Este documento describe las partes principales de las máquinas de corriente continua, incluyendo el inducido, el estator y cómo se calculan la tensión interna y el momento de torsión. Explica que el inducido es la parte giratoria formada por bobinas alojadas en ranuras, mientras que el estator contiene bobinas fijas que crean el campo magnético. También analiza las pruebas de circuito abierto y cortocircuito para medir la tensión y corriente.
1. República Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Extensión-Barcelona
Maquinas eléctricas I
TRABAJO Nº2
MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA.
Profesora: Alumna:
Ranielina Rondón.
Barcelona, 17 de Junio del 2014
Freivis La Rosa
C.I:20.419.286
2. INDICE
pg
Introducción……………………………………………………………………...….3
Que es un Inducido……….………………………………………………………..4
Como está construido el inducido en las máquinas de corriente continua....5
Imágenes de la estructura de diferentes ángulos…….………………………...6
Como está constituido el estator de las máquinas de corriente
continua……………………………………………………………………...7,8,9,10
Como se calcula la tensión interna generada y del momento de torsión inducida
en las máquinas de corriente directa………………………………………..10, 11
Conclusiones………………………………………………………………………12
Bibliografía………………………………………………………………………….13
3. INTRODUCCIÓN
El objetivo es estudiar el origen, los efectos y la corrección de la reacción de
inducido o de armadura en las máquinas de corriente continua. La mayoría de
las máquinas eléctricas, salvo los reactores y los electroimanes monofásicos,
poseen dos o más arrollamientos y, cuando se encuentran en carga y circulan
corrientes por esos arrollamientos cada uno de ellos produce una fuerza
magnetomotriz (fmm) que, al combinarse, dan lugar al flujo en la estructura
magnética, a las tensiones inducidas, y a las fuerzas y cuplas que originan las
acciones ponderomotrices de la máquina.
Las máquinas de corriente continua son generadores que convierten
energía mecánica en energía eléctrica de corriente continua, y motores que
convierten energía eléctrica de corriente continua en energía mecánica. La
corriente continua presenta grandes ventajas, entre las cuales está su
capacidad para ser almacenada de una forma relativamente sencilla. Esto,
junto a una serie de características peculiares de los motores de corriente
continua, y de aplicaciones de procesos electrolíticos, tracción eléctrica, entre
otros, hacen que existen diversas instalaciones que trabajan basándose en la
corriente continua.
4. QUE ES UN INDUCIDO: En el contexto de las máquinas eléctricas, el inducido
es la parte de la máquina rotativa donde se produce la transformación de
energía mecánica en eléctrica mediante inducción electromagnética. En las
máquinas de corriente continua el inducido es la parte giratoria, y está formado
por un tambor construido de chapas apiladas de hierro al silicio de 0,5 mm de
espesor con una serie de ranuras longitudinales en su periferia, en cuyo interior
se alojan las bobinas donde se induce la fuerza electromotriz cuando este gira
dentro del campo magnético creado por el inductor.
Los extremos de las bobinas están conectados a unas láminas de cobre,
llamadas delgas, dispuestas en la periferia de un cilindro aislante, llamado
colector, que se encarga de conectar las bobinas con el circuito exterior de la
máquina mediante unas escobillas de carbón estáticas que rozan sobre las
delgas.
En los alternadores, el inducido es la parte fija de la máquina, y está formado
por un cilindro hueco de chapas apiladas de acero al silicio con las ranuras en
la parte interior, donde se alojan las bobinas. En estas se induce la fuerza
electromotriz cuando el inductor gira en el interior del inducido. Las bobinas del
inducido se conectan a unas bornas que están en el exterior de la carcasa de la
máquina con el fin de conectarlas al circuito exterior al que entregan la
corriente inducida.
Motor eléctrico:
1) Carcasas de cierre 2) Engrane bendix 3) Inducido 4) Estator 5)
Contactos del inducido (escobillas) 6) Electroimán solenoide.
5. COMO ESTÁ CONSTRUIDO EL INDUCIDO EN LAS MÁQUINAS DE
CORRIENTE CONTINUA:
Estator: Está formado por una corona de material ferromagnético denominada
culata o yugo en cuyo interior, regularmente distribuidos y en número par, van
dispuestos unos salientes radiales con una expansión en su extremo,
denominados polos, sujetos por tornillos a la culata. Rodeando los polos, se
hallan unas bobinas de hilo, o pletina de cobre aislado, cuya misión es, al ser
alimentadas por corriente continua, crear el campo magnético inductor de la
máquina, el cual presentará alternativamente polaridades norte y sur. Salvo las
máquinas de potencia reducida, en general de menos de 1 kW, encontramos
también en el estator, alternando los polos antes citados, otros llamados
polos de conmutación.
Rotor: Está formado por una columna de material ferromagnético, a base de
chapas de hierro, aisladas unas de las otras por una capa de barniz o de
óxido. La corona de chapa magnética presenta en su superficie externa un
ranurado donde se aloja el devanado inducido de la máquina. Este devanado
está constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre convenientemente
aislados, cerrado sobre sí mismo al conectar el final de la última bobina con el
principio de la primera.
Colector: Esta Constituido esencialmente por piezas planas de cobre duro de
sección trapezoidal, llamadas delgas, separadas y aisladas unas de otras por
delgadas láminas de mica, formando el conjunto un tubo cilíndrico aprisionado
fuertemente. El colector tiene tantas delgas como bobinas posee el devanado
inducido de la máquina.
Escobillas: dispuestas en los porta-escobillas, de bronce o latón, que retienen
las escobillas que establecerán el enlace eléctrico entre las delgas y el colector
y el circuito de corriente continua exterior.
7. COMO ESTÁ CONSTITUIDO EL ESTATOR DE LAS MÁQUINAS DE
CORRIENTE CONTINUA.
Núcleo de la armadura: Está constituido por láminas de acero silicio de
sección circular. La circunferencia de ranurado para que puedan alojarse los
conductores de arrollamiento de armadura.
Los conductores y las ranuras generalmente van paralelos el eje pero en otros
casos son oblicuos. El hierro de la armadura debe estar laminado y las chapas
aisladas entre sí de otra manera el flujo del polo, induce una f.e.m. En el hierro
(como lo hace en los conductores) que producirá elevadas corrientes parasitas
y las correspondientes pérdidas (i²R) en la superficie del hierro. La laminación
del núcleo aumenta la resistencia de los caminos de las corrientes parasitas y
reduce la magnitud de las corrientes.
Bobina de Armadura: Existen 2 tipos de bobinados de armadura las cuales
son: el imbricado y el ondulado.
Para que el colector cumpla su función los arrollamientos de los inducidos de
las máquinas de c.c debe ser tal que partiendo de un punto, recorremos toda la
periferia del rotor (a través de las espiras) llegaremos al punto de partida.
La fem inducida en la bobina es mayor cuando el ancho de bobina es igual al
paso polar (paso entero). Por esta razón el ancho de bobina se hace igual o
prácticamente igual al paso polar. Además todos los elementos del devanado
deben conectarse entre sí de tal manera que las f.e.m. de cada elemento se
sumen, caso contrario la maquina simplemente no funciona.
Que las f.e.m. de los elementos se sumen se consigue conectando la salida de
un elemento con la entrada del siguiente elemento ubicados en polos opuestos
o de distinta polaridad.
Devanado imbricado: En este tipo de devanados sus 2 extremos están
conectados a 2 delgas adyacentes. Si el extremo final de la bobina se conecta
a la delga siguiente se tiene un devanado imbricado progresivo Yc=1, si el
8. extremo final se conecta a la delga anterior se tiene un devanado imbricado
regresivo Yc=-1
Bobina de un devanado progresivo.
Bobina de un devanado regresivo: Un aspecto interesante del devanado
imbricado simple es que tiene tantas ramas en paralelo como polos tenga la
máquina, este hecho hace que el devanado imbricado resulte bastante
favorable para máquinas de bajo voltaje y alta corriente.
P: Numero de polos de la maquina
k: Numero de delgas del colector; Numero de ranuras
Arrollamiento progresivo máquina de 4 polos
9. Diagrama del devanado imbricado del rotor.
2) Devanado ondulado: El devanado ondulado o serie es otra manera de
conectar las bobinas a las delgas del colector, en este arrollamiento el final de
la segunda bobina se conecta a una delga adyacente donde comenzó la
primera. Es decir entre dos delgas adyacentes hay 2 bobinas en serie cada una
de las cuales tiene un lado frente a un polo. El Voltaje final es la suma de los
voltajes inducidos frente a cada polo y no puede haber desequilibrio de tensión.
Si la conexión se hace a la delga siguiente el devanado es progresivo si se
hace a la delga anterior el devanado es regresivo. En general si la maquina
tiene "P" polos hay P/2 bobinas en serie entre delgas adyacentes.
Se usan en voltajes elevados.
c: Numero de bobinas del rotor (+) Progresivo; (-) Regresivo
P: Numero de polos de la maquina
Devanado ondulado del rotor
10. Diagrama del devanado ondulado del rotor
Estructura del rotor:
COMO SE CALCULA LA TENSIÓN INTERNA GENERADA Y DEL
MOMENTO DE TORSIÓN INDUCIDA EN LAS MAQUINAS DE CORRIENTE
DIRECTA:
Prueba de Circuito Abierto: La prueba a circuito abierto, o prueba sin carga
consiste, en colocar el Generador en vacío, es decir sin carga alguna en sus
bornes, haciéndola girar a su velocidad nominal y con corriente de campo igual
a cero. Al ir aumentando gradualmente el valor de la corriente de campo, se
obtienen diversos valores de y ya que la corriente que circula por la
armadura siempre será cero debido que se encuentra en vacío, se
11. obtendrá que Gracias a ésta prueba, con los valores obtenidos, se
puede formar "La curva de Características de Vacío" que permite
encontrar la tensión interna generada por una corriente de campo dada.
La prueba de circuito abierto se lleva a cabo con los terminales de la máquina
desconectada de cualquier circuito externo.
Prueba de Cortocircuito: Como su nombre indica, la prueba de corto circuito
se lleva a cabo con los terminales de la máquina de un cortocircuito, consiste
en llevar nuevamente la corriente de campo a cero, para luego cortocircuitar los
bornes del generador y proseguir a ir incrementando la corriente de campo.
Técnicamente esta prueba se efectúa colocando un amperímetro en serie con
una de las tres líneas en cortocircuito. Se incrementa gradualmente la corriente
de campo y se registra el valor correspondiente de la corriente a corriente
máxima de la armadura en cortocircuito, no debe exceder el doble de la
corriente especificada del generador. Con base en los datos registrados se
calcula la corriente por fase en el cortocircuito. Cuando esta última se grafica
como función de la corriente del campo, la gráfica se llama característica en
cortocircuito (CCC) de un generador. Por razones prácticas, la CCA y la CCC
se trazan en la misma gráfica, Puesto que el voltaje en las terminales en
condiciones de cortocircuito es igual a cero, el voltaje por fase generado debe
ser igual a la caída de voltaje a través de la impedancia síncrona.
12. CONCLUSION
Los efectos indeseables de la necesaria reacción de inducido son más críticos
cuanto mayor es la potencia de las máquinas. Las de menor potencia admiten
un grado de sobredimensionamiento que hace innecesaria la compensación, a
partir de unos pocos kilowatts resulta conveniente colocarle polos auxiliares y
en las de mayor porte, algunas decenas de kilowatts, se les agrega el
arrollamiento compensador, ya que el diseño es más ajustado y el
sobredimensionamiento resulta muy costoso. Una máquina de corriente
continua bien diseñada, mantenida y utilizada, funcionará correctamente y
tendrá una vida útil que seguramente cubre las mejores expectativas.
En cuanto a las máquinas de corriente continua una gran ventaja que poseen
es que pueden ser utilizadas tanto como motores y generadores, lo cual
significa que la maquina puede ser utilizada en diferentes aplicaciones, lo cual
no limita su uso y por lo tanto equipara las desventajas ante las máquinas de
CA. La forma de construcción de estas máquinas resulta un poco costosa por
las diferentes partes que se utilizan, pero se tiene una gran variedad de formas
de construir estas máquinas. Actualmente estas máquinas son bastante
utilizadas en pequeñas aplicaciones y están en nuestro cotidiano vivir, por lo
que es de gran utilidad saber el funcionamiento de las mismas y los
posibles problemas que podríamos tener ante estas.
