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LAS MAQUINAS LAS MAQUINAS ELECTRICASELECTRICAS
• UNIDAD 2 GENERADORES DE CD Y CA
MAQUINA LINEAL DE CCMAQUINA LINEAL DE CC Las máquinas de corriente continua (cc) se caracterizan
por su versatilidad. Debido a la facilidad con la que se pueden controlar; a menudo se usan sistemas de máquinas de cc en aplicaciones donde se necesita una amplia gama de velocidades de motor o de control de la potencia de éste.
las máquinas de corriente continua generan en primera instancia corriente alterna después la existencia de un mecanismo convierte los voltajes internos de corriente alterna en voltajes corriente continua en los terminales. Este mecanismo se llama colector, y por ello las máquinas de corriente continua se conocen también como máquinas con colector.
Para explicar el funcionamiento de las maquinas eléctricas de corriente continua, se hace a partir de cuatro ecuaciones fundamentales:
Ecuación para el voltaje Ecuación para el voltaje La ecuación para el voltaje inducido en un
alambre que se mueve en un campo magnético es:
• eind = ( v x B ) . L• Donde: • eind = voltaje inducido en el alambre • v = velocidad del alambre• B = vector de densidad de flujo magnético • l = longitud del conductor en el campo
magnético
Ecuación para la fuerzaEcuación para la fuerza La ecuación para la fuerza en un alambre en
presencia de un campo magnético es: • F = i ( l x B )• Donde: • F = Fuerza en el alambre• i = corriente que fluye en el alambre • l = longitud del alambre en dirección del flujo de
corriente • B = vector de densidad de flujo magnético
Ley del voltaje de kirchhoffLey del voltaje de kirchhoff
• La ley del voltaje de kirchhoff para la maquina lineal de cc es:
• vB – iR – eind = 0
• vB = eind + iR
Ley de newton Ley de newton
La ley de newton para la varilla atravesada en la carrilera :
• Fnet = ma
VB
R generador
F ind. e ind.F apl.
Circuito de la maquina linealCircuito de la maquina lineal
• La dirección de la fuerza inducida se explica por la regla de la mano derecha. Esta fuerza inducida se opone a la fuerza aplicada a la varilla
Funcionamiento de la maquina lineal Funcionamiento de la maquina lineal como generadorcomo generador::
• 1.-Una fuerza F se aplica en la dirección del movimiento : F neta está en la misma dirección .
• 2.-La aceleración a= F neta/m es positiva ,por lo cual la varilla se acelera y la velocidad aumenta.
3.El voltaje (eind) = v (en aumento) Bl aumenta y por tanto :
i = (eind)(aumenta)- Vb)/R (también aumenta.)
4- La fuerza inducida F ind = i(aumenta ) l B aumenta hasta que Find = F carga a una mayor velocidad v.
5.Una cantidad de potencia mecánica igual a Find v convirtiéndose ahora en potencia eléctrica (e ind) ( i ) y la máquina esta actuando como generador.
Pconv= eind I =Find v
Comportamiento en forma de motor:
1.Una fuerza Fcarga aplicada en sentido contrario a la dirección del movimiento causa una Fneta opuesta a la dirección del movimiento.
2. La aceleración resultante (a=Fneta)/m es negativa y por consiguiente la varilla se desacelera (v) disminuye.
3. El voltaje (e ind ) = (v disminuye ) B l baja y por lo tanto i= (Vb – e ind) / R aumenta.
4. La fuerza inducida Find=i(en aumento)lB aumenta hasta /Find/= /Fcarga/ a una velocidad menor v.
5. Una cantidad de potencia eléctrica igual a e ind se convierte ahora en potencia mecánica igual a Find Y la máquina esta actuando como motor.
Pconv= Tindω
Un motor real de CC en derivación se comporta exactamente de la misma forma cuando está con carga: cuando una carga se aplica al eje, el motor comienza a desacelerarse, lo cual reduce su voltaje interno y aumenta su flujo de corriente, El flujo de corriente que aumenta. Incrementa a su vez el momento de torsión inducido y éste igualará el momento de torsión de la carga del motor con una velocidad nueva y menor.
ELEMENTOS DE UNA MAQUINA DE C.D Una maquina rotatoria es generador si convierte energía mecánica en energía eléctrica, y es motor si convierte energía eléctrica en energía mecánica. la misma maquina se puede usar como un motor o como un generador Cuando una maquina trabaja como un motor se aplica corriente directa al embobinado estacionario (estator) para producir un campo magnético y es aplicado cd también a la armadura, entonces este girara bajo el efecto de la corriente y el campo magnético teniendo así: F= i ( l x B).
Si se desea trabajar la maquina como un generador entonces se mantiene el campo magnético y se transmite energía mecánica a la flecha de la armadura por medio de un primotor o un dispositivo auxiliar que le proporcione dicha energía. En este caso se tiene: E = (B x l ) · v
-En un generador el campo magnético es fijo y la armadura es la que gira.-La espira gira en el sentido de las manecillas del reloj, teniendo una velocidad constante.
FEM INDUCIDA EN UNA MAQUINA DE CD
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR DE CDDEL GENERADOR DE CD
De acuerdo a la figura anterior la espira gira dentro de un campo magnético en sentido de las manecillas del reloj, cortando las líneas de campo induciendo voltaje de diferentes magnitudes de acuerdo a la posición de la espira . Asi, en las posiciones 1, 5 y 9, las líneas de campo son perpendiculares a los conductores de la espira por lo que el voltaje es cero. En las posiciones 3 y 7 el voltaje inducido es maximo, donde las lineas de campo y los conductores son paralelos.La FEM inducida en la espira es alterna si la queremos recolectar lo hacemos mediante anillos rozantes ,en este caso el generador se llama de corriente alterna o alternador.-Si se tratara de un generador de C.D. seria necesaria rectificar la corriente de la espira con un colector con escobillas.-El flujo depende de los amperes-vueltas y como las vueltas permanecen constantes, esta dependerá exclusivamente de la intensidad corriente de campo.
Bien sea que la máquina funcione como un motor o como generador la fuerza inducida (función motora) o como el voltaje inducido (función generadora) están siempre presentes, es solamente la dirección relativa de las fuerzas externas con relación a la dirección del movimiento la que determina si la máquina se comporta como motor o como generador. Otra Observación es::Esta máquina se comporta como generador cuando se mueve rápidamente y como motor se mueve lentamente pero se moverá en la misma dirección, solamente hay un pequeño cambio en la velocidad de funcionamiento y una inversión en el flujo de la corriente.
Expresion de la femExpresion de la femSabemos, que se produce voltaje inducido cuando hay variación del flujo respecto al tiempo: e = dΦ/dt. En cada vuelta el rotor corta el flujo de cada polo, tal que si la maquina tiene P polos la fem será P veces mayor : ∆Φ=P Φ.Si el rotor gira n revoluciones por minuto, cada vuelta tendrá un tiempo: dt= 1/n minutos, dt= 60/n en segundos.Si Z es el numero de conductores activos del rotor y a el numero de ramas en paralelo ( dado que en la practica no se pueden sumar las fems de todos los conductores repartidos en la periferia del rotor, formándose ramas en paralelo):
E=P ΦnZ/a 60 o E= K Φn,k es la constante del fabricante
Proceso de conmutaciónProceso de conmutación En un generador, internamente se genera corriente alterna , ya que los conductores de la armadura, la corriente se invierte periódicamente , cuando los cables se mueven al cortar líneas de campo magnético bajo los polos norte y sur.En la figura, el conmutador es un anillo partido en dos segmentos, y las escobillas están en contacto con ellos, en la parte superior e inferior. El conductor mn, está conectado permanentemente al semianillo X y el conductor pq esta conectado permanentemente al semianillo Y, el anillo cortado gira con la bobina mnpq.Cuando el conductor mn se mueve hacia abajo y corta el flujo bajo el polo norte, el semianillo X será negativo, al mismo tiempo, el conductor pq se moverá hacia arriba y cortará bajo el polo sur, haciendo el semianillo Y positivo.
La escobilla superior será positiva, la inferior será negativa. La corriente en la carga será de A hacia B. En la siguiente mitad de revolución, el conductor mn cambiará de lugar con el conductor pq bajo los polos , este cambio hará que el voltaje generado en los dos conductores cambien su posición. El semianillo X se moverá a la posición superior, mientras que el semianillo Y estará en la parte inferior.Los voltajes inducidos en mn y pq cambian su dirección , los anillos a los cuales están conectados, automáticamente cambiaran su posición bajo las escobillas estacionarias, así la corriente a través de la resistencia de carga siempre será de A hacia B. La magnitud de la corriente cambiará cuando los conductores mn y pq ocupen diferentes posiciones bajo los polos, pero no habrá inversión de corriente a través de la carga. La corriente rectificada suministrada por cada bobina, pulsa tantas veces por revolución como numero de polos existan en la máquina y hay tantas escobillas como numero de polos.
Las escobillas están interconectadas, un grupo de escobillas alternadas se unen para formar la terminal positiva y el otro grupo de escobillas se une para formar la terminal negativa.Cuando varios alambres se unen adecuadamente para combinar sus efectos aditivamente , incrementan el voltaje y las pulsaciones dan una onda mas plana es decir , cuando se incrementa el número de alambres (espiras) en la armadura, la onda de voltaje externo entre las escobillas, se aproxima a una línea invariante que se aproxima al voltaje de CD suministrado por una batería.
Maquina de cdMaquina de cd
inducidoinducido
InductorInductor
COMPONENTESCOMPONENTES
ESTATORROTOR
PIEZAS DEL ROTORPIEZAS DEL ROTOR
• EJE• NUCLEO• DEVANADO• COLECTOR
EL ESTATOREL ESTATOR
• ARMAZON• IMAN
PERMANENTE• ESCOBILLAS
Partes principalesPartes principales
REACCIÓN DE INDUCIDO
Si el campo magnético de los embobinados de una maquina de cc están conectados a una fuente de potencia y al rotor de la maquina lo hace girar una fuente externa de potencia mecánica, entonces se inducirá un voltaje en los conductores del rotor, este voltaje será corregido a una salida de cc, por la acción del colector de la maquina. El flujo principal de una dinamo está producido por las bobinas de la excitación colocadas en las masas polares. Este flujo lleva dirección norte-sur y da lugar a una línea neutra perpendicular al eje de los polos.
Y si se conecta una carga a los terminales de la maquina y una corriente fluiría en los bobinados del inducido. El flujo de corriente producirá un campo magnético propio, que distorsionara el campo magnético original de los polos de la maquina; Cuando los conductores del inducido son recorridos por una corriente eléctrica, producen un campo magnético que, según la regla del sacacorchos, es perpendicular al flujo principal
La distorsión del flujo en una maquina en la medida en que la carga se va incrementando se denomina reacción de inducido.
El campo transversal debido a la reacción de inducido se suma vectorialmente al flujo principal, dando como fruto un campo magnético resultante cuya línea neutra queda desviada de la original.
EFECTOS NO DESEADOS DE LA REACCIÓN EFECTOS NO DESEADOS DE LA REACCIÓN
DEL INDUCIDODEL INDUCIDO
La presencia de este tipo de reacción aporta un conjunto de inconvenientes en el funcionamiento de la maquina y que se concreta en lo siguiente:
Deformación del campo magnético en la maquina, lo que da origen al desplazamiento de la línea neutra teórica
Aumento considerable de las perdidas en el hierro al existir una mayor densidad de flujo
Disminución del flujo útil originado una menor f.e.m. inducida
Además, la desviación de las escobillas en el mismo sentido de giro de la dinamo. Tiene el inconveniente de variar el ángulo para cada corriente de inducido, por lo que sólo será adecuada para una corriente determinada.
Disponer polos de compensación en la culata del generador haciendo circular por ellos la corriente de inducido, de tal forma que se produzca un campo transversal del mismo valor y sentido contrario al de la
reacción de inducido.
En máquinas de gran potencia, aparte de los polos de En máquinas de gran potencia, aparte de los polos de conmutación se coloca en ranuras de los polos conmutación se coloca en ranuras de los polos principales un devanado compensador en serie con el principales un devanado compensador en serie con el inducido para eliminar las distorsiones del campo inducido para eliminar las distorsiones del campo
principal debidas al flujo transversal.principal debidas al flujo transversal.
PERDIDAS EN LAS MAQUINAS DE CC
1. PERDIDAS ELÉCTRICAS O DEL COBRE.
2. PERDIDAS EN LAS ESCOBILLAS.
3. PERDIDAS EN EL NÚCLEO.
4. PERDIDAS MECÁNICAS.
5. PERDIDAS DIVERSAS.
PERDIDAS ELÉCTRICAS O DEL COBRE.
ESTAS SON LAS PERDIDAS QUE OCURREN EN EL INDUCIDO Y LOS EMBOBINADOS DE CAMPO DE LA MAQUINA Y SE EXPRESAN POR:
Perdida en el inducido
armadura de aResistenciR
armadura. de CorrienteI
inducido. el en PerdidaP
RIP
A
A
A
A2AA
Perdida en el campo
campo. de aResistenciR
campo. de CorrienteI
campo. de circuito del PerdidaP
RIP
F
F
F
F2FF
PERDIDAS EN LAS ESCOBILLAS.
SON LAS QUE SE CAUSAN A TRAVÉS DEL CONTACTO POTENCIAL EN LAS ESCOBILLAS DE LA MAQUINA. SE OBTIENE LA ECUACIÓN.
.escobillas las en voltaje de CaidaV
armadura. de CorrienteI
escobilla. la en PerdidaP
IVP
BD
A
BD
ABDBD
Perdidas en el núcleo.
Las perdidas en el núcleo son las perdidas por histéresis y las perdidas por corrientes parasitas que ocurren en el metal del motor.
Perdidas mecánicas.
Las perdidas mecánicas en una maquina de cc están asociadas con los efectos mecánicos. Hay dos tipos básicos de perdidas mecánicas, fricción y fricción con el aire.
Perdidas diversas.
Son las perdidas que no pueden clasificarse en ninguna de las categorías anteriores. Para la mayor parte de las maquinas, estas perdidas se toman convencionalmente como del 1% de la carga plena.
Con excitación independiente Generadores Serie Autoexcitada En derivación CompuestoClasificación generalDe lasMáquinas de C.D. Con excitación independiente Motores En derivación Autoexcitada Imán permanente Serie Compuesto
GENERADORES DE CCGENERADORES DE CC
Hay 5 tipos principales de generadores de cc, que se clasifican según la forma en que se produce su flujo de campo:
Generador con excitación externa.- El flujo de campo se origina en una fuente de potencia externa, independiente del generador en sí mismo.Generador en derivación.- El flujo de campo se obtiene al conectar el circuito de campo directamente a través de los terminales del generador.Generador serie.- El flujo de campo se produce conectando el circuito de campo en serie, con el inducido del generador.Generador compuesto acumulativo.- En este tipo de generador, tanto el campo en derivación como el campo en serie están presentes y sus efectos se suman.Generador compuesto diferencial.- En éste, tanto el campo en derivación como el campo en serie se encuentran presentes, pero sus efectos se restan.
Estos tipos de generadores de cc se diferencian en la característica de sus terminales (voltaje – corriente) y por consiguiente, en las aplicaciones en que se van a utilizar.
Los generadores de cc se comparan según sus voltajes, potencia nominal, eficiencias y regulaciones de voltaje. Las regulaciones de voltaje (RV) se establecen mediante la siguiente ecuación:
Una RV + es una característica descendente y – es ascendente
%100*PC
PCSC
V
VVRV
Donde:Vsc = Voltaje del Terminal del generador sin carga
Vpc = Voltaje del Terminal del generador en plena carga
Los polos salientes producen un campo magnético principal para la máquina, este campo es fijo en el espacio y así mismo varia con el tiempo, excepto durante las perturbaciones transitorias.
Las corrientes en las bobinas de la armadura son alternas, pero la combinación conmutador – escobillas controla la distribución de corrientes y produce un campo magnético.
Este campo magnético es constante en el espacio y en el tiempo; está normalmente en cuadratura (90°), con el campo principal.
La disminución de voltaje de las escobillas se representa por una batería pequeña Vescobilla cuya polaridad esta en sentido contrario a la dirección del flujo de corriente de la máquina. Las bobinas de campo, que producen el flujo magnético en el generador se representan por el inductor LF y la resistencia RF, La resistencia separada Rnj representa una resistencia variable externa que se usa para controlar la cantidad de corriente en el circuito de campo.
El circuito inducido se representa por una fuente de voltaje ideal EA y una resistencia RA. Esta representación es realmente el equivalente Thevenin de toda la estructura del rotor, incluyendo las bobinas, los polos auxiliares y los embobinados de compensación.
La caída de voltaje en las escobillas es sólo una mínima fracción del voltaje generado en una máquina. Por tanto, en algunos casos, la caída de voltaje en las escobillas se puede dejar por fuera o incluida en el valor de RA.
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GENERADOR DE CCCIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GENERADOR DE CC
Circuito equivalente simplificado de un generador de cc, con RF combinando las resistencias de las bobinas de campo y la resistencia variable para control
A veces, la resistencia interna de las bobinas de campo se agrupan junto con la resistencia variable y el total se llama RF. Una tercera variación consiste en que algunos generadores tienen más de una bobina de campo, todas las cuales aparecen en el circuito equivalente.
El voltaje EA generado en el interior de un generador de cc se expresa: EA = K
EA es directamente proporcional al flujo del generador y a su velocidad de rotación.
La corriente de campo en un generador produce una fuerza magnetomotriz de campo dada por:
F = NF IF
Esta origina un flujo en la máquina, de acuerdo a su curva de magnetización
La corriente de campo es directamente proporcional a la fuerza magnetomotriz y como EA es directamente proporcional al flujo, se representa la curva de magnetización de un generador como una gráfica de EA contra la corriente de campo para una velocidad
Si se quiere conseguir la potencia máxima posible por libra de pero de la máquina, la mayor parte de los generadores y de los motores se diseñan para que funcionen cerca del punto de saturación de la curva de magnetización, por lo que con frecuencia se necesita un significativo aumento de la corriente para lograr un pequeño aumento en EA cuando esta funcionando casi a plena carga.
CURVA DE MAGNETIZACIÓN DE UN GENERADOR DE CCCURVA DE MAGNETIZACIÓN DE UN GENERADOR DE CC
GENERADOR CON EXICTACIÓN EXTERNAGENERADOR CON EXICTACIÓN EXTERNA
Es un generador al que se le suministra una corriente de campo, desde una fuente de voltaje de cc exterior.
El voltaje VT representa el voltaje real medido en los terminales del generador y la corriente IL representa la corriente que fluye por las líneas que conectan dichos terminales. El voltaje generado internamente es EA y la corriente del inducido es IA.
Se entiende que la corriente del inducido es igual a la corriente que circula por la línea del generador con excitación externa.
IA = IL
Característica del Terminal de un generador de cc con excitación Característica del Terminal de un generador de cc con excitación externaexterna
La característica Terminal de un aparato es un diagrama de las variables de salida, enfrentadas unas a otras.
Para un generador de cc, las variables de tensión en los bornes y la corriente de la línea.
La característica Terminal de un generador con excitación externa es, un diagrama de VT frente a IL para una velocidad constante Según las leyes de Kirchhoff, la tensión en los terminales es:
VT = EA – IARA
El voltaje generado interiormente es independiente de IA, la característica Terminal del generador con excitación externa es una línea recta.
Si la carga que suministra el generador se incrementa, aumenta IL, y por consiguiente IA.Y si la corriente del inducido va en aumento, también la caída de IARA, entonces el voltaje en los terminales del generador disminuye.
Control de la tensión en los bornesControl de la tensión en los bornes
La tensión en los bornes de un generador de cc con excitación externa se puede controlar mediante el cambio de voltaje generado interno EA de la máquina.
Según la Ley de Kirchhoff. VT = EA – IA RA, por lo que si EA aumenta, VT aumentará, y de igual forma inversamente.
Característica Terminal de un generador de cc con excitación externa:
Con embobinado de compensación
Sin embobinado de compensación
Hay dos formas para controlar el voltaje en este generador:
Cambio de la velocidad de rotación:
Cambio de la corriente de campo:
Si aumenta, entonces EA = Kse incrementa y VT = EA – IA RA, también se aumenta.
Si RF disminuye, entonces la corriente de campo aumenta (IF = VF / RF ).Por lo que el flujo en la máquina se incrementa. Mientras, EA = KTambién debe subir, así que VT = EA – IA RA, también se incrementa.
Generador de cc con excitación externa con carga progresiva.
Efecto de la disminución de la resistencia de campo sobre el voltaje de salida del generador
GENERADOR DE CC EN DERIVACIÓNGENERADOR DE CC EN DERIVACIÓN
Este provee su propia corriente de campo, conectando el campo a sus terminales.
En el circuito, la corriente del inducido suministra tanto el circuito de campo como la carga conectada a la máquina:
IA = IF + ILLa ec. Según la Ley de Kirchoff, para el cto. Inducido de esta máquina
VT = EA – IA RA
Este generador tiene una gran ventaja sobre el de excitación externa; y es que no se necesita una fuente de potencia externa para alimentar su circuito de campo.
Formación de voltaje en un generador en derivaciónFormación de voltaje en un generador en derivación
Depende de la presencia de un flujo residual en los polos. Cuando un generador comienza a girar por primera vez, se inducirá un voltaje interno representado por:
EA = K residual
Si llega a aparecer voltaje en los terminales, produciría una corriente que fluye en la bobina del campo generador; y está origina una fuerza magnetomotriz en los polos.
Esta fuerza incrementa el flujo, lo cual causa un aumento en EA = K que alza el voltaje Terminal VT.
VT= EA - IA RA
El efecto de la saturación magnética en las caras del polo es lo que eventualmente limita la tensión de los bornes del generador.
En un generador real, el voltaje no se forma en diferentes pasos, más bien tanto EA como IF se incrementan simultáneamente hasta que alcanzan las condiciones del estado estable.
Hay varias causas para que el voltaje no se pueda formar durante el arranque, algunas son:
Posibilidad de que no haya flujo magnético residual en el generador para que se inicie el proceso.fres = 0, entonces EA = 0, el
voltaje nunca se formará.
La dirección de rotación del generador puede haber sido invertida o las conexiones de campo.
La resistencia del campo se puede ajustar a un valor mayor que la resistencia crítica.
El voltaje señalado con R2, su línea es casi paralela a la curva de magnetización. En este punto, el voltaje del generador puede fluctuar ampliamente, con solo cambios mínimos en R1 o IA. El valor de la resistencia se llama resistencia crítica.
El voltaje de la curva de magnetización y la resistencia crítica varían en función de la velocidad del eje.
Soluciones para que se forme nuevamente el voltaje durante el Soluciones para que se forme nuevamente el voltaje durante el arranquearranque
1. Posibilidad de que no hay flujo magnético residual en el generador para que se inicie el proceso, si tiene este problema, desconecte el campo del circuito del inducido y conéctelo directamente a una fuente de cc externa, tal como una batería.
2. La dirección de rotación del generador puede haber sido invertida o las conexiones del campo pueden haber sido invertidas, puede arreglarse invirtiendo la dirección del campo o por «centelleo del campo» con la polaridad eléctrica contraria.
3. La resistencia del campo se puede ajustar a un valor mayor que la resistencia critica, la solución es reducir Rf.
Se diferencia de la de un generador de cc con excitación externa en que la cantidad de corriente de campo en la máquina depende de su tensión de los bornes.
Tiene el mismo comportamiento que el generador anterior, sin embargo, cuando VT disminuye, la corriente de campo de la máquina también decrece con él.
Esto hace que el flujo del generador se reduzca, aminorando EA. Atenuar EA, origina una disminución adicional de la tensión de los bornes VT = EA – IA RA.La caída del voltaje es
más pronunciada que la caída de IARA en un generador con excitación externa.
En la regulación de voltaje de este generador es inferior a la regulación de voltaje del mismo equipo conectado con excitación externa.
Característica Terminal de un Característica Terminal de un generador de cc en derivacióngenerador de cc en derivación
Hay dos formas de controlar el voltaje de un generador en derivación, como el generador con excitación externa.
Cambio de la velocidad del eje generador.
Cambio de la resistencia de campo del generador para, en esta forma, modificar la corriente de campo.
Método más usado para controlar la tensión de los bornes en los generadores reales en derivación.
Si la resistencia de campo RF disminuye, entonces la corriente de campo IF = VT/RF aumenta. Cuando IF se incrementa, también el flujo de la maquina f.
Control de voltaje del generador de cc en derivaciónControl de voltaje del generador de cc en derivación
GENERADOR DE CC SERIE• Es aquel cuyo campo esta conectado es serie con su inducido
• el inducido tiene una corriente mas alta que el campo anterior por lo tanto tendrá solo unas pocas espiras de alambre , y el alambre que se usa será mucho mas grueso
• Un campo en serie se diseña para tener la resistencia mas baja posible por que la corriente a plena carga circula por el
• La ecuación de la ley del voltaje de Kirchhoff para esta maquina es :
Vt= Ea – Ia ( Ra+Rs)
Circuito equivalente del Circuito equivalente del generador en seriegenerador en serie
Característica terminal del motor serieCaracterística terminal del motor serie
Ecuación de la ley de Kirchhoff: Ecuación de la ley de Kirchhoff: En vacío no hay corriente de campo por lo que disminuye dado En vacío no hay corriente de campo por lo que disminuye dado por el flujo residual de la maquina.por el flujo residual de la maquina.Como la carga aumenta, la corriente de campo sube, y por tanto se Como la carga aumenta, la corriente de campo sube, y por tanto se eleva.eleva.También se incrementa , al comienzo aumenta mas También se incrementa , al comienzo aumenta mas rápidamente que y por consiguiente se rápidamente que y por consiguiente se incrementa. Después se aproxima a la saturación y casi se vuelve incrementa. Después se aproxima a la saturación y casi se vuelve constante.constante.
TV
AE
)( SAA RRI
AE)( SAA RRI
TVAE
)( SAAAT RRIEV
Característica terminal
Los generadores serie se utilizan cuando el voltaje excesivo del Los generadores serie se utilizan cuando el voltaje excesivo del aparato puede explotarse. Por ejemplo en la soldadura de arco donde aparato puede explotarse. Por ejemplo en la soldadura de arco donde se tiene una gran reacción del inducido.se tiene una gran reacción del inducido.
GENERADOR DE CC COMPUESTO ACUMULATIVO
Un generador de CC compuesto acumulativo es un generador con ambos campos tanto en serie como en derivación conectados en tal forma que las fuerzas magnetomotrices de los dos campos se suman.
Los puntos que aparecen sobre las dos bobinas de campo tiene el mismo significado que los puntos sobre un transformador. la corriente que fluye hacia un punto produce una fuerza magnetomotriz positiva.
Obsérvese que la corriente del inducido fluye hacia el extremo punteado de la bobina de campo en serie y que la corriente IF en derivación fluye hacia el extremo punteado de la bobina de campo en derivación.
+
-
RA R s L s
RF
LF
EA VT
IF
IAIL
Circuito equivalente del generador compuesto acumulativo
En consecuencia el total de la fuerza magnetomotriz de esta maquina se formula :
FNET = FSH + FSE - FRI
La corriente de campo en derivación efectiva equivalente de la misma maquina se expresa:
IF* = IF + ( NSE / NSH ) IA – ( FRI / NSH )
Las otras relaciones entre los voltajes y la corriente de este generador son :
IA = I F + I LV T = E A – I A ( R A + R S )I F = V T / R F
Hay otra forma de conectar un generador de CC compuesto acumulativo es la conexión “derivación corta “ donde el campo en serie esta por fuera del circuito de campo en derivación y le circula la corriente IL en lugar de la corriente IA .
+
-
RA R s L s
RF
LF
EA
IF
IA
VT
IL
CARACTERISTICAS TERMINAL DE UN CARACTERISTICAS TERMINAL DE UN GENRADOR DE CC COMPUESTO GENRADOR DE CC COMPUESTO
ACUMULATIVOACUMULATIVO
La corriente de carga IL se incrementa. Puesto que IA = IF + IL↑ la corriente del
inducido IA también se incrementa en este momento ocurre dos fenómenos en el generador.
1.- Como IA se eleva la caída de voltaje IA (RA + RS) aumenta también esto tiende a producir una disminución en el voltaje de los bornes.
VT = EA – IA ↑ ( RA + RS )
2.- Como IA aumenta la fuerza magnetomotriz del campo en serie
FSE = NSE IA se eleva también. Esto incrementa la fuerza magnetomotriz total
FTOT =NFIF +NSIA↑ acrecienta el flujo del generador, lo que aumenta EA que
a su vez tiende a hacer que VT = EA↑- IA (RA+RS) se eleve.
¿Cuál de los dos efectos predominan en ¿Cuál de los dos efectos predominan en una maquina dada?una maquina dada?
1.- Pocas espiras en serie (NSE pequeño): Si hay solamente unas pocas espiras en serie el efecto de caída de voltaje resistivas predomina sin dificultad. El voltaje disminuye tal como el de un generador en derivación pero no tan abruptamente. Este tipo de construcción donde la tensión de los bornes a plena carga es menor que la misma tensión sin carga. Se denomina PARCIALMENTE COMPUESTO.
2.- Mas espiras en serie (NSE mas grande): Si hay mas espiras de alambre en serie en los polos entonces el comienzo el efecto de fortalecimiento predomina y la tensión de los bornes sube con la carga. Sin embargo como la carga continua en aumento se alcanza la saturación magnética y la caída resistiva se vuelve mas fuerte que el efecto de incremento de flujo. En tal maquina la tensión de los bornes se eleva
primero y luego disminuye en tanto que la carga aumenta. Si VT en vació es
igual a VT a plena carga el generador se denomina NORMALMENTE COMPUESTO
3.- Aun se agregan mas espiras en serie (NSE grande ) si todavía se añaden mas espiras en serie al generador, el efecto de fortalecimiento predomina por un tiempo mayor antes de que la caída resistiva se imponga. El resultado es una característica con la tensión de los bornes a plena carga
realmente mas alta que la misma tensión en vació. Si VT a plena carga excede
a VT en vació se le llama HIPERCOMPUESTO.
hipercompuesto
Normalmente compuesto
Parcialmente compuesto
En derivación
VT
IFL
IL
• También es posible es obtener todas las características en un generador sencillo si se usa una resistencia desviadora.
• En la figura se representa un generador CC compuesto acumulativo, con un número relativamente grande de espiras en serie NSE. Una resistencia desviadora se conecta alrededor del campo en serie.
• Si la resistencia Rdes se gradúa en un valor grande la mayor parte del flujo del inducido circula por la bobina de campo en serie y el generador es hipercompuesto.
• En cambio si la resistencia Rdes se gradúa en valor pequeño, la mayor parte de la corriente circula alrededor del campo en serie a través de y el generador se considera parcialmente compuesto.
GENERADOR DE CC COMPUESTO ACUMULATIVO GENERADOR DE CC COMPUESTO ACUMULATIVO CON RESISTENCIA DESVIADORA EN SERIECON RESISTENCIA DESVIADORA EN SERIE
+
-
RA R s L s
RF
LF
EA
IF
IA
VT
IL
RDES
CONTROL DE VOLTAJE DE LOS CONTROL DE VOLTAJE DE LOS GENERADORES DE CC COMPUESTO GENERADORES DE CC COMPUESTO
ACUMULATIVOSACUMULATIVOS
Las técnicas disponibles para controlar la tensión de los bornes de un generador de CC compuesto acumulativo son exactamente las mismas que se usan para controlar el voltaje de un generador de CC en derivación.
1.- Cambio de la velocidad de rotación. Un aumento de ω produce un
aumento en EA= KωΦ↑ incrementando la tensión terminal VT= EA↑ - IA(RA+RS)
2.- Cambio de la corriente de campo una disminución de RF produce un
aumento en IF = VT/RF↓ lo cual eleva toda la fuerza electromotriz del
generador. Como Ftot= se incrementa. El flujo de Φ la maquina también
aumenta y EA = KΦ↑ ω a su vez sube finalmente un aumento en EA
eleva VT
GENERADOR DE CC COMPUESTO GENERADOR DE CC COMPUESTO DIFERENCIALDIFERENCIAL
Un generador de CC compuesto Un generador de CC compuesto diferencial es el generador con diferencial es el generador con ambos campos, en derivación y en ambos campos, en derivación y en serie, pero en el que sus fuerzas serie, pero en el que sus fuerzas magnetomotrices se restan entre magnetomotrices se restan entre si. si.
Circuito equivalente de un generador de CC compuesto diferencial con conexión en derivación larga.
• Se observa que la corriente del inducido fluye hacia fuera por el extremo punteado de una bobina, mientras que la corriente de campo de derivación fluye hacia dentro por el extremo punteado de otra bobina. Aquí, la fuerza magnetomotriz neta es
Fnet=FF – FSE –FAR =NFIF-NSEIA- FRI
• Y la corriente de campo equivalente, en derivación, producida por el campo en serie y la reacción de inducido se expresa
F
RI
N
F A
F
SEeq I
N
NI
Toda la corriente de campo efectiva, en derivación es• I*F= IF+
I*F= IF – (NSE /NF ) IA - FRI / NF
Tal como el generador compuesto acumulativo, el generador compuesto diferencial se puede conectar, bien en derivación larga, bien en derivación corta
eqI
Característica terminal de un generador de CC compuesto Característica terminal de un generador de CC compuesto
diferencialdiferencial
• Ocurren los mismos efectos que están presentes en el generador compuesto acumulativo, sin embargo los ambos efecto actúan en el mismo sentido: Son los siguientes
• 1.- Cuando IA aumenta, la caída IA(RA+RS) aumenta también. Este incremento tiende a hacer que la tensión de los bornes disminuya [VT = EA-IA (RA+RS)].
• 2.- Cuando IA aumenta la fuerza magnetomotriz de campo en serie aumenta (F=NSE IA).
• Este incremento de dicha fuerza disminuye la fuerza magnetomotriz neta del generador, la que a su vez reduce el flujo neto en el generador. Una disminución de flujo, disminuye
• EA=K w, la que, a su vez disminuye VT.
• Debido a que los dos efectos tienden a disminuir VT, el voltaje baja mientras la carga drásticamente aumenta en el generador, se observa en la figura una característica terminal típica de un generador de CC compuesto diferencial.
Control de voltaje de los Control de voltaje de los generadores de CC generadores de CC
compuestos diferencialescompuestos diferenciales• Las características de caída de voltaje de un
generador son bastantes malas, pero hay la posibilidad de graduar la tensión de los bornes para cualquier carga que se desee. Las técnicas disponibles para graduar la tensión de los bornes son:
• 1. Cambio de la velocidad de rotación Wm
• 2. Cambio de la corriente de campo, IF.
FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE GENERADORES
Algunas veces, en el funcionamiento de los sistemas de potencia de CC, es necesario conectar mas de un generador en paralelo para eliminar el sistema de potencia. por que hay necesidad de hacer esto?
1.- Puede haber necesidad de proporcionar, una carga, mas potencia de la que un solo generador puede producir.
2.- Podría ser importante desconectar un generador para repararlo, sin interrumpir la potencia que necesitan las cargas.
3.- en caso de un corto circuito en uno de los generadores, los otros pueden continuar alimentando las cargas sin interrupción.
¿Como se hace para poner dos generadores en paralelo?
1.- Cerciorarse de que el borde positivo de las maquinas este conectado con el borde positivo de la otra.
2.- Cerciorarse de que los voltajes de los dos generadores sean aproximadamente iguales antes de conectarse.
Solamente ciertos generadores pueden funcionar bien puestos en paralelo. Normalmente, solo los generadores con características de voltaje-corriente declinantes, pueden conectarse como se ve en la figura
Si la carga de este generador se aumenta, entonces la corriente de carga que fluye en el aumentara y su tensión terminal disminuirá.
Después de que la carga ha aumentado se quiere volver al voltaje original del generador, incrementando, bien la velocidad del generador, o bien la cantidad de la corriente de campo así EA aumenta desplazándose hacia arriba toda la característica del voltaje de los terminales. Como la característica se desplaza hacia arriba la tensión de los bornes para cualquier corriente de carga se aumentara.
Cuando dos generadores de esta clase se conectan en paralelo, la sumatoria de sus corrientes de línea debe ser igual a la corriente que se suministra a la carga del sistema.
IL1+IL2=Icarga
Dos generadores de CC en paralelo compartiendo la carga
total entre ellos..
Efecto de aumentar la corriente de Efecto de aumentar la corriente de carga por la velocidad del eje del carga por la velocidad del eje del generador 1.generador 1.
Dos generadores del mismo tamaño, uno sub-compuesto y el otro compuesto normal, que no puede compartir cargas adicionales apropiadamente.
Dos generadores en paralelos con características de voltajes ascendentes en los bornes. Si la velocidad del generador 1 se aumenta, entonces su característica de salida se mueve hacia arriba y la carga se desplaza hacia el generador 2. Pero una disminución en la carga del generador 1, aumentara su velocidad, lo que luego disminuye su carga, etc.
Dos generadores de CC compuestos acumulativos con barra colectora de
compensación.
Si la velocidad de unos de los generadores cambia, las corrientes en los campos en serie cambian para compensar la variación original
