Tema 02 Generadores de C.C.

MAQUINAS DE CORRIENTECONTINUA

MAQUINAS DE CORRIENTECONTINUA

GENERADORES DE C.C.

R

GENERADORES DE C.C.

GENERADORES DE C.C.

Tipos de Generadores :

• Generadores de Excitación independiente• Generador de Excitación Serie• Generador de Excitación en Derivación ,shunt o paralelo• Generador de excitación compuesta

ESPECIFICACIONES DE LOS BORNES DELGENERADOR

Generador con excitación independiente

𝑭𝟏 𝑭𝟐

𝑨𝟏 𝑨𝟐


Circuito Equivalente

𝑭𝟏

𝑭𝟐

𝑨𝟏

𝑨𝟐

𝑰 𝑨

RA

LF VF EA Vt

Inducido Inductor

IF RF

IA

+

-

- +

+

-

𝑰 𝑳

DONDE :

VF = VOLTAJE DEL CIRCUITO INDUCTOR

IF = CORRIENTE DEL CIRCUITO INDUCTOR O CORRIENTE DE CAMPO

RF = RESISTENCIA DEL BOBINADO INDUCTOR 0 RESISTENCIA DE CAMPO

LF = INDUCTANCIA DEL BOBINADO INDUCTOR

EA = VOLTAJE DEL INDUCIDO O ARMADURA

RA = RESISTENCIA DEL INDUCIDO O ARMADURA

IA = CORRIENTE DEL INDUCIDO O ARMADURA

VT = VOLTAJE TERMINAL O VOLTAJE DE SALIDA DEL GENERADOR

F1,F2 = BORNES DE SALIDA DEL CTO INDUCTOR

A1,A2 = BORNES DE SALIDA DEL CTO INDUCIDO O ARMADURA


RA

LF VF EA Vt

Inducido Inductor

IF RF

IA

+

-

- +

+

-

𝑭𝟏

𝑭𝟐

𝑨𝟏

𝑨𝟐

𝑰 𝑳𝑰 𝑨


• El generador de excitación independiente , el campo es independiente de la armadura

porque la corriente proviene de otra fuente o bien de una bateria de acumuladores o

otro generador llamado excitatriz o excitador.

• El flujo magnetico es creado por una fuente externa

• Con un leve Cambio en la corriente de campo se producira un gran cambio en la corriente

de carga.

. El voltaje terminal o de salida del generador es menor que el voltaje de Armadura o inducido.

. La corriente de carga IL es igual a la corriente de Armadura IA

Su utilizacion es limitada por necesitar de una fuente exterior para su excitacion

RA

LF VF EA Vt

Inducido Inductor

IF RF

IA

+

-

- +

+

-

𝑭𝟏

𝑭𝟐

𝑨𝟏

𝑨𝟐

𝑰 𝑳𝑰 𝑨


RA

LF VF EA Vt

Inducido Inductor

IF RF

IA

+

-

- +

+

-

𝑭𝟏

𝑭𝟐

𝑨𝟏

𝑨𝟐

𝑰 𝑳𝑰 𝑨

ECUACIONES

𝑽 𝑻=𝑬 𝑨−𝑰 𝑨𝑹𝑨

𝑰 𝑭=𝑽 𝑭

𝑹𝑭En el cto campo o inductor :

En el cto Inducido o Armadura :

𝑰 𝑨= 𝑰𝑳

Generador con Excitación Serie

RA LS RS

EA EA

Vt

Inducido Inductor

IA

-

+

IS IL

+

-


RA LS RS

EA EA

Vt

Inducido Inductor

IA

-

+

IS IL

+

-


CARACTERISTICAS :

• Un generador serie es el que tiene su devanado inductor conectado en serie con el devanado de armadura o inducido

• El devanado inductor en un generador serie tiene pocas espiras y es de alambre grueso.

• La corriente del inducido, la corriente de campo y la corriente de linea son iguales es decir tienen el mismo valor.

• Esta maquina no es una buena fuente de voltaje constante debido a la caída de tensión

. El voltaje de un generador serie varia en proporción directa con la

carga

. La salida de voltaje VT no es constante varia con la carga debido

a la caída de tensión IA ( RA + RS )

* Se usan en soldadura de Arco

RA LS RS

EA EA

Vt

Inducido Inductor

IA

-

+

IS IL

+

-


RA LS RS

EA EA

Vt

Inducido Inductor

IA

-

+

IS IL

+

-


ECUACIONES

𝑽 𝒕=𝑬𝑨− 𝑰 𝑨(𝑹𝑨+𝑹𝑺)

𝑰 𝑨= 𝑰𝑺=𝑰 𝑳

Generador de Excitación en Derivación


+

𝑬 𝑨

𝑰 𝑨 𝑰 𝑳

𝑰 𝑭𝑹𝑭

𝑳𝑭

𝑹𝑨

𝑽 𝑭 𝑽 𝒕

+

inductorinducido

* Su devanado inductor esta en paralelo con la armadura o inducido

* No requiere de una fuente de voltaje externa para alimentar su circuito

inductor debido a que el voltaje EA depende de la presencia de un flujo

residual en los polos EA = Køresidual ω

* Este voltaje aparece en los terminales del generador produciendo una

corriente que fluye en la bobina inductora del generador IF esta corriente

de campo origina una fuerza magnetomotriz en los polos que incrementa

el flujo lo cual causa un aumento en el voltaje de armadura EA que

incrementa elvoltaje de salida Vt .

+

𝑬 𝑨

𝑰 𝑨 𝑰 𝑳

𝑰 𝑭𝑹𝑭

𝑳𝑭

𝑹𝑨

𝑽 𝑭 𝑽 𝒕

+

inductorinducido

Generador de Excitación en

Derivación

Si en un generador en derivación se pone en marcha y no se forma el voltaje

EA se debe :

Posibilidad de que no haya flujo magnético residual, si se tiene este problema

desconectar el circuito de campo(inductor) y conéctelo directamente a una

fuente de C.C. externa, tal como una batería. El flujo de corriente que proviene

de esta fuente de C.C. dejara un flujo residual en los polos que le facilitara el

arranque normal del generador.

+

𝑬 𝑨

𝑰 𝑨 𝑰 𝑳

𝑰 𝑭𝑹𝑭

𝑳𝑭

𝑹𝑨

𝑽 𝑭 𝑽 𝒕

+

inductorinducido

Generador de Excitación en

Derivación


+

𝑬 𝑨

𝑰 𝑨 𝑰 𝑳

𝑰 𝑭𝑹𝑭

𝑳𝑭

𝑹𝑨

𝑽 𝑭 𝑽 𝒕

+

inductorinducido

𝑽 𝒕=𝑬𝑨− 𝑰 𝑨𝑹𝑨

𝑰 𝑭=𝑽 𝑭

𝑹𝑭

𝑰 𝑨= 𝑰𝑭+ 𝑰𝑳

Generador de Excitación CompuestaConexión Larga

RA L S R S

EA EA

V t

IL

-

+

R F

L F

IS

I F VF

IA


RA L S R S

EA EA

V t

IL

-

+

R F

L F

IS

I F VF

IA

Es el generador que tiene sus devanados de campo conectados en serie y paralelo con

El inducido.

La bobina conectada en paralelo mantiene su intensidad casi constante.

La bobina conetada en serie con el inducido tendrá una intensidad variable según la carga

El bobinado Shunt suele ser el que pdroduce mayor cantidad de flujo magnético y se compone de

un numero mayor de vueltas de alambre fino.

Las bobinas enserie suele componerse de solo unas cuantas vueltas o sea lo suficiente para

reforzar el campo magnético cuando aumenta la carga y compensar la caída de voltaje en

inducido

RA L S R S

EA EA

V t

IL

-

+

R F

L F

IS

I F VF

IA


𝑽 𝑻=𝑬 𝑨− 𝑰 𝑨(𝑹𝑨+𝑹𝑺)

𝑰 𝑭=𝑽 𝑭

𝑹𝑭

𝑰 𝑨= 𝑰𝑭+ 𝑰𝑳

R A L S R S

EA EA

Vt

IL

-

+ R F

L F

IA IS

IF VF

Generador de Excitación CompuestaConexión Corta

R A L S R S

EA EA

Vt

IL

-

+ R F

L F

IA IS

IF VF


En este tipo de generador la bobina de campo en serie esta fuera del circuito de

Campo shunt y le circula la corriente de carga IL en lugar de la corriente de armadura IA

La regulación de voltaje de estas maquinas es muy buena pues mantiene casi

automaticamente un voltaje casi constante en sus terminales con todas las

Variaciones de carga.

Estas maquinas se empleam mucho para suministrar corriente a los circuitos de fuerza

y alumbrado cuando la carga no esta demasiado lejos del generador y la caída de línea

Es pequeña

R A L S R S

EA EA

Vt

IL

-

+ R F

L F

IA IS

IF VF


𝑽 𝑭=𝑬 𝑨− 𝑰 𝑨𝑹𝑨

𝑽 𝑻=𝑽 𝑭−𝑰 𝑺𝑹𝑺

𝑰 𝑨= 𝑰𝑭+ 𝑰𝑳𝑰 𝑺= 𝑰𝑳

Balance energético de un generador

de C.C.

Balance energético de un generador

de C.C.

Pérdidas en el cobre del Estator

Pérdidas en el cobre rotor

Pérdidas en el Núcleo

Pérdidas mecánica

s

Potencia eléctrica

salida

(Ps)Potencia mecánic

a de entrada

(Pe)

---------------------

Potencia Electromagnética

Balance energético Balance energéticoPotenci

a mecánic

a entrada

(Pe)

Potencia eléctrica

salida

Perdidas

Devanado

Campo shunt

Perdidas

Devanado

Campo Serie

Perdidas

Devanado

Armadura

Perdidas

en las escobillas

Perdidas

en el núcleo

Perdidas

mecánicas

Perdidas en el Cobre

RotorPerdidas en el cobre

Estator

Ps

Potencia Electromagnética -------------------------------

PERDIDAS MECANICAS ∆Pmec Es causadas por la fricción de los rodamientos de la maquina y las causadas por la fricción de las partes móviles de la maquina y el aire dentro de la carcaza del generador.

PERDIDAS EN EL NUCLEO O FIERRO ∆Pfe Las perdidas en el núcleo son las perdidas por histéresis y las perdidas por corrientes parasitas que ocurren en el metal del generador

POTENCIA ELECTROMAGNETICA Pelectromag.

POTENCIA DE ENTRADA

𝑷 𝒆=𝑻 𝝎

𝑷 𝒆𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐𝒎𝒂𝒈=𝑬𝑨 𝑰 𝑨

PERDIDAS EN LAS ESCOBILLAS Son las que se causan a traves del contacto potencial en las

escobillas de la maquina.

∆PA = IA2 RA

PERDIDAS EN EL DEVANADO INDUCTOR O DE CAMPO SHUNT

Son las perdidas en el cobre den devanado inductor

∆PF = IF

2 RF

PERDIDASEN EL DEVANADO DE ARMADURA O INDUCIDOSon las perdidas en el cobre del devanado inducido

∆Pescob = Vescob. IA

PERDIDAS ROTACIONALES

PERDIDAS CONSTANTES

∆ 𝑷𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕 .=∆ 𝑷𝒓𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏𝒂𝒍𝒆𝒔+∆𝑷 𝑭

PERDIDAS VARIABLES

∆ 𝑷𝒗𝒂𝒓𝒊𝒂𝒃𝒍𝒆𝒔=∆ 𝑷𝑨+∆𝑷 𝒆𝒔𝒄𝒐𝒃𝒊𝒍𝒍𝒂𝒔+∆𝑷𝑺

POTENCIA DE SALIDA

𝑷𝑺=𝑽 𝑻 𝑰𝑳

∆ 𝑷𝒓𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏𝒂𝒍𝒆𝒔=∆𝑷 𝒇𝒆+∆𝑷𝒎𝒆𝒄

Curvas Características de generadores de c.c.

Entre las curvas tenemos :

Curva característica de vacio o magnetizacion

Representa la relación entre la tensión de armadura y la corriente de campo inductor

Cuando la maquina trabaja en vacio, es decir el inducido no alimenta ninguna carga.

Curva característica en carga o exterior Representa la relación entre la tensión en bornes del generador y la corriente de carga

Curva característica de regulación

Representa la relación entre la corriente de campo inductor y la corriente de carga

De estas curvas merecen especial atención la curvas de característica de vacio y externa

Curva Característica de Vació de un Generador de excitación indepentiente

E A

IF

Si trazamos una curva del flujo producido en función de la corriente de campo IF obtenemos la curva de vacío o magnetización (curva “a”)

¿Como se relaciona la curva de magnetización con la tensión de armadura?

Si hacemos funcionar el generador a una velocidad constante, la tensión de armadura será

Proporcional al flujo por consiguiente trazando EA como una función de IF obtenemos una

Curva idéntica a la curva de magnetización.

IF

φ

Curva “a” Curva “b”

IR I1

iex RRIE iex RRIE

IF

EACurva de magnetización

El generador “arranca” gracias al magnetismo remanente siguiendo un

proceso de AUTOEXCITACIÓN

Curva Características de Magnetización de un

Generador de excitación derivación

Ri

Lex Uex E Ui

I nducido I nductor

Rex

I

Generador con excitación derivación

En el generador en derivación la propia tensión de salida del

generador se utiliza para producir la excitación Uex=Ui

ER

Pto. de equilibrio

Magnetismo remanente

R ER

E1

E2

iex

RR RR

EI

iex

RR RR

EI

E1I1E2

Se repite hasta el pto. de equilibrio

Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Excitación Independiente

V T

I L

E0

Tensión generada en vacio

EA

u

v

VT

Esta curva nos indica como varia la tensión en bornes del generador VT en función de la

Corriente de carga IL

El generador de C.C. considerado como una fuente de tension continua deberia en el caso ideal,

entregar en bornes de la armadura un voltaje continuo VL (voltaje de salida o de carga) de

magnitud independiente de la carga que esta alimentando. Sin embargo en la practica existen

Caidas internas de voltaje que hacen disminuir VL a medida que la corriente IA solicitada por la

carga aumenta .

En la Fig. Se muestra la caracteristica VL v/s IL (IL = IA ) del generador de excitación separada

Donde u representa la caida de voltaje por concepto de perdidas en el cobre (RA IA ) y v son las

Perdidas debido a la caida de voltaje en las escobillas.

Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Excitación IndependienteV

L

I L

E0

Tensión generada en vacio

EA

u

v

VL

Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Shunt

Tension generada en vacio

Caracteristica generador excitación separadaCaracteristica

generador shunt

VT

IL

Curva Caracteristica Exterior o de carga de un Generador Shunt

Tension generada en vacioCaracteristica generador excitación separada

Caracteristica generador shunt

VT

IL

El voltaje en un generador shunt variara en razón inversa de la carga, se observara que en vacio el voltaje del generador es normal o máximo, mientras que a medida que aumenta la carga en amperios su voltaje va disminuyendo gradualmente tomando valores cada vez mas bajos.

El aumento de la carga hace que aumente la caída de voltaje en el circuito inducido reduciendo asi el voltaje aplicado al inductor esto reduce la intensidad del campo magnético y por consiguiente el voltaje del generador.

Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Shunt

Tension generada en vacioCaracteristica generador excitación separada

Caracteristica generador shunt

VT

IL

Si se aumenta bruscamente la carga aplicada a un generador shunt la caída de voltaje puede ser bastante apreciable mientras que si se suprime casi por entero la carga, la regulación de voltaje de un generador o dinamo shunt es muy defectuosa debido a que su regulación no es inherente ni mantiene su voltaje en un valor constante.

El voltaje puede mantenerse bastante constante ajustando el reóstato de campo siempre que las variaciones de carga no sean demasiado frecuentes y grandes.

Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Serie

Característica generador serie

Zona Lineal


Zona de corriente

constante

VT

IL



Zona Lineal


Zona de corriente

constante

VT

IL

El voltaje de un generador serie varia en proporción directa con la carga ,esto es que aumenta a

Medida que aumenta la carga y disminuye a medida que baja la carga, se observara que esto

Es exactamente lo opuesto a lo que sucede en el caso de un generador shunt.

En la fig. se muestra la característica de voltaje de un generador serie, se observara que el

Voltaje aumenta rápidamente a medida que aumenta la carga impuesta a la maquina hasta

Llegar aproximadamente a la plena carga.



Zona Lineal


Zona de corriente

constante

VT

IL

Tambien se observa en un primer tramo (zona lineal ) el voltaje generado crece en forma

Practicamente lineal al igual que la tension generada en vacio en este caso la diferencia

Entre las curvas se explica debido principalmente a las perdidas en el cobre, las cuales

Crecen linealmente con el aumento de corriente.

Es importante notar que en la zona de corriente constante la caida de tension se explica por un

Efecto predominante de la reaccion de armadura que se suma a las perdidas de Joule del

Generador.

Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Compuesto

Generador serie

Generador Shunt

Generador Compound VL

IL


Generador serie

Generador Shunt


IL El generador de C.C. en configuración compound presenta una caracteristica

VL v/s IL que combina las propiedades del generador shunt y serie.

Dependiendo de cual sea el efecto predominante (shunt o serie) la curva se eleva

Por sobre el valor de tensión generada en vacio o bajo el. En efecto si la característica

Serie es pequeña predominan las caidas por efecto Joule y la tensión generada es menor

Que el valor E0 generado en vacío en este caso la curva característica es similar a la

Del generador shunt y se dice que el generador compound es parcialmente compuesto

O hipocompuesto.


Generador serie

Generador Shunt


IL

Si el enrollado serie es grande entonces el efecto de fortalecimiento del campo predomina

Sobre las perdidas de Joule y la tensión inducida se eleva por sobre Eo . En este caso

Se dice que el generador compound aditivo es hipercompuesto

El voltaje de una dinamo hipercompound aumentara ligeramente en sus terminales cada

Vez que aumenta la carga.Cada aumento de esta hace que aumente la corriente que circula

Por dichas vueltas en serie reforzando asi el campo magnetico lo suficiente para hacer que

El voltaje sea ligeramente mas elevado a ls plena carga que en vacio.

Tema 02 Generadores de C.C.

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