Finalidad
Los generadores de corriente continua o dinamos,
convierten una energía mecánica de entrada en una energía eléctrica de salida
en forma de corriente continua.
La energía mecánica de entrada se impulsa
mediante una fuente de potencia mecánica que recibe el nombre de "MOTOR
PRIMARIO del generador de c.c."
Figura 1: Esquema de la
transformación de energía mecánica en eléctrica
de un generador de c.c.
Curiosidad
En la actualidad, los generadores de corriente
continua han caído en desuso y han sido substituidos por rectificadores,
generalmente de silicio, que transforman la corriente alterna de la red, en
corriente continua, en forma estática y con mayor rendimiento.
Circuito
equivalente
Figura 2: Circuito equivalente de un
generador de corriente continua.
Leyenda de la figura 2:
(1) Circuito de excitación (estator)
El devanado de excitación está formado por los
arrollamientos de todos los polos de excitación en serie a los que se aplica
una tensión continua Ve que produce una circulación de corriente Ie que da
lugar a una f.m.m. que origina el flujo
en el entrehierro de la máquina.
(1.1) Raj
La resistencia Raj representa una resistencia
variable externa que se usa para controlar la cantidad de corriente en el
circuito de excitación.
(1.2) Le y Re
El circuito de excitación, que produce el flujo
magnético en el generador, se representa por la inductancia Le y la resistencia
Re.
(2) Circuito del inducido (rotor)
El circuito del inducido se representa por el
equivalente de toda la estructura del rotor, incluyendo las bobinas, los polos
de conmutación y las bobinas de compensación, si las hay.
Este equivalente incluye una fuente de voltaje
ideal E, correspondiente a la tensión de vacío del generador, una resistencia
Ri y una inductancia Li asociada a los devanados, y una pequeña batería Vescob
que representa la caída de tensión en los contactos escobillas-colector.
(2.1) Vescob
La polaridad de Vescob está en sentido contrario
a la del flujo de corriente de la máquina.
(2.2) ω
El devanado inducido del rotor gira dentro del
campo de excitación, movido por el motor primario, a una velocidad ω .
Gracias a la combinación colector-escobillas
genera una f.e.m. continua E en vacío dada por la ecuación:
E = K · Φ · ω
K :
Constante propia de la máquina.
Φ : Flujo de excitación.
ω : Velocidad de giro.
(2.3) Ii
Ii es la corriente que circula por los devanados
del rotor al conectar una carga al generador. La corriente Ii es generada por
el generador y suministrada a la carga.
Ecuaciones
del generador c.c. en régimen permanente
Excitación (estátor): Ve = (Re + Raj) · Ie
Inducido (rotor): E
= U + Rj · lj + Vescob
E
= K · Φ · ω
Circuito
simplificado
En general se agrupan la resistencia interna de
las bobinas de campo, Re, con la resistencia externa variable Raj.
También, la caída de tensión de las escobillas se
incluye en el valor de la resistencia de inducido.
Figura 3: Circuito equivalente
simplificado de un generador de corriente continua.
Balance
energético
Figura 4: Balance energético de los
generadores de c.c. autoexcitados
Leyenda de la figura 4:
(1) Potencia mecánica
Potencia mecánica de entrada al eje de un
generador de c.c. suministrada por el rotor primario:
P1 = Pexc
+ Pmec + Pfe + Pa
(2) Pmec
Pérdidas mecánicas debidas al
razonamiento en rodamientos y sistemas de ventilación.
(3) PFe
Pérdidas en el hierro, que
incluyen las pérdidas por histéresis y las pérdidas por corrientes de
dispersión en los diversos circuitos magnéticos, principalmente el núcleo rotor
y las caras de los polos de excitación.
(4) Potencia electromagnética
Potencia electromagnética
desarrollada por la máquina:
Pa = E · lj
(5) Pexci
Pérdidas en el cobre del
arrollamiento de excitación definida por:
(6) Pescob
Pérdidas en los contactos
escobillas-colector. Debida a la resistencia de contacto de la escobilla con el
colector.
Pescob = Vescob · lj
(7) Pcui
Pérdidas en el cobre de los
devanados del inducido (rotor):
(8) Potencia eléctrica
Potencia eléctrica suministrada por el
generador:
P2 = V · lj
A tener
en cuenta: Balance para
generadores de excitación independiente.
El diagrama energético anterior es válido para
todos los generadores c.c. autoexcitados, es decir donde la potencia de
excitación proviene de la potencia de entrada.
Si el generador es de excitación independiente
entonces la Pexc. No interviene en el balance de la máquina puesto que la
potencia de excitación proviene de una fuente externa.
Figura 5: Balance energético de los
generadores de c.c. con excitación independiente
Características
de servicio
En general las características de un generador
pueden darse reflejadas por medio de algunas de las siguientes relaciones que
suelen expresarse como gráficas.
Característica de vacío o de magnetización: E = f(Ie)
La característica de vacío representa la relación
entre la f.e.m. generada por la dinamo y la corriente de excitación, cuando la
máquina funciona en vacío, es decir, el inducido no alimente ninguna carga.
Característica en carga o línea de campo: V = f(Ie)
La línea de campo representa la relación entre la
tensión en bornes de la máquina y la corriente de excitación, para una
intensidad de carga I=cte. En particular, para I=0 se obtiene la curva de
vacío.
Característica externa o línea de carga del
generador: V = f(Ii)
La línea de carga del generador representa la
relación entre la tensión en bornes de la máquina y la corriente de carga, para
una intensidad de excitación constante.
Característica de regulación: Ie = f(Ii)
La característica de regulación Ie = f(Ii)
representa la relación entre la corriente de excitación y la corriente de
carga, para una tensión en bornes del motor constante.
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