Generadores con Generadores con excitación excitac ión independiente o seprada.
Son
en las que el devanado inductor es alimentado mediante una fuente de alimentación externa a la máquina, que puede ser, por ejemplo, una batería de acumuladores.
Las
propiedades de los generadores se analizan con la ayuda de las características que establecen la dependencia entre las magnitudes principales que determinan el funcionamiento de la máquina. Cada uno de los principales tipos de excitación: independiente, serie, derivación y compuesto, impone a la máquina características de funcionamiento distintas, que determinan la clase de servicio al que se adapta cada una de ellas. Hay 4 características principales:
E = f(I e ), que representa la relación entre la f.e.m. generada por la dinamo y la corriente de excitación, cuando la máquina funciona en vacío; es decir, el inducido no alimenta ninguna carga. 2. Característica en carga V = f(I e ), que representa la relación entre la tensión terminal y la corriente de excitación para una intensidad de carga I constante. En particular, cuando I es igual a cero se obtiene la curva de vacío. 3. Característica externa V = f(I), que representa la tensión en bornes en función de la corriente de carga, para una intensidad de excitación constante. 4. Característica de regulación I e = f(I), que representa la relación entre la corriente de excitación y la corriente de carga,para una tensión en bornes constante. 1. Característica de vacío
En
este tipo de generador, la corriente inductora se obtiene de una fuente de c.c. externa a la máquina. Es el tipo de excitación más antiguo y hoy se emplea únicamente en casos muy especiales. El esquema básico de conexiones es el que se indica en la Figura 6.22, donde se ha dispuesto de un reóstato en serie con el inductor para regular la corriente de excitación.
Para
determinar la curva de vacío se hace girar el rotor a velocidad constante, manteniendo desconectada la carga. La corriente de excitación se va aumentando gradualmente desde cero hasta el valor máximo permitido, anotando simultáneamente la f.e.m. generada E, que se mide con ayuda de un
voltímetro.
AI
representar la relación E = f(I e ) se
obtiene la rama ascendente A de la curva de la Figura 6.23. Se repiten luego las medidas disminuyendo la corriente I, hasta llegar a cero y al dibujar la curva E = f(I e ) se obtiene la rama descendente B de la Figura 6.23a. La diferencia entre ambas ramas se debe a la histéresis de los polos.
La
curva media entre las mismas representa la característica de vacío del generador de c.c. Se observa en esta curva que la máquina produce una f.e.m. E R sin corriente de excitación (I e = 0), lo cual se
debe al magnetismo remanente que aparece en los polos. Si se tiene en cuenta la ecuación (6.6), que expresa el valor de la f.e.m. generada, es evidente que para una determinada velocidad de giro, la f.e.m. es proporcional al flujo por polo, y como quiera también que la f.m.m. del inductor (A.v/polo) es proporcional a la corriente de excitación, se comprueba que la forma de la característica de vacío es del mismo tipo que la curva de magnetización de los materiales magnéticos.
Otro
aspecto a considerar en la curva de vacío es que la f.e.m. generada resulta, de acuerdo con (6.6): es decir, la f.e.m. es directamente proporcional al flujo magnético que producen los polos y a la velocidad de rotación de la máquina. Es por ello que si se considera que la velocidad de giro es diferente, por ejemplo n', la f.e.m. producida para
el mismo valor del flujo será:
y al dividir entre sí las expresiones (6.34) y (6.35) resulta:
Es
decir, para los mismos valores de los flujos, las f.e.m.s. son proporcionales a las velocidades de giro respectivas. Esto significa que si se conoce la curva de vacío de una máquina para una velocidad n, se puede deducir la curva de
vacío a otra velocidad n' sin más que aplicar la ecuación (6.36). En la Figura 6.23b se muestra esta idea; la curva de vacío de trazo grueso está definida para la velocidad n y se ha deducido la curva de vacío para la velocidad n', de tal manera que E' = E(n'/n) para cada valor de las abscisas.
Para
determinar la característica externa de un generador con excitación independiente habrá que conectar la carga; cerrando el interruptor de la Figura 6.22 y variando la misma se representará la relación V = f(I) cuando se
mantiene constante tanto la corriente de excitación como la velocidad de giro del motor primario. En principio, si no se considera la reacción del inducido, la f.e.m. generada E será constante y la variación de la tensión en bornes con la corriente del inducido vendrá expresada por la relación (6.28), es decir:
donde Ii es la intensidad del inducido y que coincide con la corriente de carga. La expresión anterior representa la ecuación de una recta. Si se tiene en cuenta la reacción del inducido, al desplazar las escobillas para obtener una buena conmutación, aparece una f.m.m. desmagnetizante que actúa sobre el valor de la f.e.m. engendrada y cuya magnitud puede ser no lineal con la corriente si la máquina trabaja en la zona de saturación. En la Figura 6.24 se muestra la característica externa de un generador con excitación independiente, donde pueden apreciarse cada una de las caídas anteriores.
Se
observa que en la zona normal de trabajo, que llega hasta la corriente asignada, la característica es prácticamente lineal. Hay que hacer notar que si no se considera la reacción del inducido por estar compensada por los polos auxiliares, hay que introducir en la resistencia R i de la ecuación (6.37)
la resistencia de estos polos.
El
voltaje en los terminales de un generador c.c. de excitación separada puede controlarse cambiando el voltaje interno generado E A de la máquina. Según la ley de
voltajes de Kirchhoff V T = E A-I A R A , de modo que, si E A se aumenta, V T aumentará y si E A disminuye, V T disminuirá. Puesto que el voltaje interno generado E A está dado por la ecuación E A=KØ. hay dos formas posibles de controlar el voltaje de este generador:
1. C ambio
de la velocidad de rotación. Si aumenta, entonces E A=KØ se incrementa; por tanto,V T = E A |- Í A R Á también aumenta. 2. C a mbio de la corriente de campo. Si R F disminuye, entonces aumenta la corriente de campo (i F = V p /R F | ). En consecuencia, el flujo 4> en la máquina aumenta. C o mo el flujo aumenta, E A=KØ| debe elevarse también, de modo que V T = E A | - I A R A se incrementa.
En
muchas aplicaciones, el rango de velocidad del motor primario es muy limitado; por tal razón el voltaje en los terminales se controla, cambiando la corriente de campo. En la figura 9-46a se muestra un generador de excitación separada que opera sobre una carga resistiva. La figura 9-46b muestra el efecto de
una disminución en la resistencia de campo sobre el voltaje en los terminales del generador cuando está operando bajo carga.
