FUNDAMENTOS DE LAS FUNDAMENTOS DE LAS MAQUINAS DE MAQUINAS DE

CORRIENTE CONTINUACORRIENTE CONTINUA

CUATRO ECUACIONES CUATRO ECUACIONES BASICAS DE LAS BASICAS DE LAS

MAQUINAS DE MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUACORRIENTE CONTINUA

FUERZA SOBRE UN CONDUCTOR QUE SE ENCUENTRA EN UN FUERZA SOBRE UN CONDUCTOR QUE SE ENCUENTRA EN UN CAMPO MAGNÈTICOCAMPO MAGNÈTICO

F = i ( l x B )

F = fuerza sobre el conductor.

i = corriente que circula por el conductor.

l = longitud del conductor

B = vector de densidad del flujo magnético

Voltaje inducido en un conductor que se mueve en Voltaje inducido en un conductor que se mueve en un campo magnéticoun campo magnético

eind = ( v x B ) . l

eind = voltaje inducido en el conductor.

v = velocidad del conductor.

B = vector de densidad del flujo magnético

l = longitud del conductor en el campo magnético

ley de kirchhoff de los voltajes aplicada a la ley de kirchhoff de los voltajes aplicada a la máquinamáquina

VB = eind + iR

eind = voltaje inducido en el conductor.

VB = tensión aplicada

i = corriente que circula por el conductor.

R = resistencia del conductor

ley de newton aplicada a la barra atravesada ley de newton aplicada a la barra atravesada sobre las rielessobre las rieles

F net = ma

Fnet = fuerza neta.

m = masa.

a = aceleración.

ley de Newton. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea, 1 N = 1 Kg · 1 m/s2

Arranque de la máquina lineal Arranque de la máquina lineal de CCde CC

Este voltaje, ahora reduce la corriente que circula por la barra ya Este voltaje, ahora reduce la corriente que circula por la barra ya que de acuerdo con la ley de voltajes de kirchhoffque de acuerdo con la ley de voltajes de kirchhoff

i = VB - eindR

Al cerrar el circuito fluye una corriente por la barra,Al cerrar el circuito fluye una corriente por la barra, como la barra està en reposo, eind=0 entonces i = VB/R.. Una corriente que circula por un conductor que se halla en un campo magnètico produce una fuerza sobre el conductor

Find = ilB hacia la derecha

La barra se acelerarà hacia la derecha (ley de newton). Sin embargo, cuando la velocidad de la barra empieza a aumentar, aparece un voltaje entre sus extremos

eind = vBl

con el positivo hacia arriba

Arranque de la máquina lineal Arranque de la máquina lineal de CCde CC

La barra continuara desplazandose a esta velocidad de vacio, a menos que La barra continuara desplazandose a esta velocidad de vacio, a menos que alguna fuerza exterior lo perturbealguna fuerza exterior lo perturbe

Como resultado de esta acciòn, eventualmente, la barra alcanzara una velocidad constante de Como resultado de esta acciòn, eventualmente, la barra alcanzara una velocidad constante de

estado estacionario donde la fuerza neta sobre la barra es cero. Esto ocurrirá cuando estado estacionario donde la fuerza neta sobre la barra es cero. Esto ocurrirá cuando eind haya alcanzado a ser igual al voltaje VB . En este momento la barra se moverá a una velocidad dada

VB = eind = vssBl

vss = VB Bl

Vss = velocidad constante de vacio

La máquina lineal de CC como La máquina lineal de CC como motormotor

Por lo tanto la fuerza producida sobre el conductor tambien aumenta ( Find Por lo tanto la fuerza producida sobre el conductor tambien aumenta ( Find = iBl ) El resultado final es que la fuerza inducida crece hasta hacerse igual = iBl ) El resultado final es que la fuerza inducida crece hasta hacerse igual a la fuerza de la carga y por lo tanto, la barra nuevamente estarà en estado a la fuerza de la carga y por lo tanto, la barra nuevamente estarà en estado estacionario, estacionario, pero a una velocidad menor.pero a una velocidad menor.

Habra entonces una potencia convertida de elèctrica en mecànica para Habra entonces una potencia convertida de elèctrica en mecànica para mantener la barra en movimientomantener la barra en movimiento

Al aplicar a la barra una fuerza exterior Al aplicar a la barra una fuerza exterior Fcarga Fcarga resultara una fuerza neta sobre la barra en resultara una fuerza neta sobre la barra en direccion opuesta a la direccion del movimiento ( Fneta = Fcarga = F ind ). El efecto de este direccion opuesta a la direccion del movimiento ( Fneta = Fcarga = F ind ). El efecto de este efecto serà frenar la barra. Tan pronto como la barra comienza a frenarse, el voltaje inducido efecto serà frenar la barra. Tan pronto como la barra comienza a frenarse, el voltaje inducido

en ella disminuye ( en ella disminuye ( eeind = vBl ). Al disminuir el voltaje inducido, la corriente que circula por ind = vBl ). Al disminuir el voltaje inducido, la corriente que circula por la barra aumentala barra aumenta

i = VB - eindR

Pconv = eind i = Find v

Fuerza Electromotriz Inducida Fuerza Electromotriz Inducida

La fem inducida La fem inducida en un conductor rectilíneoen un conductor rectilíneo de de longitud longitud LL que se mueve a una velocidad que se mueve a una velocidad VV,, cuya dirección forma un ángulo cuya dirección forma un ángulo a a con la con la dirección del campo magnético de inducción dirección del campo magnético de inducción uniforme uniforme B, B, en cuyo interior se mueve en cuyo interior se mueve cortando cortando sus líneas de fuerzasus líneas de fuerza, , tiene por valor:tiene por valor:

E = B L V sen aE = B L V sen a Si las tres magnitudes Si las tres magnitudes son perpendicularesson perpendiculares, ,

entonces el valor de la fem es:entonces el valor de la fem es:

Fuerza Electromotriz InducidaFuerza Electromotriz Inducida

Eliminación del RizadoEliminación del Rizado

Al aumentar el número de delgas, la fem Al aumentar el número de delgas, la fem obtenida tiene menor ondulación obtenida tiene menor ondulación acercándose más a la tensión continua acercándose más a la tensión continua que se desea obtener que se desea obtener

Eliminación del Rizado Eliminación del Rizado

armaduraarmadura

Una dinamo es una máquina Una dinamo es una máquina eléctrica que produce energía eléctrica que produce energía eléctrica en forma de corriente eléctrica en forma de corriente continua aprovechando el continua aprovechando el fenómeno de inducción fenómeno de inducción electromagnética. Para ello electromagnética. Para ello está dotada de un armazón fijo está dotada de un armazón fijo (armadura) encargado de (armadura) encargado de crear el campo magnético en crear el campo magnético en cuyo interior gira un cilindro cuyo interior gira un cilindro (inducido) donde se crearán (inducido) donde se crearán las fuerzas electromotrices las fuerzas electromotrices inducidas. inducidas.

Consta de un electroimán Consta de un electroimán encargado de crear el campo encargado de crear el campo magnético fijo conocido por el magnético fijo conocido por el nombre de nombre de inductorinductor..

Inducido. Es un Inducido. Es un cilindro donde se cilindro donde se enrollan bobinas de enrollan bobinas de cobre, que se hace cobre, que se hace girar a una cierta girar a una cierta velocidad cortando el velocidad cortando el flujo inductor y que se flujo inductor y que se conoce como conoce como inducidoinducido..

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento

Haciendo girar una espira en Haciendo girar una espira en un campo magnético se un campo magnético se produce una f.e.m. inducida en produce una f.e.m. inducida en sus conductores. La tensión sus conductores. La tensión obtenida en el exterior a través obtenida en el exterior a través de un anillo colector y una de un anillo colector y una escobilla en cada extremo de escobilla en cada extremo de la espira tiene carácter la espira tiene carácter senoidal. senoidal.

Conectando los extremos de la Conectando los extremos de la espira a unos semianillos espira a unos semianillos conductores aislados entre sí, conductores aislados entre sí, conseguiremos que cada conseguiremos que cada escobilla esté siempre en escobilla esté siempre en contacto con la parte de contacto con la parte de inducido que presenta una inducido que presenta una determinada polaridad. determinada polaridad.

colectorcolector El inducido suele tener El inducido suele tener

muchas más espiras y el muchas más espiras y el anillo colector está anillo colector está dividido en un mayor dividido en un mayor número de partes o número de partes o delgasdelgas, aisladas entre sí, , aisladas entre sí, formando lo que se formando lo que se denomina el denomina el colectorcolector. .

Las escobillas son de Las escobillas son de grafito o carbón puro grafito o carbón puro montado sobre porta-montado sobre porta-escobillas que mediante escobillas que mediante un resorte aseguran un un resorte aseguran un buen contacto.buen contacto.

Al aumentar el número de delgas, la tensión obtenida tiene menor ondulación acercándose más a la tensión continua que se desea obtener

Reacción de InducidoReacción de Inducido

Cuando una máquina de c.c. funciona en vacío, Cuando una máquina de c.c. funciona en vacío, no existe corriente en el inducido y el flujo en el no existe corriente en el inducido y el flujo en el entrehierro esta producido únicamente por la entrehierro esta producido únicamente por la f.e.m. del inductor. Ahora conecte una carga a f.e.m. del inductor. Ahora conecte una carga a los terminales de la máquina y una corriente los terminales de la máquina y una corriente fluirá en los bobinados del inducido. El flujo de fluirá en los bobinados del inducido. El flujo de corriente producirá un campo magnético propio, corriente producirá un campo magnético propio, que distorsionará el campo magnético original que distorsionará el campo magnético original de los polos de la máquina. La distorsión del de los polos de la máquina. La distorsión del flujo en una máquina en la medida en que la flujo en una máquina en la medida en que la carga se va incrementando se denomina carga se va incrementando se denomina REACCIÖN DE INDUCIDO REACCIÖN DE INDUCIDO

Polos de ConmutaciónPolos de Conmutación

Sirven para corregir parcialmente o completamente Sirven para corregir parcialmente o completamente los problemas de la reacción de inducido los problemas de la reacción de inducido

Polos de Conmutación: la idea básica de este nuevo Polos de Conmutación: la idea básica de este nuevo enfoque es que si el voltaje de los conductores sujetos a enfoque es que si el voltaje de los conductores sujetos a conmutación puede igualarse a cero, entonces no habría conmutación puede igualarse a cero, entonces no habría chisporroteo en las escobillas. Para lograr esto, chisporroteo en las escobillas. Para lograr esto, pequeños polos, llamados polos de conmutación se pequeños polos, llamados polos de conmutación se localizan directamente sobre los conductores que se van localizan directamente sobre los conductores que se van a conmutar. Con la provisión de un flujo por los polos de a conmutar. Con la provisión de un flujo por los polos de conmutación, puede eliminarse totalmente el voltaje de conmutación, puede eliminarse totalmente el voltaje de las bobinas que experimentan la conmutación. Si la las bobinas que experimentan la conmutación. Si la eliminación es completa entonces no habrá chisporroteo eliminación es completa entonces no habrá chisporroteo en las escobillas en las escobillas

Generador de excitación independienteGenerador de excitación independiente

La excitación independienteLa excitación independiente significa que la significa que la corriente continua que alimenta el devanado corriente continua que alimenta el devanado inductor procede de una fuente independiente inductor procede de una fuente independiente de la máquina, como una batería de de la máquina, como una batería de acumuladores, un rectificador conectado a una acumuladores, un rectificador conectado a una red alterna, o bien un generador de corriente red alterna, o bien un generador de corriente continua rotativo. En este último caso, si el continua rotativo. En este último caso, si el generador va montado sobre el propio eje de la generador va montado sobre el propio eje de la máquina, la excitación independiente se máquina, la excitación independiente se denomina excitación propia. denomina excitación propia.

Generador de excitación independienteGenerador de excitación independiente

Generador autoexcitadoGenerador autoexcitado

La autoexcitaciónLa autoexcitación significa que la corriente continua que excita las significa que la corriente continua que excita las bobinas inductoras procede de la misma máquina generatriz. Para bobinas inductoras procede de la misma máquina generatriz. Para obtener la autoexcitación o cebado de la máquina, es preciso que obtener la autoexcitación o cebado de la máquina, es preciso que exista un pequeño flujo en el circuito magnético, flujo que es posible exista un pequeño flujo en el circuito magnético, flujo que es posible producir y mantener gracias al fenómeno de histéresis magnética. producir y mantener gracias al fenómeno de histéresis magnética. Gracias a este flujo remanente, al hacer girar el inducido se inducirá Gracias a este flujo remanente, al hacer girar el inducido se inducirá en él una pequeña f.e.m. que aplicada al circuito inductor, con la en él una pequeña f.e.m. que aplicada al circuito inductor, con la polaridad conveniente, genera una débil corriente que refuerza el polaridad conveniente, genera una débil corriente que refuerza el magnetismo remanente y la f.e.m. inicial debida al flujo remanente magnetismo remanente y la f.e.m. inicial debida al flujo remanente se incrementará. A mayor f.e.m., corresponderá mayor corriente, se incrementará. A mayor f.e.m., corresponderá mayor corriente, con el refuerzo consiguiente del flujo, luego se produce un nuevo con el refuerzo consiguiente del flujo, luego se produce un nuevo aumento de la f.e.m. y así sucesivamente hasta alcanzar un aumento de la f.e.m. y así sucesivamente hasta alcanzar un equilibrio o estabilidad de la tensión en bornes que se traducirá en equilibrio o estabilidad de la tensión en bornes que se traducirá en una constancia de la corriente de excitación y por tanto del flujo. A una constancia de la corriente de excitación y por tanto del flujo. A esta estabilidad se llega por causa de otra propiedad característica esta estabilidad se llega por causa de otra propiedad característica de los materiales magnéticos, la de saturación. de los materiales magnéticos, la de saturación.

Dinamo de excitación serieDinamo de excitación serie

Dinamo de excitación serieDinamo de excitación serie

Dinamo de excitación serieDinamo de excitación serie

A partir de una tensión máxima, el A partir de una tensión máxima, el aumento de intensidad hace decrecer la aumento de intensidad hace decrecer la tensión en bornes. Ello es debido a que tensión en bornes. Ello es debido a que la reacción de inducido empieza a ser la reacción de inducido empieza a ser importante, las caídas de tensión van importante, las caídas de tensión van aumentando y, sobre todo, los polos aumentando y, sobre todo, los polos inductores se van saturando con lo que inductores se van saturando con lo que el flujo no crece en la misma proporción el flujo no crece en la misma proporción que la intensidad. que la intensidad.

Como en el resto de las máquinas Como en el resto de las máquinas autoexcitadas, se necesita un cierto autoexcitadas, se necesita un cierto magnetismo remanente que permita la magnetismo remanente que permita la creación de corriente en el inducido al creación de corriente en el inducido al ponerse en movimiento los conductores.ponerse en movimiento los conductores.

El sentido de giro de la máquina siempre El sentido de giro de la máquina siempre ha de ser tal que el campo creado ha de ser tal que el campo creado refuerce al del magnetismo remanente, refuerce al del magnetismo remanente, de lo contrario, lo anularía y la dinamo de lo contrario, lo anularía y la dinamo no funcionará.no funcionará.

Dinamo Excitación Shunt Dinamo Excitación Shunt

Generador compoundGenerador compound

Generador compoundGenerador compound

En la dinamo con En la dinamo con excitación mixta o excitación mixta o compuesta el circuito compuesta el circuito inductor se divide en dos inductor se divide en dos partes independientes, partes independientes, conectando una en conectando una en serieserie con el inducido y otra en con el inducido y otra en derivaciónderivación. .

Existen dos modalidades, Existen dos modalidades, la la compuesta cortacompuesta corta que que pone el devanado pone el devanado derivación directamente derivación directamente en paralelo con el en paralelo con el inducido (inducido (EACEAC

Generador compoundGenerador compound

compuesta largacompuesta larga que lo pone en que lo pone en paralelo con el grupo paralelo con el grupo formado por el formado por el inducido en serie con inducido en serie con el otro devanado el otro devanado ((FCFC). ).

Generador compoundGenerador compound

C

G

CB-H A D C

t sq

G

CB-H A F E

t sq

CD