Fundamentos de Máquinas de Corriente Continua (DC), Diapositivas de Máquinas Eléctricas

¡Descarga Fundamentos de Máquinas de Corriente Continua (DC) y más Diapositivas en PDF de Máquinas Eléctricas solo en Docsity!

FUNDAMENTOS DE

MAQUINAS DE CORRIENTE

CONTINUA (DC)

ING. DANIEL FLORES

• Las^ maquinas^ de^ cd^ son^ generadores^ que^ convierten^ energía^ mecánica^ en^ energía eléctrica de cd y motores que convierten energía eléctrica de cd en energía mecánica. La mayoría de las maquinas de cd son semejantes a las maquinas de ca en el sentido de que tienen voltajes y corrientes de ca dentro de ellas; las maquinas de cd cuentan con una salida de cd simplemente porque hay un mecanismo que convierte los voltajes internos de ca en voltajes de cd en sus terminales.
• Puesto que a este mecanismo se le llama conmutador, a la maquinaria de cd también se le conoce como maquinaria de colector o de conmutación.
• Los principios fundamentales de la operación de las maquinas de cd son muy simples. Desafortunadamente, a menudo los ensombrece la complejidad de la construcción de las maquinas reales

• Si el rotor de esta maquina gira, se inducirá un voltaje en la espira de alambre. Para determinar la magnitud y forma del voltaje, examínese la figura que se muestra a continuación. La espira de alambre que se muestra allí es rectangular, sus lados ab y cd son perpendiculares al plano de la pagina y sus lados bc y da son paralelos al plano de la pagina. El campo magnético es constante y perpendicular a la superficie del rotor en todo punto situado bajo las caras polares y rápidamente cae a cero mas allá de las orillas de los polos.
• Para determinar el voltaje total^ e tot en la espira, se examinara cada uno de sus segmentos por separado y se sumaran todos los voltajes resultantes. El voltaje en cada segmento esta dado por la ecuación: e ind = ( v × B ) • l

• La^ figura^ muestra^ una^ grafica^ del voltaje e tot que genera por la espira giratoria. Como puede apreciarse, el voltaje que sale de la espira es alternativamente un valor positivo constante y un valor negativo constante. Como se puede lograr que esta maquina produzca voltaje de cd en lugar de voltaje ca como el que produce ahora?

• En la figura se muestra una manera de lograrlo. En ella se añaden dos segmentos conductores semicirculares a un extremo de la espira y se establecen dos contactos fijos en un ángulo tal que en el instante en que el voltaje en la espira es cero, los contactos hacen que los dos segmentos entren en cortocircuito.
• De esta manera,^ cada vez que el voltaje de la espira cambia de dirección, los contactos también cambian de conexión y la salida del contacto siempre se acumula de la misma manera
• Este proceso de cambio de conexión se conoce como conmutación. Los segmentos giratorios semicirculares se llaman segmentos de conmutación y los contactos fijos se llaman escobillas.

• CONMUTACIÓN EN UNA MÁQUINA DE CD SENCILLA DE CUATRO ESPIRAS
• La^ conmutación^ es^ el^ proceso^ mediante^ el^ cual^ se convierten los voltajes y corrientes de ca del rotor de una maquina de cd a voltajes y corrientes de cd en sus terminales. Se requiere de un estudio mas detallado para determinar como se desarrolla esta conversión y para descubrir los problemas asociados con ella.
• En la figura se muestra una maquina de cd sencilla de dos polos con cuatro espiras. Esta maquina tiene cuatro espiras completas incrustadas en ranuras labradas en el acero laminado de su rotor. Las caras polares de esta maquina son curvas para que el entrehierro tenga una anchura uniforme y proporcionar una densidad de flujo uniforme en cualquier punto ubicado por debajo de las caras polares.

• Las^ cuatro^ espiras^ de^ esta^ maquina

están dispuestas en ranuras de manera

especial. El extremo de cada espira que

“no esta marcado con una prima” es el

alambre que queda mas en la orilla de

cada ranura, mientras que el extremo

de cada espira que “esta marcado con

una prima” es el alambre que queda en

la parte mas interna de la ranura

directamente opuesta.

• Que le pasa al voltaje^ E^ en los terminales conforme el rotor sigue girando? Para encontrar la respuesta a esta pregunta, examínese la figura que se muestra la maquina en el tiempo w t = 45°. En ese instante, las espiras 1 y 3 giraron hacia el espacio que hay entre los polos, por lo que el voltaje a través de cada una de ellas es cero.
• Nótese que en este instante las escobillas de la maquina están haciendo cortocircuito en los segmentos del conmutador ab y cd. Esto sucede justo en el momento en que las espiras entre estos segmentos tienen 0 V (cero) a través de ellas, por lo que el cortocircuito de los segmentos no causa ningún problema. En este momento, solo las espiras 2 y 4 están bajo las caras polares, por lo que el voltaje en los terminales E esta dado por E = 2 e , donde wt = 0°

• Permítase al rotor continuar girando por 45° mas. Tal cual se muestra en la figura de la situación resultante. En este momento los extremos 1, 2, 3 y 4 de las espiras están bajo la cara del polo norte y los extremos 1, 2, 3 y 4 de las espiras están bajo la cara del polo sur.
• Los voltajes aun se acumulan hacia fuera de la pagina en los extremos bajo la cara del polo norte y hacia la pagina en los extremos bajo la cara del polo sur. En la figura se muestra el diagrama del voltaje resultante. Ahora hay cuatro extremos que portan voltaje en cada camino paralelo a través de la maquina, por lo que el voltaje en los terminales E esta dado por E= 4 e donde wt = 90°

CONSTRUCCIÓN DEL SISTEMA DE CONMUTACIÓN Y DEL INDUCIDO EN LAS

MÁQUINAS DE CD

• En las maquinas de cd reales hay varias maneras en las que se puede conectar las

espiras en el rotor (también llamado inducido o armadura ) a sus segmentos del

conmutador. Estas conexiones diferentes afectan el numero de caminos de corriente

paralelos que existen en el rotor, el voltaje de salida del rotor y el numero y posición

de las escobillas montadas sobre los segmentos del conmutador.

• En este curso se estudiara la construcción de las bobinas en un rotor de cd real y

luego se examinara la forma en que están conectadas al conmutador para producir

voltaje de cd.

Bobinas del rotor

• Sin^ importar^ la^ manera^ en^ que^ los^ devanados^ estén^ conectados^ a^ los^ segmentos^ del conmutador, la mayoría de los devanados del rotor constan de bobinas preformadas en forma de diamante insertadas en las ranuras del inducido como una sola unidad. Cada bobina consta de una cantidad de vueltas (espiras) de alambre y cada una esta envuelta con cinta y se encuentra aislada de las otras y de la ranura del rotor. A cada lado de una vuelta se le llama conductor. El numero de conductores en el inducido de una maquina esta dado por Z = 2 CNc Donde
• Z^ = numero de conductores en el rotor
• C^ = numero de bobinas en el rotor
• NC^ = numero de vueltas en cada bobina

FLUJO DE POTENCIA Y PÉRDIDAS EN LAS MÁQUINAS DE CD

• Los^ generadores^ de^ cd^ se^ alimentan^ de^ potencia^ mecánica y^ producen^ potencia eléctrica, mientras que los motores de cd se alimentan de potencia eléctrica y producen potencia mecánica. En ambos casos, no toda la potencia de entrada a la maquina aparece en forma útil en el otro extremo de ella: siempre hay perdidas asociadas con el proceso.
• La eficiencia de una maquina de cd se define por medio de la ecuación
• La diferencia entre la potencia de entrada y la potencia de salida de una maquina son las perdidas que suceden en su interior. Por lo tanto,

Pérdidas en las máquinas de cd Las perdidas que hay en las maquinas de cd se pueden dividir en cinco categorías básicas:

1. Perdidas eléctricas o perdidas en el cobre (perdidas R ). 2. Perdidas en las escobillas. 3. Perdidas en el núcleo. 4. Perdidas mecánicas. 5. Perdidas dispersas o miscelâneas.