Unidad 2 generadores de cd y ca

LAS MAQUINASLAS MAQUINAS
ELECTRICASELECTRICAS

• UNIDAD 2 GENERADORES DE CD Y CA

MAQUINA LINEAL DE CCMAQUINA LINEAL DE CC
Las máquinas de corriente continua (cc) se caracterizan
por su versatilidad. Debido a la facilidad con la que se
pueden controlar; a menudo se usan sistemas de
máquinas de cc en aplicaciones donde se necesita una
amplia gama de velocidades de motor o de control de la
potencia de éste.

las máquinas de corriente continua generan en
primera instancia corriente alterna después la
existencia de un mecanismo convierte los
voltajes internos de corriente alterna en voltajes
corriente continua en los terminales. Este
mecanismo se llama colector, y por ello las
máquinas de corriente continua se conocen
también como máquinas con colector.
Para explicar el funcionamiento de las maquinas
eléctricas de corriente continua, se hace a partir
de cuatro ecuaciones fundamentales:

Ecuación para el voltajeEcuación para el voltaje
La ecuación para el voltaje inducido en un
alambre que se mueve en un campo
magnético es:
• eind = ( v x B ) . L
• Donde:
• eind = voltaje inducido en el alambre
• v = velocidad del alambre
• B = vector de densidad de flujo magnético
• l = longitud del conductor en el campo
magnético

Ecuación para la fuerzaEcuación para la fuerza
La ecuación para la fuerza en un alambre en
presencia de un campo magnético es:
• F = i ( l x B )
• Donde:
• F = Fuerza en el alambre
• i = corriente que fluye en el alambre
• l = longitud del alambre en dirección del flujo de
corriente
• B = vector de densidad de flujo magnético

Ley del voltaje de kirchhoffLey del voltaje de kirchhoff
• La ley del voltaje de kirchhoff para la
maquina lineal de cc es:
• vB – iR – eind = 0
• vB = eind + iR

Ley de newtonLey de newton
La ley de newton para la varilla atravesada
en la carrilera :
• Fnet = ma

VB
R generador
F ind. e ind.
F apl.
Circuito de la maquina linealCircuito de la maquina lineal

• La dirección de la fuerza inducida se
explica por la regla de la mano derecha.
Esta fuerza inducida se opone a la fuerza
aplicada a la varilla

Funcionamiento de la maquina linealFuncionamiento de la maquina lineal
como generadorcomo generador::
• 1.-Una fuerza F se aplica en la dirección
del movimiento : F neta está en la misma
dirección .
• 2.-La aceleración a= F neta/m es positiva
,por lo cual la varilla se acelera y la
velocidad aumenta.

3.El voltaje (eind) = v (en aumento) Bl
aumenta y por tanto :
i = (eind)(aumenta)- Vb)/R (también aumenta.)
4- La fuerza inducida F ind = i(aumenta ) l B
aumenta hasta que Find = F carga a una mayor
velocidad v.
5.Una cantidad de potencia mecánica igual a
Find v convirtiéndose ahora en potencia
eléctrica (e ind) ( i ) y la máquina esta actuando
como generador.
Pconv= eind I =Find v

Comportamiento en forma de motor:
1.Una fuerza Fcarga aplicada en
sentido contrario a la dirección del
movimiento causa una Fneta opuesta a la
dirección del movimiento.
2. La aceleración resultante (a=Fneta)/m
es negativa y por consiguiente la varilla se
desacelera (v) disminuye.
3. El voltaje (e ind ) = (v disminuye ) B l
baja y por lo tanto i= (Vb – e ind) / R
aumenta.

4. La fuerza inducida Find=i(en
aumento)lB aumenta hasta /Find/=
/Fcarga/ a una velocidad menor v.
5. Una cantidad de potencia eléctrica
igual a e ind se convierte ahora en
potencia mecánica igual a Find Y la
máquina esta actuando como motor.
Pconv= Tindω

Un motor real de CC en derivación se
comporta exactamente de la misma forma
cuando está con carga: cuando una carga
se aplica al eje, el motor comienza a
desacelerarse, lo cual reduce su voltaje
interno y aumenta su flujo de corriente, El
flujo de corriente que aumenta. Incrementa
a su vez el momento de torsión inducido y
éste igualará el momento de torsión de la
carga del motor con una velocidad nueva y
menor.

ELEMENTOS DE UNA MAQUINA DE C.D
Una maquina rotatoria es generador si convierte energía
mecánica en energía
eléctrica, y es motor si convierte energía eléctrica en
energía mecánica. la misma maquina se puede usar
como un motor o como un generador
Cuando una maquina trabaja como un motor se aplica
corriente directa al embobinado estacionario (estator) para
producir un campo magnético y es aplicado cd también a la
armadura, entonces este girara bajo el efecto de la corriente
y el campo magnético teniendo así: F= i ( l x B).
Si se desea trabajar la maquina como un generador
entonces se mantiene el campo magnético y se transmite
energía mecánica a la flecha de la armadura por medio de
un primotor o un dispositivo auxiliar que le proporcione
dicha energía. En este caso se tiene: E = (B x l ) · v

-En un generador el campo magnético es fijo y la armadura es la que gira.
-La espira gira en el sentido de las manecillas del reloj, teniendo una velocidad
constante.
FEM INDUCIDA EN UNA MAQUINA DE CD
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
DEL GENERADOR DE CDDEL GENERADOR DE CD

De acuerdo a la figura anterior la espira gira dentro de un campo magnético en
sentido de las manecillas del reloj, cortando las líneas de campo induciendo voltaje
de diferentes magnitudes de acuerdo a la posición de la espira . Asi, en las
posiciones 1, 5 y 9, las líneas de campo son perpendiculares a los conductores de la
espira por lo que el voltaje es cero. En las posiciones 3 y 7 el voltaje inducido es
maximo, donde las lineas de campo y los conductores son paralelos.
La FEM inducida en la espira es alterna si la queremos recolectar lo hacemos
mediante anillos rozantes ,en este caso el generador se llama de corriente alterna o
alternador.
-Si se tratara de un generador de C.D. seria necesaria rectificar la corriente de la
espira con un colector con escobillas.
-El flujo depende de los amperes-vueltas y como las vueltas permanecen
constantes, esta dependerá exclusivamente de la intensidad corriente de campo.

Bien sea que la máquina funcione como un motor o como
generador la fuerza inducida (función motora) o como el
voltaje inducido (función generadora) están siempre
presentes, es solamente la dirección relativa de las fuerzas
externas con relación a la dirección del movimiento la que
determina si la máquina se comporta como motor o como
generador.
Otra Observación es::
Esta máquina se comporta como generador cuando se
mueve rápidamente y como motor se mueve lentamente pero
se moverá en la misma dirección, solamente hay un
pequeño cambio en la velocidad de funcionamiento y una
inversión en el flujo de la corriente.

Expresion de la femExpresion de la fem
Sabemos, que se produce voltaje inducido cuando hay
variación del flujo respecto al tiempo: e = dΦ/dt.
En cada vuelta el rotor corta el flujo de cada polo, tal que si la
maquina tiene P polos la fem será P veces mayor : ∆Φ=P Φ.
Si el rotor gira n revoluciones por minuto, cada vuelta tendrá
un tiempo: dt= 1/n minutos, dt= 60/n en segundos.
Si Z es el numero de conductores activos del rotor y a el
numero de ramas en paralelo ( dado que en la practica no se
pueden sumar las fems de todos los conductores repartidos en
la periferia del rotor, formándose ramas en paralelo):
E=P ΦnZ/a 60 o E= K Φn,
k es la constante del fabricante

Proceso de conmutaciónProceso de conmutación
En un generador, internamente se genera corriente alterna ,
ya que los conductores de la armadura, la corriente se invierte
periódicamente , cuando los cables se mueven al cortar líneas
de campo magnético bajo los polos norte y sur.
En la figura, el conmutador es un anillo partido en dos
segmentos, y las escobillas están en contacto con ellos, en la
parte superior e inferior. El conductor mn, está conectado
permanentemente al semianillo X y el conductor pq esta
conectado permanentemente al semianillo Y, el anillo cortado
gira con la bobina mnpq.
Cuando el conductor mn se mueve hacia abajo y corta el flujo
bajo el polo norte, el semianillo X será negativo, al mismo
tiempo, el conductor pq se moverá hacia arriba y cortará bajo
el polo sur, haciendo el semianillo Y positivo.

La escobilla superior será positiva, la inferior será negativa. La
corriente en la carga será de A hacia B. En la siguiente mitad
de revolución, el conductor mn cambiará de lugar con el
conductor pq bajo los polos , este cambio hará que el voltaje
generado en los dos conductores cambien su posición. El
semianillo X se moverá a la posición superior, mientras que el
semianillo Y estará en la parte inferior.
Los voltajes inducidos en mn y pq cambian su dirección , los
anillos a los cuales están conectados, automáticamente
cambiaran su posición bajo las escobillas estacionarias, así la
corriente a través de la resistencia de carga siempre será de A
hacia B. La magnitud de la corriente cambiará cuando los
conductores mn y pq ocupen diferentes posiciones bajo los
polos, pero no habrá inversión de corriente a través de la
carga. La corriente rectificada suministrada por cada bobina,
pulsa tantas veces por revolución como numero de polos
existan en la máquina y hay tantas escobillas como numero
de polos.

Las escobillas están interconectadas, un grupo de escobillas
alternadas se unen para formar la terminal positiva y el otro
grupo de escobillas se une para formar la terminal negativa.
Cuando varios alambres se unen adecuadamente para
combinar sus efectos aditivamente , incrementan el voltaje y
las pulsaciones dan una onda mas plana es decir , cuando se
incrementa el número de alambres (espiras) en la armadura,
la onda de voltaje externo entre las escobillas, se aproxima a
una línea invariante que se aproxima al voltaje de CD
suministrado por una batería.

COMPONENTESCOMPONENTES
ESTATORROTOR

PIEZAS DEL ROTORPIEZAS DEL ROTOR
• EJE
• NUCLEO
• DEVANADO
• COLECTOR

EL ESTATOREL ESTATOR
• ARMAZON
• IMAN
PERMANENTE
• ESCOBILLAS

Partes principalesPartes principales

REACCIÓN DE INDUCIDO
Si el campo magnético de los embobinados de una maquina de cc están
conectados a una fuente de potencia y al rotor de la maquina lo hace girar una
fuente externa de potencia mecánica, entonces se inducirá un voltaje en los
conductores del rotor, este voltaje será corregido a una salida de cc, por la
acción del colector de la maquina. El flujo principal de una dinamo está
producido por las bobinas de la excitación colocadas en las masas polares.
Este flujo lleva dirección norte-sur y da lugar a una línea neutra perpendicular
al eje de los polos.
Y si se conecta una carga a los terminales de la maquina y una corriente fluiría
en los bobinados del inducido. El flujo de corriente producirá un campo
magnético propio, que distorsionara el campo magnético original de los polos
de la maquina; Cuando los conductores del inducido son recorridos por una
corriente eléctrica, producen un campo magnético que, según la regla del
sacacorchos, es perpendicular al flujo principal
La distorsión del flujo en una maquina en la medida en que la carga se va
incrementando se denomina reacción de inducido.

El campo transversal debido a la reacción
de inducido se suma vectorialmente al
flujo principal, dando como fruto un campo
magnético resultante cuya línea neutra
queda desviada de la original.

EFECTOS NO DESEADOS DE LA REACCIÓNEFECTOS NO DESEADOS DE LA REACCIÓN
DEL INDUCIDODEL INDUCIDO
La presencia de este tipo de reacción aporta un conjunto
de inconvenientes en el funcionamiento de la maquina y
que se concreta en lo siguiente:
Deformación del campo magnético en la maquina, lo
que da origen al desplazamiento de la línea neutra
teórica
Aumento considerable de las perdidas en el hierro al
existir una mayor densidad de flujo
Disminución del flujo útil originado una menor f.e.m.
inducida

Además, la desviación de las escobillas en el mismo
sentido de giro de la dinamo. Tiene el inconveniente de
variar el ángulo para cada corriente de inducido, por lo
que sólo será adecuada para una corriente determinada.
Disponer polos de compensación en la culata del
generador haciendo circular por ellos la corriente de
inducido, de tal forma que se produzca un campo
transversal del mismo valor y sentido contrario al de la
reacción de inducido.

En máquinas de gran potencia, aparte de los polos deEn máquinas de gran potencia, aparte de los polos de
conmutación se coloca en ranuras de los polosconmutación se coloca en ranuras de los polos
principales un devanado compensador en serie con elprincipales un devanado compensador en serie con el
inducido para eliminar las distorsiones del campoinducido para eliminar las distorsiones del campo
principal debidas al flujo transversal.principal debidas al flujo transversal.

PERDIDAS EN LAS MAQUINAS DE CC
1. PERDIDAS ELÉCTRICAS O DEL COBRE.
2. PERDIDAS EN LAS ESCOBILLAS.
3. PERDIDAS EN EL NÚCLEO.
4. PERDIDAS MECÁNICAS.
5. PERDIDAS DIVERSAS.

PERDIDAS ELÉCTRICAS O DEL COBRE.
ESTAS SON LAS PERDIDAS QUE OCURREN EN EL
INDUCIDO Y LOS EMBOBINADOS DE CAMPO DE LA
MAQUINA Y SE EXPRESAN POR:
Perdida en el inducido
armaduradeaResistenciR
armadura.deCorrienteI
inducido.elenPerdidaP
RIP
A
A
A
A
2
AA
=
=
=
=
Perdida en el campo
campo.deaResistenciR
campo.deCorrienteI
campo.decircuitodelPerdidaP
RIP
F
F
F
F
2
FF
=
=
=
=

PERDIDAS EN LAS ESCOBILLAS.
SON LAS QUE SE CAUSAN A TRAVÉS DEL CONTACTO
POTENCIAL EN LAS ESCOBILLAS DE LA MAQUINA. SE
OBTIENE LA ECUACIÓN.
.escobillaslasenvoltajedeCaidaV
armadura.deCorrienteI
escobilla.laenPerdidaP
IVP
BD
A
BD
ABDBD
=
=
=
=

Perdidas en el núcleo.
Las perdidas en el núcleo son las perdidas por histéresis y las
perdidas por corrientes parasitas que ocurren en el metal del motor.
Perdidas mecánicas.
Las perdidas mecánicas en una maquina de cc están asociadas con
los efectos mecánicos. Hay dos tipos básicos de perdidas mecánicas,
fricción y fricción con el aire.
Perdidas diversas.
Son las perdidas que no pueden clasificarse en ninguna de las
categorías anteriores. Para la mayor parte de las maquinas, estas
perdidas se toman convencionalmente como del 1% de la carga plena.

Con excitación independiente
Generadores Serie
Autoexcitada En derivación
Compuesto
Clasificación general
De las
Máquinas de C.D.
Con excitación independiente
Motores En derivación
Autoexcitada Imán
permanente
Serie
Compuesto

GENERADORES DE CCGENERADORES DE CC
Hay 5 tipos principales de generadores de cc, que se clasifican según la forma
en que se produce su flujo de campo:
Generador con excitación externa.- El flujo de campo se origina en una
fuente de potencia externa, independiente del generador en sí mismo.
Generador en derivación.- El flujo de campo se obtiene al conectar el
circuito de campo directamente a través de los terminales del generador.
Generador serie.- El flujo de campo se produce conectando el circuito de
campo en serie, con el inducido del generador.
Generador compuesto acumulativo.- En este tipo de generador, tanto el
campo en derivación como el campo en serie están presentes y sus efectos
se suman.
Generador compuesto diferencial.- En éste, tanto el campo en derivación
como el campo en serie se encuentran presentes, pero sus efectos se
restan.
Estos tipos de generadores de cc se diferencian en la característica de sus
terminales (voltaje – corriente) y por consiguiente, en las aplicaciones en
que se van a utilizar.

Los generadores de cc se comparan según sus voltajes, potencia nominal,
eficiencias y regulaciones de voltaje. Las regulaciones de voltaje (RV) se establecen
mediante la siguiente ecuación:
Una RV + es una característica descendente y – es ascendente
%100*
PC
PCSC
V
VV
RV
−
=
Donde:
Vsc
= Voltaje del Terminal del generador sin carga
Vpc
= Voltaje del Terminal del generador en plena carga
Los polos salientes producen un campo
magnético principal para la máquina, este
campo es fijo en el espacio y así mismo
varia con el tiempo, excepto durante las
perturbaciones transitorias.
Las corrientes en las bobinas de
la armadura son alternas, pero la
combinación conmutador –
escobillas controla la distribución
de corrientes y produce un
campo magnético.
Este campo magnético es constante
en el espacio y en el tiempo; está
normalmente en cuadratura (90°),
con el campo principal.

La disminución de voltaje de las
escobillas se representa por una batería
pequeña Vescobilla cuya polaridad esta en
sentido contrario a la dirección del flujo de
corriente de la máquina. Las bobinas de
campo, que producen el flujo magnético
en el generador se representan por el
inductor LF y la resistencia RF, La
resistencia separada Rnj representa una
resistencia variable externa que se usa
para controlar la cantidad de corriente en
el circuito de campo.
El circuito inducido se representa por
una fuente de voltaje ideal EA y una
resistencia RA. Esta representación
es realmente el equivalente Thevenin
de toda la estructura del rotor,
incluyendo las bobinas, los polos
auxiliares y los embobinados de
compensación.
La caída de voltaje en las escobillas es sólo
una mínima fracción del voltaje generado en
una máquina. Por tanto, en algunos casos, la
caída de voltaje en las escobillas se puede
dejar por fuera o incluida en el valor de RA.
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GENERADOR DE CCCIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GENERADOR DE CC

Circuito equivalente simplificado
de un generador de cc, con RF
combinando las resistencias de
las bobinas de campo y la
resistencia variable para control
A veces, la resistencia interna de las bobinas de
campo se agrupan junto con la resistencia
variable y el total se llama RF. Una tercera
variación consiste en que algunos generadores
tienen más de una bobina de campo, todas las
cuales aparecen en el circuito equivalente.

El voltaje EA generado en el
interior de un generador de
cc se expresa: EA = Kφω
EA es directamente
proporcional al flujo del
generador y a su
velocidad de rotación.
La corriente de campo en un
generador produce una fuerza
magnetomotriz de campo dada
por:
F = NF IF
Esta origina un flujo en la
máquina, de acuerdo a su
curva de magnetización
La corriente de campo es
directamente proporcional a
la fuerza magnetomotriz y
como EA es directamente
proporcional al flujo, se
representa la curva de
magnetización de un
generador como una gráfica
de EA contra la corriente de
campo para una velocidad ω
Si se quiere conseguir la
potencia máxima posible por
libra de pero de la máquina, la
mayor parte de los generadores
y de los motores se diseñan
para que funcionen cerca del
punto de saturación de la curva
de magnetización, por lo que
con frecuencia se necesita un
significativo aumento de la
corriente para lograr un
pequeño aumento en EA
cuando esta funcionando casi a
plena carga.
CURVA DE MAGNETIZACIÓN DE UN GENERADOR DE CCCURVA DE MAGNETIZACIÓN DE UN GENERADOR DE CC

GENERADOR CON EXICTACIÓN EXTERNAGENERADOR CON EXICTACIÓN EXTERNA
Es un generador al que
se le suministra una
corriente de campo,
desde una fuente de
voltaje de cc exterior.
El voltaje VT representa
el voltaje real medido en
los terminales del
generador y la corriente IL
representa la corriente
que fluye por las líneas
que conectan dichos
terminales. El voltaje
generado internamente
es EA y la corriente del
inducido es IA.
Se entiende que la
corriente del inducido
es igual a la corriente
que circula por la
línea del generador
con excitación
externa.
IA = IL

Característica del Terminal de un generador de cc con excitaciónCaracterística del Terminal de un generador de cc con excitación
externaexterna
La característica Terminal
de un aparato es un
diagrama de las variables
de salida, enfrentadas unas
a otras.
Para un generador de
cc, las variables de
tensión en los bornes y
la corriente de la línea.
La característica Terminal
de un generador con
excitación externa es, un
diagrama de VT frente a IL
para una velocidad
constante ω. Según las
leyes de Kirchhoff, la
tensión en los terminales
es:
VT = EA – IARA
El voltaje generado
interiormente es
independiente de IA, la
característica Terminal
del generador con
excitación externa es
una línea recta.
Si la carga que suministra el
generador se incrementa,
aumenta IL, y por consiguiente
IA.
Y si la corriente del inducido va
en aumento, también la caída de
IARA, entonces el voltaje en los
terminales del generador
disminuye.

Control de la tensión en los bornesControl de la tensión en los bornes
La tensión en los bornes de
un generador de cc con
excitación externa se puede
controlar mediante el cambio
de voltaje generado interno EA
de la máquina.
Según la Ley de Kirchhoff.
VT = EA – IA RA, por lo
que si EA aumenta, VT
aumentará, y de igual
forma inversamente.
Característica Terminal de
un generador de cc con
excitación externa:
Con embobinado de
compensación
Sin embobinado de
compensación

Hay dos formas para controlar el voltaje en este generador:
Cambio de la velocidad
de rotación:
Cambio de la corriente
de campo:
Si ω aumenta, entonces
EA = Kφω se incrementa
y VT = EA – IA RA, también
se aumenta.
Si RF disminuye, entonces la corriente
de campo aumenta (IF = VF / RF ).
Por lo que el flujo φ en la máquina se
incrementa. Mientras, EA = Kφω ω.
También debe subir, así que VT = EA –
IA RA, también se incrementa.
Generador de cc con
excitación externa con
carga progresiva.
Efecto de la disminución de la
resistencia de campo sobre el
voltaje de salida del generador

GENERADOR DE CC EN DERIVACIÓNGENERADOR DE CC EN DERIVACIÓN
Este provee su propia corriente de campo, conectando el campo a sus terminales.
En el circuito, la corriente
del inducido suministra
tanto el circuito de campo
como la carga conectada a
la máquina:
IA = IF + IL
La ec. Según la Ley
de Kirchoff, para el
cto. Inducido de esta
máquina
VT = EA – IA RA
Este generador tiene una
gran ventaja sobre el de
excitación externa; y es
que no se necesita una
fuente de potencia externa
para alimentar su circuito
de campo.

Formación de voltaje en un generador en derivaciónFormación de voltaje en un generador en derivación
Depende de la presencia de
un flujo residual en los polos.
Cuando un generador
comienza a girar por primera
vez, se inducirá un voltaje
interno representado por:
EA = K φ residual ω
Si llega a aparecer
voltaje en los terminales,
produciría una corriente
que fluye en la bobina del
campo generador; y está
origina una fuerza
magnetomotriz en los
polos.
Esta fuerza incrementa
el flujo, lo cual causa
un aumento en
EA = K φ ω, que alza el
voltaje Terminal VT.
VT= EA -IA RA
El efecto de la
saturación magnética
en las caras del polo
es lo que
eventualmente limita la
tensión de los bornes
del generador.
En un generador real, el voltaje no se forma en diferentes pasos, más bien tanto EA como IF se
incrementan simultáneamente hasta que alcanzan las condiciones del estado estable.

Hay varias causas para que el voltaje no se
pueda formar durante el arranque, algunas son:
Posibilidad de que no haya
flujo magnético residual en el
generador para que se inicie el
proceso.
fres = 0, entonces EA = 0, el
voltaje nunca se formará.
La dirección de rotación
del generador puede
haber sido invertida o las
conexiones de campo.
La resistencia del campo se
puede ajustar a un valor
mayor que la resistencia
crítica.
El voltaje señalado con R2,
su línea es casi paralela a
la curva de
magnetización. En este
punto, el voltaje del
generador puede fluctuar
ampliamente, con solo
cambios mínimos en R1 o
IA. El valor de la
resistencia se llama
resistencia crítica.
El voltaje de la curva
de magnetización y la
resistencia crítica
varían en función de la
velocidad del eje.

Soluciones para que se forme nuevamente el voltaje durante elSoluciones para que se forme nuevamente el voltaje durante el
arranquearranque
1. Posibilidad de que no hay flujo magnético residual en el generador para
que se inicie el proceso, si tiene este problema, desconecte el campo del
circuito del inducido y conéctelo directamente a una fuente de cc externa,
tal como una batería.
2. La dirección de rotación del generador puede haber sido invertida o las
conexiones del campo pueden haber sido invertidas, puede arreglarse
invirtiendo la dirección del campo o por «centelleo del campo» con la
polaridad eléctrica contraria.
3. La resistencia del campo se puede ajustar a un valor mayor que la
resistencia critica, la solución es reducir Rf.

Se diferencia de la de un generador de cc
con excitación externa en que la cantidad de
corriente de campo en la máquina depende
de su tensión de los bornes.
Tiene el mismo comportamiento
que el generador anterior, sin
embargo, cuando VT disminuye,
la corriente de campo de la
máquina también decrece con
él.
Esto hace que el flujo del
generador se reduzca,
aminorando EA. Atenuar EA,
origina una disminución
adicional de la tensión de
los bornes VT = EA – IA RA.La caída del voltaje es
más pronunciada que la
caída de IARA en un
generador con
excitación externa.
En la regulación de voltaje de este generador es inferior
a la regulación de voltaje del mismo equipo conectado
con excitación externa.
Característica Terminal de unCaracterística Terminal de un
generador de cc en derivacióngenerador de cc en derivación

Hay dos formas de controlar
el voltaje de un generador en
derivación, como el
generador con excitación
externa.
Cambio de la
velocidad del eje
generador.
Cambio de la
resistencia de campo
del generador para, en
esta forma, modificar la
corriente de campo.
Método más usado
para controlar la
tensión de los bornes
en los generadores
reales en derivación.
Si la resistencia de campo RF
disminuye, entonces la corriente
de campo IF = VT/RF aumenta.
Cuando IF se incrementa,
también el flujo de la maquina f.
Control de voltaje del generador de cc en derivaciónControl de voltaje del generador de cc en derivación

GENERADOR DE CC SERIE
• Es aquel cuyo campo esta conectado es serie con su inducido
• el inducido tiene una corriente mas alta que el campo anterior por
lo tanto tendrá solo unas pocas espiras de alambre , y el alambre
que se usa será mucho mas grueso
• Un campo en serie se diseña para tener la resistencia mas baja
posible por que la corriente a plena carga circula por el
• La ecuación de la ley del voltaje de Kirchhoff para esta maquina es
:
Vt= Ea – Ia ( Ra+Rs)

Circuito equivalente delCircuito equivalente del
generador en seriegenerador en serie

Característica terminal del motor serieCaracterística terminal del motor serie
Ecuación de la ley de Kirchhoff:Ecuación de la ley de Kirchhoff:
En vacío no hay corriente de campo por lo que disminuye dadoEn vacío no hay corriente de campo por lo que disminuye dado
por el flujo residual de la maquina.por el flujo residual de la maquina.
Como la carga aumenta, la corriente de campo sube, y por tanto seComo la carga aumenta, la corriente de campo sube, y por tanto se
eleva.eleva.
También se incrementa , al comienzo aumenta masTambién se incrementa , al comienzo aumenta mas
rápidamente que y por consiguiente serápidamente que y por consiguiente se
incrementa. Después se aproxima a la saturación y casi se vuelveincrementa. Después se aproxima a la saturación y casi se vuelve
constante.constante.
TV
AE
)( SAA RRI +
AE
)( SAA RRI + TV
AE
)( SAAAT RRIEV +−=
Característica terminal

Los generadores serie se utilizan cuando el voltaje excesivo delLos generadores serie se utilizan cuando el voltaje excesivo del
aparato puede explotarse. Por ejemplo en la soldadura de arco dondeaparato puede explotarse. Por ejemplo en la soldadura de arco donde
se tiene una gran reacción del inducido.se tiene una gran reacción del inducido.

GENERADOR DE CC COMPUESTO
ACUMULATIVO
Un generador de CC compuesto acumulativo es un generador con
ambos campos tanto en serie como en derivación conectados en tal
forma que las fuerzas magnetomotrices de los dos campos se suman.
Los puntos que aparecen sobre las dos bobinas de campo tiene el
mismo significado que los puntos sobre un transformador. la corriente
que fluye hacia un punto produce una fuerza magnetomotriz positiva.
Obsérvese que la corriente del inducido fluye hacia el extremo punteado
de la bobina de campo en serie y que la corriente IF en derivación fluye
hacia el extremo punteado de la bobina de campo en derivación.

+
-
RA R s L s
RF
LF
EA VT
IF
IA
IL
Circuito equivalente del generador
compuesto acumulativo

En consecuencia el total de la fuerza magnetomotriz de esta maquina se
formula :
FNET = FSH + FSE - FRI
La corriente de campo en derivación efectiva equivalente de la misma
maquina se expresa:
IF* = IF + ( NSE / NSH ) IA – ( FRI / NSH )
Las otras relaciones entre los voltajes y la corriente de este generador son :
IA = I F + I L
V T = E A – I A ( R A + R S )
I F = V T / R F

Hay otra forma de conectar un generador de CC compuesto acumulativo es la conexión
“derivación corta “ donde el campo en serie esta por fuera del circuito de campo en
derivación y le circula la corriente IL en lugar de la corriente IA .
+
-
RA R s L s
RF
LF
EA
IF
IA
VT
IL

CARACTERISTICAS TERMINAL DE UNCARACTERISTICAS TERMINAL DE UN
GENRADOR DE CC COMPUESTOGENRADOR DE CC COMPUESTO
ACUMULATIVOACUMULATIVO
La corriente de carga IL se incrementa. Puesto que IA = IF + IL↑ la corriente del
inducido IA también se incrementa en este momento ocurre dos fenómenos en
el generador.
1.- Como IA se eleva la caída de voltaje IA (RA + RS) aumenta también esto
tiende a producir una disminución en el voltaje de los bornes.
VT = EA – IA ↑ ( RA + RS )
2.- Como IA aumenta la fuerza magnetomotriz del campo en serie
FSE = NSE IA se eleva también. Esto incrementa la fuerza magnetomotriz total
FTOT =NFIF +NSIA↑ acrecienta el flujo del generador, lo que aumenta EA que
a su vez tiende a hacer que VT = EA↑- IA (RA+RS) se eleve.

¿Cuál de los dos efectos predominan en¿Cuál de los dos efectos predominan en
una maquina dada?una maquina dada?
1.- Pocas espiras en serie (NSE pequeño): Si hay solamente unas
pocas espiras en serie el efecto de caída de voltaje resistivas predomina sin
dificultad. El voltaje disminuye tal como el de un generador en derivación pero
no tan abruptamente. Este tipo de construcción donde la tensión de los
bornes a plena carga es menor que la misma tensión sin carga. Se
denomina PARCIALMENTE COMPUESTO.
2.- Mas espiras en serie (NSE mas grande): Si hay mas espiras de
alambre en serie en los polos entonces el comienzo el efecto de
fortalecimiento predomina y la tensión de los bornes sube con la carga. Sin
embargo como la carga continua en aumento se alcanza la saturación
magnética y la caída resistiva se vuelve mas fuerte que el efecto de
incremento de flujo. En tal maquina la tensión de los bornes se eleva
primero y luego disminuye en tanto que la carga aumenta. Si VT en vació es
igual a VT a plena carga el generador se denomina NORMALMENTE
COMPUESTO

3.- Aun se agregan mas espiras en serie (NSE grande ) si todavía se
añaden mas espiras en serie al generador, el efecto de fortalecimiento
predomina por un tiempo mayor antes de que la caída resistiva se imponga. El
resultado es una característica con la tensión de los bornes a plena carga
realmente mas alta que la misma tensión en vació. Si VT a plena carga excede
a VT en vació se le llama HIPERCOMPUESTO.
hipercompuesto
Normalmente compuesto
Parcialmente compuesto
En derivación
VT
IFL
IL

• También es posible es obtener todas las características en
un generador sencillo si se usa una resistencia desviadora.
• En la figura se representa un generador CC compuesto
acumulativo, con un número relativamente grande de
espiras en serie NSE. Una resistencia desviadora se conecta
alrededor del campo en serie.
• Si la resistencia Rdes se gradúa en un valor grande la mayor
parte del flujo del inducido circula por la bobina de campo
en serie y el generador es hipercompuesto.
• En cambio si la resistencia Rdes se gradúa en valor pequeño,
la mayor parte de la corriente circula alrededor del campo
en serie a través de y el generador se considera
parcialmente compuesto.

GENERADOR DE CC COMPUESTO ACUMULATIVOGENERADOR DE CC COMPUESTO ACUMULATIVO
CON RESISTENCIA DESVIADORA EN SERIECON RESISTENCIA DESVIADORA EN SERIE
+
-
RA R s L s
RF
LF
EA
IF
IA
VT
IL
RDES

CONTROL DE VOLTAJE DE LOSCONTROL DE VOLTAJE DE LOS
GENERADORES DE CC COMPUESTOGENERADORES DE CC COMPUESTO
ACUMULATIVOSACUMULATIVOS
Las técnicas disponibles para controlar la tensión de los bornes de un generador
de CC compuesto acumulativo son exactamente las mismas que se usan para
controlar el voltaje de un generador de CC en derivación.
1.- Cambio de la velocidad de rotación. Un aumento de ω produce un
aumento en EA= KωΦ↑ incrementando la tensión terminal VT= EA↑ -
IA(RA+RS)
2.- Cambio de la corriente de campo una disminución de RF produce un
aumento en IF = VT/RF↓ lo cual eleva toda la fuerza electromotriz del
generador. Como Ftot= se incrementa. El flujo de Φ la maquina también
aumenta y EA = KΦ↑ ω a su vez sube finalmente un aumento en EA
eleva VT

GENERADOR DE CC COMPUESTOGENERADOR DE CC COMPUESTO
DIFERENCIALDIFERENCIAL
Un generador de CC compuestoUn generador de CC compuesto
diferencial es el generador condiferencial es el generador con
ambos campos, en derivación y enambos campos, en derivación y en
serie, pero en el que sus fuerzasserie, pero en el que sus fuerzas
magnetomotrices se restan entremagnetomotrices se restan entre
si.si.

Circuito equivalente de un generador de CC compuesto diferencial con conexión
en derivación larga.

• Se observa que la corriente del inducido fluye hacia fuera por el
extremo punteado de una bobina, mientras que la corriente de
campo de derivación fluye hacia dentro por el extremo punteado
de otra bobina. Aquí, la fuerza magnetomotriz neta es
Fnet=FF – FSE –FAR =NFIF-NSEIA- FRI
• Y la corriente de campo equivalente, en derivación, producida por
el campo en serie y la reacción de inducido se expresa
F
RI
N
F
−−= A
F
SE
eq I
N
N
I

Toda la corriente de campo efectiva, en derivación es
• I*F= IF+
I*F= IF – (NSE /NF ) IA - FRI / NF
Tal como el generador compuesto acumulativo, el generador
compuesto diferencial se puede conectar, bien en derivación
larga, bien en derivación corta
eqI

Característica terminal de un generador de CC compuestoCaracterística terminal de un generador de CC compuesto
diferencialdiferencial
• Ocurren los mismos efectos que están presentes en el
generador compuesto acumulativo, sin embargo los ambos
efecto actúan en el mismo sentido: Son los siguientes
• 1.- Cuando IA aumenta, la caída IA(RA+RS) aumenta también.
Este incremento tiende a hacer que la tensión de los bornes
disminuya [VT = EA-IA (RA+RS)].
• 2.- Cuando IA aumenta la fuerza magnetomotriz de campo en
serie aumenta (F=NSE IA).
• Este incremento de dicha fuerza disminuye la fuerza
magnetomotriz neta del generador, la que a su vez reduce el
flujo neto en el generador. Una disminución de flujo, disminuye
• EA=K w, la que, a su vez disminuye VT.Φ

• Debido a que los dos
efectos tienden a disminuir
VT, el voltaje baja mientras
la carga drásticamente
aumenta en el generador,
se observa en la figura una
característica terminal típica
de un generador de CC
compuesto diferencial.

Control de voltaje de losControl de voltaje de los
generadores de CCgeneradores de CC
compuestos diferencialescompuestos diferenciales
• Las características de caída de voltaje de un
generador son bastantes malas, pero hay la
posibilidad de graduar la tensión de los
bornes para cualquier carga que se desee.
Las técnicas disponibles para graduar la
tensión de los bornes son:
• 1. Cambio de la velocidad de rotación Wm
• 2. Cambio de la corriente de campo, IF.

FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE
GENERADORES
Algunas veces, en el funcionamiento de los sistemas
de potencia de CC, es necesario conectar mas de
un generador en paralelo para eliminar el sistema
de potencia. por que hay necesidad de hacer esto?
1.- Puede haber necesidad de proporcionar, una
carga, mas potencia de la que un solo generador
puede producir.
2.- Podría ser importante desconectar un generador
para repararlo, sin interrumpir la potencia que
necesitan las cargas.
3.- en caso de un corto circuito en uno de los
generadores, los otros pueden continuar
alimentando las cargas sin interrupción.

¿Como se hace para poner dos
generadores en paralelo?
1.- Cerciorarse de que el borde positivo de
las maquinas este conectado con el borde
positivo de la otra.
2.- Cerciorarse de que los voltajes de los
dos generadores sean aproximadamente
iguales antes de conectarse.

Solamente ciertos generadores pueden
funcionar bien puestos en paralelo.
Normalmente, solo los generadores con
características de voltaje-corriente
declinantes, pueden conectarse como se
ve en la figura

Si la carga de este generador se aumenta,
entonces la corriente de carga que fluye en el
aumentara y su tensión terminal disminuirá.
Después de que la carga ha aumentado se
quiere volver al voltaje original del generador,
incrementando, bien la velocidad del
generador, o bien la cantidad de la corriente
de campo así EA aumenta desplazándose
hacia arriba toda la característica del voltaje
de los terminales. Como la característica se
desplaza hacia arriba la tensión de los
bornes para cualquier corriente de carga se
aumentara.

Cuando dos generadores de esta clase
se conectan en paralelo, la sumatoria de
sus corrientes de línea debe ser igual a la
corriente que se suministra a la carga del
sistema.
IL1+IL2=Icarga

Dos generadores de CC en
paralelo compartiendo la carga
total entre ellos..

Efecto de aumentar la corriente deEfecto de aumentar la corriente de
carga por la velocidad del eje delcarga por la velocidad del eje del
generador 1.generador 1.

Dos generadores del mismo tamaño, uno sub-
compuesto y el otro compuesto normal, que no
puede compartir cargas adicionales
apropiadamente.

Dos generadores en paralelos con características
de voltajes ascendentes en los bornes. Si la
velocidad del generador 1 se aumenta, entonces su
característica de salida se mueve hacia arriba y la
carga se desplaza hacia el generador 2. Pero una
disminución en la carga del generador 1, aumentara
su velocidad, lo que luego disminuye su carga, etc.

Dos generadores de CC compuestos
acumulativos con barra colectora de
compensación.

Si la velocidad de unos de los generadores
cambia, las corrientes en los campos en
serie cambian para compensar la
variación original

Unidad 2 generadores de cd y ca

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (20)

Semelhante a Unidad 2 generadores de cd y ca

Semelhante a Unidad 2 generadores de cd y ca (20)

Último

Último (20)

Unidad 2 generadores de cd y ca