UD. 4 MAQUINAS ELECTRICAS ELECTROTECNIA APLICADA A LA INGENIERIA MECÁNICA

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1 ELECTROTECNIA APLICADA A LA INGENIERIA MECÁNICA UD. 4 MAQUINAS ELECTRICAS Descripción: Principios de electromagnetismo y funcionamiento y aplicaciones de las diferentes máquinas eléctricas. 1

2 Tema 4.4. MÁQUINA CORRIENTE CONTINUA 2

3 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: La máquina de corriente continua se basa en los mismos principios de electromagnetismo que la máquina sincrona pero incluye mecanismos de rectificación que permiten el consumo o generación de corriente continua. Partes: Inductor: Se trata de un devanado alimentado por corriente continua o unos imanes permanentes que dan lugar a los polos de la máquina. Inducido: Devanado compuesto por un elevado número de espiras. Colector de delgas: Es el elemento característico de estas máquinas. Esta formado por chapas de cobre aisladas entre sí formando un cilindro. Carcasa: Es la envolvente del motor, contiene estator, rotor, caja de bornes, eje y otras partes mecánicas. Eje: Es el elemento mecánico por el que entregaremos la energía del generador. 3

4 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: INDUCTOR: El inducido y el inductor pueden ocupar tanto el rotor como el estator de la máquina, dependiendo de la potencia de la misma. La misión del inductor es la de establecer un campo magnético perpendicular al eje de giro del rotor. Este campo magnético se puede crear a través de imanes permanentes o de electroimanes. Además de los polos principales, aparecen polos auxiliares destinados a contrarrestar la reacción de inducido. 4

5 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: INDUCIDO: Está formado por el devanado y el colector de delgas. Los campos del inductor inducen una fuerza electromotriz en los devanados del inducido. Cada bobina del inducido esta conectada a un par de delgas del colector. La intensidad entra y sale de las bobinas a través de las escobillas 5

6 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: Cuando se hace girar los devanados incluidos en el inducido dentro del campo magnético creado por el inductor se produce una fem de forma senoidal. Esta fem se traslada a las delgas del colector donde es recogida por las escobillas. El hecho de que la rotación del inducido modifique la delga que está en contacto con las escobillas permite rectificar la onda. 6

7 REACCIÓN DE INDUCIDO: Cuando el generador funciona en vacío, no existe corriente circulando por el inducido. Por tanto, el único campo magnético presente es el creado por el inductor. Cuando conectamos una carga y por el inducido circula corriente se genera una reacción electromagnética que interactúa con el campo del inductor y provoca deformaciones del mismo: 7

8 REACCIÓN DE INDUCIDO: La deformación del campo magnético provoca un desfase en la fem provocada en el inducido. Este desfase modifica los pasos por cero de la fem y, por tanto modifica la linea neutra donde deben ubicarse las escobillas para evitar chisporroteo. Existen dos soluciones a este problema: Mover de forma permanente las escobillas: Es una solución correcta si se conoce exactamente la carga del motor/generador. Compensar esta modificación con polos auxiliares: Consiste en incluir en el inductor nuevos polos en serie con el inducido de forma que el aumento de la reacción de inducido se compense con los nuevos polos. 8

9 CIRCUITOS DE EXCITACIÓN: El campo magnético inductor puede generarse mediante imanes permanentes o electroimanes. En el caso de que se genere mediante electroimanes, la corriente de excitación puede ser externa o interna: Si es interna, la máquina se denomina de autoexcitación y puede tener a su vez tres configuraciones: Serie: La intensidad de inducido circula por el inductor. Paralelo: El inductor se conecta en los bornes de salida del inducido. Compuesta: Combinación de las anteriores 9

10 CIRCUITOS DE EXCITACIÓN: Excitación en derivación: En este caso, la intensidad de excitación se conecta a la salida del generador, por tanto es mucho menos sensible a la variación de la carga. Excitación compuesta: Se trata de una conexión que combina las curvas características de la conexión en serie y en paralelo. Se utiliza sobre todo en el funcionamiento como motor. 10

11 CIRCUITOS DE EXCITACIÓN: Excitación independiente: En este caso, la intensidad de excitación se controla de forma independiente y puede ajustarse a voluntad en función de la tensión o del par de salida deseados. Excitación en serie: La intensidad de excitación se corresponde con la intensidad por el inducido. En este caso, cuando trabajamos como generador, si se disminuye la resistencia de la carga (una nueva carga en paralelo, por ejemplo) la intensidad aumenta, dando lugar a mayor intensidad de excitación, un campo magnético más intenso y, por tanto mayor voltaje que, cerrando el bucle, produce mayor intensidad. Por tanto, la regulación de la excitación en serie es poco estable. 11

12 EL FUNCIONAMIENTO COMO MOTOR: Intensidad en la arrancada: En el motor de continua, la fem producida por el inductor se compensa con una fcem generada por el inducido y que depende de la velocidad. La diferencia entre ambas es la que provoca la intensidad y el par motor. En las arrancadas, cuando la velocidad es baja y, por tanto, también lo es la fcem, las intensidades que se producen son muy altas pudiendo alcanzar valores peligrosos. La contramedida para limitar estas corrientes es colocar resistencias de arrancada. 12

13 EL FUNCIONAMIENTO COMO MOTOR: La excitación en el funcionamiento como motor tiene unas características específicas: Serie: Al ser la intensidad de inducido la misma que la del inductor, en las arrancadas, con una fcem elevada, se produce una gran intensidad de inductor y, por tanto, un par motor muy elevado. Esta característica es positiva. Sin embargo, en el caso de que la carga disminuyera de forma brusca, la velocidad aumentaría intentando compensar la pérdida de carga con un aumento de la fcem, pudiendo llegar a velocidades peligrosas. Paralelo: En este caso, al estar la intensidad de excitación conectada en paralelo con el motor, ésta se mantiene constante. Proporcionando menor par de arranque pero mejores características de control. Las características compuestas se consiguen en la excitación compuesta, en la que se conecta inicialmente en serie y, tras la curva de arrancada, se conecta en paralelo. 13

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