SESION 8: PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA.
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- Eugenia Espejo Páez
- hace 7 años
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1 SESION 8: PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA. 1. INTRODUCCION Haciendo girar una espira en un campo magnético se produce una f.e.m. inducida en sus conductores. La tensión obtenida en el exterior a través de un anillo colector y una escobilla en cada extremo de la espira, tiene carácter senoidal. Las máquinas de c.c. son dos : LOS GENERADORES DE CC LOS MOTORES DE C.C. No hay diferencia real entre un generador y un motor, solo se diferencian por la dirección del flujo de potencia. A continuación se muestra una espira que gira dentro de un campo magnetico. 2. Principio de Funcionamiento La Ley de Faraday indica que: en cualquier conductor que se mueve en el seno de un campo magnetic de un imán se generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento. A continuación se muestra la figura La siguiente figura muestra la FEM que se obtiene a la salida de la máquina varía en el tiempo ya que esta máquina no dispone de colector Msc. César L. López A Ingeniero en Energía - Mecánico Electricista CIP Página 1
2 Fuerza externa que hace girar a la espira Imanes permanentes o campo magnético creado por una corriente continua N S N S Escobillas Anillos rozantes Instrumento de medida 3. El COLECTOR Conectando los extremos de la espira a unos semianillos conductores aislados entre sí, conseguiremos que cada escobilla esté siempre en contacto con la parte de inducido que presenta una determinada polaridad. Durante un semiperiodo se obtiene la misma tensión alterna pero, en el semiperiodo siguiente, se invierte la conexión convirtiendo el semiciclo negativo en positivo. En la figuras siguientes se muestra la función del colector y la escobilla Msc. César L. López A Ingeniero en Energía - Mecánico Electricista CIP Página 2
3 Sentido de rotación de la espira Colector de dos delgas Instante Inicial Conmutación Inversión de la polaridad Con la máquina girando a una cierta velocidad V, la fem que se induce es alterna: cambia de signo cada vez que se pasa por debajo de cada polo. En este caso sin delgas, con anillos rozantes El colector es un dispositivo que invierte el sentido de la FEM para obtener una tensión continua y positiva E N S E N S 2BlV 2BlV 0 2 Colector elemental (2 delgas) 0 2 Colector real (muchas delgas) Msc. César L. López A Ingeniero en Energía - Mecánico Electricista CIP Página 3
4 4. 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. 5. VOLTAJE INDUCIDO EN UNA ESPIRA GIRATORIA Una espira girando a una velocidad angular en el interior de un campo magnético como el de las figuras anteriores, genera una fem de valor E M = 2 B LV = 2 B L w R. El sentido de la corriente es la espira se invierte en cada semiperiodo, al cruzar el conductor activo la línea neutra. Si el cambio de sentido en la espira se hace coincidir con el cambio de la escobilla, se obtiene una corriente unidireccional, tal como se indica en la siguiente figura: Msc. César L. López A Ingeniero en Energía - Mecánico Electricista CIP Página 4
5 d B darea d B l r d Integrando de α hasta π - α B l r d B l r 2 Si la espira gira con velocidad angular = d /dt mientras se mueva en la zona del flujo se inducirá en ella FEM: E = - dø/dt = - B L r (- 2 d α/dt) E= 2 B L V 6. FEM INDUCIDA EN UNA MAQUINA DE CC FEM en una espira E= 2 B L V ec. 1 FEM inducida por el devanado completo de la máquina E = N 2 VBL/a.ec. 2 N : N total de espiras a = N de circuitos en paralelo. Ap = Arotor = 2 π r L = π r L N polos 2p p Reemplazando en la ecuación 2 B E = N 2 V p φ V = w.r = n 2 π r a π r 60 n = velocidad r = radio E= 4 N p n φ E = K n φ 60 a Msc. César L. López A Ingeniero en Energía - Mecánico Electricista CIP Página 5
6 7. Par Electromagnético Generado PAR CREADO POR UNA ESPIRA T = F r = 2 B.L.I espira = 2 B L. r. I/a a = N de circuitos en paralelo I = Corriente del rotor (inducido) PAR CREADO POR EL DEVANADO COMPLETO DE LA MAQUINA T = N 2 B L. r. I/a B= φ. p/( π r l) N : N total de espiras T total = 2 p N φ I π a T total = K φ I 8. EJERCICIOS: 1. Una armadura con devanado imbricado doble se usa en una máquina de cc con un conjunto de 6 polos y un conjunto de 6 escobillas, cada una del ancho de dos delgas. El arrollamiento tiene 72 bobinas, cada una de 12 espiras. El flujo por polo es de Wb., y la velocidad es de 400 rev/ min a) Cuantas ramas en paralelo hay en la maquina? b) Cual es el voltaje inducido E A? Solución: (a) El número de ramas en paralelo es a = mp a = 2 x 6 = 12 ramas en paralelo b) El voltaje inducido en la máquina es : E A = 4 N P n. ø N = 72 x 12 = 864 espiras 2 P = 6 60 a E A = 2 x 6 x 864. (400 rpm). (0.039 Wb.) = V. 60 x Un generador de c.c. de 12 polos tiene un devanado ondulado sencillo en la armadura, con 144 bobinas de 10 espiras c/u. La resistencia de una espira es Ω. El flujo por polo es de 0.05 Wb. Y el rotor gira a 200 rpm. a) Cuantas ramas en paralelo hay en la maquina? b) Cual es el voltaje inducido E A en la armadura de la maquina? c) Cual es la resistencia efectiva del devanado de armadura de la maquina? d) Si en los terminales del generador se conecta una resistencia de 1 kω. Cual es el par resistente en el eje de la maquina? (Desprecie la resistencia interna de la armadura) Solución: (a) El número de ramas en paralelo es a = 2. m = 2 x 1 = 2 (ondulado simple m=1) b) El voltaje inducido en la máquina es : E A = 4 N P n. ø 60 a N = 144 x 10 = 1440 espiras 2 P = 12 E A = 2 x 12 x (200 rpm). (0.05 Wb.) = 2880 V Msc. César L. López A Ingeniero en Energía - Mecánico Electricista CIP Página 6
7 c) La resistencia de una rama es : Resistencia/Rama = (1440 espiras) x ( Ω )= Como son dos ramas en paralelo, la resistencia efectiva de la armadura es: R A = Ω = 7.92 Ω 2 (d) Al conectar una resistencia de 1000 Ω a los terminales del generador y se desprecia la resistencia interna R A, entonces circulara una corriente de I = 2880 V. = 2.88 A Ω T Ind. = 2P. N. Ø. I π a N = 144 x 10 = 1440 espiras 2 P = 12 T Ind.= 12 x (2.88 A.). (0.05 Wb.) = N-m x 2 8. COMPROBACION 1. La siguiente información se refiere a la espira rotatoria sencilla mostrada en la siguiente figura: B= 0.4 T L=0.5 m r= 0.25 m VB = 48 V R= 0.4 Ω w =500 rad/s a) Está operando esta máquina como motor o como generador?. Explique b) Cuál es la corriente i que fluye hacia adentro o hacia afuera de la máquina. c) Si se cambiara la velocidad del rotor a 550 rad/s, qué ocurriría con la corriente i que fluye hacia adentro o hacia afuera de la máquina. d) Si se cambiara la velocidad del rotor a 450 rad/s, qué ocurriría con la corriente i que fluye hacia adentro o hacia afuera de la máquina Msc. César L. López A Ingeniero en Energía - Mecánico Electricista CIP Página 7
8 2. Un generador dc de ocho polos, 25 kw, 120 V, tiene un inducido con un devanado imbricado dúplex de 64 bobinas, cada una de las cuales tiene 10 vuletas. Su velocidad nominal es de 3600 RPM, a) Cuánto flujo por polo se requiere para producir el voltaje nominal en condiciones de vacío en este generador? b) Cuál es la corriente por trayectoria en el inducido de este generador con la carga nominal c) Cuál es el par inducido en esta máquina en condiciones de carga nominal d) Cuántas escobillas debe tener este generador? Qué ancho debe tener cada una? e) Si la resistencia de este devanado es Ω por vuelta, cuál es la resistencia del inducido 3. Defina la conmutación en una máquina de c.c. 4. Qué diferencia existe entre un devanado imbricado, ondulado y pata de rana. Realice un esquema de diferencia. Msc. César L. López A Ingeniero en Energía - Mecánico Electricista CIP Página 8
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