Clasificación de los generadores de corriente continua PDF

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clasificación de los generadores de corriente continua Los generadores de cc pueden dividirse en dos categorías: con excitación independiente y autoexcitados. La corriente de campo en un generador con excitación independiente la suministra una fuente externa independiente. En cambio un generador autoexcitado proporciona su propia corriente de excitación. Según el método de conexión del devanado o devanados del campo, un generador autoexcitado se clasifica adicionalmente en a) generador shunt o en derivación, si su devanado del campo, llamado devanado del campo sito, se conecta en paralelo con las terminales de la armadura. b) generador serie, cuando su devanado del campo, denominado devanado del campo en serie, se conecta en serie con la armadura, y C) generador compound o compuesto que incorpora ambos devanados del campo: shunt y serie.

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Generador de CC con excitación independiente Operación

Como su nombre lo indica, un generador de cc con excitación independiente requiere una fuente de cc externa independiente para el devanado del campo, por lo que se usa principalmente en a) pruebas de laboratorio y comerciales y b) conjuntos con regulación especial. La fuente externa puede ser otro generador de cc, un rectificador controlado o no, o una batería. en lugar de utilizar imanes permanentes para crear el campo magnético, podemos utilizar un par de electroimanes, llamados polos de campo, la fuente de cc conectada a las terminales a y b hace que fluya una corriente de excitación Ix Si la armadura es impulsada por un motor eléctrico o un motor de Diesel, aparece un voltaje E0 entre las terminales de escobillas x y y.

Circuito equivalente La representación del circuito equivalente en condicio nes de estado estable de un generador de cc con excitación independiente. La condi ción de estado estable supone que no hay ningun cambio apreciable en la corriente de la armadura o en su velocidad para una carga determinada. En otras palabras esencialmente no hay cambio en la energia mecánica o en la magnética del sistema Por tanto, no hay necesidad de incluir la inductancia de cada devanado ni la inercia del sistema como parte del deuto equivalente. En el circuito equivalente, Ea es la fem inducida en el devanudo de la armadura Ra es la resistencia efectiva del devanado de la armadura, la cual tambien puede incluir la resistencia de cada escobilla; Ia es la corriente en la armadura; Vt es el voltaje de salida en las terminales: lL la corriente de carga If es la coriente en el devanado del campo; Rfw es la resistencia en el devanado del campo: Rfx es una resistencia externa agregada en serie con el devanado del campo para controlar la corriente en el campo: Nf es el número de vueltas por polo para el devanado del campo, y Vf, es el voltaje de una fuente externa.

Las ecuaciones que definen la operación en estado estable son:

donde Rf = Rfw + Rfx s la resistencia total en el circuito del devanado del campo shunt. el voltaje en las terminales es:

Curva característica:

Cuando se mantiene constante la corriente del campo y la armadura gira a velocidad constante, la fem inducida en un generador ideal es independiente de la corriente en la armadura, como lo indica la línea punteada. Conforme la corriente de carga aumenta, el voltaje en las terminales Vt, disminuye, como lo señala la línea gruesa. Sin reacción de la armadura, la disminución en Vt, debe ser lineal e igual a la caída de voltaje a través de Ra Sin embargo, si el generador opera cerca de su saturación y no está compensado apropiadamente para la reacción de la armadura, esta reacción ocasiona una caída adicional de voltaje en las terminales. La gráfica del voltaje en las terminales y la corriente de la carga se llama característica externa (terminal) de un generador de cc. La característica externa puede obtenerse en forma experimental variando la carga desde la condición de no carga hasta 150% de la carga especificada. El voltaje en las terminales sin carga, Vsc es Ea, Si se traza una línea tangente a la curva en condiciones de no carga se obtiene la caracteristica externa de la máquina sin reacción de la armadura. La diferencia entre el voltaje sin carga y la línea tangente constituye una caída IaRa. Como se conoce, es posible determinar experimentalmente la resistencia efectiva del devanado de la armadura. El término efectiva significa que no solo se trata de la resistencia del devanado de la armadura, sino también se incluye la resistencia de contacto de las escobillas.

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Generador shunt

Cuando el devanado del campo de un generador con excitación independiente se conecta en paralelo con la armadura, el generador de cc recibe el nombre de generador shunt o en derivación.

En este caso, el voltaje en las terminales también es el voltaje del devanado del campo. Sin carga, la corriente en la armadura es igual a la corriente del campo. Con carga, la corriente en la armadura suministra la corriente de carga y la corriente del campo. Como el voltaje en las terminales puede ser muy alto, la resistencia del circuito del campo también debe ser alta con objeto de mantener su pérdida de potencia en el mínimo. Así, el devanado del campo shunt tiene un gran número de vueltas de un conductor relativamente delgado. El generador shunt es capaz de crecer el voltaje presente en las terminales en tanto permanezca algún flujo residual en los polos del campo.

Cuando el generador gira a su velocidad especificada, el flujo residual en los polos del campo, por pequeño que sea (pero debe existir), induce una fem Er, en el devanado de la armadura. Puesto que el devanado del campo está conectado en paralelo con la armadura, la fem inducida envía una corriente pequeña a través de tal devanado. Si el devanado del campo está conectado apropiadamente, su fem establece un flujo que apoya al flujo residual. El flujo total por polo se incrementa. El aumento en el flujo par polo incrementa la fem inducida, la cual a su vez aumenta la corriente del campo. Por tanto, la acción es acumulativa.

La fem inducida sigue la curva de magnetización no lineal. La corriente en el de vanado del campo depende de la resistencia total en el circuito del devanado del campo. La relación entre la comente del campo y el voltaje del campo es lineal, y la pendiente de la curva es la resistencia en el circuito del devanado del campo. La linea recta también se conoce como Iinea de resistencia del campo. El generador shunt continúa haciendo crecer el voltaje hasta el punto de intersección de la línea de resistencia del campo y la curva de saturación magnética. Este voltaje se conoce como voltaje sin carga. Es muy importante advertir que la saturación del material magnético es una gran ventaja en el caso de un generador con excitación independiente. De no ser así, el crecimiento del voltaje continuaría de manera indefinida. la saturación es necesaria para que el generador alimente la carga Si el devanado del campo está conectado en forma tal que el flujo producido por su fem se oponga al flujo residual, ocurrirá un decrecimiento del voltaje, problema que puede corregirse con la inversión en el sentido de giro o con la inversión de la conexión del devanado del campo a las terminales de la armadura, pero no con ambas medidas a la vez. El valor del voltaje sin carga en las terminales de la armadura depende de la resistencia del circuito del campo. Una disminución en la resistencia en el circuito del campo ocasiona que el generador shunt desarrolle más rápido un voltaje más alto. Por la misma razón, el crecimiento del voltaje disminuye y el nivel del voltaje baja cuando se incrementa la resistencia del circuito del campo. El valor de esta resistencia que hace de la resistencia del campo una línea tangente a la curva de magnetización se llama resistencia critica (del campo). El voltaje en el generador no acera si la resistencia del circuito del campo es mayor o igual a la Resistencia critica. La velocidad a la que la resistencia del circuito del campo se convierte en resistencia critica se Llama velocidad critica.

En consecuencia, el crecimiento del voltaje tendrá lugar en un generador shunt si e) existe flujo residual en los polos del campo. b) la fem del devanado del campo produce el flujo que apoya al flujo residual y c) la resistencia del circuito del campo es menor que la resistencia critica. Las ecuaciones que rigen la operación de un generador shunt en estado estable son las siguientes:

Curva caracteristica

Sin carga, la comente en la armadura es igual a la corriente del campo, la que general mente es una fracción de la corriente de carga. Por tanto, el voltaje en las terminales sin carga Vsc es casi igual a la fem inducida Ea, puesto que la caída IaRa, es despreciable Conforme aumenta la corriente de carga, el voltaje en las terminales disminuye por lo siguiente: 1. El aumento en la caída IaRa 2. El efecto de desmagnetización por la reacción de la armadura. 3. La disminución en la corriente del campo debida a la caída en la fem inducida. Para operar satisfactoriamente, el generador shunt debe funcionar en la región saturada. De no ser así, el voltaje en las terminales sin carga podría caer hasta cero por la razón siguiente: Supongamos que el generador opera en la región lineal y hay 10% de caída en el voltaje en las terminales en cuanto la carga toma algo de corriente. La caída de 10% en el voltaje en las terminales origina 10% de caida en la corriente del campo, lo cual a su vez reduce el flujo en 10% La reducción de 10% en el flujo disminuye la fem inducida también en 10% y ocasiona que el voltaje en las terminales caiga aún más, y así sucesivamente.

En poco tiempo, el voltaje en las terminales cae a un nivel (de ca si cero que no permite alimentar alguna carga apreciable. La saturación del material magnético viene al rescate. Cuando el generador opera en la región saturada, 10% de caída en la corriente del campo puede ocasionar sólo un 2% 3% de caída en el flujo y el sistema se estabiliza en un voltaje en las terminales algo más bajo que Vsc pero en un nivel adecuado para operar satisfactoriamente. Conforme se aplica carga al generador la corriente de carga se incrementa hasta un punto denominado punto de ruptura con la disminución de la resistencia de la carga. Cualquier disminución adicional en la resistencia de carga ocasiona que la corriente de carga disminuya como resultado de una caída muy rápida en el voltaje en las ter minales. Cuando la resistencia de carga disminuye hasta cero (un cortocircuito), la corriente del campo desciende hasta cero y la corriente a través del cortocircuito es la razón entre el voltaje residual y la resistencia del circuito de la armadura. •

Generador serie

Como su nombre lo indica, el devanado del campo de un generador serie esta conectado en serie con la armadura y el circuito externo Debido a que el devanado del campo en serie tiene que conducir la corriente de carga especificada, generalmente tiene pocas vueltas de un conductor grueso.

Una resistencia variable Rd conocida como desviador para ampo en serie, puede conectarse paralelo con el devanado del campo en serie para controlar la corriente que lo atraviesa y, por tanto, también al flujo que produce. Las ecuaciones básicas que rigen su operación en estado estable son:

Curva de transferencia

Cuando el generador opera sin carga, el flujo producido por el devanado del campo en serie es igual a cero. Por tanto, el voltaje en las terminales del generador es igual a la fem inducida debido al flujo residual Er. En cuanto el generador entrega una corriente de carga, la fmm del devanado del campo en serie produce un lujo que apoya al flujo residual Por consiguiente la fem inducida, Ea en el devanado de la armadura es mayor cuando el generador entrega potencia que cuando está sin carga. No obstante, el voltaje en las terminales, Vt es mas bajo que la fem inducida debido a a) la calda de voltaje a través de la resistencia de la armadura, Ra la resistencia del devanado del campo en serie Rs y b) la acción de desmagnetización por la relación de la armadura. Como las caidas de voltaje a través de las resistencias y la reacción de la armadura son funciones de la corriente de carga, la fem inducida y también el voltaje en las terminales dependen de la corriente de carga. La curva de magnetización para el generador serie se obtiene al excitar en forma independiente el devanado del campo en serie. El voltaje en las terminales correspondiente a cada punto de la curva de magnetización es menor en una cantidad igual a la cuina de voltaje a través de Ra y Rs, cuando la reacción de la armadura es igual a Cero. El voltaje en las terminales cae aún más cuando la reacción de la armadura tambien está presente. Una vez que la corriente de carga impele al generador hacia la región saturada, cualquier incremento adicional en su valor vuelve tan grande la reacción de la armadura que ocasiona la caída brusca del voltaje en las terminales. En realidad, si se llega al extremo, el voltaje en las termina les puede caer hasta cero.

La característica creciente de un generador serie lo hace adecuado cuando se precisa incrementar el voltaje. Otra diferencia clara entre un generador shunt y uno serie es que el primero tiende a mantener un voltaje constante en las terminales, mientras que el generador serie tiende a suministrar un corriente de carga constante. En Europa el sistema Thury de transmisión de potencia en alto voltaje y corriente continua requiere varios generadores serie conectados en serie y transmitiendo con corriente constante •

Generadores compound

La característica de descenso de un generador shunt y la de ascenso de un generador serie brinda la motivación suficiente para teorizar acerca de la posibilidad de una característica externa mejor con la fusión de los dos tipos de generadores en uno solo. En realidad, y con ciertas restricciones, poner los dos generadores juntos es como transformar dos generadores en uno solo con buen comportamiento. Esto se logra devanando ambos tipos de campos, serie y shunt, en cada polo del generador. Cuando se agrega la fmm del campo en serie a la fmm del campo shunt, se habla de un generador compound cumutativo. De otro modo, se denomina generador compound diferencial.

Cuando el devanado del campo shunt se conecta directamente a las terminales de la armadura, se llama generador shunt en derivación corta. En un generador de este tipo. el devanado del campo en serie lleva la corriente de carga en ausencia de una resistencia desviadora para el campo. Se dice que un generador es shunt en derivación larga si el devanado de campo shunt se conecta en paralelo con la carga. Nos apresuramos a agregar que el campo shunt crea la mayor parte del flujo. El campo en serie proporciona ante todo control sobre el flujo total. Por tanto, pueden obtenerse distintos niveles de funcionamiento compound, limitando la corriente a través del campo en serie.

A continuación, se analizan tres grados de funcionamiento compound que revisten gran interés. Generador subcompound Cuando el voltaje con carga completa en un generador compound es un tanto mayor que el de un generador shunt, pero menor que el voltaje sin carga, se habla de un generador subcompound. En él, la regulación del voltaje es un poco mejor que la del generador shunt Generador compound llano o normal Si el voltaje sin carga es igual al voltaje a plena carga, el generador se denomina generador compound llane o normal. Se usa cuando la distancia entre el generador y la carga es corta. En otras palabras, no ocurre ninguna caida de voltaje significativa en la linea de transmisión (llamada alimentador) que conecta el generador con la carga. Generador ultra compount Si el voltaje a plena carga es mayor que el voltaje sin carga, el generador es ultracompound, el cual es el que se elige cuando el generador se conecta a la carga mediante una linea de transmisión larga. La linea de transmisión larga supone una caida significativa del voltaje y pérdida de potencia en la linea de transmisión. La práctica habitual consiste en diseñar un generador ultracompound. Los ajustes pueden hacerse canalizando la corriente fuera del devanado del campo en serie utilizando la resistencia de desvió para el campo.

En seguida se presentan las ecuaciones fundamentales que rigen el comporta miento en estado estable de los generadores shunt en derivación corta y shunt en derivación larga y Shunt en derivación corta.

donde el signo más o el menos indican si el generador compound es cumulativo o diferencial, y fmm, es la fmm desmagnetizadora debida a la reacción de la armadura. Shunt en derivación larga.

BIBLIOGRAFIA Ghuru, B. S. (2003). MAQUINAS ELECTRICAS Y TRANSFORMADORES (Spanish Edition) (3.a ed., Vol. 2). Editorial OXFORD university press. Whildi, T. (2007). Maquinas Eléctricas Y Sistemas De Potencia (6.a ed., Vol. 1) [Libro electrónico]. Pearson Education. https://itmerida.brightspace.com/content/enforced/90262020/20203/3-IELC-AEF1040/E001/5EA/Maquinas%20electricas%20y%20sist%20pot%20WILDI.pdf?_&d2lSessio nVal=XVHMDuI7nlQsEju4WpktwViAJ...