se puede conectar de forma que su 8u+o de sume al 8u+o creado por eldevanado paralelo (aditiva o de forma que su 8u+o disminuya el 8u+o del otrodevanado (diferencial. )s mismo, en funcin del n1mero de espiras deldevanado serie su aportacin de 8u+o ser mayor o menor, dando lugar a lostipos- ,ipercompuesta, normal, ,ipocompuesta y diferencial..racias a la combinacin de los efectos serie y derivacin en la e0citacin de ladinamo se consigue que la tensin que suministra el generador a la carga seamuc,oms estableparacualquier rgimendecarga. Lagranestabilidadconseguida en la tensin por stas dinamos las convierte, en la prctica, en lasms utilizadas paralageneracindeenerga. )medidaqueaumenta laintensidad de consumo, la e0citacin en paralelo disminuye, pero la e0citacinenserieaumenta. Deestemodopuedeconseguirseunatensindesalidaprcticamente constante a cualquier carga..%&%#)D"# %& D%#$:)!$"&3iendo el dinamo s,unt una maquina auto e0citada, empezar a desarrollar suvolta+e partiendo del magnetismo residual tan pronto como el inducidoempiece a girar.Despusamedidaque elinducidovadesarrollando volta+eeste enva corriente a travs del inductor aumentando el n1mero de lneas defuerza y desarrollando volta+e ,asta su valor normal.:"L');% %& %3'"3 .%&%#)D"#%32uesto que circuito inductor y el circuito de la carga estn ambos conectados atravs de los terminales de la dinamo,cualquier corriente engendrada en elinducido tiene que dividiese entre esas dos trayectorias en proporcin inversaa sus resistencias y, puesto que la parte de la corriente pasa por elcircuitoinductor es relativamente elevada, la mayor parte de la corriente pasa por elcircuitodelacarga, impidiendoas el aumentodelaintensidaddel campomagntico esencial para producir el volta+e normal entre los terminales%l volta+e de un dinamo s,unt variara en razn inversa de la carga, por la raznmencionada en el prrafo anterior . %l aumento de la carga ,ace que aumentela cada de volta+e en el circuito de induccin, reduciendo as el volta+e aplicadoal inductor, esto reduce la intensidad del campo magntico y por con siguiente,el volta+edelgenerador.3i se aumenta bruscamente lacarga aplicadaa undinamo s,unt la cada de volta+e puede ser bastante apreciable< mientras quesi se suprime casi por entero la carga, la regulacin de volta+e de una dinamos,unt es muy defectuosadebidoaquesuregulacinnoes in,erentenimantiene su volta+e constante. adaptan bien a traba+os fuertes, pero puedenemplearse para elalumbrado por medio de lmparas incandescentes o paraalimentar otros aparatos de potencia constante en los que las variaciones decarga no sean demasiado pronunciadas. %l dinamo s,unt funciona condi*cultad en paralelo porque no se reparte por igual la carga entre ellas.5"'"#%3 D% !"##$%&'% !"'$&()%sunamquinadec.c. quetransformalaenergaelctricaenmecnica.2resentan los inconvenientes de que slo pueden ser alimentados a travs deequipos que conviertan la c.a. suministrada por la red elctrica en c.c. y que suconstruccin es muc,o ms comple+a que las de c.a. y necesitan colectores dedelgas y escobillas para su funcionamiento, necesitando traba+os demantenimiento debido al desgaste por rozamiento de estas piezas.2resentan las venta+as de poseer un par de arranque elevado y que suvelocidad puede ser regulada fcilmente entre amplios lmites, lo que las ,aceideales para ciertas aplicaciones como por e+emplo la traccin elctrica(tranvas y trenes.9(&!$"&)5$%&'"3e basa en las fuerzas que aparecen en los conductores cuando son recorridospor unaintensidadyasuvez, estnsometidosalaaccindeuncampomagntico- 9 = > 0 L 0 $.Laespiraes recorridapor unaintensidadquesesuministraatravs delcontactodeuncolectordedelgas conunasescobillas, detal formaquelaintensidad generada por una fuente de alimentacin puede llegar a esta espira.Laespiraestsituadaentre?polosdeunimn, queesel encargadodeproducir el campo magntico.!mo las intensidades que circulan por ambos lados de la espira soncontrarias, aparecen unas fuerzas tambin contrarias en cada lado activo de laespira, lo que determina un par de giro.%l colectordedelgasseencargadequelaintensidadcirculesiempreenelmismo sentido en la espira y as el par de fuerzas siempre girar tambin en elmismo sentido.!uando la intensidad recorre los conductores, se produce un par de giro en el rotor, el cual empieza a acelerarse ,asta alcanzar sus revoluciones nominales. %sta intensidad que aparece en el inducido, depender de la f.c.e.m(fuerza contra electromotriz que se desarrolla en el mismo.!L)3%3 D% 5"'"#%3D% !"##$%&'% !"&'$&() 3%.@& 3( D$%A"3i el estator es bobinado, e0isten distintas con*guraciones posibles para conectar los dos bobinados de la mquina-5otor de !D en serie- el devanado de estator y el devanado de rotor se conectan en doble paralelo para crear la funcin en serie para dar el doble de par5otor de !D en paralelo- el devanado de estator y de rotor se conectan en paralelo.5otor de !D compuesto- se utiliza una combinacin de ambas con*guraciones.5otores de imn permanenteLos motores de imn permanente tienen algunas venta+as de rendimiento frente a los motores sncronos de corriente continua de tipo e0citado y ,an llegado a ser el predominante en las aplicaciones de potencia fraccionaria. 3on ms peque4os, ms ligeros, ms e*caces y *ables que otras mquinas elctricas alimentadas individualmente.5otores sin escobillasLos motores de corriente directa sin escobillas estn dise4ados para conmutar la tensin en sus devanados, sin sufrir desgaste mecnico. 2ara este efecto utilizan controladores digitales y sensores de posicin. %stos motores son frecuentemente utilizados en aplicaciones de ba+a potencia, por e+emplo en los ventiladores de computadoras.!"&%6$7& D% L"3 5"'"#%3 D% !"##$%&'% D$#%!')%l devanado de e0citacin se conecta a una fuente de tensin diferente a la aplicada al inducido. %sta separacin aporta la venta+a de mayores posibilidades de regulacin de velocidad que el de derivacin.5"'"# !"& %6!$')!$7& $&D%2%&D$%&'%-%l devanado de e0citacin se conecta a una fuente de tensin diferente a la aplicada al inducido. %sta separacin aporta la venta+a de mayores posibilidades de regulacin de velocidad que el de derivacin. 3e aplica donde se requiera una velocidad prcticamente constante5"'"# !"& %6!$')!$7& %& D%#$:)!$7& " 3/(&'-%l devanado de e0citacin se conecta en paralelo con el inducido. La velocidad de un motor con e0citacin en derivacin permanece prcticamente constante para cualquier rgimen de carga.Im!e" 2#$ %r&f'(s )e *e+o(')) , (r! e" u" motor (o" e-('t('." e" )er'*('." o s/u"t$Im!e" )e e+0or('." 1ro1'!uando se aumenta el par resistente aplicado al motor, la $i aumenta para producir un par motor igual al mismo. Dada su estabilidad, ste posee un campo de aplicacin muy amplio- mquinas, ,erramientas para metales, madera, plsticos...etctera5"'"# !"& %6!$')!$7& %& 3%#$%-%l devanado de e0citacin se conecta en serie con el inducido, por lo tanto la $e0 = $i. 3eg1n aumenta la intensidad del motor, el motor va perdiendo velocidad. 2ara intensidades muy peque4as el motor tiende a alcanzar velocidades muy elevadas.Im!e" 21$ Es3uem )e u" motor )e (orr'e"te (o"t'"u (o" e-('t('." e" ser'e$Im!e" )e e+0or('." 1ro1''iene un par elevado de arranque, ya que si la intensidad es elevada, el par crecer de forma cuadrtica a esa intensidad.La velocidad del motor disminuye seg1n se le e0ige un mayor par resistente.Im!e" 22$ %r&f'(s )e *e+o('))4 1r , 1r5*e+o(')) e" u" motor (o" e-('t('." e" ser'e$Im!e" )e e+0or('." 1ro1'Pu+s so0re + 'm!e" 1r m1+'r+3e utilizan para los casos que se e0ige un gran par de arranque- tranvas, locomotoras, gr1as... etctera, y es muy prctica su utilizacin en traccin elctrica.5"'"# !"& %6!$')!$7& %& !"52"(&D-Las caractersticas del motor compound estn comprendidas entre las del motor s,unt y las del motor serie. %stos motores se emplean en muy pocas ocasiones, debido al peligro de embalsamientopara fuertes cargas. )un as su mayor utilizacin es en gr1as, traccin, ventiladores, prensas, limadores, etctera, y en mquinas que requieran elevado par de arranque, como compresores, laminadoras, etctera.