Instituto Tecnológico de Piedras Negras

MAQUINAS ELECTRICAS

HUGO ANTONIO PEREZ VAZQUEZ 09/177

20- Septiembre- 2010

MAQUINAS Ing. Electrónica

GENERADORES DE CORRIENTE

GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA¿Cómo funcionan los generadores de corriente continua?

Los generadores de corriente continua funcionan parecidos a los motores de corriente continua. En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a los generadores. De hecho podrían describirse como generadores que funcionan al revés. Los generadores son máquinas que convierten la energía mecánica en eléctrica se le denomina también alternador odínamo.

Su funcionamiento constituye una aplicación directa del la ley de inducción de Faraday. En forma esquemática El generador está construido a partir de una bobina que gira en el campo magnético. De esta manera, una fuerza electromotriz se establece sobre la bobina como consecuencia de las variaciones del flujo mientras que gira.

Al lado izquierdo se muestra cómo funciona el generador, usando una espira que gira en el campo magnético de un imán permanente. Los lados de la espira son pintados con diferentes colores para poder distinguirlos cuando la espira gira. Aplicando la ley de Faraday, y con la ayuda de la ley de Lenz, se puede entender que en los extremos de la espira se induce una f.e.m. cuya amplitud y signo cambia según gira la espira. Lo que queda claro es que el alambre que queda a la derecha será siempre el lado positivo.

Para aprovechar la fem así generada debe implementarse unos contactos móviles que conmutan automáticamente los terminales de la bobina mientras que ésta gira. Esta parte de del generador recibe el nombre de conmutador, y está formado por unas pistas de cobre llamadas delgas, donde se conectan los extremos de la bobina, y las

escobillas que recoge la f.e.m. de la bobina para entregarlas a los contactos externos o bornes del generador.

Lamentablemente, un generador como el de la ilustración tiene muchos inconvenientes. Para empezar, por tener una sola espira la tensión sería muy pequeña pero, más importante, la tensión generada tendría variaciones muy pronunciadas. Además, por tener un entrehierro muy grande, el campo magnético en el lugar donde gira la bobina sería menor que el disponible en los imanes. Por todas esas razones, el inducido del generador se construye usando muchas bobinas, cada una de las cuales tiene un número considerable de espiras y toda sellas se arrollan sobre un núcleo de hierro como se muestra en la Figura.

Un generador es una máquina eléctrica que produce energía eléctrica en forma de corriente continua aprovechando el fenómeno de inducción electromagnética. Para ello está dotada de un armazón fijo (estator) encargado de crear el campo magnético en cuyo interior gira un cilindro (rotor) donde se crearán las fuerzas electromotrices inducidas. Estator Consta de un electroimán encargado de crear el campo magnético fijo conocido por el nombre de inductor.

Rotor

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

Durante un semiperiodo se obtiene la misma tensión alterna pero, en el semiperiodo siguiente, se invierte la conexión convirtiendo el semiciclo negativo en positivo.

El inducido suele tener muchas más espiras y el anillo colector está dividido en un mayor número de partes o delgas, aisladas entre sí, formando lo que se denomina el colector. Las escobillas son de grafito o carbón puro montado sobre porta escobillas que mediante un resorte aseguran un buen contacto.

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

Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 V. En algunas máquinas más modernas esta inversión se realiza usando aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo rectificadores de diodo.

Construcción y tipos de devanados en el generador de cd.

Construcción del generador de cd.La máquina de corriente directa puede funcionar como generador y/o como motor, por lo tanto su construcción es la misma independientemente de su funcionamiento y solo la forma de excitación determina si trabaja como motor o generador .

Las partes principales de una máquina de cd son:

• Tapas frontal y superior.

• Carcasa.

• Devanado de Armadura o inducido.

• Rodamientos.

• Eje o flecha.

• Devanado de campo o inductor.

• Conmutador.

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Devanado de campo

El devanado de campo también denominado Inductor o estator, es el responsable de producir el campo magnético principal en la máquina. Está conformado básicamente por un electroimán montado en piezas polares para formar el estator electromagnético (En motores pequeños el campo puede ser formado por imanes permanentes).

Armadura

La armadura es la parte rotatoria de un generador de cd, de ahí que también muchas veces se le llame rotor o inducido. Va montada en un eje y gira entre los polos de los devanados de campo. Esta construida sobre el eje o flecha, núcleo, devanado y conmutador.

Los devanados de armadura usualmente son montados de tal forma que se colocan en las ranuras del núcleo.

Escobillas

Las escobillas son las que se encargan de trasmitir el voltaje generado a las cargas. Están colocadas en los lados del conmutador. Están hechas de carbono y grafito.Están sujetas a la estructura del estator de forma tal que mediante muelles o resortes se asegura que las escobillas mantengan un contacto firme con las delgas del colector.

Conmutador

El conmutador junto con las escobillas son los responsables de hacer llegar la tensión generada a las cargas. Está constituido esencialmente por piezas planas de cobre duro de sección trapezoidal, conocidas como delgas, separadas y aisladas unas de otras por delgadas

láminas de mica, formando el conjunto un tubo cilíndrico aprisionado fuertemente. El conmutador tiene tantas delgas como bobinas posee la armadura de la máquina. En la figura 1.7 se presenta como esta compuesto el conmutador.

Tipos de devanados en el generador de cd.

Como se ha indicado anteriormente el generador de cd tiene dos bobinas; el devanado de campo y el devanado de armadura, enseguida se indican los tipos de devanados que tiene cada uno de ellos.

Devanado de campo: El devanado de campo se compone por la general de dos bobinas que irán conectadas según el tipo de excitación que se desee en el generador1.

Devanado de armadura: El devanado de armadura o inducido puede ser de dos tipos: • Devanado imbricado: Este devanado se distingue porque forma tantas trayectorias paralelas como número de polos de campo haya.se recomienda utilizar cuando se deseen latas corrientes y bajas tensiones. En este tipo de devanados se utiliza un par de escobillas por cada dos trayectorias. En este devanado los extremos de una bobina van conectados a dos delgas adyacentes del conmutador.

• Devanado ondulado: Este tipo de devanado también se denomina devanado serie en virtud de que todas las bobinas de armadura bajo de pares de polos similares, están en serie. Este tipo de devanado se recomienda utilizar cuando se desean obtener altos voltajes y bajas corrientes. En este devanado los extremos de una bobina van conectados segmentos del conmutador que están aproximadamente 360° eléctricos

TIPOS DE GENERADORES DE CD

Los tipos comunes de generadores de cd son:

Generador de excitación separada.

Generador en derivación.

Generador en serie.

Generador compuesto acumulativo

Generador de excitación separada.

En este tipo de generador el flujo principal se obtiene de una fuente de potencia independiente del mismo generador. Una de sus características es que ofrece una tensión en terminales casi constante cuando no se utiliza una resistencia de ajuste sobre la corriente de campo. Algunas de sus aplicaciones son:

Pruebas de laboratorio y comerciales.

Conjuntos con regulación especial

Generador de cd en derivación.

En este tipo de generador el voltaje en las terminales es igual al que tiene el devanado de campo debido a que ambos devanados están conectados en paralelo, de ahí que también se le llame generador en paralelo o shunt.

Cuando el generador se encuentra sin carga, la corriente del inducido es la misma que la corriente de campo. Cuando tiene carga, la corriente de la armadura suministra la corriente de carga y la corriente de campo tal como se aprecia en la figura 1.13.

Este generador es capaz de aumentar el voltaje en sus terminales mientras exista algún flujo remanente en los polos del campo. En la figura 1.14 se puede apreciar como aumenta el voltaje en las terminales según varía la corriente de campo en función de la resistencia de campo.

Generador de excitación serie

El devanado inductor se conecta en serie con el inducido, de tal forma que toda la corriente que el generador suministra a la carga fluye por igual por ambos devanados. Dado que la corriente que atraviesa al devanado inductor es elevada, se construye con pocas espiras de gran sección. Tiene el inconveniente de no excitarse al trabajar en vacío. Así mismo se muestra muy inestable por aumentar la tensión en bornes al hacerlo la carga, por lo que resulta poco útil para la generación de energía eléctrica. Para la puesta en marcha es necesario que el circuito exterior esté cerrado.

A partir de una tensión máxima, el aumento de intensidad hace decrecer la tensión en bornes. Ello es debido a que la reacción de inducido empieza a ser importante, las caídas de tensión van aumentando y, sobre todo, los polos inductores se van saturando con lo que el flujo no crece en la misma proporción que la intensidad. Como en el resto de las máquinas auto excitadas, se necesita un cierto magnetismo remanente que permita la creación de corriente en el inducido al ponerse en movimiento los conductores. El sentido de

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

Generador de excitación compuesta

En la dinamo con excitación mixta o compuesta el circuito inductor se divide en dos partes independientes, conectando una en serie con el inducido y otra en derivación. Existen dos modalidades, la compuesta corta que pone el devanado derivación directamente en paralelo con el inducido (EAC) y la compuesta larga que lo pone en paralelo con el grupo formado por el inducido en serie con el otro devanado (FC).El devanado serie aporta solamente

una pequeña parte del flujo y se puede conectar deforma que su flujo de sume al flujo creado por el devanado paralelo (aditiva) o de forma que su flujo disminuya el flujo del otro devanado(diferencial).Así mismo, en función del número de espiras del devanado serie su aportación de flujo será.

Mayor o menor, dando lugar a los tipos: hipercompuesta, normal, hipocompuesta y diferencial.

Gracias a la combinación de los efectos serie y derivación en la excitación de la dinamo se consigue que la tensión que suministra el generador a la carga sea mucho más estable para cualquier régimen de carga. La gran estabilidad conseguida en la tensión por éstas dinamos las convierte, en la práctica, en las más utilizadas para la generación de energía. A medida que aumenta la intensidad de consumo, la excitación en paralelo disminuye, pero la

excitación enserie aumenta. De este modo puede conseguirse una tensión de salida prácticamente constante a cualquier carga.