REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”CÁTEDRA: MÁQUINAS ELÉCTRICAS

ESCUELA: ELÉCTRICA

Facilitadora:

Ranielina Rondón

Alumna:

Desireé Rodríguez

C.I: 17.971.638.

CAMPO MAGNETICO PRODUCIDO POR LA CORRIENTE DE ARMADURA

Todas las armaduras, sean giratorias o estacionarias, conducen corrientealterna. En las máquinas de gran capacidad, la corriente en losconductores de la armadura es considerable. En todas las dínamos, losconductores de la armadura están embebidos en ranuras, en un núcleo dehierro donde producen un flujo o fuerza magnetomotriz proporcional a lacantidad de corriente que conducen. Tanto en generadores de Cd.

Como en los de ca, se produce movimiento relativo entre los conductores yel campo magnético de tal modo que la dirección de la Fem y de lacorriente en los conductores que están bajo determinado polo es opuesta ala de los conductores que quedan bajo el polo opuesto. Esto mismo esválido para que los motores de cd y ca produzcan rotación continua en lamisma dirección.

La corriente que pasa por los conductores de armadura, como resultado devoltaje aplicado al motor, se debe invertir cuando el conductor se muevebajo un polo de polaridad opuesta. En el caso del motor de cd, esto selogra mediante el conmutador, que convierte la cd aplicada a lasescobillas en ca en los conductores de armadura. En el caso del motor deca, esto se logra mediante el voltaje senoidal que se aplica

Fig. bFig. a

En la figura 1-1 se muestra un dínamo universal de dos polos, en a cual

también se indica la fuerza magnetomotriz que produce la dirección

instantánea del flujo de corriente en los conductores de armadura.

Cada uno de los conductores portadores de corriente, conectados en

serie, producen la misma fuerza magnetomotriz bajo un polo dado, y la

fuerza magnetomotriz opuesta bajo un polo opuesto. El efecto neto de

las fuerzas magnetomotriz individuales es la producción de un flujo

resultante de armadura, en la dirección que muestra la figura. El flujo

de armadura que se produce es análogo al que se produce en el

electroimán equivalente al núcleo de hierro, que aparecen en la

figura 1-1 b, y la dirección del campo magnético está determinada

por la regla del tirabuzón derecho

Fig. 1-1

El flujo resultante de armadura que se produce en la figura 1-1, la reside

en la llamada zona interpolar, o neutro magnético entre los polos,

perpendicular al flujo de campo principal. Si se giraran los polos de la

figura 1-1a en el sentido de las manecillas del reloj, el neutro magnético

se desplazaría en ese sentido y en la misma cantidad ya que, por

definición, siempre es perpendicular al campo magnético

EFECTOS DE ARMADURA SOBRE EL FLUJO DE

CAMPOHay desde luego, dos fuerzas magnetomotrices primarias y flujos que

trabajan en la dínamo de la figura 1-1a. Uno es el flujo de armadura,

que se acaba de describir en la sección 1-2, y el otro es el flujo de

campo producido por los devanados de campo alrededor de los polos

N y S de la máquinas bipolar

Fig.1-2 Interacción de los flujos de armadura y de campo para desplazar

La interacción de esos dos flujos se muestra en la figura 1-2. El flujo dearmadura se muestra en la figura 1-2a, con su fasor de campomagnético resultante ᶲa , producido por la fuerza magnetomotriz de laarmadura ( I. a N a ) : El flujo de campo principal se muestra en la figura1-2b con su fasor ᶲr producido por la fuerza magnetomotriz de campo (If Nf ). La suma fasorial de las dos fuerzas magnetomotriz aparece en lafigura II-c como el flujo resultante ᶲr. Obsérvese que en esa figura elflujo de campo que entra a la armadura no sólo esta desplazado, sinodistorsionado.

El corrimiento ha originado que el neutro magnético se desplace en elsentido de las manecillas del reloj, conservándose perpendicular al flujode campo resultante. La distorsión que se muestra en la figura 1-2c haproducido una concentración del flujo (aumento de la densidad delflujo) en un extremo polar, y una reducción del flujo ( menor de ladensidad de flujo) en el otro extremo del mismo polo.

El diagrama fasorial de la figura 1-2c podría dar la impresión de que elflujo resultante ᶲ, es ahora mayor que el flujo original de campo ᶲf,habiendo sido aumentado por el flujo perpendicular de la armadura ᶲa,.

Sin embargo, esto no es cierto debido al efecto de la saturación de unode los extremos polares de cada polo.

Suponiendo que los polos estuvieran saturados normalmente, el efecto

de un desplazamiento del neutro magnético es crear una trayectoriade mayor reluctancia para el flujo resultante ᶲr, y una mayor saturación

de parte de cada uno de los polos. Por tanto, el efecto neto de la

reacción de armadura es doble: (1) una distorsión del flujo de campo

principal en el cual el flujo mutuo en el entrehierro ya no está distribuido

uniformemente bajo los polos, u se ha desplazado el plano neutro, y (“)

una reducción del flujo de campo principal.

En la figura 1-3 se muestra una dínamo Universal multipolar, en el cual se

ve que los conductores de la armadura se mueven con respecto al

campo magnético, o viceversa. Se muestra la dirección de la corriente

en los conductores de armadura, que es la misma que la figura 1-1.

b) Distribución del flujo de armadura , ᶲ a,

producida por la carga, Fig.: 1-2a

a) Distribución del flujo mutuo de entrehierro , ᶲ,

Fig.: 1-2b

c) Distribución del flujo resultante de entrehierro , ᶲ

Fig.: 1-2c

Fig.: 1-3

La figura II muestra la distribución de flujo producida por el flujo decampo ᶲr, bajo los polos N y S, respectivamente. El flujo de armadura ᶲa,

producido por los conductores portadores de corriente en la armadura,

se muestra en la figura 1-3b. Adviértase que el flujo de armadura es

máximo en los planos magnéticos neutros y que su máximo esta

desplazado de 90° con respecto al flujo de campo. Por esta razón, al

flujo de armadura alguna veces se le llama flujo de cuadratura, o de

magnetización cruzada. Esta terminología se puede verificar también

en la figura 1-2, donde el flujo de armadura está en ángulo recto con el

flujo de campo, y lo magnetiza cruzadamente.

La suma gráfica de las dos ondas aparece en la figura 1-3c, donde es

evidente la distorsión de la forma de onda de campo que resulta. La

apariencia de onda casi cuadrada de la distribución del flujo de

campo principal en la figura 1-3a se ha distorsionado debido a la forma

casi triangular de la onda de flujo de armadura. En lugar de ello, tiende

a concentrarse hacia el lado derecho de cada polo. Dado que este

aumento en la saturación, o en la densidad de flujo del lado derecho

de cada polo esta producido sólo por la dirección de la corriente de

armadura, es independiente de (1) la dirección del giro (2) de si la

dinamo es motor o generador, y (3) de si la dinamo es de ca o cd.

Un análisis armónico de las ondas indicarían también una reducción delefecto sustractivo que produce el flujo de armadura sobre el flujo decampo principal, haciendo caso omiso de los efectos de la saturación. Estamisma onda de flujo resultante ᶲ, se puede demuestra en el laboratorio, conun generador especial que cuente con una bobina exploratoria dearmadura cuyos extremos se hayan sacado a unos anillos rozantes. Lanaturaleza del voltaje que se induce en esta bonina bajo carga puederevisarse en un osciloscopio. Las mediciones del laboratorio indican unareducción en el flujo mutuo resultante en el entrehierro, deaproximadamente 1 a 5 por ciento, desde sin carga o en vacío, hastaplena carga, como resultado de la reacción de armadura.

DESPLAZAMIENTO DEL PLANO NEUTRO EN NEL GENERADOR COMPARADO CON EL MOTOR

El desplazamiento del neutro con carga mostrado en la figura 1-3c de suplano neutro original mostrado en las figuras 1-1, 1-2 y 1-3a puede tenerserios efectos tanto en el funcionamiento del generador de cd como delmotor de cd.

Por ejemplo en el caso de un generador de cd la bobina cuyos

conductores están marcados con x-x se encuentra originalmente en el

plano neutro (Fig. 1-3), y por tanto no experimenta cambio en los

eslabonamientos de flujo. Como consecuencia de esto, esta bobina

estará normalmente cortocircuitada por las escobillas.

En la figura 1-3c, sin embargo, si las escobillas permanecen en el plano

neutro original, la bobina que esta siendo conmutada (cortocircuitada)

está experimentando la mayor variación en eslabonamiento de flujo en

comparación con cualquier otra bobina

Si los conductores cruzan el flujo estando conectados en cortocircuito

por las escobillas, el voltaje que se induce en ellos puede ser suficiente

para producir una fuerte corriente de circulación y chisporroteo en las

escobillas cada vez que una bobina nueva llega al lugar de la bobina

x-x-. Además, como las escobillas de un generador de cd se colocaron

(sección 2-11, figura 2-9a) en un punto mínimo en la bobina, pero de

trayectoria de máximo voltaje, es obvio que se deben desplazar al

nuevo neutro.

Magnético para obtener voltaje máximo, pero, ¿en cuál dirección? Puestoque no se especifico la dirección del giro en la descripción anterior, surge lapregunta de cómo se deben correr las escobillas en un motor o generador,en términos de la dirección de giro.

En la figura 1-4a se muestra un generador de cd, en el cual los conductoresde armadura giran en el sentido de las manecillas del reloj por acción de unprimomotor. Mediante la regla de la mano derecha, que es la que seindica. Bajo carga, la fuerza magnetomotriz de armadura produciría un flujoresultante como el que se indica, y el neutro bajo carga también sedesplazaría en la dirección de las manecillas del reloj, que es la direcciónde rotación que se indica en la figura.

Fig.: 1-4 Comparación del desplazamiento del neutro de carga para el generador y el motor, misma dirección de giro

En la figura 1-4b se muestra un motor de cd, y la dirección de la corrienteque produce el voltaje de la armadura en los conductores de ésta sediseña para que produzca rotación en el sentido de las manecillas del reloj(regla de la mano izquierda). El flujo de armadura que producen estosconductores (regla del sacacorchos derecho) producirá un efecto tal sobreel flujo de campo que el flujo resultante y su neutro perpendicular bajocarga se desplazan en el sentido contrario al de las manecillas del reloj, elsentido contrario del giro que se indica en la figura. También, adviértaseque en el caso del generador, el flujo siempre se concentra en laextremidad polar de salida, o en la zaga del extremo polar; es decir elúltimo extremo polar encontrado por un conductor en una armadura enmovimiento; mientras que para un motor, la densidad de flujo es mayor enla extremidad polar de entrada.

Estamos en un dilema: si se hace funcionar una dínamo de cd comogenerador, es necesario avanzar las escobillas en la dirección del giro amedia que aumenta la carga. Si ha de trabajar como motor, será necesariomover las escobillas contra la dirección del giro, al aumentar la carga. Elfabricante se da prefecta cuenta de que el cliente podría usar una dínamode cd dada en aplicaciones tanto de motor como de generador. Además,el cliente no deseas preocuparse de los detalles de desplazamiento de losneutros de escobillas. Es claro que se necesita determinado medio decompensación de la reacción de armadura para evitar la necesidad dedesplazar las escobillas, tanto cuando cambia la aplicación como cuandocambia la carga

«Un análisis armónico completo queda fuera del alcance de este texto.Para nuevos fines se puede suponer que la curva de ɸf es una ondacuadrada y que la de ɸa es onda triangular, desplazadas 90° entre si.La ecuación para la onda cuadrada ɸf es:

La ecuación para ɸa es de onda triangular:

Ya que ambas ondas sólo contienen armónicas impares, la ondaresultante debe contener armónicas pares. El hecho de que la ondaresultante presente simetría de “imagen de espejo” indica la ausenciade armónicas pares. El hecho de que la onda resultante no presentesimetría en el eje Z indica la presencia de armónicas impares ya que noestán a 0 a 180 con respecto a la fundamental, lo cual se debeobviamente al desplazamiento de 90° del flujo de armadura conrespecto al flujo de campo. Debido a que los términos armónicosnegativos de ɸa se restan de los positivos ɸf, disminuye el flujo resultanteɸr.

COMPENSACIÓN PARA REACCIÓN DE

ARMADURA EN LOS DINAMOS DE DC

Es obvio que no puede uno atender una dínamo en forma continua ydesplazar las escobillas de acuerdo con las variaciones de carga y lasaplicaciones (como generador o como motor). Es necesario un métodoautomático en el cual se compensen los efectos de la reacción dearmadura o en el cual se neutralicen los factores que la causan.

A continuación describiremos algunos de los diversos métodos decompensación de los efectos de la reacción de armadura.

EXTREMOS DE POLOS DE GRAN RELUCTANCIA

Como se muestra en la figura 1-4 la densidad de flujo aumenta en laextremidad polar de salida en el caso de un generador, y en laextremidad polar de entrada si se trata de un motor. En cada caso, laconcentración del flujo ocasiona un desplazamiento del neutromagnético al entrar el flujo a la armadura.

Si se pudiera evitar que la densidad de flujo aumentara en cualquiera

de las extremidades polares, se resolvería la situación porque el flujo

entraría a la armadura sin desplazar al plano neutro. Esta técnica se

muestra en la figura 1-5a, en el cual el centro del polo está más cerca

de la circunferencia periférica de la armadura que de las extremidades

polares. Con este método, la superficie redondeada de la zapata polar

no es concéntrica con la superficie de la armadura: el círculo de la

primera es mayor que el de la segunda. La mayor reluctancia en las

extremidades, debido al mayor entrehierro, forza al flujo de campo a

concentrarse al centro de los núcleos de los polos de campo.

También se logra un resultado semejante, como se muestra en la figura

5-5b, al armar las laminaciones del polo de campo; las mismas

laminaciones troqueladas se invierten alternadamente. El efecto es

producir una sección transversal, como se muestra, en la cual el centro

del núcleo del polo tiene más entrehierro que los extremos polares de

entrada o salida, y por tanto, menos reluctancia al centro. Esto produce

un efecto semejante al que se muestra en la figura 1-5a, evitando que

se desplace el flujo de campo principal y el plano neutro.

Otra técnica de fabricación es tratar de tener una reducción en el flujo

de armadura sin reducir el flujo de campo principal. El método que se

emplea en este caso es crear una alta reluctancia en el trayecto del

flujo de armadura, de magnetización cruzada o cuadratura, sin afectar

materialmente la trayectoria del flujo de campo principal.

Figura. 1-5 Empleo de laminaciones biseladas para contrarrestar los efectos de la reacción de armadura

Figura. 1-6 Empleo de laminaciones ranuradas para reducir el flujo y la reacción de armadura

Mediante el empleo de laminaciones troqueladas en forma de ranura

de los núcleos polares, como se indica en la figura 1-6, se introducen

varios entrehierros en la trayectoria de flujo magnético en la armadura

sin afectar materialmente la trayectoria de flujo de campo. Así, se

reduce bastante el flujo de armadura, pero el flujo de campo queda

esencialmente sin variar. Biselando las laminaciones de campo, como

se muestra en la figura 1-6a, se puede usar con mucha eficacia y sin

gran costo la combinación de los dos métodos que se describieron en

la sección 1-1.1 porque sólo se necesita un dado un poco mas

complicado para troquelar las laminaciones de campo.

DEVANADOS DE COMPENSACIÓN

Las dos técnicas mecánicas que se acaban de describir tiene una

desventaja principal porque no contrarrestan los efectos de las altas

corrientes y fuerzas magnetomotrices de armadura debidas a grandes

cargas. En las dinamos grandes de cd, aun las que tienen superficies

polares biseladas y laminaciones de campo ranuradas, las grandes

corriente de armadura producen el suficiente flujo magnético para

tener una distorsión de flujo en el entrehierro, y el desplazamiento

consecuente del neutro magnético.

Por tanto, en las grandes dínamos se emplea un método eléctrico en

el cual se neutraliza o contrarresta el flujo de armadura, mediante un

devanado en el circuito de armadura, cuyo efecto varía con la

corriente de ésta. Al devanado se le llama devanado de

compensación, devanado de cara polar, o devanado de Thomson

Ryan, en honor de sus diseñadores.

Como se muestra en la figura 1-7, el devanado se inserta en ranuras de

la cara de las zapata polar estacionaria. No es necesario tener el mismo

número de ranuras o conductores en el devanado de compensación,

que de conductores en la superficie de armadura. El hecho importante

es que el número de conductores en cada cara polar multiplicado por

la corriente de línea o de armadura, debe ser igual al número de

conductores de cada polo multiplicado por la corriente en los

conductores de armadura por trayectoria. Esta equivalencia en la

fuerza magnetomotriz se expresa mediante la siguiente ecuación

1-1

Figura 1-7 Empleo del devanado de compensación para neutralizar la fuerza magnetomotriz de armadura

1-2

«Dado que los conductores equivalen a una vuelta de hecho la ecuación(1-1) establece que la fuerza magnetomotriz de la cara polar (Il Np)contrarresta a la fuerza magnetomotriz de los conductores de armadura (IaNa). Se puede calcular el número de conductores de compensación en lacara mediante la ecuación (1-1) o (1-2).»

La acción de los conductores de cara polar, como se dijo antes y comoaparece en la figura 1-7 es producir una fuerza magnetomotriz igual yopuesta a la de armadura. De hecho, el devanando de compensacióndesmagnetiza o neutraliza el flujo de armadura que producen losconductores de ésta que pasan bajo los polos. Si la carga aumenta odisminuye, la corriente en el circuito de armadura y en el devanado decompensación variara en proporción exacta con la fuerza magnetomotrizde la armadura de modo que ésta se neutraliza, teóricamente, para todaslas condiciones de carga.

Obsérvese en la figura 1-7 que el devanado de compensación produceuna fuerza magnetomotriz igual y opuesta a la que producen losconductores de armadura, excepto en la zona interpolar. Así, la fuerzamagnetomotriz que producen los conductores y-y y x-x no la compensan losconductores de la cara polar. Más adelante se demostrara (véase sección1-7) que algo del flujo que se produce en los interpolos también se usa parareducir la reacción de armadura en la zona interpolar

Debido a las razones expuestas en la sección 1-8, la compensación de

la reacción de armadura sólo se hace con las dínamos de cd. La

reacción de armadura nunca se compensa en las máquinas de ca

porque empeoraría el desempeño bajo ciertas condiciones de carga y

de factor de potencia. El lector debe darse cuenta de que los

devanados de compensación y los interpolos (véase sección 1-7) son

dispositivos que se usan para mejorar la eficiencia de los dínamos

grandes de cd.

También se usan los devanados compensadores en los motores

pequeños de cd que tienen ciclos de trabajo pesados, por ejemplo

cortos periodos de sobrecarga sostenida y/o inversiones de dirección

y/o aceleración rápida desde el reposo hasta la velocidad nominal. Por

este motivo, los motores serie de cd que se usan como motores de

trenes eléctricos o vehículos eléctricos invariablemente cuentan con

devanados de compensación

PROCESO DE CONMUTACIÓN EN LAS

MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUADesafortunadamente, mientras que el devanado de compensación

neutraliza la fuerza magnetomotriz de la armadura que producen

aquellos conductores que quedan directamente bajo los polos no

neutraliza la que producen los conductores que quedan en la región

interpolar (x-x- y y-y- en la figura 1-7).

Estos conductores siguen produciendo un flujo de armadura demagnetización cruzada que no está compensado. Aun se presentarían losefectos de chisporroteo y sobrecalentamiento de las escobillas en lasdínamos grandes que sólo usaran devanados de compensación de carapolar. Estos efectos se deben a lo siguiente:

A los conductores de armadura sin compensación en la regióninterpolar.

Al proceso mismo de conmutación, que veremos ahora.

Como se muestra en la figura 1-7 para todas las dínamos, los conductoresde armadura bajo un polo dado tendrán una cierta dirección de corriente;y cuando se mueven bajo un polo opuesto, se invierte la dirección de lacorriente. Todas las dínamos de cd y algunas de ca están equipadas deconmutadores. El objeto del conmutador y sus escobillas asociadas es:

En el caso de un generador, cambiar la corriente alterna que se generaa corriente directa externa; o bien, en el caso de un motor, cambiar lacorriente directa, que se aplica externamente, en corriente alternacuando se mueven los conductores pasando alternativamente bajo lospolos opuestos, para producir la rotación en el mismo sentido.

Lograr una transferencia de corriente entre una armadura móvil y lasescobillas estacionarias

En la figura 1-8 se muestra el paso de la corriente entre las bobinas, los

segmentos o barras del conmutador, y una escobilla, para el caso de

un generador de cd. Este generador en especial tiene un devanado de

armadura que produce dos trayectorias.

Figura 1-8 Trayectoria de corriente en un generador de cd.

BIBLIOGRAFIA

http://books.google.co.ve/books?id=5hJzpimPyXQC&pg=PA148&lpg

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0por%20la%20corriente%20de%20armadura&f=false