GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA.

GENERADORES DE CORRIENTE DIRECTA.

1. La maquina de CD.

Aplicaciones.

Construcción general.

Construcción y tamaño.

Piezas embutidas del núcleo de armadura.

Piezas embutidas de polo principal y de conmutación.

Yugo de carcaza.

Conmutador.

Escobilla de carbón o carbones.

2. Principios Generales.

Inducción electromagnética.

Fuerza sobre conductores por los que fluye corriente en un campo magnético.

Reacciones de generador y motor.

Características de la corriente directa.

Excitación de campo.

3. Devanados de armadura.

Términos.

Devanados múltiples o imbricados.

Devanados de dos circuitos u ondulados.

4. Reacciones de armadura.

Efecto de magnetización Cruzada.

Distorsión de campo.

Reducción de flujo a causa de la magnetización cruzada.

Efecto de desmagnetización del desplazamiento de carbones.

Curvas de saturación sin carga y a plena carga.

5. Conmutación.

Conmutación.

Inversión de corriente de conductor.

Carbones de conmutador.

Voltaje de reactancia de conmutación.

Polos de conmutación.

Voltaje de reactancia de formula de conmutación.

La zona de conmutación.

Excitación de polo de conmutación.

Cálculo de espacios de aire de polo de conmutación.

Dimensiones de polos de conmutación.

Devanados de compensación.

Volts por barra.

Curvas de potencial de carbón.

6. Diseño de armadura.

Ecuación FEM.

Velocidades del rotor.

Diámetros del rotor.

Numero de polos.

La densidad Bg de flujo de entrehierro del polo principal.

Numero de conductores por pulgada de circunferencia (q) del rotor.

Diámetro del conmutador.

Carbones Y porta carbones.

Selección de un diseño aproximado.

Ranuras y bobinas de armadura.

Diseño aproximado de ranura.

7. Campos de compensación y conmutación.

Datos de Compensación del devanado.

Cálculos del devanado de compensación.

Cálculos del devanado de conmutación.

Cálculos de conmutación.

8. Cálculos magnéticos.

Trayectorias de Flujo.

Coeficiente de carter y ampere-vueltas de entrehierro.

Los ampere-vueltas de dientes de rotor.

Calculo de datos de saturación sin carga.

Curva de saturación a plena carga para maquinaria compensada.

Curva de saturación a plena carga para maquinaria no compensada.

Calculo de volts máximos por barra.

9. Campos principales.

Campos Principales y calentamiento de campo principal.

Cálculos de campo principal.

10. Enfriamiento y ventilación.

Causa de calentamiento.

Elevaciones permisibles de temperatura medida.

Gradientes de temperatura en bobinas de rotor.

Calentamiento de conexiones finales de devanados de armadura.

Calentamiento de conmutador.

Aplicación de constantes de calentamiento.

11. Perdidas y eficiencia.

Perdida I2R de cobre de armadura.

Perdida I2R de campo de compensación, de conmutación y serie.

Perdida I2R de carbones.

Perdida de carga.

Perdida de campo en derivación.

Perdida de núcleo.

Perdida por fricción de carbones.

Fricción y resistencia al viento.

12. Características de generador.

La regulación del voltaje de un generador de cd.

El generador compensado y separadamente excitado.

El generador de cd no compensado y separadamente excitado.

El generador de cd no compensado y autoexcitado.

Inestabilidad de generadores autoexcitados.

Generadores de cd de excitación mixta ( compound ).

Generadores en serie.

Constantes de tiempo de campo.

Constante de tiempo de circuito de armadura.

13. Prueba.

Pruebas en fabrica.

14. Operación y mantenimiento de generadores.

Generalidades.

Antes de la instalación.

Alineamiento.

Comprobaciones previas a la operación.

Comprobaciones de operación.

Generadores en paralelo devanados en derivación.

Generadores de devanado compuesto en paralelo.

Mantenimiento.

Conmutación deficiente.

15. Generadores Especiales.

Generalidades.

Convertidores sincrónicos.

Reguladores giratorios.

Aparatos de tres hilos.

Generadores de cd homopolares o aciclicos.

16. Bibliografía.

1. LA MAQUINA DE CD.

Aplicaciones.

El papel mas importante que desempeña el generador de cd es alimentar de electricidad el motor de cd. En esencia, Produce corriente libre de rizo y un voltaje fijo de manera muy precisa a cualquier valor deseado desde cero hasta el valor máximo nominal; esta es en realidad una corriente eléctrica de cd que permite la mejor conmutación posible en el motor, porque carece de las formas de ondas bruscas de energía de cd de los rectificadores. El generador tiene una respuesta excelente y es particularmente apropiado para el control preciso de salida por reguladores de retroalimentación de control, además de estar bien adaptado para producir corriente de excitación de respuesta y controlada en forma precisa tanto para maquinas de ca como de cd.

El motor de cd juega un papel de importancia creciente en la industria moderna porque puede operar a cualquier velocidad desde cero hasta su máxima de régimen y mantenerla hay de forma muy precisa. Por ejemplo, Los trenes de laminación de acero que son de alta velocidad y de varias etapas, no serian posibles sin los motores de cd. Cada etapa debe mantenerse precisamente a una velocidad exacta, que es mayor que la etapa precedente, para adaptarse a la reducción del grosor del acero en esa etapa y mantener el voltaje correcto en el acero entre etapas.

Construcción general.

La figura 1 en el anexo muestra las partes de un motor de cd de tamaño grande o mediano; todos los tamaños difieren de las maquinas de ca en que tienen un conmutador y la armadura del rotor. También tienen los polos salientes en el estator y, excepto en algunos modelos pequeños, tienen polos de conmutación entre los polos principales.

Construcción y tamaño.

Las máquinas de cd pequeñas tienen razones grandes de superficie a volumen y trayectorias cortas para que el calor llegue a las superficies de disipación. El enfriamiento requiere un poco más que medios para soplar aire en el rotor y entre los polos. Las piezas embutidas en el rotor están montadas firmemente en el eje, sin conductos de aire en ellas.

Las unidades más grandes, con núcleos más largos y profundos, usan la misma construcción pero con agujeros longitudinales en las piezas embutidas del núcleo para el aire de enfriamiento.

Las máquinas medianas y grandes deben tener grandes superficies de disipación de calor y contar con aire de enfriamiento bien dirigido, ya que de lo contrario se formarán “lugares calientes”. Sus piezas embutidas de núcleo están montadas en brazos, para permitir que grandes volúmenes de aire de enfriamiento lleguen a los muchos ductos de ventilación del núcleo, así como a los espacios de ventilación entre las extensiones del extremo de la bobina.

1.4. Piezas embutidas del núcleo de armadura. Por lo general, estas piezas son de acero laminado eléctrico de alta permeabilidad, de 0.017 a 0.025 in de grueso, y tienen entre ellas una película aislante. Las unidades pequeñas y medianas utilizan piezas embutidas segméntales como las que se ilustran en la figura 2, que también muestra los dedos que se usan para formar los ductos de ventilación.

1.5. Piezas embutidas de polo principal y de conmutación. Estas piezas suelen ser más gruesas que las del rotor porque sólo las caras polares están sujetas a cambios de flujo de alta frecuencia; las piezas son de 0.062 a 0.125 in de grueso y por lo general van remachadas.

1.6. Yugo de carcasa. Es común que esta pieza esté fabricada de placa de acero blando laminado pero, en grandes generadores de alta demanda en donde se presentan cambios rápidos de carga, se pueden usar laminaciones. La carcasa sólida tiene una constante magnética de tiempo de 1/2 s o más, dependiendo de su grosor; la de la carcasa laminada va de 0.05 a 0.005 s.

1.7. Conmutador. Esta pieza es realmente el corazón de la máquina de cd y debe operar con variaciones de temperatura de al menos 55ºC, con velocidades periféricas que pueden llegar a 7000 ft/min. Sin embargo, debe permanecer uniforme a no más de 0.002 o 0.003 in y alineada entre barra y barra a no más de 0.0001 in.

El conmutador está hecho de barras duras de cobre laminadas con precisión en forma de cuña. Dichas barras están separadas una de otra por segmentos de laminillas de mica, cuyo grosor debe conservarse de modo muy preciso para obtener un espaciamiento casi perfecto de las barras y que no haya oblicuidad. Este grosor es de 0.020 a 0.050 in, dependiendo

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