Motor de corriente continaEl motor de corriente continua es una mquina que convierte la energa elctrica en mecnica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores elctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen traccin sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.

Esta mquina de corriente continua es una de las ms verstiles en la industria. Su fcil control de posicin, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatizacin de procesos. Pero con la llegada de la electrnica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios ms accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvas) o de precisin (mquinas, micro motores, etc.) La principal caracterstica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vaco a plena carga. Su principal inconveniente, el mantenimiento, muy caro y laborioso. Una mquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estator que da soporte mecnico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilndrica. En el estator adems se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre ncleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilndrica, tambin devanado y con ncleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOSegn la Ley de Lorentz, cuando un conductor por el que pasa una corriente elctrica se sumerge en un campo magntico, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magntico y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha, con mdulo

F: Fuerza en newtons I: Intensidad que recorre el conductor en amperios l: Longitud del conductor en metros

B: Densidad de campo magntico o densidad de flujo teslas

El rotor tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado. Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento. Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor Es la tensin que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las lneas de fuerza, es el efecto generador de pines. La polaridad de la tensin en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor. Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la mquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito. Nmero de escobillas Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la mquina tiene dos polos, tenemos tambin dos zonas neutras. En consecuencia, el nmero total de escobillas ha de ser igual al nmero de polos de la mquina. En cuanto a su posicin, ser coincidente con las lneas neutras de los polos. Sentido de giro El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido. La inversin del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magntico o de la corriente del inducido. Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido. Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarn en la caja de bornes de la mquina, y adems el ciclo combinado producido por el rotor produce la fmm (fuerza magnetomotriz). El sentido de giro lo podemos determinar con la regla de la mano derecha, la cual nos va a mostrar el sentido de la fuerza. La regla de la mano derecha es de la siguiente manera: el pulgar nos muestra hacia donde va la corriente, el dedo ndice apunta en la direccin en la cual se dirige el flujo del campo magntico, y el dedo medio hacia donde va dirigida la fuerza resultante y por lo tanto el sentido de giro.

Constitucin del motorLos motores de corriente continua estn formados principalmente por: 1. Estator. El estator lleva el bobinado inductor. Soporta la culata, que no es otra cosa que un aro acero laminado, donde estn situados los ncleos de los polos principales, aqu es donde se sita el bobinado encargado de producir el campo magntico de excitacin. 2. Rotor. Esta construido con chapas superpuestas y magnticas. Dichas chapas, tienen unas ranuras en donde se alojan los bobinados. 3. Colector. Es donde se conectan los diferentes bobinados del inducido. 4. Escobillas. Las escobillas son las que recogen la electricidad. Es la principal causa de avera en esta clase de motores, solo hay que cambiarlas con el mantenimiento habitual.

Motores excitacin serie. La conexin del devanado de excitacin se realiza en serie con el devanado del inducido, como se puede observar en el dibujo. El devanado de excitacin llevar pocas espiras y sern de una gran seccin. La corriente de excitacin es igual a la corriente del inducido. Los motores de excitacin en serie se usan para situaciones en los que se necesita un gran par de arranque como es el caso de tranvas, trenes, etc. La velocidad es regulada con un restato regulable en paralelo con el devanado de excitacin. La velocidad disminuye cuando aumenta la intensidad.

Motores excitacin derivacin o paralelo.

Como podemos observar, el devanado de excitacin est conectado en paralelo al devanado del inducido. Se utiliza en mquinas de gran carga, ya sea en la industria del plstico, metal, etc. Las intensidades son constantes y la regulacin de velocidad se consigue con un restato regulable en serie con el devanado de excitacin.

Motores excitacin compuesta. El devanado es dividido en dos con el inducido y la otra en dibujo. Se utilizan en los casos montacargas y ascensores. en serie conseguimos evitar el disminuido el flujo, el conexin en derivacin devanado en serie hace que el velocidad disminuye, no de la conectado solamente en serie. Motores excitacin independiente. Como podemos observar en el dibujo, los dos devanados son alimentados con fuentes diferentes. Tiene las mismas ventajas que un motor conectado en derivacin, pero con ms posibilidades de regular su velocidad. partes, una est conectada en serie paralelo, como se puede ver con el de elevacin como pueden ser Teniendo el devanado de excitacin embalamiento del motor al ser comportamiento sera similar a una cuando est en vaco. Con carga, el flujo aumente, de este modo la misma manera que si hubisemos

Potencia en sistemas trifsicos equilibrados Potencia activa P Denominando Ul a la tensin de lnea, Il a la intensidad de lnea, Uf a la tensin de fase, If a la intensidad de fase y al cos factor de potencia.

Generadores de corriente continaSi 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. El potencial ms alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 V. En algunas mquinas ms modernas esta inversin se realiza usando aparatos de potencia electrnica, como por ejemplo rectificadores de diodo.

Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran nmero de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del ncleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador mltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentar y disminuir dependiendo de la parte del campo magntico a travs del cual se est moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a travs de un rea de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prcticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o ms polos electromagnticos que aumentan el tamao y la resistencia del

campo magntico. En algunos casos, se aaden interpolos ms pequeos para compensar las distorsiones que causa el efecto magntico de la armadura en el flujo elctrico del campo.

Los generadores de corriente continua se clasifican segn el mtodo que usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del mismo. Un generador de excitado en serie tiene su campo en serie respecto a la armadura. Un generador de excitado en derivacin, tiene su campo conectado en paralelo a la armadura. Un generador de excitado combinado tiene parte de sus campos conectados en serie y parte en paralelo. Los dos ltimos tipos de generadores tienen la ventaja de suministrar un voltaje relativamente constante, bajo cargas elctricas variables. El de excitado en serie se usa sobre todo para suministrar una corriente constante a voltaje variable. Un magneto es un generador pequeo de corriente continua con un campo magntico permanente.

Los motores y los generadores de corriente continua estn constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferencindose nicamente en la forma de utilizacin. Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energa en el circuito de carga. En cambio, si se aplica una tensin continua al devanado inducido del generador a travs del colector de delgas, el comportamiento de la mquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energa mecnica. En ambos casos el inducido est sometido a la accin del campo inductor principal

DEVANADO DEL CAMPO Las bobinas del campo estn devanadas en los polos, de forma que estos alternan su polaridad. Existen dos tipos de devanados del campo: un devanado del campo shunt y un devanado del campo en serie. El devanado del campo shunt tiene muchas vueltas de alambre delgado y recibe ese nombre porque se conecta en paralelo con el devanado de la armadura. El devanado del campo en serie, como su nombre lo indica, se conecta en serie con el devanado de la armadura y tiene comparativamente pocas vueltas de conductor grueso. Una mquina de c.c. puede tener ambos devanados del campo arrollados en el mismo polo. Una maquina con un devanado del campo shunt se le llama mquina de shunt. Una maquina serie se devana solo con devanado del campo serie. Una maquina compound, o compuesta, tiene ambos devanados. Cuando en una maquina compound los dos devanados del campo producen flujos en la misma direccin, la maquina es de tipo cumulativo. La mquina es de tipo diferencial cuando al campo que establece el devanado del campo shunt se opone el campo que establece el devanado del campo en serie.

Polo del campo con su devanado en una mquina de corriente continua. Como el devanado del campo en serie lleva una corriente constante, disipa potencia. Al utilizar imanes permanentes en vez de un devanado del campo shunt se elimina la perdida de potencia y, as, se mejora le eficiencia de la mquina. Para la misma especificacin de potencia, una maquina con imanes permanentes (o maquina tipo PM) es ms pequea y ligera que una maquina devanada. La desventaja de la maquina tipo PM, por supuestos, es su flujo constante.

ARMADURA: La parte rotatoria de una mquina de cc, que est cubierta por los polos fijos en el estator, se llama armadura. La longitud efectiva de la armadura es por lo general la misma que la del polo. Su seccin transversal es circular y est hecha con laminaciones delgadas, muy permeables y aisladas elctricamente, las cuales se encuentran apiladas y montadas en forma rgida sobre el eje. La alta permeabilidad asegura una trayectoria de reluctancia baja para el flujo magntico; el aislamiento elctrico reduce las corrientes parasitas en el ncleo de la armadura. Las laminaciones tienen ranuras axiales en su periferia para alojar las bobinas de la armadura (devanado de armadura). Por lo comn se utiliza un conductor de cobre para las bobinas de la armadura debido a su baja resistividad. CONMUTADOR: El conmutador esta hecho de segmentos de cobre duro en forma de cua, como se muestra en la figura. Los segmentos de cobre estn aislados entre s por medio de lminas de mica. Un extremo de dos bobinas de la armadura est conectado

elctricamente a un segmento de cobre del conmutador. La forma en que cada bobina se conecta al segmento del conmutador define el tipo de devanado de la armadura. Bsicamente hay dos tipos de devanados de la armadura: el devanado imbricado o de lazo y el devanado ondulado. El devanado de la armadura es el corazn de la mquina de CC. Se trata del devanado en el que se induce la fem (accin generadora) y se desarrolla un par (accin motora). Por tanto, el devanado de la armadura merece un anlisis detallado, por lo que se le dedicara la seccin siguiente. El conmutador es un dispositivo muy bien concebido que cumple la funcin de un rectificador. Convierte la fem alterna inducida en las bobinas de la armadura en un voltaje unidireccional.

Estructura del conmutador

ESCOBILLAS: Las escobillas estn sujetas en posicin fija sobre el conmutador por medio de porta escobillas. Dentro de la porta escobillas. Dentro del porta escobilla un resorte ajustable ejerce una presin constante sobre la escobilla debe ser precisamente la requerida, pues si fuera baja el contacto entre ella y el conmutador seria deficiente, lo cual producira chispas en exceso y el conmutador se quemara. Por otro lado, demasiada presin ocasionara un desgaste excesivo de la escobilla y sobrecalentamiento del conmutador por la friccin. Hay muchos tipos de escobillas, que varan por su composicin. Una escobilla puede estar hecha de carbn, carbn grafito o una mezcla de cobre con carbn. La presencia de grafito en una escobilla proporciona auto lubricacin entre esta y el conmutador. Aunque los porta escobillas estn montados en la campana extrema, estn aislados elctricamente de ella. Una escobilla est conectada elctricamente a su porta escobilla por medio de un conductor de cobre trenzado que se llama soguilla o trenza.

Mediante los porta escobillas es posible establecer la conexin elctrica entre el circuito externo y las bobinas de la armadura.

DEVANADOS DE LA ARMADURA: La periferia externa de la armadura tiene varias ranuras en las que las bobinas se montan o se devanan. En general, estas ranuras estn aisladas con papel pescado para proteger los devanados. En mquinas pequeas, las bobinas se devanan directamente en las ranuras de la armadura mediante devanadores automticos. En mquinas grandes, las bobinas se preforman y despus se insertan en las ranuras. Cada bobina puede tener muchas vueltas de conductor de cobre esmaltado (aislado), comnmente alambre magneto. La fem se induce en una bobina de paso completo, es decir, cuando la distancia entre los dos lados de una bobina es de 180 elctricos. Entre otras palabras, una bobina de paso completo implica que cuando un lado est bajo el centro de un polo sur, el otro debe estar bajo el centro del polo norte adyacente. Para maquinas bipolares, es muy tedioso colocar bobinas de paso completo; en general se emplea una bobina de paso fraccionario (extensin de la bobina menor que 180 elctricos). Otra ventaja de una bobina de paso fraccionario es que utiliza menos cobre que la de paso completo. Sin embargo, la fem inducida se reduce en un factor denominado factor de paso. El devanado ms usado es el de dos capas. El nmero de bobinas para el devanado de dos capas es igual al nmero de ranuras de la armadura. As, cada ranura de la armadura tiene dos lados de dos bobinas diferentes. Los devanadores automticos devanan ambos lados de una bobina, bien en la mitad inferior o en la superior de las dos ranuras. No obstante, cuando se montan en las ranuras las bobinas preformadas, un lado de la bobina se sita en la mitad inferior de la ranura y el otro en la mitad superior. Este mtodo no solo resulta en el montaje simtrico de las bobinas, sino que tambin asegura que todas las bobinas sean elctricamente equivalentes. Cuando el nmero de ranuras no es divisible entre el nmero de polos ni siquiera es posible devanar una bobina de paso completo. En ese caso, puede emplearse el paso mximo posible como paso fraccionario de la bobina. El paso mximo de la bobina puede determinarse con la ecuacin siguiente:

Donde y es el paso de la bobina en ranura, S el nmero de ranuras en la armadura y P el nmero de polos en la mquina. Esta ecuacin proporciona el paso como un valor entero de las ranuras por polo. Si se coloca un lado de la bobina en la ranura m, el otro lado debe insertarse en la ranura m + y.

DEVANADO IMBRICADO: En una maquina con devanado imbricado los dos extremos de una bobina estn conectados a segmentos adyacentes del conmutador. Suponga que las bobinas C van a conectarse a los segmentos C del conmutador. Si se conecta la bobina 1 a los segmentos 1 y 2 del conmutador, entonces puede conectarse la bobina 2 a los segmentos 2 y 3 del conmutador. Vistas desde los segmentos 1 y 3 del conmutador, las dos bobinas quedaron conectadas en serie. Ahora puede conectarse la bobina 3 a los segmentos 3 y 4 del conmutador. Al continuar con este procedimiento se termina conectando la bobina C a los segmentos C y 1 del conmutador. Finalmente, todos los devanados estn conectados en serie y forman un lazo cerrado. Se dice que el devanado se cierra sobre s mismo. En la figura 6 se muestra un diagrama polar de una mquina de cc hexapolar con 12 bobinas, con 12 segmentos de conmutador y con un paso de bobina 2. Para una rotacin dextrgira (en el sentido de las manecillas del reloj), la bobina 1 deja el polo norte y el flujo que enlaza la bobina decrece. La direccin indicada de la corriente en la bobina 1 segura que el flujo creado por ella se oponga a la disminucin del flujo, de acuerdo con la ley de la induccin de Faraday. Por otro lado, el flujo que enlaza la bobina 12 aumenta a medida que se mueve bajo el polo norte. La direccin de la corriente en esta bobina debe crear un flujo que se oponga al incremento. Al continuar de esta manera de una bobina a otra, se determinan las direcciones de las corrientes en todas las bobinas. Advirtase que en los segmentos 1, 5 y 9, ambas corrientes estn dirigidas alejndose del conmutador. Para un generador de cc, estos segmentos identifican la colocacin de las escobillas que tienen polaridad negativa.

Diagrama del devanado polar de una maquina hexapolar de CC. Con devanado imbricado, 12 bobinas y 12 segmentos del conmutador. Los segmentos 3, 7 y 11 tienen ambas corrientes dirigidas hacia ellos. Por tanto, representan la colocacin de las escobillas que tienen polaridad positiva. La diferencia de potencial entre una escobilla positiva en el segmento 3 del conmutador y una escobilla negativa en el segmento 1 de este es igual a la fem inducida en las bobinas 1 y 2. En realidad, solo dos bobinas contribuyen a la diferencia de potencial entre una escobilla positiva y una negativa. Luego, las tres escobillas negativas pueden conectarse elctricamente juntas para formar una sola conexin. En la figura 7 se muestra un arreglo como el descrito, donde cada bobina se representa mediante un lazo. Sin embargo, debe recordarse que cada lazo representa los dos lados de una bobina apropiadamente montada en las ranuras de la armadura. Observe que hay seis trayectorias paralelas para una maquina devanada hexapolar. Cada trayectoria contribuye con una sexta parte de la corriente en la armadura. Como se aprecia en la figura 7, cuando la armadura suministra una corriente de 12 A, la corriente en cada bobina es de 2 A.

Conexiones de las escobillas y corrientes en seis trayectorias paralelas de la maquina con devanado imbricado. De la figura anterior, como generador de CC.

Si observamos cada lado de una bobina como un conductor, entonces es posible determinar cmo se conectan estos conductores en el frente (lado del conmutador) y en la parte posterior (opuesto al conmutador). En la figura 8 se aprecia parte del diagrama polar de la figura 6. Los lados de bobina estn numerados en el sentido del movimiento de las manecillas del reloj, comenzando con los lados en la ranura 1. Por ejemplo, los lados de la bobina 1 se numeraron 1 y 6, y los de la bobina 2, 3 y 8. Como los lados 1 y 6 estn conectados en la parte posterior, el paso posterior (yb) es 5. El lado 6 de la bobina 1 y 3 de la bobina 2 estn conectados al segmento 2 del conmutador. As, el paso anterior (yf) es 3. El paso anterior y el posterior deben ser impares para que la bobina quede colocada adecuadamente en las ranuras de la armadura. La diferencia entre ambos pasos siempre es igual a 2. Se dice que el devanado es progresivo cuando yb = yf + 2. Si yf = yb + 2, entonces es regresivo. El devanado (progresivo o regresivo) avanza (dextrgira o levgiramente, de forma respectiva) cuando se le mira desde el lado del conmutador. En nuestro ejemplo, el devanado es progresivo.

Para las armaduras con el devanado imbricado simple, los pasos anterior y posterior pueden calcularse como sigue:

Conexiones de los conductores en la maquina con devanado imbricado. Y

Para devanados progresivos, y

Y

Para devanados regresivos. Cuando se observan desde las conexiones del devanado efectuadas a los segmentos del conmutador, se encuentra que el devanado avanza un segmento del conmutador, se encuentra que el devanado avanza un segmento del conmutador por cada bobina. Por tanto, el paso del conmutador (yb) es igual a 1. Se deja al lector comprobar que una maquina tetra polar con devanado imbricado necesita cuatro escobillas y que tiene cuatro trayectorias paralelas. En resumen, el nmero de escobillas y de trayectorias paralelas en una maquina con devanado imbricado es igual a su nmero de polos. DEVANADO ONDULADO: El devanado ondulado difiere del imbricado nicamente en cmo se conectan las bobinas a los segmentos del conmutador. En el devanado imbricado, los dos extremos de una bobina estn conectados a segmentos adyacentes del conmutador (yc=1). En el devanado ondulado, los dos extremos de una bobina se encuentran conectados a los segmentos del conmutador que estn separados aproximadamente, no exactamente 360 elctricos (pasos de dos polos). Esto se hace para garantizar que el devanado completo se cierra sobre s mismo una sola vez. Al hacer las conexiones separadas casi en pasos de dos polos, se conecta en serie las bobinas que estn bajo los polos con la misma polaridad. Es decir, una bobina bajo un polo norte se conecta con otra situada en forma comparable bajo el polo norte siguiente, y as sucesivamente. Para el devanado ondulado simple, el nmero de segmentos del conmutador por polo debe ser tal que se cumpla lo siguiente:

1. El paso del conmutador puede ser un poco mayor o menor que 360 elctricos. 2. Despus de pasar una vez alrededor del conmutador, la ltima bobina debe estar un segmento adelante (progresivo) o un segmento atrs (regresivo) respecto del segmento inicial.

Los requerimientos anteriores exigen que el nmero de segmentos del conmutador por cada par de polos no debe ser un entero, entonces el nmero de segmentos del conmutador para un devanado ondulado simple se determina con la ecuacin siguiente:

(

)

Donde C es el nmero total de segmentos del conmutador, yc es el paso del conmutador (un numero entero) y P es el nmero de polos. El signo ms o menos (+ o -) es para indicar el devanado (progresivo o regresivo). La ecuacin anterior tambin puede escribirse como

Generadores de Corriente Continua. Los generadores de corriente continua son las mismas mquinas de corriente continua cuando funcionan como generadores. Son mquinas que producen energa elctrica por transformacin de la energa mecnica. A su vez los generadores se clasifican en dinamos y alternadores, segn que produzcan corriente continua o alterna, respectivamente. Posteriormente, cabe destacar otro tipo de generadores (no son mquinas) que transforman la energa qumica en la elctrica como son pilas y acumuladores.

Clasificacin de generadores de corriente continua. Produccin de corriente alterna en una espira que gira en el seno de un campo magntico

Elemental

Cuando hacemos girar una espira rectangular una vuelta completa entre las masas polares de un electroimn inductor, los conductores a y b del inducido cortan en su movimiento el campo magntico fijo y en ellos se induce una f.e.m. inducida cuyo valor y sentido vara en cada instante con la posicin. Cada uno de los terminales de la espira se conecta a un anillo metlico conductor, donde dos escobillas de grafito recogen la corriente inducida y la suministran al circuito exterior. Para determinar el sentido de la corriente inducida, en cada posicin de los conductores, de la espira se aplica la regla de los tres dedos de la mano derecha, pudindose comprobar cmo se obtiene a la salida una tensin alterna senoidal. Rectificacin de la corriente mediante el colector de delgas

Dado que lo que deseamos es obtener corriente continua en la salida del generador, necesitamos incorporar un dispositivo que convierta la C.A. generada en C.C. Esto se consigue mediante el colector de delgas. Conectamos los dos extremos de la espira, no ya en los dos anillos colectores, sino en dos semianillos conductores aislados uno del otro, sobre los que ponemos en contacto dos escobillas que recojan la corriente, conseguiremos obtener a la salida C.C. Cuando la espira gira, la corriente inducida cambia de sentido en una determinada posicin. Las dos posiciones de la espira, sta es solidaria a los dos semianillos 1 y 2 que giran con ella. Sin embargo, las escobillas A y B son fijas.

En la posicin de la Figura. a, la corriente inducida en los conductores a y b posee el sentido que se indica con las flechas. El semianillo 1 est en contacto con la escobilla A, y el semianillo 2 con la escobilla B. Al girar la espira hasta la posicin de la Figura b, la corriente inducida en los conductores a y b ha cambiado de sentido, tal como se indica con las flechas, pero como el semianillo 1 est ahora en contacto con la escobilla B y el semianillo 2 queda en contacto con la escobilla A, el sentido de la corriente no cambia en los conductores A y B que suministran energa a la carga. En resumen, la corriente que fluye por la espira es alterna, pero el colector formado por los semianillos aislados consiguen rectificar la corriente y convertirla en continua. Con una sola espira y dos anillos colectores conseguimos una corriente continua similar a la obtenida en un puente rectificador de onda completa.

Esta corriente continua presenta muchas variaciones, o lo que es lo mismo, un rizado excesivo e indeseable. Si incluysemos en el inducido una segunda espira situada a 90 de la primera y conectada a otros dos nuevos semianillos o delgas, obtendramos una corriente en la salida de la dinamo como la representada en la Figura, que como se puede comprobar posee un rizado menor que en el caso de una sola espira (la corriente ya no llega a descender a cero).En este caso el colector constara de cuatro delgas.

Si incluimos en el inducido cuatro espiras con ocho delgas obtenemos una corriente de salida todava mucho ms lineal, como la representada en la Figura. En la prctica, cuando se desea obtener una tensin continua lo ms rectilnea posible, se construyen dinamos con un nmero considerable de espiras y delgas.

Constitucin de un dinamo Las partes fundamentales de una dinamo son el inductor, el inducido, y el colector. Inductor. El inductor es fijo y se sita en el estator (parte esttica o sin movimiento de la mquina). Est formado por un electroimn de dos polos magnticos en las mquinas bipolares, o de varios pares de polos en las multipolares.

El bobinado y las piezas polares de hierro dulce del electroimn estn rodeados por una carcasa o culata de fundicin o de acero moldeado que sirve de soporte a la mquina y permite el cierre del circuito magntico. El inducido. El inducido es mvil y se sita el rotor (parte que se mueve en sentido giratorio de la mquina). Est compuesto de un ncleo magntico en forma de cilindro y constituido por chapas magnticas apiladas, con el fin de evitar la prdida por histresis y corrientes parsitas, donde se bobinan las espiras con conductores de cobre esmaltados, tal como se muestra en la Figura. El ncleo de chapas dispone de una serie de ranuras donde se alojan los bobinados del inducido. El ncleo queda fijado a un eje, cuyos extremos se deslizan apoyados en cojinetes fijos a la carcasa. De esta forma el inducido se sustenta entre las piezas polares del inductor, pudiendo ser impulsado en un movimiento de rotacin rpido. El colector. En el eje del inducido se fija el colector de delgas formado por lminas de cobre electroltico con el fin de poderle conectar los diferentes circuitos del inducido. Las delgas se aslan del eje y entre s por hojas de mica.

La corriente se recoge en el colector con la ayuda de dos o varios contactos deslizantes de grafito o de carbn puro, llamados escobillas.

Cada escobilla se monta en un portaescobillas, que asegura la presin de la misma contra el colector mediante muelles. D las escobillas parten los conductores que se conectan a la placa de bornas de la dinamo, de donde se conectarn al circuito exterior. Dada la friccin a la que se somete a las escobillas, se produce un desgaste progresivo de las mismas que limita su vida til, teniendo que reponerlas cada ciertos perodos de tiempo.

Circuito magntico de una dinamo En la Figura se ha representado el circuito recorrido por las lneas de fuerza del campo magntico inductor. stas se cierran a travs de las piezas polares del electroimn, el inducido y la carcasa o culata de la dinamo.

Es importante hacer notar que las lneas de fuerza deben transcurrir por un pequeo espacio no ferromagntico existente entre las piezas polares y el entrehierro. Nos referimos al entrehierro formado por aire. Dado que las lneas de fuerza se establecen muy mal por el entrehierro, se intenta reducir al mximo su tamao, procurando que esto no impida que el rotor pueda girar libremente y sin fricciones. Fuerza electromotriz generada por una dinamo El valor de la fuerza electromotriz se obtiene aplicando el principio de induccin electromagntica, por lo que depender del flujo magntico que corten los conductores, as como de lo rpido que lo haga y del nmero de ellos. La expresin que relaciona la fuerza electromotriz de una dinamo con estas variables, es:

E = fuerza electromotriz (V) = flujo por polo (Wb) n = n de conductores del inducido N = velocidad de giro del inducido (r.p.m.) a = pares de circuitos del inducido p = pares de polos Como los trminos n, p y c son constantes para una mquina de C.C., tenemos que: La fuerza electromotriz es directamente proporcional al flujo inductor y al nmero de revoluciones de la dinamo.

Reaccin del inducido Cuando los conductores del inducido son recorridos por una corriente elctrica, producen un campo magntico cuya direccin y sentido se obtiene aplicando la regla del sacacorchos. La direccin de este campo transversal de reaccin adquiere la misma direccin que el eje de las escobillas, con lo que resulta ser perpendicular al campo principal producido por los polos inductores.

El campo transversal debido a la reaccin del inducido se suma vectorialmente al principal, dando como fruto un campo magntico resultante que queda desviado de la posicin original. Esta desviacin del campo inductor produce una serie de problemas cuando las escobillas conmutan de una delga a otra en el colector, dando como resultado chispas que perjudican notablemente el funcionamiento de la mquina.

Existen dos posibilidades para evitar los efectos perjudiciales de la reaccin del inducido: desviar las escobillas o disponer de polos auxiliares de conmutacin: La desviacin de las escobillas debe hacerse en el mismo sentido de giro de la dinamo hasta que el eje de las mismas coincida con la perpendicular al campo resultante. El inconveniente que conlleva este sistema es que, al ser el valor del campo transversal de reaccin del inducido dependiente de la corriente que absorba el inducido, la desviacin de la escobillas ser la adecuada para una corriente determinada. Para una corriente mayor o menor, la desviacin de la escobillas tambin tendra que ser diferente.

Los polos de conmutacin se disponen en la culata del generador de tal forma que produzcan un campo magntico transversal del mismo valor y de sentido contrario al flujo transversal de reaccin del inducido. Para que esto sea as, los polos de conmutacin se conectan en serie con el inducido para que la corriente que pasa por ellos sea igual que la del inducido. De esta forma, cuando crece el campo transversal de reaccin del inducido por un aumento de corriente, tambin lo hace el flujo de compensacin producido por los polos de conmutacin. En este caso siempre se consigue eliminar con efectividad el campo magntico de reaccin del inducido.

Devanado de compensacin En las mquinas de gran potencia, aparte de los polos de conmutacin, se coloca en las ranuras de ios polos principales un devanado compensador, cuya misin es eliminar las distorsiones del campo magntico principal originados por el flujo transversal. Este devanado se conecta en serie con el de conmutacin y el inducido.

CARACTERSTICAS DEL GENERADOR La regulacin del voltaje de un generador de cd. Esta regulacin es la razn de la diferencia entre el voltaje sin carga y aquella a plena carga al voltaje a carga nominal. La caracterstica es normalmente una reduccin a medida que la carga aumenta, pero se puede elevar debido a los efectos de campo en serie o a la accin de corrientes circulantes de comunicacin a operacin a muy bajo voltaje. Para un generador de cd, la ecuacin de voltaje terminal es TV = E IR ( K (_t) (r/min) IR) (834) En donde E es la Fem. Inducida, IR es la cada de circuito de armadura, K es una constante que depende del diseo de la mquina y _t es el flujo total de polo principal del generador. Las curvas de regulacin se calculan fcilmente mediante el uso de las curvas de saturacin sin carga y plena carga. El efecto del mtodo de excitacin se encuentra si se usa la lnea del campo e IR de restato para mquinas autoexcitadas y por lnea de amperevueltas constantes para excitacin separada. El generador compensado y separadamente excitado. Una mquina de este tipo, que es devanado en paralelo o en derivacin, tendr una curva caracterstica de voltajecarga que se aproximar a una lnea recta; cae a plena carga en una cantidad igual al porcentaje de cada IR. Hay poca o ninguna prdida de flujo debida a la reaccin de armadura o al desplazamiento de carbones. A voltajes de 10% o menos de los nominales, la intensidad del campo principal es tan dbil que las corrientes circulantes en las bobinas, puestas en cortocircuito por los carbones en conmutacin, pueden ocasionar un aumento en el flujo de polo principal con carga que produzca una curva caracterstica ascendente. Estas bobinas de armadura enlazan los polos principales y sus amperevueltas producen flujo de eje directo. Una curva caracterstica ascendente del voltaje puede ser indeseable, en especial si el generador alimenta un motor de cd cuya velocidad aumenta con la carga, ya que esto ocasiona inestabilidad. El generador de cd no compensado y separadamente excitado. Los generadores de esta clase, devanados en paralelo, tienen una prdida de flujo no lineal debida a la reaccin de armadura a medida que aumenta la corriente de carga. De la ecuacin (834) puede verse que esto ocasiona una curva caracterstica que cae con rapidez

siempre creciente al aumentar la carga, producindose una curva que es cncava hacia abajo. El generador de cd no compensado y autoexcitado. En estos generadores, devanados en paralelo, se reduce la excitacin del campo en paralelo a medida que cae el voltaje terminal. Esto resulta en una reduccin de los amperevueltas de campo principal y una prdida de flujo an mayor, que a su vez ocasiona una cada que puede ser tan fuerte que, arriba de una cierta corriente de carga pico, el voltaje terminal no ser bastante alto para proporcionar suficiente corriente de campo para mantener el voltaje y corriente de carga y el voltaje sufrir un desplome. Inestabilidad de generadores autoexcitados. Un generador de cd autoexcitado es inestable si la lnea de restato no hace una interseccin definida con la curva de saturacin de carga. La corriente de campo paralelo es fijada por el voltaje terminal, y la resistencia est en el circuito de campo paralelo. Existir inestabilidad si la pendiente de la lnea del restato es casi igual o mayor que la pendiente de una lnea tangente al punto de operacin sobre la curva de saturacin. El punto b es una condicin estable de operacin pero el punto c no lo es, porque una disminucin en el voltaje disminuye los amperevueltas del campo de derivacin y esto produce una mayor disminucin en el voltaje. Si la resistencia de campo del circuito de campo se fijara en d, el generador autoexcitado nunca acumulara ms del voltaje residual. Otra causa por la que podra haber una falla puede ser la conexin del campo paralelo. Si el flujo de corriente debido al voltaje residual es tal que tiende a matar el flujo que produce el voltaje residual, no ocurre acumulacin.

TRANSFORMADORES Y MAQUINAS DE CD.

ESTUDIANTES: JAIRO ANDRES MORENO HIDALGO REINALDO GALVIZ BECERRA

INGENIERO: JAIME GONZALEZ

GRUPO: AR.

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA SEDE VILLA DEL ROSARIO FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA SEDE VILLA DEL ROSARIO (N. DE S.) SEPTIEMBRE DE 2011