1- La Máquina de Corriente Continua: Conceptos previos de electromagnetismo Fuerza Electromotriz Inducida La fem inducida en un conductor rectilíneo de rectilíneo de longitud L que se mueve a una velocidad V, cuya dirección forma un ángulo
con la dirección dirección del campo magnético de inducción uniforme B, en
cuyo interior se mueve cortando sus líneas de fuerza, fuerza , tiene por valor: E = B L V sen Si las tres magnitudes son perpendiculares, perpendiculares, entonces el valor de la fem es:
Esta fórmula también se puede poner en l a forma:
Se genera una fem E mientras el conductor se mueve, cortando las cortando las líneas de fuerza del campo magnético: E=BLV Si los conductores activos forman parte de una espira que giran en el interior de un campo magnético tendríamos un generador elemental de CC:
Fuerza Electromagnética La fuerza sobre un conductor rectilíneo de rectilíneo de longitud L por el que circula una corriente I, cuya dirección forma un ángulo
con la dirección dirección del campo campo magnético magnético de inducción uniforme B, en
cuyo interior se encuentra, encuentra, tiene por valor: F= I L B sen Si las tres magnitudes son perpendiculares, perpendiculares, entonces el valor de la l a fuerza electromagnética
Esta fuerza desarrolla un trabajo de valor:
El conductor se mueve a causa de una fuerza F cuando por él circula una intensidad I: F=ILB
Estudio Energético del Generador Elemental
Estudio Energético del Motor Elemental
2- Estructura de la máquina de corriente continua 3- Estructura
Estator: Formado por una corona de material ferromagnético denominada culata o yugo en cuyo interior, regularmente distribuidos y en número par, van dispuestos unos salientes radiales con una expansión en su extremo, denominados polos, sujetos por tornillos a la culata. Rodeando los polos, se hallan unas bobinas de hilo, o pletina de cobre aislado, cuya misión es, al ser alimentadas por corriente continua, crear el campo magnético inductor de la máquina, el cual presentará alternativamente polaridades norte y sur. Salvo las máquinas de potencia reducida, en general de menos de 1 kW, encontramos también en el estator, alternando los polos antes citados, otros llamados polos de conmutación. Rotor: Formado por una columna de material ferromagnético, a base de chapas de hierro, aisladas unas de las otras por una capa de barniz o de 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. Colector: 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. Escobillas: dispuestas en los portaescobillas, de bronce o latón, que retienen las escobillas que establecerán el enlace eléctrico entre las delgas y el colector y el circuito de corriente continua exterior.
4-
El Inductor
El Inducido
3- La Dínamo: Generador de CC Dinamo Elemental
Eliminación del Rizado Al aumentar el número de delgas, la fem obtenida tiene menor ondulación acercándose más a la tensión continua que se desea obtener.
Representación plana
Fuerza Electromotriz, Par y Rendimiento
Si hacemos una representación gráfica del campo magnético en función del ángulo:
A consecuencia de la reacción del inducido la línea neutra (línea que une los conductores que no producen fem) en carga, adelanta respecto del sentido de giro un ángulo , tomada como referencia la línea neutra en vacío:
Esquema de la Dinamo
Excitación de la Dinamo Aunque existen máquinas de corriente continua con imanes permanentes, lo normal es que el campo magnético esté creado por bobinas inductoras dispuestas en el estator alrededor de los polos principales. Según la fuente de alimentación de estas bobinas, se distinguen dos tipos de excitación: Excitación independiente y Autoexcitación. La excitación independiente significa que la corriente continua que alimenta el devanado inductor procede de una fuente independiente de la máquina, como una batería de acumuladores, un rectificador conectado a una red alterna, o bien un generador de corriente continua rotativo. En este último caso, si el generador va montado sobre el propio eje de la máquina, la excitación independiente se denomina excitación propia. La autoexcitación significa que la corriente continua que excita las bobinas inductoras procede de la misma máquina generatriz. Para obtener la autoexcitación o cebado de la máquina, es preciso que exista un pequeño flujo en el circuito magnético, flujo que es posible producir y mantener gracias al fenómeno de histéresis magnética. Gracias a este flujo remanente, al hacer girar el inducido se inducirá en él una pequeña f.e.m. que aplicada al circuito inductor, con la polaridad conveniente, genera una débil corriente que refuerza el magnetismo remanente y la f.e.m. inicial debida al flujo remanente se incrementará. A mayor f.e.m., corresponderá mayor corriente, con el refuerzo consiguiente del flujo, luego se produce un nuevo aumento de la f.e.m. y así sucesivamente hasta alcanzar un equilibrio o estabilidad de la tensión en bornes que se traducirá en una constancia de la corriente de excitación y por tanto del flujo. A esta estabilidad se llega por causa de otra propiedad característica de los materiales magnéticos, la de saturación. Dependiendo de la conexión entre el devanado inductor y el inducido se distinguen tres tipos de máquinas autoexcitadas: la máquina serie, la máquina derivación y la máquina compuesta o compound.
Curvas Características El funcionamiento de una máquina de cc depende de cuatro variables: la velocidad N , La corriente de excitación i , la tensión en bornes U y la corriente I del inducido. Si se toma una de las magnitudes como constante, otra como parámetro, otra como variable y otra como función, se obtiene una familia de curvas. Las características usuales de una dinamo se obtienen a partir de tomar: Característica
Función
Variable
Parámetro
de excitación constante U(I): característica externa
U
I
i
a tensión constante i(I): curva de regulación
i
I
U
de corriente constante U(i): característica en carga
U
i
I
De todas ellas merece especial atención la característica externa.
Constante N
Dinamo Excitación Independiente
Dinamo Excitación Paralelo
Dinamo Excitación Serie
Dinamo Excitación Compuesta
3- El Motor de CC
Esquema del Motor de CC
Curvas Características Son el conjunto de curvas que representa las relaciones existentes entre las distintas variables de explotación de los motores. Las más usuales son: Característica
Función
Variable
Parámetro
de Velocidad: N(I)
N
I
C
de Par: C(I)
C
I
N
Mecánica C(N)
C
N
I
Motor Excitación Independiente
Constante U, i
Motor Excitación Paralelo
Motor Excitación Serie
5-
Resumen
6-
Para describir los modos de funcionamiento de una máquina de c. c. se utiliza l a representación en cuatro cuadrantes representada en la figura de debajo. En el eje de abscisas se representa el par electromagnético C que también sirve para representar la corriente del inducido I (C = K I). En el eje de ordenadas se representa la velocidad N, que también sirve para representar la fem/fcem E (E = K N ) y también, aproximadamente, la tensión U (U = E Ri I)
