Tipos de generadores de corriente continua (Parte 1ª)

Clasificación de generadores de c.c. según el tipo de excitación

(1) Excitación independiente

Figura 1: Generador de c.c. con excitación independiente

La excitación independiente significa que la fuente de alimentación del devanado inductor es ajena a la propia máquina.

(2) Autoexcitación

La autoexcitación, como el propio nombre da a entender, significa que la corriente continua que excita las bobinas inductoras procede de la misma máquina generatriz.

(2.1) Máquina serie

Figura 2: Generador de c.c. con excitación en serie

En la máquina serie, el devanado inductor está conectado en serie con el inducido y por consiguiente la totalidad de la corriente que circula por el inducido pasa por el inductor.

(2.2) Máquina derivación

Figura 3: Generador de c.c. con excitación en derivación

En la máquina derivación el devanado inductor viene conectado directamente a las escobillas y en consecuencia eléctricamente está en paralelo o derivación con el inducido.

(2.3) Máquina compuesta (compound)

Figura 4: Generador de c.c. con excitación compuesta

 El devanado inductor consta de dos tipos de bobinas, unas de sección relativamente gruesa en serie con el devanado inducido y recorridas por tanto por toda la corriente de la máquina y otras de hilo fino y elevado número de espiras conectadas a los bornes de salida, es decir en paralelo con el sistema inducido-inductor serie (compuesta larga).

Generadores de corriente continua con excitación independiente

Es un generador al que se le suministra una corriente de excitación, desde una fuente de tensión de c.c. exterior. Es el tipo de excitación más antiguo y hoy en día se emplea únicamente en casos muy especiales.

Figura 5: Esquema equivalente de un generador de c.c. con excitación independiente

Curva de vacío E=f(Ie)

Para determinar la curva de vacío se hacer 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 6: Ensayo en vacío de un generador de corriente continua

Al representar la relación E=f(Ie) se obtiene la rama ascendente A de la curva de vacío. Se repiten luego las medidas disminuyendo la corriente Ie hasta cero se obtiene la rama descendente B. La diferencia entre ambas ramas se debe a la histéresis de los polos de excitación. La curva media entre las mismas representa la característica de vacío del generador de c.c.

Figura 7: Curva de vacío E=f(Ie)

Leyenda de la figura 7:

(1) Para Ie = 0 existe una tensión muy pequeña distinta de cero, que es debida al magnetismo remanente que existe en los polos de excitación y que hace que cuando el rotor gira dentro del estátor, se induzca una pequeña tensión.

(2) A medida que aumenta Ie, también lo hace E de forma casi lineal, como corresponde a la respuesta lineal que tendrá el circuito magnético.

(3) Para valores elevados de Ie, el incremento de E es cada vez más pequeño y, por tanto, la respuesta no es lineal ya que el circuito magnético ha entrado la zona de saturación.

Curva de magnetización

Figura 8: Curva de magnetización válida para cualquier

velocidad de giro del rotor

Figura 9: Curva de magnetización válida para diferentes

velocidades de giro del rotor

Si se realiza el ensayo de vacío a otras velocidades, se obtiene curvas similares a la nominal; por encima si la velocidad es mayor, y por debajo si es menor.

La relación entre las tensiones inducidas a dos velocidades distintas, para la misma intensidad de excitación, se puede obtener, teniendo en cuenta que el flujo    por polo es el mismo, como:

Esta relación permite obtener, a partir de una curva a velocidad constante, la curva correspondiente a otra velocidad constante distinta. Según esto, podría tenerse una sola curva en la que el eje de ordenadas sea E/ω y el de abscisas sea Ie.

Línea de carga V=f(Ii)

Figura 10: Conexión de un generador con excitación independiente

y carga variable Rc

Se puede obtener experimentalmente conectando una resistencia de carga variable en bornes del motor, con la que se varía la intensidad que circula por el inducido.

Para corrientes no muy altas, no se produce reacción de inducido de tal forma que la variación de la tensión en bornes con la corriente del inducido vendrá dada por:

V = E – Rj · Lj = K · Φ ·ω – Rj · Lj

Esta ecuación representa una recta de pendiente –Ri y ordenada en el origen E, el valor en vacío.

Figura 11: Línea de carga V=f(Ii)

Para corrientes de valores elevados, y en máquinas sin devanados de compensación, un incremento en Ii puede presentar el fenómeno de la reacción de inducido, produciéndose un debilitamiento neto del flujo y, en consecuencia, una disminución en E = k · Φ · ω, lo que a su vez produce una reducción en la tensión en bornes del generador.

Figura 12: Líneas de carga para valores elevados de corriente

Control de la tensión

Las ecuaciones para el generador en carga son:

La tensión V del generador puede controlarse por medio de la modificación de E.

Hay 2 opciones:

●         Modificar la velocidad de rotación

●         Cambio de la corriente de excitación

En general, la velocidad del motor primario que mueve al generador está muy limitada, por lo que la tensión suele controlarse por medio de la excitación.

Problemas de arranque

Ejemplo de control de la tensión modificando la corriente de excitación

Figura 13

Continua en: Tipos de generadores de corriente continua (Parte 2ª)
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