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Máquinas de corriente continua y Sus bobinados
- El Físico y matemático francés, André Marie Ampere en 1821, establecíó las leyes de la electrodinámica, Definiendo la regla de Ampere, de la dirección de las líneas de fuerza, Similar a la regla del sacacorchos de Maxwell.
Michael Faraday, inglés, establecíó las leyes de la Electroquímica y del electromagnetismo, marcando el inicio de la Construcción de las máquinas eléctricas con la construcción del disco de Faraday.
Ampere mando construir el primer generador Eléctrico de corriente continua en 1832, desde esa fecha hasta nuestros Días ha evolucionado, dando como resultado las máquinas actuales.
Constitución de las máquinas Eléctricas de corriente continúa
- La máquina eléctrica de CC, tiene la particularidad de ser reversible en su Función, por tanto su constitución es idéntica para su funcionamiento como Generador o como receptor. Cuando funciona como generador, se le llama Dínamo y cuando lo hace como receptor, motor.
- La Máquina de CC como toda máquina eléctrica consta de dos circuitos Eléctricos y un circuito magnético. En la figura 5.2 puede observarse de Forma esquematizada las partes de una máquina de CC, así como su situación Física en el interior de la misma.
- Entre Los circuitos eléctricos de la máquina que nos ocupa hay que destacar, que En muchas ocasiones estas máquinas disponen en su estátor de dos Circuitos, uno el principal de excitación y otro auxiliar de conmutación.
- El Circuito inducido, siempre va montado sobre el rotor, como se verá más Adelante.
- En el Circuito magnético podemos observar las siguientes partes:
Culata o carcasa:
pieza que soporta toda la máquina y Sobre la que se fijan el resto de componentes, suele estar hecha con Hierro dulce macizo.
Piezas polares:
También se llaman zapatas polares, son los núcleos sobre los que se Colocan los bobinados de excitación y conmutación, pueden estar hechos con Hierro dulce macizo o con chapas apiladas, ya que en este caso el campo es Constante y por tanto no se da lugar a las pérdidas por creación de Corrientes de FOUCAULT.Entrehierro:
espacio de aire comprendido entre el rotor y Las expansiones polares.Núcleo rotórico:
está constituido por un paquete de Chapas magnéticas, troqueladas adecuadamente para dar cabida al circuito Inducido. Este núcleo debe estar formado por chapas apiladas, ya que ha de Estar sometido a un campo magnético variable y por tanto puede dar lugar a Pérdidas por corrientes de FOUCAULT.- En la Figura 5.3, puede observarse el despiece completo de una máquina de CC. El Nombre correspondiente a cada pieza es el siguiente:
Bobinado inductor
- El Sistema inductor, que produce el campo magnético necesario para crear Corrientes inducidas, puede ser producido por imanes permanentes o por Electroimanes.
- Los Inductores constituidos por imanes permanentes son de acero templado y Entre sus polos está colocado el inducido en forma análoga a una dínamo Bipolar, son las magnetos empleadas en las bicicletas, pero la escasa Potencia que es capaz de desarrollar, las hace inadecuadas para la Aplicación industrial.
- Los Inductores constituidos por electroimanes, tienen un núcleo de hierro y Una bobina que le rodea, por la que circula la corriente de excitación. En Los bobinados inductores hay que distinguir entre bobinado inductor Principal y el bobinado inductor auxiliar como puede observarse en la Figura 5.2.
- Bobinado Inductor principal, tiene como misión crear el flujo necesario para que se Genere la fuerza electromotriz deseada en el bobinado inducido.
- Bobinado Inductor auxiliar, está formado por las bobinas colocadas en los polos de Conmutación y su misión es mejorar las condiciones de funcionamiento de la Máquina, principalmente la conmutación.
- Las Bobinas inductoras o polares tendrán distintas carácterísticas, según se Empleen para máquinas de excitación, independiente, serie, shunt o Compound.
Generadores de CC Y CA
Generadores de Corriente
Los generadores pueden ser de dos Tipos: de corriente continua y de corriente alterna. Los primeros se denominan Dínamos y los segundos, alternadores.
Las dínamos pueden ser de diferentes Tipos, como son:
A)De Excitación independiente
B)De Excitación serie
C)De Excitación derivación
D)De Excitación compuesta
El motor consta de devanados Estatóricos que son los de excitación y corresponden a las bobinas polares.
El inducido corresponde a la parte Retórica en que está el colector y sobre el que se deslizan las escobillas.
La siguiente figura muestra en la Parte superior, el motor completo, con las bobinas polares correspondientes a La excitación o inductores, y la parte retórica correspondiente al inducido, Cuyo esquema está representado en la parte inferior de la figura.
1 a) Dínamo de excitación independiente:
resulta una máquina poco empleada, por Depender de una fuente de corriente externa para su excitación, mientras Que el resto de máquinas de CC son auto-excitadas.- Las bobinas Inductoras son recorridas por la corriente suministrada por una fuente de Alimentación exterior a la máquina. La corriente de excitación puede ser Regulada por un reóstato o por la propia fuente.
2 b) Dínamo de excitación Serie:
Para poner en
Marcha la dínamo (cebado), es necesario cortocircuitar los bornes de salida,
Para hacer lo más pequeña posible la resistencia del circuito.
- Resulta una máquina inestable, Por lo que no se suele utilizar.
- Las Bobinas inductoras en este caso, son recorridas por la misma corriente Generada por el inducido y absorbida por la carga. Por tanto, serán de Pocas espiras y una sección grande para provocar la menor caída de tensión Posible.
Es el más sencillo y de más Aplicaciones de los de corriente continua. Consta de un devanado de excitación Llamado serie por ir conectado en Serie con el inducido.
Carácterísticas
Dispone de un par de arranque elevado, Del orden de 2,24 a 4 veces el momento de rotación, siendo el par máximo, a Velocidad cero, encontrándose en las mejores condiciones para realizar el Arranque con grandes cargas. Es inestable a la carga. En iguales condiciones de Alimentación, a más carga le corresponde menos velocidad, y viceversa. Por Ello, al estar el motor en vacío, tiene el peligro de embalarse.
Aplicaciones
Como consecuencia de disponer de un Buen par de arranque se emplea particularmente en tracción, grúas, locomotoras, Etc.
3 c) Dínamo de excitación derivación (Shunt):
Para la puesta en marcha de la dínamo Es necesario que esté abierto el circuito de utilización. Una vez Alcanzada la tensión en bornes, se podrá conectar el circuito exterior. Resulta una máquina estable, lo que la hace ser muy utilizada.- En esta Conexión, el circuito inductor está conectado en derivación con el Circuito inducido y con la carga, distribuyéndose entre ellos la Intensidad total. Las bobinas están constituidas por un número elevado de Espiras y una sección reducida.
Al igual que en los motores serie, se permite una corriente de arranque Cuya intensidad es de 1,5 a 2 veces mayor que la nominal.
El reóstato de arranque irá en serie con el bobinado inducido.
El par de arranque también es mayor que el momento de rotación, pero, sin Llegar a ser tan elevado como en el serie, resultando el par de arranque de 1,4 A 1,8 veces el nominal.
Conserva casi inalterable su velocidad, aunque varíe su par resistente. Si Por avería se corta el circuito de excitación, puede embalarse.
Su estabilidad hace que se emplee en máquinas que no requieren vigilancia Permanente, así como en las que necesitan velocidad estable, como son las Máquinas-herramientas (torno, fresa, etc.)
4 d) Dínamo de excitación Compuesta (compound):
Podrá
Ser de tipo corto o largo, según que la intensidad total pase o no por el
Bobinado de excitación derivación.
Para la puesta en marcha Se hará lo mismo que se ha indicado para la dínamo con excitación derivación.
- Esta máquina resulta muy estable, Más que la de derivación.
- Llevan Dos circuitos, uno de ellos serie y otro en derivación, cada uno con las Carácterísticas ya comentadas, para serie y derivación o shunt.
El motor de excitación compound o compuesta consta de dos bobinados, uno Serie más otro derivación.
Este motor dispone de un buen par de arranque, superior al del shunt, Aunque inferior al del serie.
Las variaciones de velocidad con la carga son más sensibles que en el motor Shunt, pero sin llegar a embalarse como sucede en el motor serie.
Por disponer este motor de un buen par de arranque y no presentar el Problema de embalarse, hace que se utilice particularmente en Máquinas-herramientas, tracción, compresores, etc.
Bobinado de conmutación
- El Bobinado de los polos de conmutación, se conecta en serie con el circuito Inducido, o sea que son atravesados por la corriente total que produce la Dínamo. La polaridad de cada polo debe ser la misma que la del polo Principal al que precede, en función del sentido de giro del inducido, como Puede observarse en la figura 5.8.
Placa de bornas de una Máquina de CC
- Toda Máquina va provista de una placa de material aislante, en la que están Dispuestos un número determinado de tornillos o elementos de fijación Donde asir las terminaciones de los diferentes circuitos de que disponga La máquina. La disposición de estos tornillos o bornas debe tener una Disposición normalizada, para que todos podamos entenderla.
Bobinado inducido
- Como ya Hemos mencionado, el núcleo rotórico, está constituido por un paquete de Chapas magnéticas, troqueladas adecuadamente para dar cabida al circuito Inducido. Este circuito como ya sabemos está sometido a un campo Magnético, pero debido a que el rotor gira, el campo magnético es Variable, condición por otra parte imprescindible para generar una f.E.M., Y por tanto ésta será alterna.
- Para Solucionar este problema y obtener una corriente muy parecida a la que Produce una pila, que tenga positivo y negativo, se conecta el devanado Inducido a un colector de delgas, como el que representa la figura 5.9.
- El Colector está constituido por un determinado número de placas de cobre, Llamadas delgas (D), aisladas entre sí por láminas de mica. El conjunto Queda sujeto por dos piezas de acero, el cuerpo de colector (O) y el plato De presión (P), todo ello sujeto por la tuerca (T). Las delgas van Aisladas respecto al eje adecuadamente.
- La Fuerza electromotriz generada en un bobinado inducido, sólo depende del Número de hilos activos (hilos exteriores y paralelos al eje de rotación De las bobinas). En función de la forma de unir los hilos activos, los Bobinados serán en anillo o tambor.
- Los Bobinados en anillo no se utilizan por su dificultad de construcción y mal Aprovechamiento del cobre.
- El bobinado En tambor es el más utilizado debido a las siguientes ventajas:
–Cada Bobina presenta dos haces activos, (S-C y E-D) de la figura 5.10b.
–Gran Aprovechamiento del cobre.
–Menor Resistencia óhmica.
–Menores Pérdidas por calor y mayor rendimiento.
- Teniendo En cuenta lo anterior, sólo nos ocuparemos en delante de los bobinados en Tambor.
Bobinados de una y dos capas Por ranura
- Los bobinados en tambor pueden ser de una o Dos capas por ranura, según en una misma ranura haya uno o dos lados Activos de bobinas distintas.
- En los Bobinados de dos capas, a la del fondo se le llama inferior, baja o Interior y a la que se encuentra junto al entrehierro, capa superior, alta O exterior.
- Las Máquinas de CC (dínamos y motores), se bobinan en dos capas.
Bobinados cerrados
- Son Aquellos en los cuales el conjunto de las bobinas forman uno o más Circuitos cerrados. Es el bobinado típico de las máquinas de CC, para su Funcionamiento necesita un colector de delgas, sobre las que froten las Escobillas.
- La Representación de los esquemas de conexión pueden hacerse en forma Circular a), rectangular b) y simplificadas c).
·La Representación simplificada se usa en la práctica, con objeto de hacerlo Rápido, puesto que para hacer el bobinado es suficiente con conocer el número De espiras de cada bobina, el número de bobinas y la disposición de las mismas, Dato este que queda reflejado en el esquema simplificado.
Los motores de CC tienen Carácterísticas propias que los distinguen a unos de otros y, particularmente, De los de CA.
El tipo de motor dependerá de la Excitación que puede ser: