miércoles, 20 de febrero de 2019
lunes, 18 de febrero de 2019
Tipos de generadores de corriente continua (y Parte 2ª)
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
viernes, 15 de febrero de 2019
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)
https://imseingenieria.blogspot.com/2019/02/tipos-de-generadores-de-corriente_18.html
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