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generadores de corriente continua
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MAQUINAS DE CORRIENTECONTINUA
MAQUINAS DE CORRIENTECONTINUA
GENERADORES DE C.C.
R
GENERADORES DE C.C.
GENERADORES DE C.C.
Tipos de Generadores :
• Generadores de Excitación independiente• Generador de Excitación Serie• Generador de Excitación en Derivación ,shunt o paralelo• Generador de excitación compuesta
ESPECIFICACIONES DE LOS BORNES DELGENERADOR
Generador con excitación independiente
𝑭𝟏 𝑭𝟐
𝑨𝟏 𝑨𝟐
Generador con excitación independiente
Circuito Equivalente
𝑭𝟏
𝑭𝟐
𝑨𝟏
𝑨𝟐
𝑰 𝑨
RA
LF VF EA Vt
Inducido Inductor
IF RF
IA
+
-
- +
+
-
𝑰 𝑳
DONDE :
VF = VOLTAJE DEL CIRCUITO INDUCTOR
IF = CORRIENTE DEL CIRCUITO INDUCTOR O CORRIENTE DE CAMPO
RF = RESISTENCIA DEL BOBINADO INDUCTOR 0 RESISTENCIA DE CAMPO
LF = INDUCTANCIA DEL BOBINADO INDUCTOR
EA = VOLTAJE DEL INDUCIDO O ARMADURA
RA = RESISTENCIA DEL INDUCIDO O ARMADURA
IA = CORRIENTE DEL INDUCIDO O ARMADURA
VT = VOLTAJE TERMINAL O VOLTAJE DE SALIDA DEL GENERADOR
F1,F2 = BORNES DE SALIDA DEL CTO INDUCTOR
A1,A2 = BORNES DE SALIDA DEL CTO INDUCIDO O ARMADURA
Generador con excitación independiente
RA
LF VF EA Vt
Inducido Inductor
IF RF
IA
+
-
- +
+
-
𝑭𝟏
𝑭𝟐
𝑨𝟏
𝑨𝟐
𝑰 𝑳𝑰 𝑨
Generador con excitación independiente
• El generador de excitación independiente , el campo es independiente de la armadura
porque la corriente proviene de otra fuente o bien de una bateria de acumuladores o
otro generador llamado excitatriz o excitador.
• El flujo magnetico es creado por una fuente externa
• Con un leve Cambio en la corriente de campo se producira un gran cambio en la corriente
de carga.
. El voltaje terminal o de salida del generador es menor que el voltaje de Armadura o inducido.
. La corriente de carga IL es igual a la corriente de Armadura IA
Su utilizacion es limitada por necesitar de una fuente exterior para su excitacion
RA
LF VF EA Vt
Inducido Inductor
IF RF
IA
+
-
- +
+
-
𝑭𝟏
𝑭𝟐
𝑨𝟏
𝑨𝟐
𝑰 𝑳𝑰 𝑨
Generador con excitación independiente
RA
LF VF EA Vt
Inducido Inductor
IF RF
IA
+
-
- +
+
-
𝑭𝟏
𝑭𝟐
𝑨𝟏
𝑨𝟐
𝑰 𝑳𝑰 𝑨
ECUACIONES
𝑽 𝑻=𝑬 𝑨−𝑰 𝑨𝑹𝑨
𝑰 𝑭=𝑽 𝑭
𝑹𝑭En el cto campo o inductor :
En el cto Inducido o Armadura :
𝑰 𝑨= 𝑰𝑳
Generador con Excitación Serie
RA LS RS
EA EA
Vt
Inducido Inductor
IA
-
+
IS IL
+
-
Generador con Excitación Serie
RA LS RS
EA EA
Vt
Inducido Inductor
IA
-
+
IS IL
+
-
Generador con Excitación Serie
CARACTERISTICAS :
• Un generador serie es el que tiene su devanado inductor conectado en serie con el devanado de armadura o inducido
• El devanado inductor en un generador serie tiene pocas espiras y es de alambre grueso.
• La corriente del inducido, la corriente de campo y la corriente de linea son iguales es decir tienen el mismo valor.
• Esta maquina no es una buena fuente de voltaje constante debido a la caída de tensión
. El voltaje de un generador serie varia en proporción directa con la
carga
. La salida de voltaje VT no es constante varia con la carga debido
a la caída de tensión IA ( RA + RS )
* Se usan en soldadura de Arco
RA LS RS
EA EA
Vt
Inducido Inductor
IA
-
+
IS IL
+
-
Generador con Excitación Serie
RA LS RS
EA EA
Vt
Inducido Inductor
IA
-
+
IS IL
+
-
Generador con Excitación Serie
ECUACIONES
𝑽 𝒕=𝑬𝑨− 𝑰 𝑨(𝑹𝑨+𝑹𝑺)
𝑰 𝑨= 𝑰𝑺=𝑰 𝑳
Generador de Excitación en Derivación
Generador de Excitación en Derivación
+
𝑬 𝑨
𝑰 𝑨 𝑰 𝑳
𝑰 𝑭𝑹𝑭
𝑳𝑭
𝑹𝑨
𝑽 𝑭 𝑽 𝒕
+
inductorinducido
* Su devanado inductor esta en paralelo con la armadura o inducido
* No requiere de una fuente de voltaje externa para alimentar su circuito
inductor debido a que el voltaje EA depende de la presencia de un flujo
residual en los polos EA = Køresidual ω
* Este voltaje aparece en los terminales del generador produciendo una
corriente que fluye en la bobina inductora del generador IF esta corriente
de campo origina una fuerza magnetomotriz en los polos que incrementa
el flujo lo cual causa un aumento en el voltaje de armadura EA que
incrementa elvoltaje de salida Vt .
+
𝑬 𝑨
𝑰 𝑨 𝑰 𝑳
𝑰 𝑭𝑹𝑭
𝑳𝑭
𝑹𝑨
𝑽 𝑭 𝑽 𝒕
+
inductorinducido
Generador de Excitación en
Derivación
Si en un generador en derivación se pone en marcha y no se forma el voltaje
EA se debe :
Posibilidad de que no haya flujo magnético residual, si se tiene este problema
desconectar el circuito de campo(inductor) y conéctelo directamente a una
fuente de C.C. externa, tal como una batería. El flujo de corriente que proviene
de esta fuente de C.C. dejara un flujo residual en los polos que le facilitara el
arranque normal del generador.
+
𝑬 𝑨
𝑰 𝑨 𝑰 𝑳
𝑰 𝑭𝑹𝑭
𝑳𝑭
𝑹𝑨
𝑽 𝑭 𝑽 𝒕
+
inductorinducido
Generador de Excitación en
Derivación
Generador de Excitación en Derivación
+
𝑬 𝑨
𝑰 𝑨 𝑰 𝑳
𝑰 𝑭𝑹𝑭
𝑳𝑭
𝑹𝑨
𝑽 𝑭 𝑽 𝒕
+
inductorinducido
𝑽 𝒕=𝑬𝑨− 𝑰 𝑨𝑹𝑨
𝑰 𝑭=𝑽 𝑭
𝑹𝑭
𝑰 𝑨= 𝑰𝑭+ 𝑰𝑳
Generador de Excitación CompuestaConexión Larga
RA L S R S
EA EA
V t
IL
-
+
R F
L F
IS
I F VF
IA
Generador de Excitación CompuestaConexión Larga
RA L S R S
EA EA
V t
IL
-
+
R F
L F
IS
I F VF
IA
Es el generador que tiene sus devanados de campo conectados en serie y paralelo con
El inducido.
La bobina conectada en paralelo mantiene su intensidad casi constante.
La bobina conetada en serie con el inducido tendrá una intensidad variable según la carga
El bobinado Shunt suele ser el que pdroduce mayor cantidad de flujo magnético y se compone de
un numero mayor de vueltas de alambre fino.
Las bobinas enserie suele componerse de solo unas cuantas vueltas o sea lo suficiente para
reforzar el campo magnético cuando aumenta la carga y compensar la caída de voltaje en
inducido
RA L S R S
EA EA
V t
IL
-
+
R F
L F
IS
I F VF
IA
Generador de Excitación CompuestaConexión Larga
𝑽 𝑻=𝑬 𝑨− 𝑰 𝑨(𝑹𝑨+𝑹𝑺)
𝑰 𝑭=𝑽 𝑭
𝑹𝑭
𝑰 𝑨= 𝑰𝑭+ 𝑰𝑳
R A L S R S
EA EA
Vt
IL
-
+ R F
L F
IA IS
IF VF
Generador de Excitación CompuestaConexión Corta
R A L S R S
EA EA
Vt
IL
-
+ R F
L F
IA IS
IF VF
Generador de Excitación CompuestaConexión Corta
En este tipo de generador la bobina de campo en serie esta fuera del circuito de
Campo shunt y le circula la corriente de carga IL en lugar de la corriente de armadura IA
La regulación de voltaje de estas maquinas es muy buena pues mantiene casi
automaticamente un voltaje casi constante en sus terminales con todas las
Variaciones de carga.
Estas maquinas se empleam mucho para suministrar corriente a los circuitos de fuerza
y alumbrado cuando la carga no esta demasiado lejos del generador y la caída de línea
Es pequeña
R A L S R S
EA EA
Vt
IL
-
+ R F
L F
IA IS
IF VF
Generador de Excitación CompuestaConexión Corta
𝑽 𝑭=𝑬 𝑨− 𝑰 𝑨𝑹𝑨
𝑽 𝑻=𝑽 𝑭−𝑰 𝑺𝑹𝑺
𝑰 𝑨= 𝑰𝑭+ 𝑰𝑳𝑰 𝑺= 𝑰𝑳
Balance energético de un generador
de C.C.
Balance energético de un generador
de C.C.
Pérdidas en el cobre del Estator
Pérdidas en el cobre rotor
Pérdidas en el Núcleo
Pérdidas mecánica
s
Potencia eléctrica
salida
(Ps)Potencia mecánic
a de entrada
(Pe)
---------------------
Potencia Electromagnética
Balance energético Balance energéticoPotenci
a mecánic
a entrada
(Pe)
Potencia eléctrica
salida
Perdidas
Devanado
Campo shunt
Perdidas
Devanado
Campo Serie
Perdidas
Devanado
Armadura
Perdidas
en las escobillas
Perdidas
en el núcleo
Perdidas
mecánicas
Perdidas en el Cobre
RotorPerdidas en el cobre
Estator
Ps
Potencia Electromagnética -------------------------------
PERDIDAS MECANICAS ∆Pmec Es causadas por la fricción de los rodamientos de la maquina y las causadas por la fricción de las partes móviles de la maquina y el aire dentro de la carcaza del generador.
PERDIDAS EN EL NUCLEO O FIERRO ∆Pfe Las perdidas en el núcleo son las perdidas por histéresis y las perdidas por corrientes parasitas que ocurren en el metal del generador
POTENCIA ELECTROMAGNETICA Pelectromag.
POTENCIA DE ENTRADA
𝑷 𝒆=𝑻 𝝎
𝑷 𝒆𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐𝒎𝒂𝒈=𝑬𝑨 𝑰 𝑨
PERDIDAS EN LAS ESCOBILLAS Son las que se causan a traves del contacto potencial en las
escobillas de la maquina.
∆PA = IA2 RA
PERDIDAS EN EL DEVANADO INDUCTOR O DE CAMPO SHUNT
Son las perdidas en el cobre den devanado inductor
∆PF = IF
2 RF
PERDIDASEN EL DEVANADO DE ARMADURA O INDUCIDOSon las perdidas en el cobre del devanado inducido
∆Pescob = Vescob. IA
PERDIDAS ROTACIONALES
PERDIDAS CONSTANTES
∆ 𝑷𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕 .=∆ 𝑷𝒓𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏𝒂𝒍𝒆𝒔+∆𝑷 𝑭
PERDIDAS VARIABLES
∆ 𝑷𝒗𝒂𝒓𝒊𝒂𝒃𝒍𝒆𝒔=∆ 𝑷𝑨+∆𝑷 𝒆𝒔𝒄𝒐𝒃𝒊𝒍𝒍𝒂𝒔+∆𝑷𝑺
POTENCIA DE SALIDA
𝑷𝑺=𝑽 𝑻 𝑰𝑳
∆ 𝑷𝒓𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏𝒂𝒍𝒆𝒔=∆𝑷 𝒇𝒆+∆𝑷𝒎𝒆𝒄
Curvas Características de generadores de c.c.
Entre las curvas tenemos :
Curva característica de vacio o magnetizacion
Representa la relación entre la tensión de armadura y la corriente de campo inductor
Cuando la maquina trabaja en vacio, es decir el inducido no alimenta ninguna carga.
Curva característica en carga o exterior Representa la relación entre la tensión en bornes del generador y la corriente de carga
Curva característica de regulación
Representa la relación entre la corriente de campo inductor y la corriente de carga
De estas curvas merecen especial atención la curvas de característica de vacio y externa
Curva Característica de Vació de un Generador de excitación indepentiente
E A
IF
Si trazamos una curva del flujo producido en función de la corriente de campo IF obtenemos la curva de vacío o magnetización (curva “a”)
¿Como se relaciona la curva de magnetización con la tensión de armadura?
Si hacemos funcionar el generador a una velocidad constante, la tensión de armadura será
Proporcional al flujo por consiguiente trazando EA como una función de IF obtenemos una
Curva idéntica a la curva de magnetización.
IF
φ
Curva “a” Curva “b”
IR I1
iex RRIE iex RRIE
IF
EACurva de magnetización
El generador “arranca” gracias al magnetismo remanente siguiendo un
proceso de AUTOEXCITACIÓN
Curva Características de Magnetización de un
Generador de excitación derivación
Ri
Lex Uex E Ui
I nducido I nductor
Rex
I
Generador con excitación derivación
En el generador en derivación la propia tensión de salida del
generador se utiliza para producir la excitación Uex=Ui
ER
Pto. de equilibrio
Magnetismo remanente
R ER
E1
E2
iex
RR RR
EI
iex
RR RR
EI
E1I1E2
Se repite hasta el pto. de equilibrio
Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Excitación Independiente
V T
I L
E0
Tensión generada en vacio
EA
u
v
VT
Esta curva nos indica como varia la tensión en bornes del generador VT en función de la
Corriente de carga IL
El generador de C.C. considerado como una fuente de tension continua deberia en el caso ideal,
entregar en bornes de la armadura un voltaje continuo VL (voltaje de salida o de carga) de
magnitud independiente de la carga que esta alimentando. Sin embargo en la practica existen
Caidas internas de voltaje que hacen disminuir VL a medida que la corriente IA solicitada por la
carga aumenta .
En la Fig. Se muestra la caracteristica VL v/s IL (IL = IA ) del generador de excitación separada
Donde u representa la caida de voltaje por concepto de perdidas en el cobre (RA IA ) y v son las
Perdidas debido a la caida de voltaje en las escobillas.
Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Excitación IndependienteV
L
I L
E0
Tensión generada en vacio
EA
u
v
VL
Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Shunt
Tension generada en vacio
Caracteristica generador excitación separadaCaracteristica
generador shunt
VT
IL
Curva Caracteristica Exterior o de carga de un Generador Shunt
Tension generada en vacioCaracteristica generador excitación separada
Caracteristica generador shunt
VT
IL
El voltaje en un generador shunt variara en razón inversa de la carga, se observara que en vacio el voltaje del generador es normal o máximo, mientras que a medida que aumenta la carga en amperios su voltaje va disminuyendo gradualmente tomando valores cada vez mas bajos.
El aumento de la carga hace que aumente la caída de voltaje en el circuito inducido reduciendo asi el voltaje aplicado al inductor esto reduce la intensidad del campo magnético y por consiguiente el voltaje del generador.
Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Shunt
Tension generada en vacioCaracteristica generador excitación separada
Caracteristica generador shunt
VT
IL
Si se aumenta bruscamente la carga aplicada a un generador shunt la caída de voltaje puede ser bastante apreciable mientras que si se suprime casi por entero la carga, la regulación de voltaje de un generador o dinamo shunt es muy defectuosa debido a que su regulación no es inherente ni mantiene su voltaje en un valor constante.
El voltaje puede mantenerse bastante constante ajustando el reóstato de campo siempre que las variaciones de carga no sean demasiado frecuentes y grandes.
Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Serie
Característica generador serie
Zona Lineal
Tension generada en vacio
Zona de corriente
constante
VT
IL
Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Serie
Característica generador serie
Zona Lineal
Tension generada en vacio
Zona de corriente
constante
VT
IL
El voltaje de un generador serie varia en proporción directa con la carga ,esto es que aumenta a
Medida que aumenta la carga y disminuye a medida que baja la carga, se observara que esto
Es exactamente lo opuesto a lo que sucede en el caso de un generador shunt.
En la fig. se muestra la característica de voltaje de un generador serie, se observara que el
Voltaje aumenta rápidamente a medida que aumenta la carga impuesta a la maquina hasta
Llegar aproximadamente a la plena carga.
Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Serie
Característica generador serie
Zona Lineal
Tension generada en vacio
Zona de corriente
constante
VT
IL
Tambien se observa en un primer tramo (zona lineal ) el voltaje generado crece en forma
Practicamente lineal al igual que la tension generada en vacio en este caso la diferencia
Entre las curvas se explica debido principalmente a las perdidas en el cobre, las cuales
Crecen linealmente con el aumento de corriente.
Es importante notar que en la zona de corriente constante la caida de tension se explica por un
Efecto predominante de la reaccion de armadura que se suma a las perdidas de Joule del
Generador.
Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Compuesto
Generador serie
Generador Shunt
Generador Compound VL
IL
Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Compuesto
Generador serie
Generador Shunt
Generador Compound VL
IL El generador de C.C. en configuración compound presenta una caracteristica
VL v/s IL que combina las propiedades del generador shunt y serie.
Dependiendo de cual sea el efecto predominante (shunt o serie) la curva se eleva
Por sobre el valor de tensión generada en vacio o bajo el. En efecto si la característica
Serie es pequeña predominan las caidas por efecto Joule y la tensión generada es menor
Que el valor E0 generado en vacío en este caso la curva característica es similar a la
Del generador shunt y se dice que el generador compound es parcialmente compuesto
O hipocompuesto.
Curva Característica Exterior o de carga de un Generador Compuesto
Generador serie
Generador Shunt
Generador Compound VL
IL
Si el enrollado serie es grande entonces el efecto de fortalecimiento del campo predomina
Sobre las perdidas de Joule y la tensión inducida se eleva por sobre Eo . En este caso
Se dice que el generador compound aditivo es hipercompuesto
El voltaje de una dinamo hipercompound aumentara ligeramente en sus terminales cada
Vez que aumenta la carga.Cada aumento de esta hace que aumente la corriente que circula
Por dichas vueltas en serie reforzando asi el campo magnetico lo suficiente para hacer que
El voltaje sea ligeramente mas elevado a ls plena carga que en vacio.
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