Capullo 9

9-15 GENERADOR DC COMPUESTO ACUMULATIVOUn generador dc compuesto acumulativo es un generador dc con campo serie y campo en derivacin conectados de tal manera que las fuerzas magnetomotrices de los dos campos se suman. La figura 9-59 muestra el circuito equivalente de un generador dc compuesto acumulativo en conexin de derivacin larga. Los puntos que aparecen en las dos bobinas de campo tienen el mismo significado que los puntos sobre un transformador: la corriente que fluye hacia dentro de las bobinas por el extremo marcado con punto produce una fuerza magnetomotriz positiva. Ntese que la corriente del inducido fluye hacia adentro por el extremo de la bobina de campo serie marcado con punto y que la corriente del campo en derivacin IF fluye hacia dentro por el extremo de la bobina de campo en derivacin marcado con punto. Entonces, la fuerza magnetomotriz total de esta mquina est dada por

(9-48)

FIGURA 9-57 Deduccin de las caractersticas de los terminales para un generador dc serie

FIGURA 9-58 Caracterstica de los terminales de un generador serie con grandes efectos de reaccin del inducido, adecuado para soldadores elctricos

Figura 9-59

Circuito equivalente de un generador dc compuesto acumulativo con conexin en derivacin larga donde es la fuerza magnetomotriz del campo en derivacin, es la fuerza magnetomotriz del campo serie y la fuerza magnetomotriz de la reaccin del inducido. La corriente equivalente efectiva del campo en derivacin de esta mquina est dada por

(9-49)

Las otras relaciones de voltaje y comente para este generador son (9-50)

(9-51)

(9-52)

Caracterstica de los terminales de un generador dc compuesto acumulativoPara entender la caracterstica de los terminales de un generador dc compuesto acumulativo, es necesario comprender los efectos que actan dentro de la mquina.

Si aumenta la carga sobre el generador, entonces la corriente de carga aumenta. Puesto que , la comente del inducido I tambin aumenta. En este punto, ocurren dos efectos en el generador:1. Como se eleva , la cada de voltaje aumenta. Esto tiende a causar una disminucin en el voltaje en los terminales .

2. Cuando aumenta la fuerza magnetomotriz del campo serie aumenta. Esto incrementa la fuerza magnetomotriz total la cual aumenta el flujo en el generador. El incremento del flujo en el generador eleva EA, que a su vez tiende a hacer que aumente.

Figura 9-60 Circuito equivalente de un generador dc compuesto acumulativo conectado en derivacin corta.

Estos dos efectos se oponen entre s pues el uno tiende a aumentar VT y el otro, a disminuirlo. Cul efecto predomina en una mquina dada? Todo depende de cuntas vueltas en serie tengan los polos de la mquina. La pregunta puede ser respondida tomando varios casos individuales:1. Pocas espiras en serie (NSE pequeo). Si hay slo unas pocas espiras en serie, prima el efecto de la cada resistiva de voltaje. El voltaje cae como en un generador en derivacin, pero no en forma tan abrupta (figura 9-61). Este tipo de construccin, donde el voltaje en los terminales a plena carga es menor que el de vaco, se llama hipocompuesto (o compuesto parcial).2. Ms espiras en serie (NSE mayor). Si hay mayor cantidad de espiras de alambre en serie sobre los polos, al comienzo prima el efecto de fortalecimiento del flujo y el voltaje en los terminales aumenta con la carga. Sin embargo, cuando la carga contina aumentando, se crea saturacin magntica y la cada resistiva es ms fuerte que el efecto de aumento del flujo. En tal mquina, el voltaje en los terminales aumenta primero y luego cae, cuando la carga aumenta. Si VT en vaco es igual a VT a plena carga, el generador se denomina generador compuesto plano.3. Se aaden an ms espiras en serie (NSE grande). Si se aaden an ms espiras en serie al generador, el efecto del fortalecimiento del flujo predomina un tiempo ms prolongado antes de que prime la cada resistiva. El resultado es una caracterstica cuyo voltaje en los terminales a plena carga supera el correspondiente en vaco. Si VT a plena carga excede a VT en vaco, el generador se denomina generador hipercompuesto.Todas estas posibilidades se ilustran en la figura 9-61.

Control de voltajes en generadores DC compuesto acumulativo. Las tcnicas disponibles para controlar un generador dc compuesto acumulativo son las mismas que se utilizan para controlar el voltaje de los generadores dc en derivacin:1. Cambio de la velocidad de rotacin. Un aumento en causa que aumente, incrementndose el voltaje en los terminales 2. Cambio en la corriente de campo. Una disminucin en RF causa que aumente, lo que incrementa la fuerza magnetomotriz total en el generador. Como aumenta, el flujo en la mquina aumenta y se eleva. Finalmente, un aumento en eleva VT

Figura 9-61 Caractersticas en terminales de generadores dc compuestos acumulativos.

Anlisis de los generadores de compuestos acumulativos

Las ecuaciones (9-53) y (9-54) son la clave para describir las caractersticas en terminales de un generador dc compuesto acumulativo. La corriente equivalente del campo en derivacin debida a los efectos del campo serie y de la reaccin del inducido, est dada por

(9-53)La corriente efectiva de campo en derivacin de la mquina es:

(9-54)Esta corriente equivalente representa una distancia horizontal a la izquierda o a la derecha de la lnea de resistencia de campo a lo largo de los ejes de la curva de magnetizacin.

La cada resistiva en el generador est dada por , la cual representa una distancia a lo largo del eje vertical sobre la curva de magnetizacin. La corriente equivalente y la cada resistiva de voltaje IA(RA + Rs) dependen de la potencia de la corriente del inducido IA. En consecuencia, son los dos lados de un tringulo cuyo tamao es funcin de IA. Para encontrar el voltaje de salida para una carga dada, se determina el tamao del tringulo y se halla un punto donde el tringulo encaja exactamente entre la lnea de comente de campo y la curva de magnetizacin.

Esta idea se ilustra en la figura 9-63. El voltaje en los terminales, en condiciones de vaco, ser el punto en el cual se intersecan la lnea de resistencia y la curva de magnetizacin, como se explic antes. Cuando se adiciona carga al generador, aumenta la fuerza magnetomotriz del campo serie y se elevan la corriente equivalente del campo en derivacin y la cada resistiva de voltaje Ia(Ra + Rs) en la mquina. Para encontrar el valor del nuevo voltaje de salida en el generador, es preciso deslizar el borde extremo izquierdo del tringulo resultante a lo largo de la lnea de corriente de campo en derivacin hasta que el vrtice superior del tringulo toque la curva de magnetizacin. El vrtice superior del tringulo representa el voltaje interno generado de la mquina, mientras que la lnea inferior representa el voltaje en terminales de la mquina.La figura 9-64 muestra el proceso, repetido varias veces, para construir una caracterstica de los terminales completa para el generador.

Figura 9-63 Anlisis grfico de un generador dc compuesto acumulativo.

Figura 9-64 Deduccin grfica de la caracterstica en los terminales de un generador dc compuesto acumulativo.

9-16 Generador DC compuesto diferencial

Un generador dc compuesto diferencial es un generador con dos campos, el campo en derivacin y el campo serie, pero sus fuerzas magnetomotrices se restan entre s En la figura 9-65 se muestra el circuito equivalente de un generador dc compuesto diferencial. Ntese que la corriente del inducido est fluyendo hacia fuera de una bobina por el extremo marcado con punto, mientras que la corriente del campo en derivacin est fluyendo hacia dentro por el extremo de la bobina marcado con punto. En esta mquina, la fuerza magnetomotriz neta es:

(9-55)

(9-56)

Y la corriente equivalente de campo en derivacin debida al campo serie y la reaccin del inducido est dada por (9.57)

Figura 9-65 Circuito equivalente de un generador dc compuesto diferencial con conexin en derivacin larga.

La corriente efectiva en derivacin esta mquina est dada por:

(9-58a) (9-58b)Como el generador compuesto acumulativo, el generador compuesto diferencial puede ser conectado en derivacin larga o en derivacin corta.Caracterstica de los terminales de un generador dc compuesto diferencialEn el generador dc compuesto diferencial ocurren los mismos dos efectos que se presentaron en el generador dc compuesto acumulativo. Esta vez, sin embargo, ambos efectos actan en la misma direccin. Ellos son:1. Cuando aumenta aumenta tambin la cada de voltaje IA(RA + Rs). Este aumento tiende a causar una disminucin en el voltaje en los terminales 2. Cuando se incrementa la fuerza magnetomotriz del campo serie tambin aumenta. Este aumento en la fuerza magnetomotriz del campo serie reduce la fuerza magnetomotriz neta del generador que, a su vez, reduce el flujo neto en el generador. Una disminucin de flujo disminuye a E lo que a su vez disminuye

Puesto que ambos efectos tienden a disminuir el voltaje cae drsticamente cuando se aumenta la carga en el generador. En la figura 9-66 se muestra una caracterstica de los terminales tpica para un generador dc compuesto diferencial.

Control de voltaje de generadores dc compuestos diferenciales

Aunque las caractersticas de cada de voltaje en un generador dc compuesto diferencial son bastante malas, es posible ajustar el voltaje en los terminales para una carga dada. Las tcnicas disponibles para ajustar el voltaje en los terminales son las mismas empleadas en los generadores dc en derivacin y compuestos acumulativos:1. Cambio de la velocidad de rotacin 2. Cambio de la comente de campo

Anlisis grfico de un generador dc compuesto diferencialEl voltaje caracterstico de un generador dc compuesto diferencial es determinado grficamente de la misma forma utilizada para el generador dc compuesto acumulativo. Para encontrar la caracterstica de los terminales de la mquina, remtase a la figura 9-67.La porcin de la corriente efectiva del campo en derivacin, debida al campo en derivacin real, es siempre igual a puesto que hay mucha corriente en el campo en derivacin. La corriente efectiva de campo remanente est dada por y es la suma de los efectos del campo serie y de la reaccin del inducido. Esta corriente equivalente representa una distancia negativa horizontal a lo largo del eje de la curva de magnetizacin puesto que ambos, el campo serie y la reaccin del inducido, son sustractivos.

Figura 9-66 Caracterstica de los terminales de un generador dc compuesto diferencial.

Figura 9-67 Anlisis grfico de un generador dc compuesto diferencial

La cada resistiva en el generador est dada por la cual representa una distancia a lo largo del eje vertical de la curva de magnetizacin. Para encontrar el voltaje de salida para una carga dada, se determina el tamao del tringulo formado por la cada de voltaje resistiva e y se halla un punto en donde el tringulo encaja exactamente entre la lnea de corriente de campo y la curva de magnetizacin.La figura 9-68 muestra el proceso, repetido varias veces, para construir una caracterstica completa de los terminales para el generador.

Figura 9-68 Deduccin grfica de la caracterstica de los terminales de un generador dc compuesto diferencial.

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