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Maquinas eléctricas- tema 2/ unidad 2- máquinas de corriente eléctrica
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Las partes principales de una máquina de corriente directa son: el estator que es la parte fija y el rotor que es la parte móvil. Para algunas máquinas de c.d. también son indispensables los carbones o escobillas que conectan la parte fija y la móvil.
Carcasa metálica o cuerpo del motor: Aloja en su interior, de forma fija, dos imanes permanentes con forma de semicírculo, con sus correspondientes polos norte y sur. Piezas polares también llamados polos Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entre hierro) incluyendo el núcleo y la expansión polar.
Tapa de la carcasa: Es la tapa que se emplea para cerrar uno de los extremos del cuerpo o carcasa del motor. En su cara interna se encuentran situadas las escobillas de forma fija. Cojinetes Tambien conocidos como rodamientos) contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias de la máquina. Placa de caracteristicas. La máquina electrica de corriente directa al igual que cualquier máquina electrica debe llevar una placa de caracteristicas que ira alojada de tal modo que sus datos puedan leerse incluso cuando se encuentren en servicio.
donde: φ = B S = B D ℓ cos(θ ) Siendo D y ℓ las dimensiones de la espira, y θ el ángulo de posición medido entre la normal nˆ al plano de la espira y el eje Considerando la ecuación (5.1) se tiene: Si en lugar de una espira, se considera una bobina plana de Nb espiras (en serie): donde, ωr = dθ/dt Equivalentemente: donde : De este modo, el circuito de la figura 5.1 representa un generador de voltaje alterno y además sincrónico, ya que la frecuencia eléctrica coincide con la velocidad angular mecánica ωr. El voltaje inducido en la espira está dado por, ⋅ ⋅ de los polos.
Si se desea obtener un voltaje rectificado (continuo), deberá emplearse un sistema que permita conectar la carga eléctrica al voltaje generado e para θ = 0 → π , y al voltaje generado - e para θ = π → π. La forma del voltaje rectificado obtenido en los terminales de las escobillas se muestra en la figura 5.3. Este voltaje puede mejorar (aumentando su componente continua), si se agregan más delgas. Por ejemplo, si se usan 2 bobinas ortogonales, con 4 delgas, como se muestra esquemáticamente en la figura 5.4, los voltajes inducidos en ambas bobinas estarán desfasados en 90°: En este caso, los ángulos de conmutación serán, con ello: En la figura 5.5 se muestra la forma de onda que se obtiene para el voltaje rectificado en las escobillas
Donde: Ic: es la corriente que produce el campo magnético uniforme B (corriente en el estator), denominada corriente de campo. Ia: es la corriente que se establece al alimentar el rotor, denominada corriente de armadura. Para el cálculo de L 11 , L 12 y L 22 debe considerarse: o L 11 : constante, independiente de la posición, pues el rotor es cilíndrico. El subíndice 1 denota al estator y el subíndice 2 al rotor o L 22 : la inductancia de una bobina cualquiera del rotor depende de la posición, teniendo un valor mínimo para θ = 0, π, π 2 ,..., y un máximo para En general, puede asociársele la siguiente expresión: o L 12 : la inductancia mutua entre una bobina cualquiera del rotor y el enrollado de campo,tiene un máximo negativo para θ = 0 y positivo para θ = π , y es nula para θ = π/2 y θ = 3π/ Puede asociársele la expresión: De este modo, el torque instantáneo es: Al emplear muchas delgas la bobina del rotor que está alimentada es sólo aquella ubicada entre los terminales de las escobillas, donde el ángulo θ adquiere un valor igual a π/2, con lo cual se tiene:
Las ventajas de las máquinas de CD se deben a la amplia variedad de características de funcionamiento que se pueden obtener mediante la selección del método de excitación de los devanados de campo, el cual influye de manera significativa en las características de estado estable y en el comportamiento dinámico de la máquina de CD. Los devanados de campo pueden ser de excitación separada o bien pueden ser autoexcitados.
Conexión excitación separada Una máquina de CD de excitación separada es aquella cuya corriente de campo es suministrada por una fuente externa de voltaje de CD. El circuito equivalente de esta conexión, cuando la máquina opera como motor o generador, se muestra en la Figura 9. Conexión excitación separada Las ecuaciones que rigen el comportamiento de la conexión excitación separada como motor y generador son las siguientes: Ia = Ii Vt = Ea ± IaRa Vf = IfRf En la Ec. 12 se utiliza el signo + cuando la máquina opera como motor. Por el contrario, cuando opera como generador se utiliza el signo -. donde: If = corriente en el devanado de campo. Ia= corriente en el devanado de armadura. Ii= corriente en la carga. Vf = voltaje del devanado de campo. Rf = resistencia del devanado de campo. Lf = inductancia del devanado de campo. Ra= resistencia del devanado de armadura.
Ra= resistencia del devanado de armadura. Ea= voltaje generado en el devanado de armadura. Vt= voltaje en terminales del devanado de armadura Conexión en paralelo Se llama en paralelo porque el devanado de campo está conectado en paralelo con el devanado de armadura. El circuito equivalente de esta conexión, cuando la máquina opera como motor o generador, se muestra en la Figura 11. Las ecuaciones que rigen el comportamiento de la conexión en paralelo, como motor y generador, son las siguientes: Ia = Il ± If (16) Vt = Ea ± IaRa (18) Vt = IfRf (19) En la Ec. 16 se utiliza el signo - cuando la máquina opera como motor. Por el contrario, cuando opera como generador se utiliza el signo +. Por su parte, en la Ec. 17 se utiliza el signo + cuando la maquina opera como motor. Si opera como generador se utiliza el signo -. donde: If = corriente en el devanado de campo en paralelo o shunt. Ia= corriente en el devanado de armadura. Il= corriente en la carga.
Rf = resistencia del devanado de campo en paralelo o shunt. Lf = inductancia del devanado de campo en paralelo o shunt. Ra= resistencia del devanado de armadura. Ea= voltaje generado en el devanado de armadura. Vt= voltaje en terminales del devanado de armadura. Conexión compuesta Una máquina de CD compuesta o compound es una máquina que cuenta con campo serie y campo en paralelo conectados de tal manera que las fmm de los dos campos se sumen o se resten. Comúnmente se conectan para que se sumen las fmm. 1 Compuesta corta acumulativa. 2 Compuesta corta diferencial. 3 Compuesta larga acumulativa. 4 Compuesta larga diferencial.