Martn Alejandro Gonzlez Yambaymgonzalezy@est.ups.edu.ec Stalin Xavier Garrido Jcome sgarrido@est.ups.edu.ec Luis Antonio Baquero Freire lbaquero@est.ups.edu.ec Cristian Gustavo Cabrera Orna ccabrearao@est.ups.edu.ec Jimmy Alexander Jaramillo Sarche jjaramillos@est.ups.edu.ec

Generador de Corriente Continua

Abstract [footnoteRef:1]this paper is oriented to electrical engineering students and it is presented as a detailed explanation of the different parameters that involve current machines either to both motors and generators, developing step by step its principle of generation occurs, operating collector laminations, and all those variables that we take into account when using a DC machine. [1: ]

Keywords Direct current, excitation, dynamo, electromotive force. I. INTRODUCCIN

Los generadores elctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energa mecnica en elctrica, o a la inversa, con medios electromagnticos. A una mquina que convierte la energa mecnica en elctrica se le denomina generador, alternador o dnamo.Los principios relacionados entre s, sirven para el funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la induccin descubierto por Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a travs de un campo magntico, o si est situado en las proximidades de un circuito de conduccin fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el conductor. El segundo principio fue descubierto por Andr Marie Ampre. Si una corriente pasaba a travs de un conductor dentro de un campo magntico, ste ejerca una fuerza mecnica sobre el conductor.Lasmquinasde corriente continua fueron las primeras que se construyeron. Actualmente tienden a utilizarse poco como generador, puesto que se sustituye por las decorriente alterna. Comomotortiene grandes inconvenientes: son ms caros, tienenproblemasdemantenimiento, tcnicos. stos se utilizan en siderurgia, en traccin elctrica de trayectos cortos.

Las mquinas de corriente continua son reversibles, es decir, la misma mquina puede trabajar como generador o como motor.El uso de la dinamo para laproduccinde energa en forma de

C. C. se estuvo utilizando hasta la llegada de los alternadores, que con eltiempola han dejado totalmente desplazada. Hoy en da nicamente se utilizan las dinamos para aplicaciones especficas, como por ejemplo, para medir las velocidades de rotacin de un eje, ya que la tensin que presentan en los bornes de salida es proporcional a lavelocidadde la misma.

II. CARACTERISTICAS DE LOS GENERADORES DC

Un generador tiene potencia de salida, ya que es diseado para funcionar a una tensin especfica, la calidad de este depende del nmero de amperios que pueda suministrar de forma segura a su tensin nominal.

La rotacin de los generadores se denomina sentido horario o anti horario, como se ve desde el extremo de accionamiento, generalmente este sentido de giro viene dado en la placa de datos. Es importante que un generador sea utilizado con el sentido de giro correcto ya que si no lo es su polaridad se invertir.

CARACTERISTICAS DE VACIO: E VS Iexc, n=> constante ->dimensiones de las distintas partes del circuito magntico. CARACTERISTICAS EN CARGA : V VS Iexc , n=> constante, Ii => constante CARACTERISTICAS EXTERNAS: V VS Ic , n=> constante CURVA DE REGULACION: I exc VS Ii , V= constante , n= constante

CARACTERISTICA DE VACIO:

Generador autoexitado tipo derivacin: Se hace la prueba como si fuera una maquina separadamente excitada Maquina compuesta: Mayor flujo lo da el devanado de derivacin

E= C1 n O,,, O=f( Iexc), n= cte, C1(z,p,a)

Figura 1. Curva de vaco de um generador de cc. Para distintas velocidades.

CARACTERISTICA DE CARGA DE LA MAQUINA SEPARADAMENTE EXCITADA:

La caracterstica de carga est dada por:V = f(Iexc) para n= constante Ii = constanteSe tiene:Circuito del campo o excitacin:Vf = Iexc rexc Corriente en la carga y en el inducidoIi = ICuando el generador est en carga se tiene que la tensin en bornes es menor que la Fem Generada en el arrollamiento del inducido, debido a:

La reaccin del inducido Md La cada de tensin en el circuito del inducido Ii R La cada en las escobillas 2V

Caracterstica externa:

Cadas de tensionesAB=ml IiR + 2VBl=Am =Md/Nexc=Md E= C1n ==> E= V + IiR +2V CAIDA DE TENSION PRODUCTO DE LA REDUCCION DE FLUJO POR EFECTO DE LA REACCION DES INDUCIDO

Md = f(Ii)OA= excitacin efectivas que produce la tensin AB.OM= excitacin del campo.AM= reaccin del inducido referida a elevadas saturaciones, V es elevado baja saturacin, V es bajo.

GENERADOR SERIE CARACTERISTICAS DE CARGA

V VS Iexc, I= cte., n= cte., realizarla como si se tratara de un generador separadamente excitado.I= Is=Ii Curva de regulacin Iexc vs IV= cte., n= cte.

Figura 1. Generador com excitacin serie y cactersticas extrema correspondiente.

CARACTERISTICA EXTERNA: V VS Ii , N= CTECURVAS DE MAGNETIZACIONBC = Cada de tensin producto de la reaccin al flujo por efecto de la variacin del inducido

Figura 3. Caracteristica em carga de um dinamo com excitacin independienteIII. FUERZA ELECTROMOTRIZ GENERADA

Figura 4. Disco de FaradayUna dinamo o dnamo es un generador elctrico destinado a la transformacin de flujo magntico en electricidad mediante el fenmeno de la induccin electromagntica, generando una corriente continua.Est basado en la ley de Faraday, esta ley nos dice que la variacin de un conductor que corta perpendicularmente un campo magntico se induce una fuerza electromotriz (FEM) en los extremos del conductor.

Figura 5. Principio de generacinSi una armadura gira entre dos polos de campo fijos, la corriente en la armadura se mueve en una direccin durante la mitad de cada revolucin, y en la otra direccin durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en una direccin, o continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolucin. En las mquinas antiguas esta inversin se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura.Las dos mitades del anillo se aislaban entre s y servan como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbn se mantenan en contra del conmutador, que al girar conectaba elctricamente la bobina a los cables externos.Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posicin en el momento en el que la corriente inverta su direccin dentro de la bobina de la armadura. As se produca un flujo de corriente de una direccin en el circuito exterior al que el generador estaba conectado.Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. Punto Cero: El movimiento de los dos conductores no corta el campo magntico es decir el flujo es paralelo al movimiento de los conductores por lo que la induccin es totalmente nula dndose una fuerza electromotriz igual a 0 (FEM=0V).

Figura 6. Primer instante Punto Uno: Es el momento en el que el conductor a corta en su totalidad al campo magntico, dndose una induccin mxima por lo que la fuerza electromotriz generada es la ms alta Entrando por el conductor A y sale por el conductor B.

Figura 7. Segundo instante Punto Dos: Se retorna nuevamente al punto en el que los conductores no cortan el flujo magntico por lo que la FEM es nula, por lo tanto el voltaje en bornes es igual a 0V.

Figura 8. Tercer instante Punto Tres: Se induce una fuerza electromotriz que sale ahora por el conductor A, pero de igual manera es una FEM mxima inducida.

Figura 9. Cuarto Instante Punto Cuatro: Se vuelve a la posicin inicial 0, en donde la induccin es nula debido a lo mencionado en el punto cero, cumplindose el primer ciclo, es decir se cumplieron los 360 elctricos de un ciclo.

Figura 10. ltimo instanteIV. EXCITACINAunque existen mquinas de corriente continua con imanes permanentes, lo normal es que el campo magntico est creado por bobinas inductoras dispuestas en el estator alrededor de los polos principales. Segn la fuente de alimentacin de estas bobinas, se distinguen dos tipos de excitacin:Excitacin independiente y Autoexcitacin. La excitacin independiente significa que la corriente continua que alimenta el devanado inductor procede de una fuente independiente de la mquina, como una batera de acumuladores, un rectificador conectado a una red alterna, o bien un generador de corriente continua rotativo. En este ltimo caso, si el generador va montado sobre el propio eje de la mquina, la excitacin independiente se denomina excitacin propia. La autoexcitacin significa que la corriente continua que excita las bobinas inductoras procede de la misma mquina generatriz. Para obtener la autoexcitacin o cebado de la mquina, es preciso que exista un pequeo flujo en el circuito magntico, flujo que es posible producir y mantener gracias al fenmeno de histresis magntica. Gracias a este flujo remanente, al hacer girar el inducido se inducir en l una pequea f.e.m. que aplicada al circuito inductor, con la polaridad conveniente, genera una dbil corriente que refuerza el magnetismo remanente y la f.e.m. inicial debida al flujo remanente se incrementar. A mayor f.e.m., corresponder mayor corriente, con el refuerzo consiguiente del flujo, luego se produce un nuevo aumento de la f.e.m. y as sucesivamente hasta alcanzar un equilibrio o estabilidad de la tensin en bornes que se traducir en una constancia de la corriente de excitacin y por tanto del flujo. A esta estabilidad se llega por causa de otra propiedad caracterstica de los materiales magnticos, la de saturacin. Dependiendo de la conexin entre el devanado inductor y el inducido se distinguen tres tipos de mquinas auto excitadas: la mquina serie, la mquina derivacin y la mquina compuesta o compound.

Figura 11. Sistemas de excitacinCURVAS CARACTERISTICAS:

El funcionamiento de una mquina de cc depende de cuatro variables: la velocidad N, La corriente de excitacin i, la tensin en bornes U y la corriente I del inducido. Si se toma una de las magnitudes como constante, otra como parmetro, otra como variable y otra como funcin, se obtiene una familia de curvas. Las caractersticas usuales de una dinamo se obtienen a partir de tomar:

Tabla 1. Curvas caractersticas.

V. DNAMO DE EXCITACIN INDEPENDIENTESignifica que la corriente continua que alimenta el devanado inductor procede de una fuente independiente de la mquina, como una batera de acumuladores, un rectificador conectado a una red alterna, o bien un generador de corriente continua rotativo. En este ltimo caso, si el generador va montado sobre el propio eje de la mquina, la excitacin independiente se denomina excitacin propia.La autoexcitacinsignifica que la corriente continua que excita las bobinas inductoras procede de la misma mquina generatriz. Para obtener la autoexcitacin, es preciso que exista un pequeo flujo en el circuito magntico, flujo que es posible producir y mantener gracias al fenmeno de histresis magntica. Gracias a este flujo remanente, al hacer girar el inducido se inducir en l una pequea f.e.m. que aplicada al circuito inductor, con la polaridad conveniente, genera una dbil corriente que refuerza el magnetismo y la f.e.m. inicial debida al flujo remanente se incrementar. A mayor f.e.m., corresponder mayor corriente, con el refuerzo consiguiente del flujo, luego se produce un nuevo aumento de la f.e.m. y as sucesivamente hasta alcanzar un equilibrio o estabilidad de la tensin en bornes que se traducir en una constancia de la corriente de excitacin y por tanto del flujo. A esta estabilidad se llega por causa de otra propiedad caracterstica de los materiales magnticos, la de saturacin.Dependiendo de la conexin entre el devanado inductor y el inducido se distinguen tres tipos de mquinas auto excitadas:la mquina serie,la mquina derivacinyla mquina compuesta o compound.

Figura 12. Dinamo de excitacin independiente

Figura 13. Curva de Dinamo de excitacin independiente

V. DNAMO AUTOEXCITADOS

La auto excitacinsignifica que l corriente continua que excita las bobinas inductoras procede de la misma mquina generatriz. Para obtener la autoexcitacin o cebado de la mquina, es preciso que exista un pequeo flujo en el circuito magntico, flujo que es posible producir y mantener gracias al fenmeno de histresis magntica. Gracias a este flujo remanente, al hacer girar el inducido se inducir en l una pequea f.e.m. que aplicada al circuito inductor, con la polaridad conveniente, genera una dbil corriente que refuerza el magnetismo remanente y la f.e.m. inicial debida al flujo remanente se incrementar. A mayor f.e.m., corresponder mayor corriente, con el refuerzo consiguiente del flujo, luego se produce un nuevo aumento de la f.e.m. y as sucesivamente hasta alcanzar un equilibrio o estabilidad de la tensin en bornes que se traducir en una constancia de la corriente de excitacin y por tanto del flujo. A esta estabilidad se llega por causa de otra propiedad caracterstica de los materiales magnticos, la de saturacin.Dependiendo de la conexin entre el devanado inductor y el inducido se distinguen tres tipos de mquinas auto excitadas:Dinamo autoexcitada serie,Dinamo autoexcitada shunt o derivacinyla Dinamo autoexcitada compound.Dinamo Auto Excitacion Serie:

Los bobinados son de pocas espiras y seccin adecuada al paso de la corriente de carga, ya que estn en serie. Es una maquina inestable pues aumenta gradualmente la tensin en bornas al aumentar la corriente de carga. Para ponerla en marcha hay que cortocircuitar la salidaDinamo autoexcitada serie,Dinamo autoexcitada shunt o derivacinyla Dinamo autoexcitada compound.

Dinamo autoexcitada shunt o derivacin:Los bobinados son de muchas espiras y poca seccin. Se pone en marcha abriendo el circuito de carga. Para mantener la tensin constante en bornas se coloca una resistencia variable en serie con C-D. Es la ms utilizada en la prctica.

Dinamo autoexcitada compoundAprovecha las cualidades de las anteriores, aunque por su precio en la prctica se utiliza la shunt. Para ponerla en marcha se abre el circuito de carga. Se utiliza en redes de traccin y como excitatrices de alternadores.

VII. CONCLUSIONES1. Notamos que en el Dnamo de Excitacin Independiente, se puede mantener la tensin constante en la carga regulando la tensin con una resistencia regulable en serie al devanado del inductor.2. Encontramos que el Dinamo Auto Excitado puede realimentarse, debido al magnetismo remanente de la chapa laminada de acero dulce del dnamo.3. Podemos concluir que debemos tener en cuenta al momento en el que necesitemos utilizar una mquina de corriente continua tener la capacidad de elegir correctamente la maquina dependiendo del tipo de aplicacin en la que se vaya a utilizar la mquina.4. Se ha podido observar que las mquinas de corriente continua son utilizadas ampliamente en lo que son aplicaciones de pequeo tamao como son en motores deherramientasmanualesya que a estos necesitar de escobillas resultara un elevadocostode operacin ymantenimientoen aplicaciones grandes, siendo una gran desventaja ante las mquinas de corriente alterna.5. Estas mquinas pueden ser usadas como motores y generadores, esto significa que la maquina puede ser utilizada en diferentes aplicaciones, ya que no limita su uso y por lo tanto establece las desventajas ante las mquinas de CA.6. Estas mquinas son utilizadas en numerosas aplicaciones diarias, por lo que es de granutilidadsaber el funcionamiento de las mismas y los posiblesproblemasque podramos tener ante estas.

ReferEnciashttp://www.inselsur.es/02%20dinamos%20y%20motores%20cc.pdfM. T. Furtado, M. L. Rocha, M. R. Horiuchi, M. R. X. Barros, S. M. Rossi, F. D. Simes e R. Arradi, Transmisso 4 40 Gb/s por Diferentes Tipos de Fibras e Resduos de Disperso com Aproveitamento do Legado Tecnolgico de 10 Gb/s, IEEE Latin America Transactions, Vol. 3, No. 4, Outubro 2005.[2]http://www.tuveras.com/maquinascc/dinamo/excitaciondinamo.htmX. Chu, J. Liu and Z. Zhang, Analysis of Sparse-Partial Wavelength Conversion in Wavelength-Routed WDM Networks, INFOCOM 2004, Twenty-third AnnualJoint Conference of the IEEE Computer[3]http://www.tecnoficio.com/electricidad/generadores_de_corriente_continua.php[4]http://www.monografias.com/trabajos91/maquinas-de-corriente-continua/maquinas-de-corriente-continua.shtml[5]http://html.rincondelvago.com/generador-de-corriente-continua.html[6]Referencias bibliogrficas: MONTILLA, Alexander, "Maquinas Elctricas" MORA, Jess, "Maquinas Elctricas", quintaedicinA.E.FitzGerald,"Teorayanlisisde las Maquina Elctricas"[6]MONTILLA, Alexander, "Maquinas Elctricas" MORA, Jess, "Maquinas Elctricas", quinta edicin A.E.FitzGerald,"Teora y anlisis de las Maquina Elctricas"