2 Maquina CC

Tipos de Máquinas de CC II Má M áquinas Elé El éctricas Máquinas Eléctricas de CC

• Gener Generado adorr Homopo Homopolar lar (disc (discoo de Faraday) • Máquina Máquina Heteropo Heteropolar lar (o convencion convencional) al)

Armengol BLanco

Generador Homopolar

Máquina Heteropolar (o convencional

Ley de Faraday

Regla de la mano derecha

• e = Blu • e FEM Inducida • B Densidad de flujo • l longitud del conductor • u velocidad del conductor

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Generador Generador de CA elemental Espira giratoria • Sea una espir espiraa de sección sección S • e= e = BScos

FEM Inducida • B Densidad de flujo • S Sección de la espira • Ángulo entre B y S • e

Generador de CA Elemental

Forma de onda del voltaje en las escobillas

Componentes: Paralela y perpendicular

Generador de CC Elemental









Voltaje de salida en las escobillas

Partes de una Máquina CC • Estat stator or • Rotor

Estructura de la Máquina de CC

Partes Esenciales de una Máquina de CC


Elementos de una Máquina de CC









Chapa magnética Detalles del Colector


Descripción de la Maquina de CC • La máquina máquina de de corriente corriente continua continua es una máquina rotativa, por lo cual esta constituida por el estator y el rotor. • El estator estator tiene tiene al exterior exterior la carca carcasa sa y al interior el yugo, los polos principales, el devanado de excitación, los interpolos, el devanado de interpolo y el devanado deva nado de compensación. No todas las máquinas disponen del devanado de interpolo y el devanado de compensación, porque estos devanados tienen un propósito específico.

Descripción de la Maquina de CC • El estator estator es la parte parte fija de de la máquina máquina

Descripción de la Maquina de CC • El rotor rotor tiene tiene en la la parte periféri periférica ca el devanado de armadura que esta representado por las bobinas a y b y a un extremo de la máquina se dispone del conmutador, el cual tiene una serie de delgas y entre delga y delga hay un espacio de aislamiento eléctrico. • El devanado devanado de la armadura armadura se conecta conecta a las delgas del conmutador.









Descripción de la Maquina de CC • El rotor rotor es la parte parte de la máquina que gira gira

Estruct ura de la Máquina Máquina de Corriente Continua

Estator: Formado por una corona de material ferromagnético denominada culata o yugo en cuyo interior, regularmente distribuidos y en número núme ro par, van dispuestos unos salientes radiales con una expansión en su extremo, denominados polos, sujetos por tornillos a la la culata. Rodeando los polos, se hallan unas bobinas de hilo, o pletina plet ina de cobre aislado, cuya misión es, al ser alimentadas por corriente co rriente continua, crear el campo magnético inductor de la máquina, máqu ina, el cual presentará alternativamente polaridades polaridades norte y sur. encontramos también también en el estator, alternando los polos antes citados, otros llamados polos de conmutación.

Estructura de la Máquina de Corriente Continua

Descripción de la Maquina de CC • Para alimenta alimentarr la carga carga de un genera generador dor o para para conectar la fuente de voltaje de un motor, se utilizan las escobillas que están fijas en el espacio.


Partes Principales del Estator: Yugo.- Es necesario para cerrar el circuito magnético de la maquina. Generalmente esta constituido de hierro fundido o de acero. Polos.- Están fabricados de acero al silicio sil icio laminado. Las laminas del polo no están aislados entre si debido a que el flujo principal no varia con el tiempo.


Partes Principales del Estator:

Partes Principales del Estator:

Bobinas de Campo.- Están arrollados sobre los polos, el material empleado es el cobre, ya que tiene menor resistividad y por lo tanto menos pérdidas (Ri²)

Escobillas: dispuestas en los porta escobillas, de bronce o latón, que retienen las escobillas qu e establecerán el enlace eléctrico entre las delgas y el colector y el circuito de corriente continua exterior, las escobillas están constituidas de carbón o grafito.

Interpolos.- Están fabricadas de laminas de acero al silicio y llevan u n arrollamiento de alambre grueso. La finalidad de los interpolos es evitar chispas en el colector cuando se cortocircuiten las delgas del colector o conmutador, es decir durante el proceso de conmutación.









Pieza Polar de un Polo Inductor:

Mejora del Flujo Inductor

• Se llam llamaa tambié tambiénn expansión polar, es la parte más cercana al inducido. • Mediante la expansión expansión polar se reduce reduce la reluctancia magnética y por consiguiente el flujo de dispersión y las perdidas magnéticas.

Estructura de la maquina de CC

Estructura de la maquina de CC Rotor: Formado por una columna de material ferromagnético, a base de chapas de hierro, aisladas unas de las las otras por por una capa de barniz barniz o de óxido. óxido. La corona de chapa magnética presenta en su superficie externa un ranurado donde se aloja el devanado inducido de la máquina. Este devanado esta constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre convenientemente aislados, cerrado sobre si mismo al conectar el final de la última bobina con el principio de la primera.



Partes Principales del Rotor:

Partes Principales del Rotor:

Núcleo de la armadura.- Esta constituido por láminas de acero silicio de sección circular. La circunferencia de ranurado para que puedan alojarse los conductores de arrollamiento de armadura. Los conductores y las ranuras generalmente van paralelos el eje pero en otros casos son oblicuos. El hierro de la armadura debe estar laminado y las chapas aisladas entre si de otra manera el flujo del polo, induce una f.e.m.

Núcleo de la armadura.- (cont.) En el hierro (como lo hace en los conductores) que producirá producirá elevadas corrientes corrientes parasitas y las correspondientes pérdidas (i²R) en la superficie del hierro. La laminación del núcleo aumenta la resistencia de los caminos de las corrientes parasitas y reduce la magnitud de las corrientes.












Inducido

Partes Principales del Rotor: Conmutador ó Colecto Conmutador Colector.r.- Constituido esencialmente por piezas planas de cobre duro de sección trapezoidal, llamadas delgas, separadas y aisladas unas de otras por delgadas láminas de mica, formando el conjunto un tubo cilíndrico aprisionado fuertemente. El colector tiene tantas delgas como bobinas posee el devanado inducido de la máquina. Bobina de Armadura.- Existen 2 tipos de bobinados de armadura las cuales son : el imbricado y el ondulado.











Devanados del Estator


Circuito equivalente del devanado de campo.

Máquina de corriente continua de 4 polos . Devanado de estator de 4 polos de una máquina de corriente continua.


El sentido de la corriente de estos bobinados deben ser de tal forma que origine polos alternados, en una maquina bipolar los polos están diametralmente opuestos.

Devanados del Rotor Las espiras del rotor se pueden conectar de diferentes maneras a las delgas del colector. La forma como se conecten determina el número de ramas en paralelo en que se divide la corriente del rotor, las magnitudes del voltaje final de salida y la cantidad y ubicación de las escobillas.

Distribución de campo en un devanado de 4 polos.

Devanados del Rotor

Devanados del Rotor









Devanados del Rotor Normalmente una bobina abarca 180 grados eléctricos. Esto significa que que cuando un lado de la bobina está frente al centro de un polo, el otro otro lado está frente al centro del polo de polaridad contraria. Los polos físicos pueden encontrarse separados por una distancia diferente de 180 grados mecánicos, pero el campo magnético invierte su polaridad de un polo al siguiente.

 e

P 

2

Devanados del Rotor Si una bobina abarca 180 grados eléctricos, los voltajes en los conductores de los dos lados de la bobina tendrán exactamente la misma magnitud y sentido opuesto en todo momento. Esta bobina se llama bobina de paso diametral o de paso total.

 m

: Angulo medido en grados eléctricos : Angulo medido en grados mecánicos P : Número de polos de la maquina.  e

 m

Devanados del Rotor En algunos casos las bobina tienen menos de 180 grados eléctricos. Entonces se llaman bobinas de paso fraccionario, y el devanado del rotor que tenga estas bobinas se llama devanado de cuerda. El nivel de acortamiento de un devanado se puede describir mediante el factor de paso o factor de ancho de bobina, que esta definido por la ecuación. p = Angulo eléctrico de la bobina 180° Con frecuencia se emplean, en maquinas de cc, los devanados con un pequeño acortamiento en el paso de bobina para mejorar la conmutación.

Devanados del Rotor

Devanados del Rotor Devanado del Inducido.- Los inducidos generalmente tienen 2 tipos de arrollamientos o devanados; el imbricado y el ondulado. Para que el colector cumpla su función los arrollamientos de los inducidos de las maquinas de c.c debe ser tal que partiendo de un punto, recorremos toda la periferia del rotor (a través de las espiras) llegaremos al punto de partida. La FEM inducida en la bobina es mayor cuando el ancho de bobina es igual al paso polar (paso entero). Por esta razón el ancho de bobina se hace igual ó prácticamente igual al paso polar. Además todos los elementos del devanado deben conectarse entre si de tal manera que las FEM de cada elemento se sumen, caso contrario la maquina simplemente no funciona.









Bobina de múltiples espiras devanado ondulado

Devanados del Rotor

(a) Bobina Bobina de un devanado devanado progresi progresivo vo (b) Bobina Bobina de un devanado devanado regresi regresivo vo

Devanados del Rotor Devanado Imbricado : Un aspecto interesante del devando imbricado simple es que tiene tantas ramas en paralelo como polos tenga la maquina, este hecho hace que el devanado imbricado resulte bastante favorable para maquinas de bajo voltaje y alta corriente.

Una bobina en una ranura

Yp = k k : # delgas del colector; colector; # de ranuras ranuras P P : # de polos polos de la maqui maquina na

Devanados del Rotor









Devanados del Rotor

Devanados del Rotor

Diagrama del devanado imbricado del rotor de la maquina.

Devanado imbricado de un motor de cc de 4 polos

Devanados del Rotor

Devanados del Rotor

Diagrama del devanado imbricado del rotor de la maquina. Diagrama del devanado imbricado del rotor de la maquina (2 polos).

Devanados del Rotor

Devanados del Rotor











Devanados del Rotor Devanado Ondulado : En general si la maquina tiene tiene “P” polos hay P/2 bobinas en serie entre delgas adyacentes. Se usan en voltajes elevados. Yc = 2(c 2(c±1) P

Devanados del Rotor Devanado Ondulado :

c: # de de bobi bobina nas s del del roto rotorr (+) (+) Progresivo; (-) Regresivo P: # de polos de la maquina

Ejm. Una máquina de cc de 4 polos con devanado ondulado progresivo de 9 bobinas. Yc = 2 x (c + 1 ) = 2 ( 9 + 1 ) = 5 P 4 Yc = 5 ( Paso Paso del del colector colector )

Devanados del Rotor

Devanado Ondulado sencillo de una maquina de cuatro polos.

Devanado Imbricado









Excitación separada

Autoexcitada en Paralelo

Excitación independiente

Excitación Excitación Shunt









Máquina Compuesta aditiva

Excitación Compound

Maquina compuesta diferencial

Excitación Excitación compound diferencial









Ecuación de la Fuerza electromotriz FEM

FEM E



E



 nZ P 60 a ZP  m 2  a



k a m

• Z número de conductores activos en la armadura • a número de trayectorias paralelas en el devanado de la armadura • P número número de de campos campos polar polares es •  flujo por polo • N velocidad velocidad de rotación rotación de la armadura armadura,, rpm

Ecuación del Par

Ecuación del Par EI a  m T







Te  m 2 n 60 ZP

 I



k  I









Reacción de la Armadura

Efecto de la Reacción de Armadura Armadu ra

Efecto de la Reacción de Armadura

Conmutación











Conmutación

Conmutación









Curva de Magnetización

Característica de bajo carga









Pérdidas en un Generador de CC Pérdidas en el Generador

motor

P. Eléctrica

P . Mec .

Flujo de Potencia

P . Mec án ánic a

P. Eléctrica

Generador potencia potencia Eléctrica ca de salida salida VI

Generador

Perdidas en el campo de derivación ón (5%)

Potencia Electromagnética

Pérdidas en el devanado de compensación Perdida por interpolos perdidas del campo serie

Potencia de entrada Potencia mecánica presencia de la máquina auxiliar P.ctes. Parasitas (tipo eléctrico)

Perdidas debido alcontacto con las escobillas 2

Ir i

P h+e P fe rot

Pérdidas están en elcircuito del inducido 3-6 %

P f+v P rotacionales

3-15 %

Notación: P f+v = Pérdidas debido a la fusión y ventilación P h+e = Pérdidas de histéresis y de Eddie(tipo magnético) P fe rot= Pérdidas de hierro rotacional 2

I i r i

= Pérdidas de Joule

2 Maquina CC

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