Cálculos de diseño. Vacío Carga. Reacción de inducido. Tema III Diseño de máquinas de corriente continua

Transcripción

1 Flujo medio en el entrehierro Carga lineal Número de polos Diámetro y Longitud del inducido Longitud del entrehierro Devanado inducido Número de ranuras inducido Colecto y escobillas Dimensiones polo y núcleo Bobinas de campo (inductoras) Pérdidas A-T Circuito magnético Vacío Carga. Reacción de inducido 1/51

2 Máquinas de C.C. [kw] P = C.C C C.C. 2 ( D L i )Ω Coeficiente de utilización C CC = π 2 B media A 2/51

3 Flujo medio en el entrehierro Factor de recubrimiento: Entre 0,6 y 0,75 ψ = bp τ 3/51

4 Flujo medio en el entrehierro 4/51

5 Inducción en el entrehierro. Un factor determinante para fijar la inducción en el entrehierro es: El diente del inducido y la saturación del núcleo. t B g = B diente ((t-b) nd /(πd)) 1,8 T b B diente B g 5/51

6 Inducción en el entrehierro. La inducción en el entrehierro depende de la velocidad de rotación, ya que esta impone la frecuencia, y por lo tanto las pérdidas en el hierro. 6/51

7 Carga lineal La carga específica eléctrica viene limitada: Temperatura Conmutación Rendimiento Coste de fabricación 7/51

8 Numero de polos A diferencia de las máquinas de C.A., las de C.C. pueden diseñarse con diferentes combinaciones de pares de polos para conseguir la misma velocidad. Sin embargo, hay un rango estrecho de número de polos que permiten un diseño satisfactorio. Un factor que condicione el número de polos frecuencia (pn) del flujo en el inducido, al repercutir este en las pérdidas del diente y el núcleo. Son valores admisibles: Hz 8/51

9 Numero de polos Parámetro de interés es también: Φ τ = π D 2 p D = cte p ->? Valores recomendados: τ < 380 mm 9/51

10 Diámetro (D) y Longitud (L) C CC = π 2 B media A P = C.C C C.C. 2 ( D L i )Ω D limitada por velocidad-conmutación (incremento costes de fabricación) D 2 L L / τ = 0,6 0,9 10/51

11 Longitud del entrehierro y perfil de la superficie del polo Valores recomendados: g = 1 1, 5% τ 11/51

12 Longitud del entrehierro y perfil de la superficie del polo Valores recomendados: g = 1 1, 5% τ 12/51

13 Devanado del inducido E = k E n Φ El devanado del inducido debe seleccionarse en función de la tensión máxima que pueden soportar delgas adyacentes, previniendo la severidad de las chipas (30 volt.). E Número de conductores N i = (E a)/(φ n p) a: número de conductores en paralelo 13/51

14 Devanado del inducido Corriente de inducido (I i ) Densidad de corriente (J i ) Sección del conductor (s) Longitud de espira (L espira_r ) Resistencia del devanado (R i ) 14/51

15 Ranuras del inducido Evitar la variación de reluctancia. Pulsaciones y oscilaciones de flujo Pérdidas Ruido 15/51

16 Ranuras del inducido Evitar la variación de reluctancia. Pulsaciones y oscilaciones de flujo Pérdidas Ruido 16/51

17 Colector y escobillas número de delgas (a,b,c,d) = número de bobinas(1,2,3,4) 17/51

18 Colector y escobillas El número de delgas viene condicionado por la tensión entre adyacentes (Uc=15 V) Diámetro del colector (commutator) (Dc) = 0.6 0,8 D Aumento n -> disminuye Dc -> separación mínima entre escobillas (3 V/mm) Si disminuye Uc -> autenta I i -> Temperatura Desgaste mecánico Pérdidas Eléctricas de contacto Mecánicas de rozamiento 18/51

19 Dimensiones de polo y del núcleo (yoke) Bp = 1,2 1,8 T = Φ p L p b p s p = L p b p -> bobina L p b p acomodar refrigerar h p Nucleo (LLanta): B n = Φ p 2 L n d n = 1,2 1,8 T 19/51

20 Diseño de las bobinas de campo (Revisado ) -Volumen de cobre de la bobina -Corriente de campo (I bp ) -Resistencia de la bobina (R bp ) -Densidad de corriente (J bp ) -AV por polo: I bp N bp = -Altura de la bobina h bp = AT bpl V bp s esp_bp = AT bpl 2p ρ L esp_bp ρ 2 b bp p bp K bp h bp AT bpl : en carga (Load). Calculo del circuito magnético p bp : potencia de disipación en la superficie envolvente de la bobina por unidad longitud en altura (h bp ) L bp (excluyendo la parte superior e inferior de la bobina no en contacto con el aire) K bp : coeficiente de llenado Superficie total por polo: s bp = (L bp + b bp ) h bp -Polo de conmutación s bp b bp b bp I bp2 R bp p bp = 2p s = W/m 2 bp V bp : Tensión de bobina polo L esp_bp : Longitud media de la bobina 20/51

21 Diseño de las bobinas de campo -Pérdidas Cobre inducido e inductor Contacto escobillas-delgas Hierro inducido (diente y núcleo) Mecánicas 21/51

22 A-V : Circuito magnético I bp N bp = AT bpl = AT po + AT ad = (AT g + AT diente_i + AT nucleo_i + AT P + AT nucleo_s ) + AT ad 22/51

23 A-V : Circuito magnético Entrehierro - Influencia ranuras - Efecto borde Factor de carter (K g ) AT g = H g g e = (B g /µ o ) (g K g ) Factor de recubrimiento: Entre 0,6 y 0,75 ψ Diente inducido (AT diente_i ) Núcleo inducido (AT nucleo_i ) Llanta inductor (AT nucleo_s ) = bp τ Obtención del coeficien nte de corrección de Carter AT po = (AT g + AT diente_i + AT nucleo_i + AT P + AT nucleo_s ) 23/51

24 A-V : Circuito magnético AT bpl = AT po + AT ad Reacción de inducido (Desmagnetización) (ATad) AT ad = N i I i 2p AT ad 24/51