Cap 2 Principios de Mquinas DC INEL 4085

Cap 2. Principios de Máquinas DC INEL 4085 Introducción a Máquinas Eléctricas Prof. Andrés J. Díaz Ph. D

Contenido • • • Generación Generadores simples Voltaje generado Motorización Reacción de la armadura 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 2

Efecto Generador • Según la ley de Faraday sobre un conductor de longitud L que se mueve perpendicular a un campo magnético B a una velocidad v se generará una fuerza electromotriz e igual a: 9/3/2021 B Densidad de campo Magnético L Longitud del conductor V velocidad del conductor Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 3

Sentido y Dirección del voltaje generado • Si el voltaje y el campo magnético no son completamente perpendiculares solo la componente de la velocidad perpendicular al campo produce voltaje. Si llamamos o al ángulo entre la velocidad y la perpendicular del campo entonces el voltaje generado viene a ser: • El sentido de este voltaje a ser regido por la regla de la mano derecha 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 4

Generador simple • • Una espira se hacer rotar sobre un eje dentro de un campo magnético constante. La cantidad de flujo magnético que atraviesa la espira cambia cuando esta gira. Este cambio por la ley de inducción de Faraday genera un voltaje que se recoge en unos anillos para poder aplicarse a una carga y hacer circular una corriente. La forma de onda debería ser sinusoidal para un campo homogéneo. Sin embargo debido a la curvatura de los imanes la grafica del voltaje es plana arriba. 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 5

Ejemplo de generador simple • 9/3/2021 Suponiendo que el generador simple de la figura tiene una longitud ab=cd=20 cm y un diámetro de 26 cm y asume que el campo magnético es de 0. 5 T encuentre el voltaje generado en la espira para una velocidad de 12 m/s. Suponga que el campo es homogéneo. Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 6

Efecto rectificador del conmutador • Si utilizamos un solo anillo dividido en dos y dejamos los tomas de corriente en el mismo sitio, cuando gire y cambie el sentido del voltaje en las espiras también cambiara el terminal externo al que esta conectado. Esto hace que el terminal positivo externo siempre este conectado al terminal de la espira que tenga el voltaje positivo en cada momento. Rectificación. • De esta manera producimos un voltaje y corriente DC en los terminales del motor. 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 7

Aumentando el número de polos • Si aumentamos el número de espiras y segmentamos el conmutador proporcionalmente obtenemos varias ondas defasadas que cuando se retifican producen un onda DC con menos rizado. 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 8

Conectando las diferentes espiras • La espiras se pueden conectar en serie y aprovechar el pequeño voltaje que generan aunque no esten en su pico. Lo único que hay que tomar en cuenta es que ambos hilos de una espiras pasen por polos magneticos diferentes. • Como muestra la gráfica existen dos maneras de hacerlo corta y larga. 9/3/2021 Lap Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz wave Slide 9

Conectando más de una espiras por Slot. • Los cables de cada espira pasan por una hendidura en el rotor llamada slot. Si dentro de cada slot pasamos dos lados de diferentes espiras podemos acomodar el doble de espiras y producir un voltaje mas homogéneo a la salida. 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 10

Voltaje generado • La magnitud del voltaje generado es igual a 9/3/2021 Z numero de conductores P numero de polos a numero de bobinas en paralelo 2 para tipo wave p para tipo lap Φ flujo N revoluciones por minuto Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 11

Ejemplo voltaje generado • Un generador de 60 KW de cuatro polos tiene un bobinado tipo lap con 48 slot de seis conductores cada uno. Si el flujo es 0. 08 W y la velocidad de rotación es 1040 r/m determine el voltaje generado y la corriente total 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 12

Efecto de motorizacion • Un espira dentro de un campo magnético que carga una corriente recibirá una fuerza que la hacer girar sobre su eje. 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 13

Magnitud de la fuerza • La magnitud de la fuerza es proporcional a la corriente I, al largo del conductor L y a intensidad de la corriente B. • F=ILB 9/3/2021 La dirección de la fuerza sigue la regla de la mano izquierda Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 14

Ejemplo de fuerza en un motor • La armadura de un motor tiene 320 conductores de los cuales 70% esta dentro del polo. La intensidad magnetica es 1. 1 T. Si el diametro es 26 cm y la longitud es 18 cm determine la fuerza total y el torque desarrollado si por cada conductor circula una corriente de 12 A. 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 15

Voltaje generado dentro del motor • Cuando el motor comienza a girar se genera un voltaje que se opone a la corriente llamada EMF o EC y depende de la velocidad de este. 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 16

Ecuaciones del motor DC • El voltaje Ec generado se opone al voltaje de la armadura. Reduciendo la corriente al mínimo. • La ecuaciones de potencia se obtienen multiplicando Ia 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 17

Ejemplo de Voltaje EMF • La armadura de un motor de 120 Vdc tiene una resistencia de 1. 5 ohm y consume 4 A a carga completa. Calcule EMF y la potencia desarrollada en la armadura. 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 18

Ecuación de torque • El torque desarrollado en la armadura depende de la misma constante que EMF la cual depende de las caracteristicas del motor. • Km=2 NLR 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 19

Ejemplo calculo de velocidad • Cual es la velocidad del motor del ejemplo anterior si este tiene 360 conductores 4 polos, un flujo de 0. 01 Wb y un embobinado tipo wave. 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 20

Reacción de la armadura • La corriente en la armadura ocasiona una distorsion en el flujo de la armadura no le ocasiona que las bobinas produzcan chispas en la conmutacion. Esto se reduce de dos maneras: – Una es moviendo la escobillas hacia el nuevo punto muerto. (Girando) – Añadiendo unos polos auxiliares en el medio que contraresten el flujo creado por la armadura. (Interpolo) 9/3/2021 Cap 2. Principios de Máquinas Electricas. INEL 4085. Prof. A. Diaz Slide 21