2 Maquina CC

8/16/2019 2 Maquina CC

http://slidepdf.com/reader/full/2-maquina-cc 1/19

II Máquinas Eléctricasde CC

II MII Mááquinas Elquinas Elééctricasctricasde CCde CC

ArmengolArmengol BLancoBLanco

Tipos de Máquinas de CC

• Generador Homopolar (disco deFaraday)

• Máquina Heteropolar (o convencional)

Generador Homopolar Máquina Heteropolar (oconvencional

Ley de Faraday

• e = Blu

• e FEM Inducida• B Densidad de flujo• l longitud del conductor• u velocidad del conductor

Regla de la mano derecha



Generador de CA elementalEspira giratoria

• Sea una espira de sección S

• e= BScos

• e FEM Inducida• B Densidad de flujo• S Sección de la espira• Ángulo entre B y S

Generador de CA Elemental Componentes: Paralela yperpendicular

Forma de onda delvoltaje en las escobillas Generador de CC Elemental



Voltaje de salida en lasescobillas Partes de una Máquina CC

• Estator

• Rotor

Estructura de la Máquina de CC Estructura de la Máquina de CC

Partes Esenciales de una Máquina de CC Elementos de una Máquina de CC



Chapa magnéticaDetalles del Colector

Estructura de la Máquina de CCDescripción de la Maquina de CC

• La máquina de corriente continua es unamáquina rotativa, por lo cual estaconstituida por el estator y el rotor.

• El estator tiene al exterior la carcasa y alinterior el yugo, los polos principales, el

devanado de excitación, los interpolos, eldevanado de interpolo y el devanado decompensación. No todas las máquinasdisponen del devanado de interpolo y eldevanado de compensación, porque estosdevanados tienen un propósito específico.

Descripción de la Maquina de CC• El estator es la parte fija de la máquina

Descripción de la Maquina de CC• El rotor tiene en la parte periférica el

devanado de armadura que esta representadopor las bobinas a y b y a un extremo de lamáquina se dispone del conmutador, el cualtiene una serie de delgas y entre delga y delgahay un espacio de aislamiento eléctrico.

• El devanado de la armadura se conecta a lasdelgas del conmutador.



Descripción de la Maquina de CC• El rotor es la parte de la máquina que gira

Descripción de la Maquina de CC• Para alimentar la carga de un generador o para

conectar la fuente de voltaje de un motor, se utilizanlas escobillas que están fijas en el espacio.

Estruct ura de la Máquina de Corriente Continua

Estator: Formado por una corona de materialferromagnético denominada culata o yugo en cuyointerior, regularmente distribuidos y en número par,van dispuestos unos salientes radiales con unaexpansión en su extremo, denominados polos, sujetospor tornillos a la culata. Rodeando los polos, se hallanunas 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, elcual presentará alternativamente polaridades norte ysur. encontramos también en el estator, alternandolos polos antes citados, otros llamados polos deconmutación.

Estructura de la Máquina de Corriente Continua

Partes Principales del Estator:

Yugo.- Es necesario para cerrar el circuitomagnético de la maquina. Generalmente estaconstituido de hierro fundido o de acero.

Polos.- Están fabricados de acero al sil icio

laminado. Las laminas del polo no estánaislados entre si debido a que el flujo principalno varia con el tiempo.



Bobinas de Campo.- Están arrollados sobre los polos, elmaterial empleado es el cobre, ya que tiene menorresistividad y por lo tanto menos pérdidas (Ri²)

Interpolos.- Están fabricadas de laminas de acero alsilicio y llevan un arrollamiento de alambre grueso. Lafinalidad de los interpolos es evitar chispas en elcolector cuando se cortocircuiten las delgas delcolector o conmutador, es decir durante el proceso deconmutación.



Escobillas: dispuestas en los porta escobillas, debronce o latón, que retienen las escobillas queestablecerán el enlace eléctrico entre las delgas y elcolector y el circuito de corriente continua exterior,las escobillas están constituidas de carbón o grafito.



Pieza Polar de un Polo Inductor:

• Se llama también expansión polar, es laparte más cercana al inducido.

• Mediante la expansión polar se reduce lareluctancia magnética y por consiguienteel flujo de dispersión y las perdidasmagnéticas.

Mejora del Flujo Inductor

Estructura de la maquina de CC Estructura de la maquina de CC

Rotor: 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 esta constituido

por bobinas de hilo o de pletina de cobre

convenientemente aislados, cerrado sobre si mismo al

conectar el final de la última bobina con el principio de laprimera.

Estructura de la maquina de CC

Partes Principales del Rotor:

Núcleo de la armadura.- Esta 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 si de otra manera el flujo del polo, induce

una f.e.m.



Núcleo de la armadura.- (cont.)

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.





Conmutador ó Colector.- 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.

Bobina de Armadura.- Existen 2 tipos de bobinados de

armadura las cuales son : el imbricado y el ondulado.

Inducido

Estructura de la maquina de CC Estructura de la maquina de CC

Objetivo del devanado de estator: producir un campo

en el entrehierro, constante en el tiempo y fijo en el

espacio.

Devanado del estator = Devanado de campo.

El devanado es del tipo concentrado, es decir que

únicamente esta formado por un paquete (bobina)

constituido por “n” espiras.


Devanado de campo (estator) de una máquina de corriente continua de 2 polos.




Devanados del Estator

Circuito equivalente

del devanado de

campo.

Devanado de estator de 4 polos de unamáquina de corriente continua.


Máquina de corriente continua de 4 polos.

El sentido de la corriente de estos bobinados

deben ser de tal forma que origine polos

alternados, en una maquina bipolar los polos

están diametralmente opuestos.


Distribución de campo en un devanado de 4 polos.

Devanados del Rotor

Las espiras del rotor se pueden conectar de diferentes

maneras a las delgas del colector. La forma como se

conecten determina el número de ramas en paralelo en

que se divide la corriente del rotor, las magnitudes del

voltaje final de salida y la cantidad y ubicación de las

escobillas.

Devanados del Rotor

La mayoría de los arrollamientos de los rotores están

conformados por bobinas hexagonales que se colocan en

las ranuras del rotor. Cada bobina consta de un cierto

números de vueltas (espiras) de alambre, cada una

aislada de las demás. Cada uno de los lados de una

espira se denomina un conductor. El número total de

conductores en la armadura de una máquina esta dado

por:

Z = 2 C Nc

Z : # de conductores del rotor

C : # de bobinas del rotor

Nc : # de espiras de una bobina

Devanados del Rotor



Devanados del Rotor

Normalmente una bobina abarca 180 grados eléctricos.

Esto significa que cuando un lado de la bobina está frente

al centro de un polo, el otro lado está frente al centro del

polo de polaridad contraria. Los polos físicos pueden

encontrarse separados por una distancia diferente de 180

grados mecánicos, pero el campo magnético invierte su

polaridad de un polo al siguiente.

e : Angulo medido en grados eléctricos

m : Angulo medido en grados mecánicos

P : Número de polos de la maquina.

me

P

2

Devanados del Rotor

Si una bobina abarca 180 grados eléctricos, los voltajes

en los conductores de los dos lados de la bobina tendrán

exactamente la misma magnitud y sentido opuesto en

todo momento. Esta bobina se llama bobina de paso

diametral o de paso total.

Devanados del Rotor

En algunos casos las bobina tienen menos de 180 grados

eléctricos. Entonces se llaman bobinas de paso

fraccionario, y el devanado del rotor que tenga estas

bobinas se llama devanado de cuerda. El nivel de

acortamiento de un devanado se puede describir

mediante el factor de paso o factor de ancho de bobina,

que esta definido por la ecuación.

p = Angulo eléctrico de la bobina180°

Con frecuencia se emplean, en maquinas de cc, los

devanados con un pequeño acortamiento en el paso de

bobina para mejorar la conmutación.

Devanados del Rotor

Devanado del Inducido.- Los inducidos generalmente tienen 2 tipos

de arrollamientos o devanados; el imbricado y el ondulado.Para que el colector cumpla su función los arrollamientos de losinducidos de las maquinas de c.c debe ser tal que partiendo de unpunto, 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 bobinaes igual al paso polar (paso entero). Por esta razón el ancho debobina se hace igual ó prácticamente igual al paso polar. Ademástodos los elementos del devanado deben conectarse entre si de tal

manera que las FEM de cada elemento se sumen, caso contrario lamaquina simplemente no funciona.

Devanados del Rotor

Que las f.e.m. de los elementos se sumen se consigue conectando lasalida de un elemento con la entrada del siguiente elemento

ubicados en polos opuestos ó de distinta polaridad.

Devanado Imbricado :

En este tipo de devanados sus 2 extremos estanconectados a 2 delgas adyacentes. Si el extremo final de la bobinase conecta a la delga siguiente se tiene un devanado imbricadoprogresivo Yc=1, si el extremo final se conecta a la delga anterior se

tiene un devando imbricado regresivo Yc=-1

Bobina de un devanadoImbricado



Bobina de múltiples espirasdevanado ondulado

Devanados del Rotor

(a) Bobina de un devanado progresivo(b) Bobina de un devanado regresivo

Devanados del Rotor

Devanado Imbricado :

Un aspecto interesante del devando imbricadosimple es que tiene tantas ramas en paralelo como polos tenga lamaquina, este hecho hace que el devanado imbricado resultebastante favorable para maquinas de bajo voltaje y alta corriente.

Yp = k k : # delgas del colector; # de ranurasP P : # de polos de la maquina

Una bobina en una ranura

Detalles de la ranura

Devanados del Rotor

Devanado imbricado sencillo de una maquina de dos polos. Bobina de

un devanado progresivo



Devanados del Rotor

Devanado imbricado de un motor de cc de 4 polos

Devanados del Rotor

Diagrama del devanado imbricado del rotor de la maquina.

Devanados del Rotor


Devanados del Rotor

Diagrama del devanado imbricado del rotor de la maquina (2 polos).

Devanados del Rotor


Devanados del Rotor

Devanado Ondulado :

El devanado ondulado ó 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.



Devanados del Rotor

Devanado Ondulado :

En general si la maquina tiene “P” polos hay P/2 bobinas en

serie entre delgas adyacentes.

Se usan en voltajes elevados.

Yc = 2(c±1) c: # de bobinas del rotor (+)

P Progresivo; (-) Regresivo

P: # de polos de la maquina

Ejm. Una máquina de cc de 4 polos con devanado ondulado

progresivo de 9 bobinas.

Yc = 2 x (c + 1 ) = 2 ( 9 + 1 ) = 5

P 4

Yc = 5 ( Paso del colector )

Devanados del Rotor

Devanado Ondulado :

Devanado Ondulado sencillo de una maquina de cuatro polos.

Devanados del Rotor

Diagrama del devanado o ndulado del rotor d e la maquina.

Devanado Imbricado

Devanado Ondulado Clasificación de acuerdoa la excitación



Excitación separada Excitación independiente

Autoexcitada en ParaleloExcitación Shunt

Autoexcitada en Serie Excitación Serie



Máquina Compuestaaditiva

Excitación Compound

Maquina compuestadiferencial

Excitación compounddiferencial

Maquina derivación larga Maquina derivación corta



Ecuación de la Fuerzaelectromotriz FEM FEM

• Z número de conductores activos en la armadura

• a número de trayectorias paralelas en eldevanado de la armadura

• P número de campos polares• flujo por polo

• N velocidad de rotación de la armadura, rpm

mam k a2

ZPE

a

P

60

nZE

Ecuación del Par Ecuación del Par

aaae

m

mea

Ik Ia2

ZPT

60

n2

TEI

Ecuación de la Velocidad yfuerza contraelectromotriz

f 1

f

aat

f f

1

1

aat

aat

k k k

kI

R IVn

Ik

a60

ZPk

k

R IVn

R IEV

Reacción de la Armadura



Reacción de la Armadura Efecto de la Reacción de Armadura

Efecto de la Reacción de Armadura Conmutación

Conmutación Conmutación



Conmutación Conmutación

Voltaje en un generadoren derivación (shunt) Generador Derivación

aat

f f t

R IVE

IR V

Características delGenerador Características delGenerador



Curva de MagnetizaciónCaracterística de bajo carga

Característica de carga Característica Tensión – Carga

Características Par-Velocidadde los Motores CC Pérdidas y Eficiencia• Pérdidas mecánicas

– Fricción en los cojinetes

– Fricción en el aire

– Fricción en las escobillas

• Pérdidas magnéticas

• Pérdidas del devanado

• Pérdidas eléctricas en la escobillas

• Pérdidas de dispersión por la carga



Pérdidas en el GeneradorPérdidas en un Generador de CC

P rotacionales 3-15 %

P f+v = Pérdidas debido a la fusión y ventilación

P h+e = Pérdidas de histéresis y de Eddie(tipo magnético)

P fe rot= Pérdidas de hierro rotacional

I r i i

2

= Pérdidas de Joule

Notación:

Flujo de Potencia

motor

Generador

P. EléctricaP . Mec . P . Mec ánic a

P. Eléctrica

Potencia

Electromagnética

P f+v

P fe rot

P h+e

P.ctes. Parasitas

(tipo eléctrico) Ir

i

2

Perdidas debido alcontacto

con las escobillas

perdidas del campo serie

Perdida por interpolos

Pérdidas en el devanado de compensación

Perdidas en el campo de derivación (5%)

potencia Eléctrica de salida

VI

Potencia de entrada

Potencia mecánica

presencia de la máquina

auxiliar

GeneradorGenerador

Pérdidas están en elcircuito del inducido

3-6 %

Pérdidas en el MotorPérdidas en un Motor de CC

MOTORMOTORPotencia de salida

pot. eje

pot. mecánica

Pérdidas del

campo derivación

Pérdidas del devanado de compensación

Pérdida de interpolos

Pérdida del campo serie

Pérdida contacto escobillas

Pérdidas I r i

2

P h+e

P fe rot

Pérdidas cargas parasitas

P f+vPotencia electromagnética

PPéérdidas del circuito inducidordidas del circuito inducido

11 -- 5 %5 %

PPéérdidas rotacionales 3rdidas rotacionales 3 -- 15 %15 %

Potencia de entrada

Pruebas en las Máquinasde CC• Pruebas en vacío

• Pruebas bajo carga

• Elevación de la temperatura

• Conmutación

2 Maquina CC

Documents

Transcript of 2 Maquina CC