Máquinas de Corriente Continua: Informe de Prácticas

Informe de Prácticas- Máquinas de Corriente Continua
ITS – Articulación A4 - Docente: Juan Separovich
Alumno: Mario Fagúndez – CI: 4.657.990-8

1.0 OBJETIVO:

- Analizar los distintos tipos de Máquinas de Corriente Continua desarrollados y
actualmente en uso habitual en la práctica.
- Saber emplear, conectar y testear máquinas de CC en sus diferentes modos de uso
(Generador y Motor).
- Apreciar las diferencias en el rendimiento y modo de trabajo para los diferentes
tipos de Máquinas CC.
- Analizar curvas características y extraer conclusiones del análisis de cada gráfica.

2.02.0-INTRODUCCIÓN (Información Tecnológica)

MAGNETISMO:
2.1 MAGNETISMO: La propiedad de cierto mineral de atraer

partículas de hierro es conocida desde la antigüedad. Se
supone que la primera manifestación magnética fue
descubierta cerca de una ciudad llamada Magnesia, en el
Asia Menor, y de allí probablemente proviene el término
Magnetismo.
Según parece, un pastor descubrió accidentalmente que
ciertas conglomeraciones de óxido de hierro ejercían una fuerte atracción hacia piezas
de hierro. A partir de entonces se pudo determinar que la piedra-Imán no solamente
atraía al hierro1, sino que cuando tenía una forma alargada y se suspendía por su
centro, señalaba siempre hacia un punto determinado. Los marinos fueron quienes
aprovecharon este invento, para poder indicar el rumbo de viaje.
Se desconoce a ciencia exacta el porqué de este fenómeno, pero a partir de la
experimentación y desarrollo, se han determinado varios principios que lo rigen:
2.2
2.2-POLOS: Se manifiestan en los extremos del Imán, siendo más fuerte la atracción
que se ejerce que en el centro del mismo. Si
se rompe un Imán en dos trozos se obtienen
dos imanes con dos polos cada uno. Si se
sigue partiendo el mismo Imán se va a
obtener siempre un fragmento de imán con
dos
polos
diferenciados.
2.3
2.3-REPULSIÓN Y ATRACCIÓN: Los polos de un imán se atraen si son opuestos entre sí y
se repelen si son del mismo signo. La designación convencional de ellos es: “Polo
Norte” y “Polo Sur”.
2.4
2.4-DETERMINACIÓN DEL POLO NORTE Y SUR: Si se suspende un imán por su centro, uno
de los extremos va a señalar al polo Norte de la tierra. Éste es el polo Norte del
Imán, el otro polo es el sur del Imán.
2.5
2.5-CAMPO MAGNÉTICO: Una partícula de hierro puesta en
las proximidades de un polo magnético, está sometida a
una fuerza de atracción dirigida hacia el polo. Variando
la posición de la partícula, siempre encontraremos
aplicada a ella una fuerza. La región del espacio donde
se manifiesta el efecto del polo se denomina campo
magnético. Para demostrarlo se realiza la siguiente
experiencia: Se colocan limaduras de hierro sobre un
cartón o un vidrio y por debajo se coloca un imán. La
posición que van a ocupar va a ser concentradas en los
extremos del imán y difuminadas en el centro del mismo, se aprecia asimismo como
forman
líneas
concéntricas.
La
dirección
de
las
líneas
fue
designada
Convencionalmente del Norte al Sur del Imán, completando el circuito por dentro del
mismo.
2.6
2.6-INDUCCIÓN MAGNÉTICA: Si tomamos un imán y lo acercamos a una barra de hierro
no imanada, esa barra conserva por cierto tiempo su magnetismo. Manteniendo
cercanos el imán y la barra, y acercando ésta a otra barra de hierro, también va a
generar un campo magnético en la nueva barra de hierro no imanada.
1

También puede atraer al Cobalto, Níquel y, a partir de estos metales, a sus diferentes aleaciones.

1


Esto se explica porque el Imán “Crea” en la barra un polo magnético opuesto al que
tiene en su extremo. Es decir, si aproximamos un Polo Norte a una barra de hierro, el
Imán “Crea” un Polo Sur en la barra de hierro.
2.7
MAGNÉTICA:
2.7-PERMEABILIDAD MAGNÉTICA Ciertas aleaciones metálicas son más sensibles a la
inducción magnética. Pero, si bien se magnetizan con más facilidad, luego lo pierden
rápidamente. Esta propiedad es similar a la “Resistividad Eléctrica” ya estudiada, y está
definida como la facilidad con la que pueden pasar las líneas de fuerza magnética a través
de una sustancia y generalmente se toma como base la permeabilidad del aire, tomada
como unidad. Entonces la Permeabilidad Magnética de un material es el número de veces
que un material es más permeable que el aire.
2.8
2.8-SATURACIÓN MAGNÉTICA: Se supone que los materiales “Ferromagnéticos”, es decir, que
son altamente permeables magnéticamente,
poseen
corpúsculos
elementales
que
mantienen las propiedades del material
original.
Podemos
imaginarlos
como
pequeños fragmentos desordenados, cada
uno con un norte y un sur que no están magnetizados (b). Si acercamos un imán a la
superficie del material, estas partículas se van a orientar todas en la misma dirección(a). No
todas lo van a hacer al mismo tiempo, las más cercanas lo van a realizar más rápidamente
que las más alejadas del imán. Si la fuerza magnética a la que se somete al material es lo
suficientemente alta, llega un momento en el que no es posible orientar más partículas, por
lo que se dice que el material se “satura”.
2.9
2.9-TIPOS DE IMANES: En la naturaleza podemos encontrar magnetita, que es la “Piedra
Imán” conocida desde la antigüedad, pero su poder de atracción es débil. Se recurre
entonces a Imanes Artificiales permanentes, creados a partir de aleaciones, como el Alnico,
Imanes Cerámicos o Imanes de Tierras Raras, entre otros. Dentro de los imanes artificiales
también tenemos a los temporales, por ejemplo, el hierro, que es muy permeable al
magnetismo, y se desmagnetiza con mucha facilidad. Al Acero le cuesta más magnetizarse,
pero mantiene esta propiedad por más tiempo.
2.102.10- CURVA DE IMANTACIÓN: Cada material tiene distintas reacciones frente al flujo
magnético. Según ellas, se las puede clasificar del siguiente modo:
1)
Las Ferromagnéticas son atraídas fuertemente por el imán. A estas pertenecen el
hierro, el acero, hierro fundido, níquel, cobalto, y algunas aleaciones.
2)
Las paramagnéticas, que son atraídas débilmente por el imán. Ejemplos de ello son:
el aluminio, el magnesio, el estaño, el platino, manganeso, oxígeno, etc.
3)
Las Diamagnéticas son repelidas levemente por el imán. El Zinc, mercurio, plomo,
azufre, cobre, cloro, plata, agua, madera y otras.
La permeabilidad magnética de las sustancias ferromagnéticas depende de la magnitud de
inducción magnética, composición química del metal, su previo tratamiento térmico y
mecánico y de la temperatura del metal. Además, la permeabilidad magnética de estos
cuerpos depende de su forma y dimensiones exteriores.
Las curvas de magnetización se obtienen de modo empírico para cada material y cada clase
del mismo por separado. Para determinarla, utilizamos un anillo del material a estudiar, y le
enrollamos siempre en la misma dirección un conductor por el que pase una corriente. La
corriente se irá aumentando poco a poco, para poder trazar una gráfica.
Se mide la corriente, y el flujo magnético. El flujo se mide con un aparato especial diseñado
para ello.
Aumentando desde cero la corriente, aumentará de este modo la fuerza magnetizante y la
intensidad del campo. La magnitud de la intensidad magnética en el núcleo también
aumentará, primero con rapidez, hasta llegar a un punto de inflexión donde la curva se hace
menos pronunciada, a los mismos aumentos de corriente, le corresponden aumentos muy
pequeños de inducción magnética. A partir de ese punto se dice que el material se ha
“Saturado” magnéticamente, lo que quiere decir que el mismo no deja atravesar más
cantidad de líneas de inducción magnética.

2


2.11-HISTÉRESIS:
2.11-HISTÉRESIS: Esta palabra significa “Remanencia” en Griego. Después de someter a una
sustancia ferromagnética a la acción de un campo magnético, cuando este desaparece, la
sustancia manifiesta todavía un cierto nivel de inducción magnética, que recibe el nombre
de “Magnetismo Remanente”.

Ciclo de Histéresis:
Consideramos una sustancia ferromagnética que nunca ha sido sometida anteriormente a la
acción de un campo magnético. La inducción es nula. Le enrollamos un conductor por el
cual haremos circular una corriente continua.
Aumentando a partir de cero la corriente I que pasa por las espiras del devanado,
aumentaremos de este modo la fuerza magnetizante y la intensidad del campo H. La
inducción magnética B en el núcleo también crecerá.
En el tramo (0-a) se va aumentando la intensidad de campo hasta llegar a la saturación
)
magnética del material.
En el tramo (a-b) se reduce la intensidad de campo H, se reducirá también B, pero no en la
)
misma proporción. En el punto b se anuló el campo, pero la sustancia manifiesta un
magnetismo remanente, dado por 0b.
Para que la inducción magnética en el núcleo sea igual a cero, es necesario magnetizar el
material en sentido contrario, es decir, remagnetizarlo. La dirección de la corriente en el
devanado se invierte en el tramo (b-c). En el punto c se ha conseguido eliminar por
)
completo el magnetismo remanente. El valor de la intensidad del campo H=0c, cuando B=0

3


resulta ser una característica determinada del material y se llama fuerza de retardo (o
campo coercitivo).
En el tramo (c-d) se sigue aplicando una intensidad de campo negativa con lo que se
)
consiguen niveles de inducción negativos hasta alcanzar la saturación.
En los tramos (d-e); (e-f); y (f-a) se completa el ciclo de Histéresis. La curva no vuelve a pasar
por 0, debido a la Histéresis.
El fenómeno de Histéresis se puede caracterizar como retardo de las variaciones de la
inducción magnética dependientes de los cambios de la intensidad del campo. Al
desmagnetizarlo se disipa cierta cantidad de energía que se pierde, provocando aumento de
temperatura en el material.
En materiales magnéticamente duros, la Histéresis constituye un problema muy nocivo. Va
acompañado de un calentamiento del núcleo, consumo excesivo de potencia del generador
de tensión y zumbido del núcleo. Dependiendo de la función para la cual se utilice, la
respuesta al magnetismo deseada para cada material. Para el caso de transformadores,
inducidos de máquinas rotativas, etc., se desea que retenga la mínima cantidad de
magnetismo. Para el caso de imanes permanentes, que retenga la máxima cantidad de
magnetismo, y para zapatas polares en máquinas rotativas, que retenga un nivel medio a
bajo de magnetismo.
3-RELACIÓN ENTRE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO: Todo conductor por el que pasa
corriente genera un campo magnético. Si se aproxima una brújula a un conductor por
el que está pasando corriente, la aguja se desviará, acusando la presencia de fuerzas
magnéticas. Cuanto más intensa sea la corriente, más intenso será el campo
magnético producido alrededor del conductor.
3.13.1-SOLENOIDE: Al descubrirse la existencia de un campo magnético en torno a un
conductor de corriente, se pensó en la manera de aumentarla. La forma hallada
consistió en enrollar al conductor formando una bobina. Si colocamos dentro de la
bobina un trozo de hierro o material ferromagnético, se producirá un incremento de la
intensidad del campo en dicho material, debido a que el hierro es más permeable que
el aire, lo que da lugar a un electroimán más potente, que se utiliza en multitud de
aplicaciones prácticas.
3.23.2-CONDUCTOR DENTRO DE UN CAMPO MAGNÉTICO: Si a un hilo de material conductor
de electricidad lo introducimos dentro del rango de acción de un campo magnético y
lo comenzamos a mover, en los extremos del conductor se va a inducir una Fuerza
Electro Magnética. Esta inducción se puede dar por el movimiento del conductor con
respecto al campo o por el movimiento del campo con respecto al conductor.
3.3 – LEY DE FARADAY: El físico Michael Faraday, en 1831, realizó una serie de
descubrimientos y desarrollo la que hoy conocemos como la Ley de Inducción
Magnética de Faraday:
Consideremos un Conductor de una longitud l (cms), sometido a la acción de un
campo magnético constante H, desplazado en un sentido invariable y a una velocidad
v (cms/s). La energía inducida será tanto mayor cuanto más intenso sea el campo
magnético, cuanto más rápido sea el movimiento y cuanto más largo sea el conductor
en la parte que atraviesa el campo: e=H l v
108
(El divisor es una constante numérica para reducir el resultado a Volt.)

Si consideramos que la velocidad es la distancia que se recorre en una determinada
cantidad de tiempo: V=d/t, podemos sustituir la v en la expresión anterior por:
e= H l d
108 t
El producto de l*d es el área barrida por el conductor en su movimiento, área que
está totalmente atravesada por líneas de fuerza del campo magnético.
El producto de la intensidad de campo (H) por un área (l*d) da por definición el flujo
magnético a través de esa superficie, o sea la cantidad total de líneas de fuerza que
la atraviesan: Φ=B*S
Este flujo no es el total disponible, sino solamente de la parte que está cortando el
campo, por lo tanto se trata de una Variación de Flujo, que afecta también al tiempo

4


durante el cual es cortado, por lo tanto, llegamos a la expresión de la Ley de
Faraday: e= Δ Φ

Δ t 108
Faraday también dio una regla práctica para
determinar el sentido de la corriente que se
induce en el conductor por su desplazamiento, ya
que dependiendo de la dirección del flujo
magnético y del sentido de desplazamiento del
conductor, es el sentido hacia el cual “Circula” la
corriente. La regla se llama “De la mano derecha”
y consiste en colocar esa mano estirada, de
modo
que
las
líneas
de
fuerza
entren
perpendicularmente por la palma y el pulgar,
apartado del resto de la mano, señale la dirección del movimiento del conductor. Los
demás dedos estirados indican el sentido de la F.E.M. inducida.
3.43.4-OBTENCIÓN DE CORRIENTE POR INDUCCIÓN MAGNÉTICA: La Ley de Faraday dio lugar a
un gran impulso al estudio de la obtención de corriente por medios mecánicos. En ese
entonces la forma de obtener corriente era a través de la “Pila Voltaica”, un
dispositivo químico que entregaba cantidades constantes de energía que pudo ser
utilizado por primera vez con fines prácticos.
La inducción magnética no es constante, varía de acuerdo a la dirección del flujo
magnético y a la del desplazamiento del conductor con respecto a aquel. Como no es
posible obtener un conductor de tamaño infinito, ni un campo magnético infinitamente
grande que sea cortado mientras el conductor se desplaza, se pensó en la forma
circular: Un solenoide en forma de rueda girando dentro de dos imanes, orientados
de modo que el polo Norte enfrentara al Sur. Esto trajo un nuevo problema, pues al
aplicar la regla de la mano derecha de Faraday, comprobamos que en la mitad del
circuito establecido por el giro del solenoide, al ser invariable el campo magnético, la
corriente va a variar de sentido con cada medio giro de la rueda.
3.53.5-CORRIENTE ALTERNADA: Supongamos un campo magnético dentro del cual se
desplaza un conductor metálico rectilíneo describiendo una circunferencia en sentido
horario. Durante su desplazamiento ocupará distintas posiciones, las que se numeran
del 1 al 9. En la posición 1 y 5 el conductor no corta ninguna línea de fuerza. Entre
las posiciones 2 y 4 el conductor corta líneas de fuerza y, aplicando la regla de la
mano derecha de Faraday, genera corriente en un sentido, siendo el máximo de líneas
cortadas en el punto 3, y entre 6 y 8 corta líneas de fuerza que genera una corriente
en sentido opuesto, con máximo en 7. Trasladando las posiciones que ocupa el
conductor a una gráfica, obtenemos una curva como la de la derecha, que es una
curva sinusoidal.

5


3.6
CORRIENTE CONTINUA:
3.6 – OBTENCIÓN DE CORRIENTE CONTINUA: Supongamos que el conductor metálico
rectilíneo es una estructura de alambre de formato rectangular girando dentro de un
campo magnético. En sus extremos están conectados dos anillos con los cuales se
obtiene una corriente alterna, cuya
gráfica es igual a la vista en el
capítulo anterior. Esto se denomina
“Alternador Elemental” y deviene de la
aplicación práctica de la ley de
Inducción Magnética de Faraday. Sin
embargo, los primeros experimentos
con este alternador desconcertaron a
los científicos, pues deseaban obtener
una
corriente
similar
a
la
proporcionada en ese entonces por el
principal dispositivo generador de
corriente conocido: La pila de Volta.
La forma concebida para “Corregir” la
corriente alterna,
fue conectándole
un colector de Delgas, que, ante cada cambio de sentido en la corriente, corrigiera el
sentido de la misma de modo que siempre generara corriente en el mismo sentido. De
este modo se obtenía una corriente pulsatoria, pero siempre del mismo sentido. La
onda producida seguía siendo como la de alterna, pero toda del mismo signo.
Agregando más espiras se obtenía una corriente similar a la continua.

Colector de Delgas de una dínamo y direcciones de la corriente.

Izq.: Corriente alterna rectificada con colector: 1 sola expira.

Der: más espiras agregadas.

6


3.7 – PARTES DE UN MÁQUINA CC: Una máquina de CC tiene dentro de sus
componentes, dos partes esenciales: la parte estacionaria y la parte móvil, la parte fija
es la armadura, o estator, cuya función
principal es la de actuar como asiento del
flujo magnético que debe hacerse ingresar en
el núcleo de la armadura. Excepto en las
máquinas de imán permanente, acotadas a
pocas aplicaciones, el campo consiste en una
estructura , o carcasa cilíndrica a la cual está
abulonado un conjunto de electroimanes.
Dentro de la carcasa se colocan también
cojinetes y portaescobillas, las escobillas son
“pastillas” de grafito o distintas aleaciones, su
función es la de recolectar (al usarse como
generador) o Suministrar (cuando se usa
como motor) la energía al inducido. Están en
permanente contacto con la superficie del
colector y por lo tanto deben ser muy
resistentes a la fricción. Van dentro del Portaescobillas, presionadas por resortes. La
carcasa puede poseer una base con patas o brazos de sostén para soportar toda la
estructura.

Izq., esquema de devanado de un rotor;

Der: Porta escobillas.

INDUCIDO, o Rotor. Está compuesto por un eje sobre el cual se asienta el núcleo de
acero laminado del rotor, un devanado de cobre y el “Colector”. El colector cumple
con la función de transformar la corriente alternada generada internamente en un
corriente continua externa (cuando se usa como generador), o la de transformar una
corriente continua externa en una alterna interna (cuando se usa como motor). Está
compuesto por un conjunto de segmentos de cobre endurecido, en forma de cuña,
que se disponen de manera circular sobre el eje, pero aislados de éste y también
aislados entre sí.

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