INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ACAPULCO
MATERIA: MÁQUINAS ELÉCTRICAS MAESTRO: ING. HUMBERTO GALLARDO HERNÁNDEZ ALUMNO: MELO GUERRERO JAVIER ALEJANDRO 08320405
TRABAJO DE LA UNIDAD 1: GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA
UNIDAD 1: GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA 1.1FUNDAMENTOS DE D E GENERADORES ELÉCTRICOS. La máquina de corriente directa representa para algunos una especie en peligro de extinción, en virtud de que la corriente directa hoy en día se obtiene a través de dispositivos semiconductores (rectificadores electrónicos) y por tanto cada vez tienen menor demanda los generadores de cd. Una de las ventajas de la máquina de cd es que se puede trabajar como generador y como motor sin hacer hacer ninguna modificación, lo cual implica que la construcción es la misma, es decir no hay diferencias reales siendo la única diferencia la dirección del flujo de potencia.
1.2 ACCIÓN GENERADOR
El generador de cd basa su funcionamiento en el principio de inducción electromagnética de Faraday, la cual establece que si hacemos girar una espira en un campo magnético se produce una f.e.m. inducida en sus conductores. Conforme gira la espira, se produce una fem en las terminales de la misma, esta tensión aparece entre las escobillas y por consecuencia se transmite a la carga, como se aprecia en l a figura 1.1.
Figura 1.1 Generador de cd elemental.
UNIDAD 1: GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA 1.1FUNDAMENTOS DE D E GENERADORES ELÉCTRICOS. La máquina de corriente directa representa para algunos una especie en peligro de extinción, en virtud de que la corriente directa hoy en día se obtiene a través de dispositivos semiconductores (rectificadores electrónicos) y por tanto cada vez tienen menor demanda los generadores de cd. Una de las ventajas de la máquina de cd es que se puede trabajar como generador y como motor sin hacer hacer ninguna modificación, lo cual implica que la construcción es la misma, es decir no hay diferencias reales siendo la única diferencia la dirección del flujo de potencia.
1.2 ACCIÓN GENERADOR
El generador de cd basa su funcionamiento en el principio de inducción electromagnética de Faraday, la cual establece que si hacemos girar una espira en un campo magnético se produce una f.e.m. inducida en sus conductores. Conforme gira la espira, se produce una fem en las terminales de la misma, esta tensión aparece entre las escobillas y por consecuencia se transmite a la carga, como se aprecia en l a figura 1.1.
Figura 1.1 Generador de cd elemental.
1.3 TIPOS O CLASIFICACIÓN DE GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA
1.4 CONSTRUCCIÓN Y TIPOS DE DEVANADO EN EL GENERADOR DE C.D. Como se ha indicado anteriormente el generador de cd tiene dos bobinas; el devanado de campo y el devanado de armadura, enseguida se indican los tipos de devanados que tiene cada uno de ellos [2], [7] y [8]. Devanado de campo: El devanado de campo se compone por la general de dos bobinas que irán 1 conectadas según el tipo de excitación que se desee en el generador .
Devanado de armadura: El devanado de armadura o inducido puede ser de dos tipos: Devanado imbricado: Este devanado se distingue porque forma tantas trayectorias paralelas
•
como número de polos de campo haya.se recomienda utilizar cuando se deseen latas corrientes y bajas tensiones. En este tipo de devanados se utiliza un par de escobillas por cada dos trayectorias. En este devanado los extremos de una bobina van conectados a dos delgas adyacentes del conmutador. (ver figura 1.9).
Devanado ondulado: Este tipo de devanado también se denomina devanado serie en virtud de que todas las bobinas de armadura bajo de pares de polos similares, están en serie. Este tipo de devanado se recomienda utilizar cuando se desean obtener altos voltajes y bajas corrientes. En este devanado los extremos de una bobina van conectados segmentos del conmutador que están aproximadamente 360° eléctricos (ver figura 1.10). •
Figura 1.9 Diagrama del devanado polar de una máquina hexapolar de cc con devanado imbricado, 12 bobinas y 12 segmentos del conmutador. Estructura del conmutador. (B.S. Gurú, Máquinas eléctricas y transformadores, pág. 293).
Figura 1.10 Máquina tretrapolar de cc con devanado ondulado y nueve ranuras que o pera como generador. (B.S. Gurú, Máquinas eléctricas y transformadores, pág. 298).
1.5 POTENCIA Y PAR O MOMENTO DE TORSIÓN MECÁNICOS La potencia y el par o momento de torsión de un motor de cd son dos de sus propiedades más importantes. A continuación derivaremos dos ecuaciones simples que nos permitirán calcularlas. 1. De acuerdo con la ecuación 4.1, la fem inducida en una armadura de devanado imbricado o de lazo es
En la figura 5.2 se ve que la potencia eléctrica P a suministrada a la armadura es igual al voltaje de suministro E s multiplicado por la corriente I en la armadura:
Sin embargo, E s es igual a la suma de E o más la caída IR en la armadura:
deducimos que
El término I 2R representa el calor disipado en la armadura, pero el muy importante término E oI es la potencia eléctrica que es convertida en potencia mecánica. Por lo tanto, la potencia mecánica d el motor es exactamente igual al producto de la fcem multiplicada por la corriente en la armadura.
2. Volviendo la atención al par o momento de torsión T , sabemos que la potencia mecánica P está dada por la expresión
donde n es la velocidad de rotación. Combinando las ecuaciones 3.5, 4.1 y 5.5, obtenemos
y por lo tanto
Así, el par o momento de torsión desarrollado por un motor con devanado imbricado está dado por la expresión
La ecuación 5.6 muestra que podemos aumentar el par o momento de torsión de un motor aumentando la corriente en la armadura o aumentando el flujo creado por los polos.
Calcule
a. la corriente nominal en la armadura b. el número de conductores por ranura c. el flujo por polo Solución
a. Podemos suponer que el voltaje inducido E o es casi igual al voltaje aplicado (250 V). La corriente nominal en la armadura es
Cada bobina se compone de dos conductores, así que hay en total 243x 2 = 486 conductores en la armadura
c. El par o momento de torsión del motor es
1.6 EFICIENCIA La eficiencia de una máquina está dada por la ecuación
La eficiencia es particularmente baja cuando la energía térmica se convierte en energía mecánica. Por lo tanto, la eficiencia de las turbinas de vapor va de 25 a 40 por ciento, mientras que la de los motores de combustión interna (motores automotrices, motores diesel) oscila entre 15 y 30 por ciento. Para entender qué tan bajas son estas eficiencias, debemos recordar que una m áquina que tiene una eficiencia de 20 por ciento pierde, en forma de calor, 80 por ciento de la energía que recibe. Los motores eléctricos transforman la energía eléctrica en energía mecánica con mucha más eficiencia. Su eficiencia oscila entre 75 y 98 por ciento, según el tamaño del motor.
1.7 USOS Y APLICACIONES DEL GENERADOR DE C.D.
