Reacción del inducido

Máquinas Eléctricas I

1. Conmutación en una máquina cd •

La conmutación es el proceso mediante el cual se convierten los voltajes y corrientes de ca del rotor de una máquina de cd a voltajes y corri orrien enttes de cd en sus sus termi ermina nale les. s.

1. Conmutación en una máquina cd •

¿Cómo se puede lograr que una máquina cd produzca voltaje de cd en lugar de voltaje ca como el que produce normalmente?

Se añad añaden en dos seg segment entos con conduc ductores ores sem semicir icirccular ulares es a un extremo de la espira y se establecen dos contactos fijos en un áng ángulo ulo tal que en el inst nstant ante en que el volt oltaje aje en la esp espira ira es cero, los contacto ctos hacen que los dos segmentos entren en cortocir cortocircuit cuito. o.

1. Conmutación en una máquina cd. •

Colector y Escobillas en un Motor de DC

Colector: Se usa para mantener el par sobre un motor de DC y

evitar la inversión que se produce cada vez que la bobina se mueve a través del plano perpendicular del campo magnético., invirtiendo la corriente en ese punto. Escobillas: Son los contactos eléctricos sobre el anillo rotatorio

o colector. Los contactos que se usaron en los primeros motores, estaban formados por escobas de cobre . Los motores modernos, usan contactos de carbón con resortes de muelles , pero se ha mantenido el nombre histórico de "escobillas".

1. Conmutación en una máquina cd. •

Video 1

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Video 2

Máquinas Eléctricas I

2. Reacción de Inducido •

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Es un efecto que causa problemas al proceso de conmutación.  Aparece cuando se conecta una carga a la máquina dc.

Definición: Distorsión del campo magnético original de los polos de la máquina debido al campo magnético producido por el flujo de corriente en los devanados del inducido (estator).

DEBER •

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Investigar:

Problemas de conmutación en las máquinas dc reales: Voltajes  •

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Impreso: Máx. 1 plana Debe incluir conclusión

 

Problemas causados por la reacción del inducido: •

Desplazamiento del plano neutro.- el plano

magnético neutro es el plano interno de la máquina en que la velocidad de los alambres del rotor está exactamente en paralelo con las líneas de flujo magnético, de modo que  es cero en los conductores del plano. •

Debilitamiento del campo.

Reacción de Inducido Campo Magnético del Inductor

Campo Magnético del Inducido

Campo Magnético Resultante

Desarrollo de la reacción del inducido en un generador dc. •

(a) Inicialmente, el flujo del polo está distribuido de manera uniforme y el plano magnético neutro es vertical. (b) efecto del entrehierro en la distribución del flujo del polo. (c) campo magnético del inducido resultante cuando se conecta una carga a la máquina. (d) flujos tanto del rotor como del polo y se indican los puntos donde se suman y se restan. (e) flujo resultante bajo los polos. El plano neutro se desplazó en la dirección del movimiento.

¿Cuál es el problema que genera el desplazamiento del neutro? •

Formación de un arco y la generación de chispas en las escobillas •

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Debido a la presencia de un cortocircuito en los segmentos del conmutador por desplazamiento del plano neutro. Reduce la vida útil de las escobillas. Deterioro en los segmentos del conmutador. Incremento en los costos de mantenimiento de la máquina.

Chisporoteo en los segmentos del conmutador • •

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Ocurre en casos extremos. Por ionización del aire cerca de las escobillas, consecuencia de las chispas en las escobillas. Ocurre cuando el voltaje en los segmentos del conmutador adyacentes es lo suficientemente grande para provocar un arco en el aire ionizado. El arco resultante puede deteriorar las superficies del conmutador (quemado).

Problemas causados por la reacción del inducido: •

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Desplazamiento del plano neutro. Debilitamiento del campo.Incremento leve del flujo sitios de la superficie polares donde la fmm del rotor se suma a la fmm del polo. Disminución alta de flujo  sitios de la superficie polares donde la fmm del rotor se resta a la fmm del polo. •

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Resultado  Disminución del flujo total promedio bajo toda la cara polar.

Flujo y fuerza magnetomotriz bajo las caras polares en una máquina cd •

En los puntos en los que se las fmms se restan, el flujo sigue de cerca la fmm neta en el hierro; pero en los puntos donde las fmms se suman la saturación limita el flujo total presente. Él punto neutro del rotor se desplazó.

¿Cuál es el problema que genera el debilitamiento del campo? •

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Problemas tanto en generadores como en motores. En generadores: Reducción del voltaje suministrado a cualquier carga. •

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 En motores:  ↓= 2 Incremento de la velocidad. ↑  Incremento de la velocidad aumenta su carga. Aumento de carga provoca un debilitamiento mayor del flujo. En motores cd en conexión shunt pueden alcanzar la condición de giro desbocado. La velocidad del motor continúa incrementándose hasta que la máquina se desconecte de la línea de potencia o se autodestruya. •

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3. Solución a los Problemas de Conmutación 1. Desplazamiento de las Escobillas 2. Polos o interpolos de conmutación 3. Devanados de compensación

3.1 Desplazamiento de las Escobillas •

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Desplazar las escobillas para que no se produzca chispas. Desplazamiento manual. Presenta PROBLEMAS debido a que el desplazamiento del plano neutro varía con los cambios de carga. Además, la dirección del desplazamiento se invierte cuando la máquina cambia de motor a generador. Controla la generación de chispas pero agrava el efecto de debilitamiento del flujo de la reacción del inducido. •

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La fmm del rotor ahora tiene un componente vectorial que se opone a la fmm de los polos. El cambio de la distribución de la corriente del inducido provoca que el flujo se acumule más en las partes saturadas de las caras polares.

3.1 Desplazamiento de las Escobillas

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Fmm neta de una máquina cd con escobilas en el plano vertical: La fmm del rotor ahora tiene un componente vectorial que se opone a la fmm de los polos.

3.2 Polos de Conmutación o Interpolos •

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La idea básica de esta técnica es que el voltaje en los alambres en proceso de conmutación pueda ser cero evitando la generación de chispas en las escobillas. Son polos pequeños que se colocan en el punto medio entre los polos en conmutación.

Se ubican directamente sobre los conductores en conmutación. Si se suministra un flujo desde los polos de conmutación, se puede cancelar por completo el voltaje en las bobinas en proceso de conmutación, anulando las chispas en las escobillas. No afectan el debilitamiento del flujo en la máquina. (este problema se mantiene)

3.2 Polos de Conmutación o Interpolos Interpolos •

¿Cómo se cancela el voltaje en los segmentos del conmutador de todas las cargas posibles? •

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Conectando los devanados interpolares en serie con los devanados del rotor. Los interpolos trabajan tanto en la operación como motor y como generador.

¿Qué polaridad deben tener los interpolos? 1. 2.

Los interpolos debe tener la misma polaridad que el siguiente polo principal del generador. Los interpolos deben tener la misma polaridad que el polo principal anterior del motor.

3.2 Polos de Conmutación o Interpolos •

Notas importantes: •

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Los interopolos casi siempre se encuentran en máquinas de cd de 1 hp o mayor. Los interpolos no ayudan en nada a la distribución del flujo bajo las caras polares, por lo que, el problema de debilitamiento de campo aún persiste. Están presentes en la mayoría de motores de mediano tamaño.

3.3 Devanados de compensación •

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Presentes en los motores de ciclos de trabajo pesado e intenso. Elimina por completo los problemas de reacción del inducido. Se ubican en ranuras labradas en las caras de los polos paralelas a los conductores del rotor.

Conectados en serie a los devanados del rotor. Desventaja: Su precio (bobinado).

Devanados de compensación

3.3 Devanados de compensación •

Efecto de los devanados de compensación en un máquina cd.

(a) El flujo del polo en la máquina. (b) los flujos del inducido y de los devanados de compensación. Nótese que son iguales pero con sentido opuesto. (c) flujo neto en la máquina, que es igual al flujo original del polo.

El inductor

El inducido