Sesion 9.2 Excitacion de Las Maquinas de c.c.

MAQUINAS ELECTRICAS

MODULO DE AUTOAPRENDIZAJE

V1-13-10-2015

SESION 9.2: EXCITACIÓN EXCITACIÓN DE LAS LAS MAQUINAS DE DE C.C. 1. INTRODUCCION La forma como se produce el flujo magnético en las máquinas de corriente contínua (cc), estas máquinas se clasifican en: EXCITACIÓN INDEPENDIENTE AUTOEXCITADAS. •

EXCITACIÓN SERIE

•

EXCITACIÓN SHUNT

•

EXCITACIÓN COMPUND

EXCITACIÓN INDEPENDIENTE El bobinado de excitación de la máquina es alimentado por una fuente de c.c. exterior. La corriente de excitación puede ser regulada por un reostato o por la propia fuente. Su utilización es limitada por necesitar de una fuente exterior para su excitación.

MAQUINAS AUTOEXCITADAS La fuente de alimentación del bobinado de excitación llega a través del inducido de la propia máquina. En los generadores el flujo inicial de excitación se produce por histérisis. En los motores, el bobinado de excitación se alimenta a través de la red de c.c. EXCITACIÓN SERIE Son de pocas espiras y sección grande, para tener la menor caída de tensión posible. Las bobinas inductoras son recorridas por la misma corriente generada por el inducido y absorbidas por la carga.

Msc. César L. López A

Ingeniero en Energía - Mecánico Electricista

CIP 67424

Página 1

MAQUINAS ELECTRICAS


V1-13-10-2015

EXCITACIÓN SHUNT El circuito inductor está conectado está conectado en derivación con el circuito inducido y con la carga. Las bobinas están constituidas por un número

elevado de espiras y poca sección.

EXCITACIÓN COMPUND Constituida por dos circuitos, uno serie y otro en derivación. Esta máquina reúne las características de la conexión serie y de la conexión shunt, por lo que mejora bastante las deficiencias de las anteriores.

2. CIRCUITO EQUIVALENTE DE UNA MAQUINA DE CC: MOTOR Hay cinco tipos principales de motores de c.c.. 1. Motores de Excitación externa . 2. Motores d e excitación en derivación 3. Moto res d e imán perm anent e 4. Motores d e excitación Serie , 5. Motores de ex citación comp ound Para un motor cc, el circuito equivalente se muestra en la figura, el circuito del inducido está representado por una fuente ideal de voltaje E A y una Resistencia R A. Esta representación es el equivalente Thevenin de la estructura total del rotor, incluidas las bobinas del rotor, los interpolos y los devanados de compensación, si los hay. La caída de voltajes en la escobilla está representada por una pequeña batería Vesc opuesta en dirección al flujo de corriente de la máquina. Las bobinas de campo Msc. César L. López A


CIP 67424

Página 2

MAQUINAS ELECTRICAS


V1-13-10-2015

que producen el flujo magnético están representadas por la inductancia L F y la Resistencia R F. La resistencia separada Radj representa una resistencia exterior variable, utilizada para controlar la cantidad de corriente en el circuito de campo

El voltaje interno generado en la máquina está dado por : E A = K Φ w W, es la velocidad de rotación de la máquina El par inducido desarrollado está dado por

in d =

K Φ I A

Estas dos ecuaciones corresponden a la LTK del circuito inducido y la curva de magnetización de las máquinas, son las herramientas necesarias para analizar el comportamiento y el funcionamiento de una máquina de c.c.

CURVA DE MAGNETIZACION DE UNA MAQUINA DE CC El voltaje generado E A de un motor o generador es : E A = K Φ w E A es directamente proporcional al flujo en la máquina y a la velocidad de rotación de ella. ¿Cómo se

relaciona el voltaje interno generado con la corriente de campo de la máquina? La corriente de campo en una máquina que produce una fuerza magnetomotriz de campo fada por

F= N F IF, la cual produce un flujo en la máquina de acuerdo a la curva de magnetización. La primera curva la conocemos, la segunda curva expresa E A contra IF a una velocidad wo dada



CIP 67424

Página 3

MAQUINAS ELECTRICAS


V1-13-10-2015

Para obtener la máxima potencia posible de salida por libra de peso de la máquina, la mayoría de los motores y los generadores están diseñados para operar cerca del punto de saturación de la curva de magnetización, lo cual implica que se requiere un gran aumento de corriente de campo para obtener un pequeño aumento en E A, cuando opera cercano a la plena carga.

MOTORES DC CON EXCITACIÓN SEPARADA



CIP 67424

Página 4

MAQUINAS ELECTRICAS


V1-13-10-2015

MOTORES DC EN DERIVACION.

MOTORES SERIE.

DC

EN

MOTORES DC COMPUESTOS.



CIP 67424

Página 5

MAQUINAS ELECTRICAS


V1-13-10-2015

3. CARACTERISTICAS DE LOS TERMINALES DE UN MOTOR CC En un motor las cantidades de salida son el par al eje y la velocidad; por tanto, su característica de los terminales es una gráfica del par contra la velocidad en su salida. ¿Cómo responde un motor dc en derivación a una carga? Suponga que aumenta la carga en el eje de este motor el par de carga carga excederá el par inducido ind en la máquina, y el motor comenzará a reducir la velocidad. Cuándo el motor se frena, su voltaje interno generado disminuye ( E A = K Φ w ↓) y la corriente del inducido del motor I A = (V T - E A ↓ )/R A aumenta. Cuando aumenta la corriente del inducido, aumenta el par inducido ( ind = K ΦI A↑) y, finalmente, el par inducido igualará al de la carga a una velocidad mecánica de rotación w más baja. Combinando las ecuaciones anteriores, se obtiene

w = VT + R A in d K Φ ( K Φ ) Esta ecuación representa justamente una línea recta con pendiente negativa, como se muestra en la figura.

4. EJEMPLO 1 Un motor dc en derivación de 50 hp, 250 V, 1200 rpm, con devanados de compensación, tiene una resistencia del inducido (incluidas las escobillas, los devanados de compensación y los interpolos) de 0.06 Ω. Su circuito de campo tiene una resistencia total del R adj+RF de 50 Ω con lo cual produce una velocidad de vacío de 1200 rpm. Hay 1200 vueltas por polo en el devanado de campo de derivación. Se pide a) Confeccionar el circuito equivalente b) La velocidad de este motor cuando su corriente de entrada es 100 A. c) La velocidad de este motor cuando su corriente de entrada es 200 A. d) La velocidad de este motor cuando su corriente de entrada es 300 A. e) Dibuje la característica par-velocidad de este motor.



CIP 67424

Página 6

MAQUINAS ELECTRICAS


V1-13-10-2015

Solución. El voltaje interno es E A = K Φ w , puesto que el campo es constante( debido a que VT y la resistencia de campo son constantes) y no hay efectos de reacción del inducido, el flujo en este motor es constante. La relación entre las velocidades y los voltajes internos generados del motor para dos condiciones de carga diferentes es K y Φ se cancela, k es una constante, el flujo es el mismo E A2

K Φ w 2

----- = ---------

E A1

K Φ w 1

w 2 = E A2

w1

------------

E A1

En vacío, la corriente del inducido es cero de modo que E A1 = VT = 250 V, mientras que la velocidad w1=1200 rpm. Si puede calcularse el voltaje interno generado por otra carga. a) Si IL = 100 A IA = IL- IF = IL - VT /RF = 100 A - 250/50 = 95 A Entonces E A = VT – I A R A = 250 V – (95 A)(0.06Ω) = 244.3 V La velocidad resultante del motor es : w2= 244.3 V 1200 rpm = 1173 rpm 250 V b) 1144 rmp

c) 115 rpm

d) En vacío el par inducido ind = 0, para hallar el par inducido para cualquier otra carga, la potencia convertida en este motor dc es

Pconv= E A I A =

w

= E A I A / w

in d

in d

El par inducido cuando I L= 100 A es

El par inducido cuando I L= 200 A es

5. ANALISIS NO LINEAL DE UN MOTOR EN DERIVACION El flujo Φ y, por tanto, el voltaje generado E A de una máquina cc es una función no lineal de su fuerza magnetomotriz. Entonces, cualquier fenómeno que altere la fuerza magnetomotriz en la máquina tendrá un efecto no lineal en el voltaje interno generado de ella. Puesto que la curva de magnetización es una gráfica directa de E A contra IF para una velocidad dada wo dada, el efecto de cambiar la corriente de campo de la máquina se puede determinar de su curva de magnetización.



CIP 67424

Página 7

MAQUINAS ELECTRICAS


V1-13-10-2015

Si una máquina presenta reacción del inducido, su flujo se reducirá a medida que aumenta la carga. En un motor dc en derivación, la fuerza magnetomotriz total es igual a la fuerza magnetomotriz del circuito de campo menos la fuerza magnetomotriz debida a la reacción del inducido. (AR).

El voltaje resultante E A puede ser determinado localizando la corriente equivalente en la curva de magnetización. En un motor dc en derivación la corriente equivalente de campo está dada por:

6. EJEMPLO 2. Un motor dc en derivación de 50 hp, 250 V, 1200 rpm, sin devanados de compensación, tiene una resistencia del inducido (incluidas las escobillas, y los interpolos) de 0.06 Ω. Su circuito de campo tiene una resistencia total del R adj+RF de 50 Ω con lo cual produce una velocidad de vacío de 1200 rpm. Hay 1200 vueltas por polo en el devanado de campo de derivación y la reacción del inducido produce una fuerza magnetomotriz desmagnetizante de 840 A-vuelta a una corriente de carga de 200 A. La curva se muestra en la siguiente figura. Se pide a) La velocidad de este motor cuando su corriente de entrada es 200 A. b) Dibuje la característica par-velocidad de este motor.

Solución. Si I L = 200 A IA= IL - IF = IL - VT /RF = 200 A - 250/50 = 195 A Entonces E A = VT – I A R A = 250 V – (195 A)(0.06Ω) = 238.3 V Para I L = 200 A , la fuerza magnetomotriz desmagnetizante debida a la reacción del inducido es 840 A*vuelta, de modo que la corriente efectiva es:

De la curva de magnetización, esta corriente efectiva de campo producirá un voltaje interno generado E AO de 233 V a una velocidad de 1200 rpm Puesto que el voltaje interno generado real es 238.3 V, la velocidad de operación del motor debe ser:



CIP 67424

Página 8

MAQUINAS ELECTRICAS


V1-13-10-2015

7. PRACTICA DE AUTOCOMPROBACION 1. Qué sucede con la tensión inducida en un motor cc al aumentar la carga 2. Qué sucede con la velocidad de rotación de un motor cc al aumentar la carga. 3.

Qué sucede con la tensión inducida en un generador cc al aumentar la fuerza aplicada

4. Qué sucede con la velocidad en un generador cc al aumentar la fuerza aplicada. 5. Cuál es la diferencia entre una máquina en derivación y en serie, realice los circuitos equivalentes. 6. La tensión de armadura es igual a la tensión de la fuente, explique. 7. Cuáles son las partes del rotor y del estator. 8. Qué es conmutación. 9. Cuál es la función del colector en una máquina de cc. 10. Cuál es la función de las escobillas de una máquina de cc. 11. En qué casos se utiliza un motor de c.c. 12. Cuáles son las pérdidas en un motor cc. Realice una jerarquización. 13. Cuáles son las pérdidas en un generador cc. Realice una jerarquización.



CIP 67424

Página 9

MAQUINAS ELECTRICAS


V1-13-10-2015

14. El siguiente motor, se conecta en derivación, presenta la las siguientes características y el circuito equivalente

. a) Si se ajusta la resistencia Radj en 175 Ω. Cuál es la velocidad de rotación del motor en condiciones de vacío. b) Si no existe reacción del inducido, ¿ cuál es la velocidad del motor a plena carga?. c) Si el motor está operando a plena carga y su resistencia variable Radj aumenta a 250 Ω, ¿ cuál es la nueva velocidad del motor?. Compare la velocidad del motor a plena carga Radj=175 Ω (suponga que no hay reacción del inducido) d) Suponga que el motor está operando a plena carga y su resistencia variable Radj es 175Ω. Si a plana carga la reacción del inducido es 1200 A-vuelta. ¿ Cuál es la velocidad del motor?



CIP 67424

Página 10

Sesion 9.2 Excitacion de Las Maquinas de c.c.

Recommend Documents