Posee una parte móvil (rotor) y una parte estática (estator).
Rotor:
El devanado del rotor puede ser imbricado u ondulado.
Principio de funcionamiento
Analicemos la máquina mas sencilla de corriente continua de una sola espira.
Por tener una sola espira solo existe un solo par de polos en el rotor.
Si el rotor gira, el flujo magnético varía en forma senoidal dentro de la espira.
La tensión es tomada con las escobillas.
Este análisis se puede ampliar a máquinas de corriente continua prácticas(con mas conductores y mas polos).
e: tensión de la espira, f.e.m. producida en la espira por la variación del flujo
B:campo magnético
v: velocidad tangencial
P: pares de polos. En este caso p=1
: Flujo magnético
A: área
L: Longitud del tambor, el largo de la espira
T:[tao] Paso polar. En el caso del ejemplo el paso polar es la mitad de la circunferencia ya que solo hay un par de polos
r: Radio del tambor, la mitad del ancho de la espira
z: número de conductores por espira
a: número de pares de ramas en paralelo
K: constante determinada para cada máquina
*) Podemos ver que la tensión es proporcional al flujo magnético y a la velocidad de giro.
En la máquina analizada, cuando el rotor gira media vuelta el colector cambia de delga por lo tanto siempre toma tensión en un sentido aunque la tensión real en la espira es senoidal. Se dice que rectifica la tensión.
Torque (Par)
*) Podemos ver que la tensión es proporcional al flujo magnético y a la corriente.
Justamente la máquina de corriente continua a sido muy utilizada como motor gracias a su facilidad para controlar la velocidad y torque.
Si trabaja como generador el par se opone al movimiento.
(en la animación se supone una rotación en sentido horario, el par que se opone será antihorario)
Si trabaja como motor el par genera el movimiento.
Observese como la circulación de la corriente en los alambres conductores del rotor.
La x hace acordar a la cola de una flecha vista de atras y significa que la corriente entra desde arriba.
El punto dentro de un círculo nos hace a acordad a una flecha vista de frente y significa que la corriente sale desde abajo.
Si tenemos en cuenta la fuerza magnética en un alambre portador de corriente nos daremos cuenta del sentido del torque(par).
Fuerza magnética en un alambre portador de corriente
La corriente se genera al existir movimiento de cargas. Si hay cargas en movimientos y están en un campo magnético, existirá una fuerza magnética en las cargas. Por lo tanto existirá una fuerza en el alambre que porta las cargas.
N: cantidad de electrones
Vd: velocidad de deriva(velocidad promedio con que se mueven las cargas)
e: carga de un electrón
n:distribución de electrones por unidad de volumen
L: longitud del alambre
A: sección del alambre
I: corriente
B: campo magnético
Fb: Fuerza magnética
Una espira cerrada de corriente en un campo magnético experimentará un par.
Reacción de inducido
Se conoce como reacción de inducido al efecto que ejerce la fuerza magnetomotriz(fmm) del inducido sobre la fuerza magnetomotriz del inductor.
La reacción del inducido hace variar la forma y magnitud del flujo en el entrehierro respecto a los valores que presentan en vacío
El campo magnético de la máquina cuando no circula corriente en el rotor aunque gire es el siguiente:
Ahora si circula corriente por los conductores del rotor este tendrá su campo magnético
Recordemos que el campo magnético de la corriente en un conductor “gira” alrededor con la regla de la mano derecha.
El campo magnético que se forma en el rotor por la fmm es la sumatoria de cada campo magnético de cada conductor.
Si superponemos ambos campos magnéticos:
Veremos que ya no es igual al que teníamos en vacío
La línea neutra magnética se ha corrido con respecto a la línea neutra geométrica un ángulo (a)
Veámos otro análisis
La máquina está funcionando como generador ya que el par se opone a la rotación (véase los alambres conductores del rotor)
Si no hubiera corriente en el rotor el campo sería el siguiente
El campo que se forma por la fuerza magnetomotriz (F=N*i) es el siguiente
El campo magnético total es la suma de ambos campos
Si comparamos el campo resultante con el campo original producido por los polos veremos que hayproblemas:
1* El campo está deformado con respecto al original. Ya no es constante cerca de los polos sino que tiene una pendiente.
2* Hay un corrimiento entre el punto neutro del campo magnético original de los polos(que coincide con el geométrico) y el del campo magnético resultante
Disminución de la reacción de inducido:
Para eliminar la deformación del campo magnético se utilizan arrollamientos de compensación.
Obsérvese la disposición de estos arrollamientos, están en la zapata polar(expansión polar).
De esta manera se logra que una curva magnética mas plana cerca de los polos.
Corrimiento del punto neutro y conmuntación:
El desplazamiento del punto neutro magnético con respecto al geométrico genera que una diferencia de tensión no nula en las delgas de que conmutan con las escobillas. Esto puede producir un chisporroteo que pueden dañar al colector.
Por eso es importante que el punto neutro coincida con la posición del colector de manera que no hay chispas
Una manera poco práctica es correr las escobillas, pero el punto neutro varía con la carga con lo cual habría que correr las escobillas con el cambio de corriente lo cual es lo que los diseñadores han tratado de evitar.
La segunda manera es forzar el punto neutro mediante polos auxiliares. Estos polos están en serie con las espiras del rotor por lo tanto generan un campo proporcional y opuesto al del rotor en el punto neutro. Como inconveniente agrega mas resistencia de cobre al rotor.
Conmutación
Corriente ideal:
circuito de conmutación:
El polo auxiliar (ec)sirve para contrarestar la fem de autoinducción(ex) y la fem de inducción por el flujo transversal(ea).
De esta manera se logra una transición lineal.
Sin embargo si el polo auxiliar genera demasiado flujo se puede “adelantar” la conmutación.
Generador de corriente continua con excitación independiente:
Generalmente la caida de tensión de las escobillas es constante y vale 2 V
Curva de Vacío
E(Iexcitación)
Curva Externa
E: fem del inducido con polos auxiliares incluidos
E’: fem del inducido sin polos auxiliares, sin compensación por reacción del inducido
Ia: corriente en el inducido.
V: tensión en la carga
Sin la compensación por polos auxiliares la fem E se vería disminuida debido a la reacción del inducido por lo tanto variaría como muestra la curva E’.
Con la compensación de polos auxilidares E se mantiene constante pero se agrega la resistencia de polos auxilidares en el circuito del inducido.
Curva de vacío y curva de carga
Todas las máquinas trabajan en el codo de saturación
En la zona saturada la regulación es pobre
En al parte proporcional es inestable
La curva de carga está por debajo de la de vacío
Llamamos Ra= Rinductor+Rescobillas
Cuando la máquina no está saturada la reacción de inducido se mantiene estable por lo tanto la corriente de sobreexcitación para compensarla se mantiene constante. Cuando la saturación aumenta la corriente de sobreexcitación aumenta.
Puede verse como el triángulo aumenta la corriente de sobrexcitación después del codo de saturación.
Tipos de excitación del generador de corriente continua
Excitación independiente:
Este es el mismo del cual acabamos de analizar todas sus curvas.
Las otras excitaciones añaden pequeñas diferencias.
*El Inductor es alimentado con una fuente de alimentación externa ej: Batería, de acumuladores.
*Es el mas antiguo
*Se emplea solo en casos muy especiales
El problema de la excitación independiente es justamente que necesita una fuente externa para la excitación.
Excitación en serie:
*Inductor en serie con el inducido
*El devanado de excitación es de hilo grueso y suele tener pocas vueltas ya que por el pasará toda la corriente de la máquina.
*El generador varía drásticamente su característica con la carga
*Este tipo de dínamo no se emplea
Excitación paralelo: excitación Shunt o excitación derivación
*El inductor y el inducido se conectan en paralelo.
*El devanado de excitación suele tener gran número de espiras y estas suelen ser de hilo delgado.
Este es el circuito mas usado ya que no necesita de fuentes externas y su característica es bastante independiente de la carga.
La corriente de excitación se regula por medio de un reóstato.
Exciste una resistencia crítica para cual la máquina ya prácticamente no se excita y es aquella que se obtiene al desplazar el punto “P” hasta el origen.
Por eso la resistencia máxima del reóstato debe calcularse tal que al sumarse con la del inductor no supere la resistencia crítica.
Excitación Compound o compuesta
La excitación total está repartida por un bobinado en serie y otro en paralelo.
Las f.m.m de los devanados serie y paralelo pueden ser del mismo signo. Puede realizarse una conexión substractiva o diferencial.
Se puede obtener una curva externa hipercompuesta (bastante plana) aumentando el número de espiras de la bobina serie o disminuyendola una curva hipocompuesta
La curva diferencial es útil para equipos de soldadura.
Fuente: taringa.net
Muy interesante el contenido de éste material, el día de hoy quise poner a funcionar como generador una maquina D.C. la cual no tenía ningún tipo de identificación y sin placa, solo sé que energizaba un magneto de 230 vdc y 17 amp. logré hacer el esquema y ponerla a funcionar, pero cuando quise variar la velocidad con una polea mas pequeña. porque generaba solo 100vdc. Perdió la excitación y no he podido lograr que genere, no sé si cambie alguna conexión indebidamente o moví el cuadrante. Intente recuperar magnetismo remanente y no logro hacerlo, En el caso de que tengan alguna sugerencia o puedan ofrecer algún material que me pueda orientar, se lo agradezco de antemano.