INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE ESCÁRCEGA 2.1 COMPONENTES DE LAS MÁQUINAS DE C.D. DOCENTE: ABIMAEL NAAL OCAMPO INTEGRANTES: ASHLEY YASCARY DIAZ MAY JESUS ALEXANDER ESCAMILLA NOH ZULEYMA BUENFIL OSORIO Contenido 2.1 Componentes de las máquinas de C.D. 2.2 Principio operacional de las máquinas de C.D. como generador y como motor. 2.3 Tipos de conexiones eléctricas. 2.3.1 Ecuaciones de nodos y mallas para las diferentes conexiones en generadores y motores. 2.4 Reacción de inducido. 2.5 Conceptos de fuerza electromotriz en los generadores y fuerza contra electromotriz en los motores. 2.6 Condiciones de arranque para los diferentes tipos de motores de C.D 2.7 Ecuaciones de par o torque para los motores de C.D 2.8 Curvas características de los diferentes tipos de motores de C.D cuando operan bajo carga. Maquina de CD Las maquinas de CD se han caracterizado, debido a la facilidad con la que se pueden controlar, por su gran variedad de aplicaciones y su versatilidad en campos donde se requiere de un amplio rango de velocidades. Mediante diversas combinaciones de sus devanados se puede hacer que exhiban una amplia variedad de curvas caracter´ısticas volt-ampere y velocidadpar, tanto para funcionamiento din´amico como para estado estable. COMPONENTES BÁSICOS Estator y rotor En términos generales, se puede decir que una máquina eléctrica rotatoria se compone de dos partes fundamentales: estator y rotor. El estator es la parte fija y en cuya cavidad se coloca el rotor, que como su nombre lo indica, es la parte giratoria de la máquina. Entre el estator y rotor existe un espacio de aire denominado entrehierro, el cual los separa y permite que la m´aquina gire. El campo magn´etico existente en el entrehierro es el que constituye el medio de acoplamiento entre los sistemas el´ectrico y mec´anico. Devanado de campo El devanado de campo en una máquina de CD está en el estator y se excita con CD. El devanado de campo tiene por misión crear flujo magnético en el entrehierro. No obstante, en las máquinas pequeñas se pueden emplear imanes permanentes que realicen la función del devanado de campo produciendo el flujo en el entrehierro Devanado de armadura ● El devanado de armadura en una máquina de CD se encuentra en el rotor y recibe el flujo del devanado de campo induciéndose en ´el corrientes que se cierran por el circuito exterior. Un extremo de dos bobinas del devanado de armadura está conectado eléctricamente a un segmento de cobre del conmutador y a un par de escobillas. Es importante mencionar que, la necesidad de conmutación es la razón por la cual el devanado de armadura en las máquinas de CD se coloca en el rotor. La forma en que cada bobina se conecta al segmentó del conmutador define el tipo de devanado de la armadura: devanado imbricado y devanado ondulado. Conmutador Está montado sobre la flecha de la máquina y se conforma por segmentos o delgas de cobre aislados entre sí. Cada terminal del devanado de armadura se conecta a un segmento del conmutador. El conmutador juega un papel importante en una máquina de CD. Cuando la máquina opera como generador, el conmutador rectifica el voltaje generado de AC a CD. Si la máquina opera como motor, el conmutador modifica las conexiones del devanado de armadura de tal forma que los polos magnéticos de la armadura no se muevan conforme gira el rotor. Escobillas Están fabricadas de carbón para evitar el rozamiento y reducir el calentamiento. Se colocan sobre los segmentos de cobre de manera que el circuito del rotor quede conectado a un circuito estacionario. Posición neutra de las escobillas La posición neutra, conocida también zona neutra o plano neutro, es un concepto de gran importancia en el estudio de las máquinas de CD. Se dice que las escobillas están en la posición neutra cuando se encuentran colocadas sobre el conmutador de modo que pongan en cortocircuito aquellas bobinas cuyo voltaje inducido sea momentáneamente cero. Siempre se debe ajustar las escobillas de modo que estén en contacto con las bobinas que se encuentran momentáneamente en la posición neutra. Si las escobillas se mueven de la posición neutra, se reduce el voltaje generado y se producen chispas que, a largo plazo conllevan a la reducción significativa de la vida ´útil de la escobilla, al deterioro de los segmentos de conmutación, a un gran incremento en los costos de mantenimiento y a la perturbación del buen funcionamiento de la máquina. Reacción de armadura Cuando se conecta una carga a las terminales de la máquina fluye corriente en el devanado de armadura. Esta corriente produce su propio campo magnético que distorsiona el campo magnético original producido por los polos de la máquina. Esta distorsión de flujo en la máquina, al incrementarse la carga, se conoce como reacción de armadura. Este fenómeno causa dos problemas severos en las máquinas de CD: desplazamiento de la posición neutra y debilitamiento de campo. 2.2 Principio operacional de las máquinas de C.D. como generador y como motor. ● En las máquinas de corriente continua, el inductor (campo) produce el campo magnético necesario para que se produzcan corrientes inducidas. ● En el inducido se desarrollan las corrientes inducidas por medio campo magnético producido en el inductor. Finalmente, el colector es el órgano que recoge las corrientes producidas por el inducido, obteniéndose corriente continua; esto, en el caso de un generador. O, por el contrario, sirve para recoger la corriente de la línea de alimentación para que, por reacción sobre el campo magnético inductor se produzca un movimiento rotatorio, en el caso de un motor. 2.3 Conexiones de las máquinas de CD Las ventajas de las máquinas de CD se deben a la amplia variedad de características de funcionamiento que se pueden obtener mediante la selección del método de excitación de los devanados de campo, el cual influye de manera significativa en las características de estado estable y en el comportamiento dinámico de la máquina de CD. Los devanados de campo pueden ser de excitación separada o bien pueden ser auto excitados. Es importante mencionar que cualquiera de los métodos de excitación del devanado de campo se pueden emplear tanto para generadores como para motores. Conexión excitación separada Una máquina de CD de excitación separada es aquella cuya corriente de campo es suministrada por una fuente externa de voltaje de CD. El circuito equivalente de esta conexión, cuando la máquina opera como motor o generador, se muestra en la Figura 9. Conexión excitación separada Las ecuaciones que rigen el comportamiento de la conexión excitación separada como motor y generador son las siguientes: Conexión serie Se llama serie porque el devanado de campo esta conectado en serie con el devanado de armadura. El circuito equivalente de esta conexión, cuando la máquina opera como motor o generador, se muestra en la Figura 10 Conexión serie Las ecuaciones que rigen el comportamiento de la conexión en serie como motor y generador son las siguientes: Las ecuaciones que rigen el comportamiento de la conexión en paralelo, como motor y generador, son las siguientes: Conexión en paralelo Se llama en paralelo porque el devanado de campo esta conectado en paralelo con el devanado de armadura. El circuito equivalente de esta conexión, cuando la máquina opera como motor o generador, se muestra en la Figura 11. 2.3.1 Ecuaciones de nodos y mallas para las diferentes conexiones en generadores y motores. 2.4 Reacción de inducido. ● Se llama reacción del inducido al efecto que ejerce la f.m.m. del rotor sobre la f.m.m. del inductor, y que hace variar la forma y magnitud del flujo en el entrehierro. Una consecuencia es el desplazamiento que sufre la línea neutra: Cuando la máquina trabaja en vacío, la línea neutra magnética coincide con la línea neutra geométrica (o media entre polos). Cuando circula corriente por el inducido y estando funcionando la máquina como generador, la línea neutra magnética se adelanta respecto del sentido de giro del rotor. En el motor se retrasa. Este desplazamiento de la línea neutra magnética lleva consigo un fuerte chisporroteo en el colector, ya que durante la conmutación la escobilla correspondiente pondrá en cortocircuito una sección del devanado en el cual se induce una cierta f.e.m. por existir flujo en esa zona Por tanto, para evitarlo habrá que desplazar las escobillas hasta encontrar la línea neutra real. REACCIÓN DE ARMADURA En la mayoría de las máquinas de c.c. para eliminar el desplazamiento de la línea neutra con las variaciones de carga y asegurar una mejor conmutación, se emplean los llamados polos auxiliares o polos de conmutación, que son pequeños núcleos magnéticos que se colocan en la línea neutra teórica, que van provistos de un devanado que se conecta en serie con el inducido, y que producen un campo magnético opuesto al de la reacción transversal (del rotor). 2.5 Conceptos de fuerza electromotriz en los generadores y fuerza contra electromotriz en los motores. 2.6 Condiciones de arranque para los diferentes tipos de motores de C.D El arranque de un motor es el instante en que conecta a la red. En ese momento, el par motor debe ser mayor que el par resistente que opone la carga. En el instante del arranque, al estar parado el motor su velocidad es nula, por lo que la fuerza contraelectromotriz que es proporcional a la velocidad también es nula. Esto provoca que toda la tensión de alimentación cae en el devanado del inducido, por lo que en el instante del arranque la intensidad que recorre el motor es muy elevada, pudiendo alcanzar valores de hasta diez veces la intensidad nominal en régimen de funcionamiento estable y más aún para motores de gran potencia. La intensidad que recorre el inducido tiene por expresión: Como en el arranque E=0, ya que ω=0, la expresión anterior resulta: 2.7 Ecuaciones de par o torque para los motores de C.D 2.8 Curvas características de los diferentes tipos de motores de C.D cuando operan bajo carga. Bibliografía (s. f.). https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/motor/motoreselectricos/motor-de-corriente-continua/ T. Wildi and R. N. Salas, M´aquinas el´ectricas y sistemas de potencia. Pearson educaci´on, 2007. P. C. Krause, O. Wasynczuk, S. D. Sudhoff, and S. Pekarek, Analysis of electric machinery and drive systems. John Wiley & Sons, 2013, vol. 75.
