Generadores
de corriente continua con excitación en derivación
Es un generador que provee su propia corriente de
excitación, conectando el devanado de excitación directamente a sus terminales.
Es el tipo de excitación más utilizado en la práctica ya que no necesita una
excitación separada.
Figura 14: Esquema equivalente de un
generador de corriente c.c.
con excitación en derivación
Curva
de vacío E=f(Ie)
Para determinar la curva de vacío se hace girar
el rotor a velocidad nominal manteniendo desconectada la carga y aumentando
gradualmente desde cero hasta el valor máximo permitido la corriente de
excitación mediante un reostato.
Figura 15: Ensayo en vacío de un
generador de c.c.
con excitación en derivación
Como la excitación no es independiente, la f.e.m.
que produce la dinamo en vacío dependerá también de la curva de magnetización
(línea de campo) que representa la relación:
V = (Raj+Re) · Ie
La f.e.m. final que proporciona el generador
corresponde al punto A, intersección de la curva de vacío y la línea de campo.
Figura 16: Determinación de la f.e.m.
inducida en vacío (punto A)
por un generador con excitación en
derivación
Para cada valor de la resistencia del circuito de
excitación (suma de Re + Raj) se obtendrá una recta de pendiente distinta cuya
intersección con la curva de vacío determinará la f.e.m. resultante.
Si Re se va aumentando (se reduce Ie) se llega al
valor Rcrit, que forma una recta tangente a la curva de vacío en su inicio.
Para este valor la dinamo prácticamente no se puede excitar.
Por ello el reóstato que varía Re, debe
proyectarse para que al sumarse con la resistencia del devanado de excitación
no se supere la magnitud Rcrit.
Figura 17: Si RF > Rcrit.
( la resistencia crítica), entonces
El voltaje del generador nunca se
formará
Proceso
de autoexitación del generador c.c.
Si el generador abastece su propia corriente de
excitación, ¿de dónde sale la corriente eléctrica inicial para arrancar el
generador?
Figura 18: Formación del voltaje en un generador de
c.c.
Con excitación en derivación al ponerlo en marcha
Leyenda de la figura 18:
(1) Inicialmente el eje del generador es movido
por el motor primario sin conectar la carga. La presencia de un flujo residual
en los polos de excitación, permite que se induzca un pequeño voltaje en los
terminales del generador, que puede ser de solo 1 o 2V.
Einicial = k · ΦRESIDUAL · ω = OA
(2) Tomar la precaución de que la Re tenga un
valor inferior al crítico.
(3) Existen dos formas:
- Cambio de la velocidad del eje del generador (velocidad del motor primario).
- Cambio de la resistencia de excitación del generador para así modificar la corriente de excitación.
El método más usado es cambiar la resistencia de
excitación. Si se disminuye la resistencia Re entonces la corriente de
excitación Ie aumenta. Al aumentar Ie, el flujo de excitación aumenta lo que
provoca un aumento en la f.e.m. interna E, lo que provoca un aumento en la
f.e.m. interna E, lo que a su vez hace que la tensión en bornes del generador
también aumente.
Problemas
de arranque en el generador c.c. con excitación en paralelo
Hay tres condiciones que deben cumplirse para que
pueda producirse el arranque de un generador c.c. con excitación paralelo:
1.- Es necesario
que exista flujo magnético residual en los devanados de excitación. Si el flujo
residual es nulo, Φresidual = 0, entonces Einicial = 0 y el voltaje
inicial nunca se formará.
Procedimiento
de centelleo de campo o Flashing the field.
Desconecte
la excitación del circuito de inducido (el del rotor) y conéctela directamente a una fuente de c.c.
externa (por ejemplo una batería).
De
esta forma se consigue magnetizar el devanado de excitación lo que permitirá disponer de un flujo residual para el
arranque.
2.- Es necesario
que el sentido de giro de la máquina y la polaridad del devanado de excitación
produzcan una f.e.m. del mismo signo que la producida por el magnetismo
remanente
Invertir
el sentido de giro del rotor, o cambiar la polaridad del devanado de excitación (esto último suele ser más
sencillo).
También
puede volverse a magnetizar la excitación de nuevo en el sentido que interese con el procedimiento de
Flashing the field.
3.- Es necesario
que la resistencia de excitación sea inferior a la resistencia crítica, Rcrit
Tomar la
precaución de que la Re tenga un valor inferior al crítico.
Control
de la tensión
Existen dos formas:
- Cambio de la velocidad del eje del generador (velocidad del motor primario).
- Cambio de la resistencia de excitación del generador para así modificar la corriente de excitación.
El método más usado es cambiar la resistencia de
excitación. Si se disminuye la resistencia Re entonces la corriente de
excitación Ie aumenta. Al aumentar Ie, el flujo de excitación aumenta lo que
provoca un aumento en la f.e.m. interna E, lo que provoca un aumento en la
f.e.m. interna E, lo que a su vez hace que la tensión en bornes del generador
también aumente.
Generadores
de corriente continua con excitación en serie
Es aquel cuya excitación está conectada en serie
con su inducido.
Puesto que el inducido debe tener una corriente
mucho más alta que la excitación, en este tipo de generador la excitación se
construye con pocas espiras de conductor siendo éste mucho más grueso que lo
habitual.
Figura 19: Esquema equivalente de un
generador de c.c.
con excitación en serie
Curva
de vacío E=f(Ie)
Para determinar la curva de vacío se hace girar
el rotor a velocidad nominal manteniendo desconectada la carga y aumentando
gradualmente desde cero hasta el valor máximo permitido la corriente de
excitación mediante un reostato.
Figura 20: Ensayo en vacío de un
generador de c.c. con
excitación en serie
La curva de magnetización se representa junto a
la recta correspondiente (Ri + Re) · I. La curva de tensión V viene dada por la
separación vertical de ambas líneas, de las que se deduce cómo inicialmente
tiene un valor Vco, para luego ir aumentando hasta un máximo, y a
continuación disminuir hasta cero con una intensidad dada por la intersección
de ambas líneas.
Figura 21: Determinación de la f.e.m.
inducida en vacío
(punto A) para un generador de c.c.
con
excitación en serie
Línea
de carga V=f(Ii)
Se puede obtener experimentalmente conectando una
resistencia de carga variable en bornes del motor, con la que se varía la
intensidad que circula para una velocidad constante.
Figura 22: Ensayo en carga de un generador
de c.c. con excitación en serie
Figura 23: Línea de carga V=f(Ii)
Leyenda de la figura 23:
(1) En vacío, esto es, para Rc = ∞, la intensidad será nula y la pequeña tensión V∞ se debe
al magnetismo remanente.
(2) A medida que aumenta la intensidad, como
consecuencia de la disminución de la resistencia de carga Rc, el flujo de
excitación aumenta, y en consecuencia la tensión E aumenta y al mismo tiempo
aumenta la tensión V, por no ser muy grande la caída de tensión (Ri + Re) · I.
(3) Llega un momento en que la línea de carga
llega a un máximo (debido a la saturación del material ferromagnético y a la
caída debida a (Ri + Re) · I. y la tensión no aumenta más, para luego disminuir
hasta cero, quedando el generador en cortocircuito con una intensidad Icc.
Aplicaciones
El generador serie NO es una buena fuente de
voltaje constante, ya que cualquier variación de la carga provoca un importante
cambio en la tensión.
Los generadores serie se usan solamente en unas
pequeñas aplicaciones especializadas, donde la característica de voltaje
excesivo del aparato puede explotarse y lo que se requiere es una intensidad
prácticamente constante.
Ejemplos:
●
Máquinas con
devanado de excitación
Cuando
los electrodos de la soldadura se tocan entre sí, antes de comenzar a soldar fluye una corriente muy grande. Mientras el
operario separa los electrodos de soldadura,
hay una subida abrupta en el voltaje del generador, en tanto que la corriente permanece alta. El voltaje hace
que un arco permanezca en el espacio que queda
entre los electrodos que se quedan para soldar.
●
Determinados
sistemas de alumbrado
Generadores
de corriente continua con excitación compuesta acumulativa
Tienen el devanado de excitación subdividido en 2
partes, con el fin de poder conectar una en serie y otra en paralelo con el
inducido. Las espiras en serie están constituidas por hilo de gran sección, y
las otras por hilo de pequeña sección.
Las bobinas se conectan de tal forma que las
f.m.m. producidas se sumen.
Hay 2 opciones de conexión:
·
Conexión
acumulativa corta
Figura 24: Conexión acumulativa corta
·
Conexión
acumulativa larga
Figura 25: Conexión acumulativa larga
Línea
de carga V=f(I)
Figura 26: Línea de carga de los
generadores de c.c. con
excitación compuesta acumulativa
Aplicaciones
Este tipo de generadores son utilizados en el
sistema de generación de energía eléctrica de c.c. en aviones polimotores, en
los que existe un generador para cada motor y se realiza un acoplo en paralelo
de los mismos, para atender a toda la energía eléctrica necesaria.
Generadores
de corriente continua con excitación compuesta sustractiva
Tienen el devanado de excitación subdividido en 2
partes, con el fin de poder conectar una en serie y otra en paralelo con el
inducido.
Las bobinas se conectan de tal forma que las
f.m.m. producidas se restan:
Hay 2 opciones de conexión:
·
Conexión
sustractiva corta
Figura 27: Conexión
sustractiva corta
·
Conexión
sustractiva larga
Figura 28: Conexión sustractiva larga
Línea
de carga V=f(I)
Figura 29: Línea de carga de los
generadores de c.c. con
excitación compuesta sustractiva
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