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CONSTITUCION DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

Las mquinas de corriente continua(DC) se caracterizan por su versatilidad. Por la facilidad con que son controlados, stas se utilizan en aplicaciones que requieren una gran gama de velocidades de motor o el control preciso del rendimiento del motor. En aos recientes ,la tecnologa de los sistemas de control de corriente alterna de estado slido esta reemplazando las mquinas DC.

No obstante, la versatilidad de estas mquinas y la relativa simplicidad de sus sistemas de mando garantizan su uso continuo en diversas aplicaciones.

INTRODUCCION

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DC MACHINES CONSTRUCTION

EL ESTATOR

Formado por una corona de material ferromagntico denominada culata o yugo en cuyo interior, regularmente distribuidos y en nmero par, van dispuestos unos salientes radiales con una expansin en su extremo, denominados polos, sujetos por tornillos a la culata.

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Alrededor de los polos se hayan unas bobinas de hilo de cobre o de pletina de cobre aislado,con la funcin de que al ser alimentado por corriente continua den origen al campo magntico inductor de la mquina, el cual presentar alternativamente polaridades norte y sur.

Las principales partes del estator son: El yugo: Necesario para cerrar el circuito magntico de la mquina, generalmente constituido de hierro fundido o acero (suele ser macizo).

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Los polos:

Estn fabricados de acero silicio laminado. Las lminas de polo no estn aisladas entre s, debido a que el flujo no vara con el tiempo.

Bobinas de campo: Estn arrolladas sobre sobre los polos y el material empleado es el cobre, ya que entre los materiales relativamente baratos el Cu, es el que posee la menor resistividad;y por lo tanto menores prdidas por efecto Joule.

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Interpolos: (Solo para mquinas grandes 700, 800, 1000 HP) Estn hechos de lminas de acero silicio y llevan un arrollamiento de alambre grueso. La finalidad de los interpolos es evitar la produccin de chispas en el colector que pueden producirse cuando las bobinas del inducido son cortocircuitadas por las escobillas sobre el colector.

Escobillas y portaescobillas

Todas las mquinas de corriente continua requieren de por lo menos 2 escobillas.

Estas escobillas estn constituidas de carbn o de cobre grafito y van alojados en los portaescobillas que estn sujetos a un anillo que esta atornillado al yugo.

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EL ROTOR Formado por una columna de material ferromagntico, a base de chapas de hierro, aisladas unas de las otras por una capa de barniz o de xido. La corona de chapa magntica presenta en su superficie externa un ranurado donde se aloja el devanado inducido de la mquina.

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Ncleo de la armadura: Constituido de lminas de acero silicio de seccin circular. La circunferencia es ranurada para que puedan alojarse los conductores del arrollamiento de armadura.

Las ranuras y los conductores del inducido generalmente se colocan paralelo al eje del mismo, pero a veces son oblcuos con el eje formando un pequeo ngulo, esto se hace para reducir el ruido que se produce en la maquina en la superficie del hierro.

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Conmutador y el colector Confeccionado por un gran

nmero de segmentos de Cu o delgas, aisladas entre s.

La finalidad del colector es hacer que la mquina funcione, con respecto a un circuito externo,como si produjese una tensin constante.

El hierro de la armadura debe estar laminado y las chapas aisladas entre s, de otra manera el flujo del polo induce una fuerza electromotriz en el hierro (como los hace en los conductores) que producir elevadas corrientes parsitas y las correspondientes prdidas.

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE

LA MQUINA DC

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La fem inducida en un conductor rectilneo de longitud L que se mueve a una velocidad V, cuya direccin forma un ngulo con la direccin del campo magntico de induccin uniforme B, en cuyo interior se mueve cortando sus lneas de fuerza, tiene por valor:

sen V L B E

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

Si las tres magnitudes son perpendiculares, entonces el valor de la fem es:

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Esta formula tambin puede ponerse de la siguiente manera:

Si los conductores activos forman parte de una espira que giran en el interior de un campo magntico tendramos un generador elemental de corriente continua.

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FUERZA ELECTROMAGNETICA

La fuerza sobre un conductor rectilneo de longitud L por el que circula una corriente I, cuya direccin forma un ngulo con la direccin del campo magntico de induccin uniforme B, en cuyo interior se encuentra, tiene por valor:

sen B L I F

Si las tres magnitudes son perpendiculares, entonces el valor de la fuerza electromagntica es:

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La fuerza anterior desarrolla un trabajo de valor:

El conductor se mueve a causa de una fuerza F cuando por l circula una intensidad I: Si los conductores activos forman parte de una espira en el interior de un campo magntico, por el que circula una corriente, tendramos un motor elemental de corriente continua:

F = I L B

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La conmutacin es el proceso de convertir los voltajes y corrientes AC producidos en el rotor de una mquina DC en voltajes y corrientes DC en sus terminales. Esta es la parte ms crtica del diseo y operacin de cualquier mquina DC.

Dicho de otra manera la conmutacin es el proceso de cambiar las conexiones de la espira en el rotor de una mquina justamente cuando el voltaje en la espira cambia de polaridad, para mantener un voltaje de salida DC constante.

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REACCION DEL INDUCIDO

Si se conecta una carga a los terminales de la mquina, fluir corriente en los devanados del inducido. Este flujo de corriente producir un campo magntico propio que distorsionar el campo magntico original de los polos de la mquina. Esta distorsin se llama reaccin del inducido, el mismo que causa 2 problemas severos en las mquinas DC reales:

-Desplazamiento del plano neutro.

-Debilitamiento del campo.

DESPLAZAMIENTO DEL

PLANO NEUTRO

El plano magntico neutro se define como el plano interno de la mquina en que la velocidad de los alambres del rotor est exactamente en paralelo con las lneas de flujo magntico, de modo que el voltaje inducido es cero en los conductores del plano.

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En principio, el flujo polar esta uniformemente distribuido y el plano magntico neutro es vertical.

Efecto del entrehierro en la distribucin del flujo polar

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Campo magntico resultante en el inducido cuando se conecta carga a la mquina.

Se muestran juntos los flujos del rotor y polar, indicando puntos donde se suman y donde se restan.

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Flujo resultante bajo los polos. El plano neutro se ha desplazado en direccin del movimiento.

DEBILITAMIENTO DEL CAMPO

Este problema se presenta tanto en generadores como en motores. En los primeros se reduce el voltaje suministrado por el generador a la carga. En los motores es ms severo, pues cuando disminuye el flujo en un motor, aumenta su velocidad hasta la condicin de giro desbocado hasta que se desconecta o se destruye.

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Se han desarrollado tres tcnicas para

corregir parcial o totalmente los

problemas de reaccin del inducido:

-Desplazamiento de las escobillas.

-Polos o interpolos de conmutacin.

-Devanados de compensacin.

DESPLAZAMIENTO DE LAS

ESCOBILLAS

Fue la primera tcnica ingeniada por los

diseadores:

Si el plano neutro de la maquina se desplaza

Por qu no desplazar con l las escobillas?

Aunque pareca una buena idea, hay varios

problemas serios asociados a ella como

veremos a continuacin.

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Fuerza magnetomotriz

neta en una mquina

DC cuyas escobillas

estn en el plano

vertical.

FMM neta en una mquina DC cuyas escobillas estn sobre el plano neutro desplazado. Ntese que ahora hay una componente de la FMM del inducido directamente en oposicin a la FMM de los polos y se reduce la FMM neta en la mquina.

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POLOS DE CONMUTACION O

INTERPOLOS

Esta tcnica se basa en que, si el voltaje en

los alambres bajo conmutacin se redujera a

cero, no habra chisporroteo en las

escobillas. Se colocan pequeos polos

llamados polos de conmutacin o interpolos

en medio de los polos principales.

El objetivo es suministrar

un flujo desde los polos

de conmutacin con el

cual puede cancelarse

con exactitud el voltaje

en las bobinas bajo

conmutacin. Si la

cancelacion es exacta,

no habr chisporroteos

en las escobillas.

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DEVANADOS DE COMPENSACION

Esta tcnica incluye la disposicin de devanados de compensacin en ranuras labradas en las caras de los polos paralelos a los conductores del rotor para cancelar el efecto de distorsin de la reaccin del inducido. Estos devanados estn conectados en serie con los devanados del rotor, de modo que cuando cambia la carga en el rotor, cambia tambin la corriente en los devanados de compensacin.

APLICACIONES