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generador de cd maquinas electricas
Tipo: Apuntes
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS
E mail: licurdio@hotmail.com
Blvd. Juan de Dios Batiz y 20 de Noviembre.C.P.81250, Apdo. Postal 766, Los Mochis, Sin. Teléfonos (01-668) 812-58-58, 812-59-59, 815-26-06, fax 815-03-26,
Plataforma: http://tecvirtual.itmochis.edu.mx
Institución Certificada
ITLM M.C. Jorge Aurelio Galaviz Corrales
GENERADOR DE CORRIENTE DIRECTA
Donde:
β = Densidad del flujo l = Longitud del conductor υ= Velocidad
Todas las máquinas eléctricas rotatorias generan corriente alterna. Para convertir el voltaje alterno en una corriente unidireccional (cd) es necesario emplear un dispositivo mecánico de conmutación.
El conmutador elemental consiste en dos segmentos de un anillo de cobre asegurados y aislados del eje de la armadura y también entre sí, cada segmento esta conectado respectivamente a un lado de la espira ya que tanto el lado de la espira como la del segmento del conmutador están fijos mecánicamente al mismo eje, la acción de rotación mecánica es invertir la espira y las conexiones con el circuito exterior estacionario en el mismo instante en que se invierte la FEM inducida en el lado de la espira es decir cuando el lado de la espira se mueve bajo un polo de signo contrario.
NOTA: La conmutación se lleva a cabo cuando la espira es perpendicular al campo magnético en la llamada zona muerta.
ITLM M.C. Jorge Aurelio Galaviz Corrales
Curva de Magnetización o de Saturación magnética
Curva de Magnetización del generador de cd
El voltaje Ea generado en el interior de un generador de cd se expresa por medio de la siguiente ecuación Ea=kθω, por lo tanto Ea es directamente proporcional al flujo del generador y a su velocidad de rotación.
La corriente de campo IF produce una fmm de campo dada por F = IFNF. Esta fuerza origina un flujo en la máquina de acuerdo con sus curvas de magnetización puesto que la corriente de campo es directamente proporcional a la fmm y como Ea es directamente proporcional al flujo, se acostumbra a representar la curva de magnetización del generador como una gráfica de Ea Versus IF para una velocidad constante.
ITLM M.C. Jorge Aurelio Galaviz Corrales
F
F F R
VT EaIaRa
Cuando la carga del generador aumenta se incrementa IF (y por consiguiente Ia), mientras la corriente de la armadura va en aumento, la caída de IaRa también irá en aumento por lo que el voltaje en terminales disminuye.
Cuando se conecta una carga en las terminales de una generador, una corriente fluirá en las bobinas de la armadura, el flujo de la corriente producirá un campo magnético propio que distorsionará el campo magnético original de los polos de la máquina, la distorsión del flujo en la máquina en medida que la carga se va incrementando se denomina reacción de armadura.
Este origina dos efectos en las maquinas de CD:
Devanado de Interpolo:
Se coloca una bobina en la armadura con el mismo numero de vueltas y luego se conecta en serie con la carga.
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Si Rf ↓ (^) ↑I F = Rf
Vf
Si IF ↑ ↑FF = NFIF ↑
Si FF ↑ ↑θ↔FF↑
Si θ ↑ ↑Ea=kθ↑ω
Si Ea ↑ ↑VT = Ea↑ - IaRa
Rf
Vf
Ia=IL
VT=Ea-IaRa
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La fuerza magnetomotriz total en un generador con excitación externa es la fuerza magnetomotriz del circuito de campo menos la fuerza magnetomotriz que produce la reacción de armadura.
FT=FF – F (^) REACCION DE LA ARMADURA
FT=NFIF – F (^) REACCION DE LA ARMADURA
Cuando NO hay reacción de armadura Cuando no hay carga o cuando existen devanados de compensación.
Puesto que las curvas de magnetización se expresan como gráficas de If Ea, se acostumbra fijar una corriente de campo equivalente que producirá el mismo voltaje de salida que la combinación de todas las fuerzas magnetomotrices de la maquina. El voltaje resultante Ea puede determinarse entonces localizando dicha corriente de campo sobre la curva de magnetización.
La corriente de campo equivalente de este tipo de generador se expresa por medio de:
NFIF*^ = NFIF – Fra
FNETA
IF*^ = IF – Fra NF
IF = 3
Si NF=1000V
Fra=300 A.V.
IF^ = 3 – 300 1000 IF=2.7 A
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es posible determinar el voltaje real que produce aún si no está girando a velocidad nominal.
Ejemplo: Si la velocidad y voltaje nominal es de 1800 rpm y 100 V que voltaje tendrá a 2000 rpm.
Ea = 2000 = 1. 100 1800
Un generador de CD de excitación externa con embobinados de compensación que tiene como valores nominales los siguientes: 172 kw, 430 v y 1800 RPM, su curva de magnetización se observa en la siguiente figura:
Esta maquina tiene las siguientes características:
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a) Si la resistencia variable RAJ en el circuito de campo del generador se ajusta a 63 Ω y su primotor lo está impulsando a 1600 RPM ¿Cuál es el voltaje en terminales sin carga de este generador? b) Cual seria su voltaje si una carga de 1Ω se conectara en el circuito c) Que ajuste se le podría hacer al generador para reponer el voltaje que se obtuvo en el inciso A. d) Cuanta corriente de campo IF se necesitaría para determinar el voltaje en terminales a su valor en condición sin carga e) Cual es el valor requerido por la resistencia RAJ
Solución
a)
Si Raj=63Ω RF+RAJ = 83 Ω
IF = 430 V = 5.2 Amp. 83 Ω
Ea = n ; Ea 0 n 0
Ea = 1600 560 1800
Ea = (1600) (560) = 497.7 Volts 1800
VT = Ea
VT = 497.7 Volts
b)
Ia = IL = Ea ; Ra + RL
Ia = 497.7 ; 0.05 + 1
Ia=474 Amp.
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Generador con Derivación
Este generador de CD, provee sus propias corrientes de campo conectando el campo directamente a sus terminales, en este generador la corriente de armadura Ia suministra tanto el circuito de campo como la carga conectada a la máquina Ia = IF + IL.
Este generador tiene una clara ventaja sobre el generador con excitación externa que consiste en que no necesita una fuente de potencia externa para alimentar su circuito de campo como la carga conectada a la máquina
Este generador tiene una clara ventaja sobre el generador con excitación externa que consiste en que no necesita una fuente de potencia externa para alimentar su circuito de campo.
Earesidual=Kθresidual-w
↑FF = NF↑F↑ → θ↑
Ea=kθw
VT=Ea-IaRa
Ia=IL+IF
IF = VT RF
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Transformación del voltaje en el generador depende de la presencia de un flujo residual en los polos. Cuando el generador comienza a girar por primera vez, se inducirá un voltaje interno que se formula.
Este voltaje aparece en las terminales del generador (pueden ser 1 ó 2 V), para cuando tal voltaje aparece en las terminales, produce una corriente que fluye en la bobina de campo del generador. Esta corriente de campo origina una fmm en los polos que les incrementa su flujo lo cual a su vez causa un aumento en el voltaje generado Ea, que aumenta el voltaje en terminales y cuando Vt se eleva, también lo hace IF acrecentando más el flujo que incrementa a Ea.
En este comportamiento de formación de voltaje de la figura anterior se observa que el efecto de la saturación magnética en las caras del polo es lo que limita al voltaje en terminales del generador como si ocurriera en diferentes pasos pero en un generador real estos parámetros aumentan simultáneamente hasta que alcanzan condiciones de estado estable.
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Un generador serie es aquel que está conectado en serie con su armadura. Puesto que la armadura tiene una corriente mucho mayor que el campo en derivación, el campo en serio de un generador de esta clase tendrá sólo unas pocas vueltas de alambre y el alambre que se usa será de un calibre mas grueso que el alambre de campo en derivación. Como la fmm se formula por ,medio de la ecuación F=NI se puede producir la misma fmm con pocas vueltas de alta corriente que con muchas de baja corriente. Un campo en serie se diseña parta tener una resistencia lo más baja posible; ya que la corriente a plena carga circula por él.
F=(1000 espiras) (1 amp) = 1000 A.V. F=(10 espiras) (100 amp) = 1000 A.V.
La fuerza magnetomotriz produce el 0 y el 0 produce Ea=k0w. Cuando se dice que un generador está al vacío es decir que no tiene carga la corriente Ia=Is=IL=
VT=Ea-Ia(Ra+Rs)
Ia=Is=IL
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Una aplicación de este tipo de generador sería la soldadura de arco o de punto.
Ia=IF+IL, VT=Ea-Ia (RS+RL), IF= F
T R
Un generador de cd compuesto acumulativo es un generador con ambos campos, tanto en serie como en derivación conectados en Tal forma que las fmm de los dos campos se suman los puntos que aparecen en el circuito en las bobinas de campo indican el lado de la bobina por donde entra la corriente para formar una fmm positiva como se observa la corriente de la armadura fluye hacia el extremo punteado de las bobinas tanto a la bobina serie como en derivación, en consecuencia el total de la fmm de esta máquina se formula como sigue
FTOT=FF+FS+Fra FTOT=NFIF+NSIS-Fra
Donde: r.a.=Región Armadura.
FTOT=NFIF+NSIS-Fra NFIF*=NFIF+NSIS-Fra
F
ra F
SS F
F (^) N
Derivación Corta Derivación Larga
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CAUSA EFECTO
VT disminuye Efecto de caída resistiva
CAUSA EFECTO
VT aumenta Efecto de fortalecimiento de campo
La curva de magnetización por este generador ideal es : caso 2
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Los casos que contestan a la pregunta anterior son:
1. NS Pequeño. Si hay solamente pocas espiras en serie, el efecto de la caída de voltaje resistiva predomina sin dificultad. El voltaje disminuye tal como en un generador en derivación pero no tan abruptamente. A esta configuración se denomina PARCIALMENTE COMPUESTA. 2. NS más grande Si hay más espiras en serie en los polos entonces al principio de fortalecimiento de campo predomina y el Vt sube con la carga. Sin embargo si la carga continua en aumento se alcanza la saturación magnética y la caída resistiva se vuelve más fuerte que el efecto de fortalecimiento de campo. En tal máquina el voltaje en terminales se eleva primero luego disminuye en tanto la carga aumenta.
Si el voltaje en terminales en vacío es igual al voltaje en terminales a plena carga el generador se denomina NORMALMENTE COMPUESTO.
3. NS aún más grande. Si todavía se añaden más espiras en serie al generador, el efecto de fortalecimiento de campo predomina por un tiempo mayor antes que la caída resistiva se imponga. El resultado es un voltaje en terminales a plena carga mayor que el mismo voltaje en vacío a este generador se le denomina , HIPERCOMPUESTO.
Se dice que normalmente compuesto cuando VT=Ea, para lograr este efecto se varia la resistencia de desvío
Características terminal de los generadores de cc compuestos acumulativos.
