Cap2. Principios de Máquinas DC INEL 4085 Introducción a Máquinas Eléctricas Prof. Andrés J....

Cap2. Principios de Máquinas DC

INEL 4085 Introducción a Máquinas Eléctricas

Prof. Andrés J. Díaz PhD

04/21/23 Cap2. Principios de Máquinas Electricas. INEL4085. Prof. A. Diaz

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Contenido

• Generación

• Generadores simples

• Voltaje generado

• Motorización

• Reacción de la armadura


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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:

BlveB Densidad de campo MagnéticoL Longitud del conductorV velocidad del conductor


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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

cosBlve


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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.


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Ejemplo de generador simple

• Suponiendo que el generador simple de la figura tiene una longitud ab=cd=20cm y un diámetro de 26cm y asume que el campo magnético es de 0.5T encuentre el voltaje generado en la espira para una velocidad de 12m/s. Suponga que el campo es homogéneo.


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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.


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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.


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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.

Lap wave


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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.


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Voltaje generado

• La magnitud del voltaje generado es igual a

nkna

ZPE gG

60

Vwkwa

ZPE gG

2

Z numero de conductoresP numero de polosa numero de bobinas en paralelo 2 para tipo wave p para tipo lapΦ flujoN revoluciones por minuto


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Ejemplo voltaje generado• Un generador de 60KW de cuatro polos tiene un bobinado tipo lap

con 48 slot de seis conductores cada uno. Si el flujo es 0.08W y la velocidad de rotación es 1040r/m determine el voltaje generado y la corriente total


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Efecto de motorizacion

• Un espira dentro de un campo magnético que carga una corriente recibirá una fuerza que la hacer girar sobre su eje.


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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

La dirección de la fuerza sigue la regla de la mano izquierda


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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 1.1T. Si el diametro es 26cm y la longitud es 18cm determine la fuerza total y el torque desarrollado si por cada conductor circula una corriente de 12A.


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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.

VaCEMF

Ra

wKE mc


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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

wKRIV maaa

wIKRIIV amaaaa 2

caaa ERIV


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Ejemplo de Voltaje EMF

• La armadura de un motor de 120Vdc tiene una resistencia de 1.5ohm y consume 4A a carga completa. Calcule EMF y la potencia desarrollada en la armadura.


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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=2NLR

am IKT


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Ejemplo calculo de velocidad

• Cual es la velocidad del motor del ejemplo anterior si este tiene 360 conductores 4 polos, un flujo de 0.01Wb y un embobinado tipo wave.


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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)

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