Teoria de Maquinas de Cc

1

HM HM

Msc. Ing. Huber Murillo M. Consultor en Mquinas Elctricas y Sistemas Electricos de Potencia

HM

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA HUBER MURILLO MANRIQUE

HM

IEC ( International electrotechnical comission )

NEMA ( National Electrical Manufactures Association )

HM


2

HM

MAQUINAS

ELECTRICAS

DE

INDEUCCION

CORRIENTE

ALTERNA

ASINCRONO

CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS DE INDUCION

BAJO COSTO MANTO.

VELOCIDAD CONSTANTE

USO SENCILLO

ROBUSTO

BAJO COSTO ADQUISICION

SINCRONO

ALTO COSTO MANTO.

VELOCIDAD CONSTANTE

USO COMPLEJO

AMPLIA GAMA DE CONTROL

ALTO COSTO ADQUISICION

ALTO COSTO MANTO.

VELOCIDAD VARIABLE

NECESITA UNA FUENTE DC

AMPLIA GAMA DE CONTROL

ALTO COSTO ADQUISICION

CORRIENTE

CONTINUA

HM

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

HM

MOTORES Y

GENERADORES

DE CC

UNIVERSO TECNOLOGICO DE LOS GCC Y MCC

EXCITACION SHUNT

EXCITACION INDEPENDIEN.

Los mquinas de corriente continua son reversibles y por tanto pueden

ser utilizados como generadores motores segn sea el caso.

EXCITACION SERIE

EXCITACION COMPUESTA PASO CORTO

ESPECIALES

EXCITACION COMPUESTA PASO LARGO

COMPUESTA EXCITACION INDEPENDIEN.

EXCITACION COMPUESTA PASO CORTO

EXCITACION COMPUESTA PASO LARGO

COMPUESTA EXCITACION INDEPENDIEN.

ADITIVO

SUSTRACTIVO

SIMPLE

EXCITACION

MOTOR DE PASOS

SISTEMAS WARD LEONARD

IMAN PERMANENTE

AQUI

HM


3

HM CONVERSOR DE ENERGIA MECANICA - ELECTRICA

ENERGIA

POTENCIAL

CONVERSOR

DE ENERGIA

ENERGIA

MECANICA

G

ENERGIA

ELECTRICA

LA ENERGIA POTENCIAL EXISTENTE Y DISPONIBLE SEGUN SU

APROVECHAMIENTO SE CLASIFICA EN :

- Central hidroelctrica Aguas de ro.

- Central solar Luz del sol.

- Central elica Viento del medio.

- Central mareomotriz Olas del mar.

- Central nuclear Utilizacin del urneo.

- Central trmica Uso del carbn de piedra

- Central trmica Uso del petrleo.

- Grupo electrgeno. Motores diessel.

MOTOR PRIMO

Wm

HM


HM CONVERSOR DE ENERGIA ELECTRICA - MECANICA

ENERGIA

MECANICA

M

ENERGIA

ELECTRICA

CARGAS

DIVERSAS

Wm

SE APROVECHA LA ENERGIA ELECTRICA DISPONIBLE Y EXIS-

TENTE PARA PONER EN MOVIMIENTO CARGAS CON TORQUES

TALES COMO :

- Torque constante Compresores.

- Torque cuadrtico. Compresores centrfugos.

- Torque hiperblico. Tornos.

- Torque parblico. Bombas centrfugas.

HM


4

HM

ENERGIA

ELECTRICA

ENERGIA

MECANICA

ENERGIA

MECANICA

ENERGIA

ELECTRICA

G

CC

M

CC

COMVERSOR DE ENERGIA EN MAQUINAS DE CC

ESCENCIALMENTE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE

CONTINUA SON REVERSIBLES PARA LO CUAL SE UTILIZAN

LAS MISMAS CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO.

HM


Ing. Huber Murillo M. Especialista en mquinas elctricas

UNAC

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA HM HM


5

ESQUEMAS BASICOS DE ROTACION - MOTOR

SENTIDO DE ROTACION

En los arrollamientos de excitacin la corriente fluye del nmero caracterstico 1 hacia el 2.

En el esquema F1 esta conectado al ( + ) y F2 esta conectado al ( - ).

El sentido de rotacin es directa ( horaria ) donde siempre A1 ser positivo ( + ).

A1 F1 F2 A2

+ + - -

M _

Wm

Ia

If

MOTOR DE

CORRIENTE

CONTINUA

HM HM


ESPECIFICACIONES DE LOS BORNES - MOTOR

OPERACION COMO MOTOR NORMAS IEC

La corriente del circuito de armadura fluye de A1 ( + ) hacia A2 ( - ).

ARROLLAMIENTO DE ARMADURA A1 ( + ) INICIO

A2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE CONMUTACION B1 ( + ) INICIO

B2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE COMPENSACION D1 ( + ) INICIO

D2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION DERIVACION E1 ( + ) INICIO

E2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION INDEPENCIENTE F1 ( + ) INICIO

F2 ( - ) FIN

DESCRIPCION DEL CIRCUITO BORNES

INVERSION DE LA ROTACION

1.- Para lograr la inversin el sentido de rotacion se deber invertir F1 y F2 A1 y A2 nunca

los dos a la vez.

2.- Tener mucho cuidado cuando se realiza el cambio de polaridad en la armadura, pues si

utilizamos el bobinado de conmutacin revisar que tenga la polaridad correcta.

HM HM


6

ESPECIFICACIONES DE LOS BORNES - MOTOR

OPERACION COMO MOTOR ( MODELO DIN EUROPEO )

La corriente del circuito de armadura fluye de A ( + ) hacia B ( - ).

INVERSION DE LA ROTACION

1.- Para lograr la inversin el sentido de rotacion se deber invertir J y K C y D ( segn

sea el caso ) A1 y A2 nunca los dos a la vez.

2.- Tener mucho cuidado cuando se realiza el cambio de polaridad en la armadura, pues si

utilizamos el bobinado de conmutacin revisar que tenga la polaridad correcta.

ARROLLAMIENTO DE ARMADURA A ( + ) INICIO

B ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE CONMUTACION G ( + ) INICIO

H ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE COMPENSACION E ( + ) INICIO

F ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION DERIVACION C ( + ) INICIO

D ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION INDEPENCIENTE J ( + ) INICIO

K ( - ) FIN


HM HM


ESQUEMAS BASICOS DE ROTACION - GENERADOR

SENTIDO DE ROTACION

En los arrollamientos de excitacin la corriente fluye del nmero caracterstico 1 hacia el 2.

En el esquema F1 esta conectado al ( + ) y F2 esta conectado al ( - ).

El sentido de rotacin es directa ( horaria ) donde siempre A1 ser positivo ( + ).

A1 F1 F2 A2

+ + - -

G _

Wm

Ia

If GENERADOR DE

CORRIENTE

CONTINUA

HM HM


7

ESPECIFICACIONES DE LOS BORNES - GENERADOR

OPERACION COMO GENERADOR

La corriente del circuito de armadura fluye de A2 ( - ) hacia A1 ( + ).

ARROLLAMIENTO DE ARMADURA A1 ( + ) INICIO

A2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE CONMUTACION B1 ( + ) INICIO

B2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE COMPENSACION D1 ( + ) INICIO

D2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION DERIVACION E1 ( + ) INICIO

E2 ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION INDEPENCIENTE F1 ( + ) INICIO

F2 ( - ) FIN


INVERSION DE LA POLARIDAD EN BORNES ARMADURA

1.- Para lograr la inversin de la polaridad de la tensin en bornes se lograr cambiando el

sentido de rotacion cambiar la poalridad de F1 y F2.

2.- Tener mucho cuidado cuando se realiza el cambio de polaridad directa en el circuito de

armadura, pues el circuito de conmutacin depende de la polaridad de la armadura.

HM HM


ESPECIFICACIONES DE LOS BORNES - GENERADOR

OPERACION COMO GENERADOR ( MODELO DIN EUROPEO )

La corriente del circuito de armadura fluye de A2 ( - ) hacia A1 ( + ).

ARROLLAMIENTO DE ARMADURA A ( + ) INICIO

B ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE CONMUTACION G ( + ) INICIO

H ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO DE COMPENSACION E ( + ) INICIO

F ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION DERIVACION C ( + ) INICIO

D ( - ) FIN

ARROLLAMIENTO EXCITACION INDEPENCIENTE J ( + ) INICIO

K ( - ) FIN


INVERSION DE LA POLARIDAD EN BORNES ARMADURA

1.- Para lograr la inversin de la polaridad de la tensin en bornes se lograr cambiando el

sentido de rotacion cambiar la poalridad de J y K C y D ( segn sea el caso ).

2.- Tener mucho cuidado cuando se realiza el cambio de polaridad directa en el circuito de

armadura, pues el circuito de conmutacin depende de la polaridad de la armadura.

HM HM


8

HM HM


HM CONSTITUCION ELECTROMECANICA DE LAS MAQ. CC

CONSTITUCION MECANICA

1.- Carcasa estatrica ( Fierro fundico, aluminio, etc ).

2.- Ncleos estatrico y rotrico.

3.- Acero, rodamientos.

4.- Accesorios diversos.

CONSTITUCION ELECTRICA

1.- Materiales conductores aislados.

. Alambres esmaltados.

. Cables extraflexibles.

2.- Materiales aislantes.

. Papeles aislantes.

. Cintas de amarre.

. Tubos aislantes.

. Barnices.

3.- Sodadura de plata.

. Sistema de soldadura proceso TIC, MIC.

HM


9

Son construdos segn las normas : IEC 34 - 7 y NEMA MG1 - 4 . 03.

CAMPO .- Es la parte fija y esta compuesto por el bobinado, el material ferromag-

ntico y la carcaza de la mquina.

ARMADURA .- Es la parte mbil de la mquina que a su vez contiene dos partes :

Eje.- Material de acero utilizado dependiendo de la traccin, flexin y de

su diseo los mas utilizados son :

- SAE 1045 y SAE 1060

- VCL 100 Y VCL150 ( aceros bonificados ).

Bobinado .- Es el circuito elctrico de la armadura, este pueden ser :

- Imbricado, Concentrico y Otros.

FORMAS CONSTRUCTIVAS.- Se entiende por forma constructiva a la disposi-

cin de sus partes en relacin con su fijacin en su puesto de trabajo. Se halla

especificado en la norma IEC 34 - 7.

MATERIALES FERROMAGNETICOS .- Conformados por :

- Aleaciones de acero - carbono ( obsoleto )

- Aleaciones de acero - silicio. ( excelente )

- Acero tratado. ( no recomendable )

CONSTITUCION MECANICA HM HM


Rodamientos.- Son elementos que conjuntamente con el eje rotor forman laparte mvil de las mquinas rotativas. Podemos sealar que los rodamientosestn conformados por:- Elementos rodantes . Jaula metlica PVC especial. . Bolas rodillos de acero.- Elementos fijos . Anillo interno y . Anillo externo.

CONTINUACIN

Mtodos para detectar defectos en los rodamientos:Los mtodos indicados a continuacin pueden aplicarse fcilmente, insitu nonecesitando ser desmontados, pudiendo ser los siguientes:1.- Comprobacin mediante ruidos.2.- Verificacin de la temperatura de trabajo.3.- Anlisis del estado del lubricante.4.- Aplicando un anlisis vibracional.

HM HM


10

Materiales aislantes.- Presentan una resistividad bastante elevada (variosmegohmios) debido a las corrientes de fuga que circulan en forma transversal ysuperficial.Las principales cractersticas son:- Elctricas.- Resistencia de aislamiento, rigidz dielctrica, constante

Dielctrica entre otros.- Mecnicas.- Resistencia a la traccin, comprensin, cortadura, flexin, al arco y choque.- Fsicas.- Escencialmente son el peso especfico y porosidad.- Trmicas.- Calor especfico, conductividad trmica y temperatura de seguridad.Las normas internacionales clasifican a los materiales aislantes en:

CLASES DE AISLAMIENTOS SEGUN NORMAS IEC 34 - 1 Item 15

Clases de ailamiento A E B F H

Temperatura ambiente C 40 40 40 40 40

Sobre elevacin mxima de temperatura C 60 75 80 100 125

Dif. Max. entre el punto mas caliente y el bobinado 5 5 10 15 15

Temperatura lmite C 105 120 130 155 180

CONSTITUCION ELECTRICA HM HM


CONDUCTORES SEMICOND. AISLANTES

PLATA

COBRE ALUMINIO

TRANSIST SILICON

MICA

POLIMEROS VIDRIO

RESISTIVIDAD

OHMIOS

10 10

10

10

8

6

TIEMPO DE VIDA DE LOS

MATERIALES AISLANTES

CLASE TEMP C VIDA ( HORAS )

A 105 20000

B 130 20000

F 155 20000

H 180 20000

TIEMPO DE VIDA DE LOS

MATERIALES AISLANTES

Tamb. C Vida aislamiento. ( HORAS )

30 250000

40 100000

50 60000

60 30000

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES AISLANTES

1.- La temperatura de la

clase es promedio.

2.- La vida de los matriales

aislantes varan segn la

Tambiente.

HM HM

11

60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 C

HORAS

1000,000

600,00

400,000

200,000

100

,000

80,0000

60,000

40,000

10,000

8,000

6,000

4,000

2,000

1,000

800

600

4 00

200

100

CLASE H

CLASE A

CLASE B

CLASE F

VIDA DEL AISLAMIENTO VS TEMPERATURA DE TRABAJO HM HM


TEJA

CARTUCHO

SEPARADOR

MEDIO CANAL

RANURA TRAPEZOIDAL

ESPESOR PESO SIRVE PARA MAQUINAS ROTATIVAS DE . HP.

mm Gr. CARTURCHO TEJA SEP. MED. CANAL SEP.CAB. BOBIN. 0.14 150 A 16 A 3

0.18 190 0.5 . 0.5 16 A 100 3 A 16

0.23 255 0.5 A 15 0.5 A 15 100 A 310 16 A 60

0.35 430 16 A 100 16 A 100 100 A 310 60 A 310

0.45 560 100 A 310 100 A 310 100 A 310 60 A 310

MATERIALES AISLANTES DENTRO DE UNA RANURA

CONDUCTORES

DE COBRE

HM HM

12

CONTINUACIN HM HM


El mylar es un film polyester y est hecho de tereftalato de polietileno, que es depolimero formado por la reaccin de condensacin de etilenglicol y del cidotereftlatico.El nomex es fabricado a base de fibras cortas (borra) y de pequeas partculasfibrosas liantes (fibrides) de aramid (polyamida aromtico), esto produce un papelsinttico flexible y slido que posee las excelentes propiedades elctricas,trmicas, qumicas y mecnicas. Las normas lo han seleccionado como materialaislante clase H.Estos materiales se presentan en los siguientes espesores: 0.15 mm., 0.20 mm.,0.25 mm., 0.30 mm. y 0.35 mm, etc.El nomex-mylar-nomex est compuesto por un film de polyester MILAR

revestido en sus dos caras por NOMEX, tiene una temperatura de operacin

clase "F" 155C. y goza de muy buenas propiedades elctricas, mecnicas,

trmicas y qumicas.

PAPEL AISLANTE CLASE F ( NOMEX - MYLAR - NOMEX )

Espesor Usado ( mm )

RigidzDielectrica ( Kv/mm )

ConstanteDielctrica a 1000 Hz.

Tensin de perforacin

( Kv )0.13 27 2.3 70.18 33 2.5 90.25 34 2.6 120.30 34 2.8 150.38 34 3.0 20

CONTINUACIN

OTROS AMTERIALES AISLANTES

- Aislamientos de ranuras :

. Tejas.

. Separadores de medio canal.

. Separadores de cabezas de bobinas.

- Tubos aislantes ( spaguetys )

- Cintas de amarre.

- Barniz segmentante de impregnacin.

MATERIALES CONDUCTORES AISLADOS

- Alambres esmaltados ( segn normas )

. ASTM - B3

. NEMA 100 MW SECCION 30 - C, doble esmalte y clase H.

- Cables de conexin ( Segn normas )

. VDE 0472 ( Resistencia trmica, mecnica y humedad ).

. UL 758 ( Resistencia a la llama y mecnica ).

. Temperatura de servicio : - 60C a + 250C.

. Cable de cobre flexible, aislado con caucho de silicona recubierto

con una trensa de fibra de vidrio siliconado para 1000 Voltios.

HM HM


13

CARACTERISTICAS NOMINALES

Los parmetros que definen el comportamiento de las mquinas rotativas, la

mayor parte de stos parmetros estan inscritos en la placa de datos y/o

identificacin ubicado en la parte superior de los motores.

Las ms importantes son :

1.- POTENCIA NOMINAL.

2.- CORRIENTE NOMINAL DE ARMADURA.

3.- TENSION NOMINAL DE ARMADURA.

4.- CORRIENTE NOMINAL DE CAMPO.

5.- TENSION NOMINAL DE CAMPO.

6.- VELOCIDAD NOMINAL.

7.- TAMAO Y FORMA CONSTRUCTIVA ( Segn normas )

. IEC 34 - 7

. NEMA MG 1.11.31

8.- GRADO DE PROTECCIN norma IEC 34 - 5

9.- FACTOR DE SERVICIO.

10.- TEMPERATURA AMBIENTE ( IEC 34 -1 )

11.- FRECUENCIA DE ARRANQUES.

12.- LIMITACIONES DE LAS CORRIENTES DE ARRANQUE

13.- ALTITUD

14.- PAR VELOCIDAD norma IEC 34 - 12

15.- EFICIENCIA ( STANDART y ALTA EFICIENCIA ).

HM HM


HM

MOTOR - GENERADOR DC TIPO 731 - 86

D2 D3 D1 E2 E3 E1

F2 F3 F1

M - G

DC

-

> T

1B1 1B2

A2

2B1

D1

E1

F1

E2

F1

D2

2B2

A1

E2

F1

D3

1B2

1B1

A1

A2

2B2

2B1

PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC GMBH

HM

14

CARACTERISTICAS DEL CIRCUITO DE CAMPO HM

NUCLEO

ZAPATA POLAR

ALAMBRE

ESMALTADO PAPELES

AISLANTES

F1 F2

1.- Presenta una resistencia elevada.

2.- En su construccin se utiliza alambres esmalta-

. dos de baja seccin, comparado con los demas

. circuitos de la mquina.

3.- Al ser conectado produce un arco muy grande.

4.- Normalmente su corriente es baja. MODELO FISICO

F1 Vf F2

La ecuacin elctrica del circuito es :

Vf = ( Rf + Lf . p ) if.

Siendo p = d / dt

Rf Lf

HM


CARACTERISTICAS DEL CIRCUITO DE COMPENSACION HM

NUCLEO

ZAPATA POLAR

ALAMBRE ESMALTADO

CIRCUITO DE CAMPO PAPELES

AISLANTES

1.- Presenta una resistencia baja.


. dos de gran seccin ( se usa platinas ).

3.- Al ser conectado produce un pequeo arco.

4.- Soporta la corriente de armadura.

5.- Comparte la misma zapata con el nucleo. MODELO FISICO

D1 Vd D2


Vd = ( Rd + Ld . p ) id.

Siendo p = d / dt

D1 D2

ALAMBRE ESMALTADO

CIRCUITO COMPENSACION

Rd Ld

HM


15

CARACTERISTICAS DEL CIRCUITO DE CONMUTACION HM

NUCLEO

ZAPATA POLAR

PAPELES

AISLANTES

1.- Presenta una resistencia baja.


. dos de gran seccin ( se usa platinas ).

3.- Al ser conectado produce un pequeo arco.

4.- Soporta la corriente de armadura.

5.- Se halla ubicado entre los circuitos de campo. MODELO FISICO

1B1 Vb 1B2


Vb = ( Rb + Lb . p ) ib.

Siendo p = d / dt

1B1 1B2

ALAMBRE ESMALTADO

DEL CIRCUITO DE

CONMUTACION

INTERPOLOS

Rb Lb

HM


G

-

A2

A1

+ Wm

HM CARACTERISTICAS DEL CIRCUITO DE ARMADURA

A1

+

-

A2

Ea

La

Ra

Ra = Reistencia de armadura ( ).

La = Inductancia de armadura ( Hy ).

Ea = Tensin inducida interna ( Voltios ).

Wm = Velocidad angular ( Rad / Seg ).

REPRESENTACION ESQUEMATICA


Va = ( Ra + La . p ) ia. + Ea Motor ( Va > Ea )

Va = - ( Ra + La . p ) ia. + Ea Generador ( Ea > Va )

Siendo p = d / dt

Va

Va

-

+

HM


16

CAMPO

1

6

5

4

3

2

1

2

3

4

5

6

ZAPATAS POLARES

CONEXIONES

CONMUTADOR

CONEXIONES

CAMPO

CONEXIONES

COMPERNSACION

CARCAZA

MAQUINA COMPUESTA ADITIVA HM

Este circuito debe producir un campo constante y fijo,

ortogonal al flujo producido por el circuito de armadura.

Devanado de campo (estator) de una mquina de corriente continua de 2 polos.

HM HM


DEVANADO DEL CAMPO

17

Devanado de estator de 4 polos de

una mquina de corriente continua.

Pueden notarse los bobinados de

campo unicamente.

HM HM


Distribucin

de campo en

un devanado

de 4 polos.

LOS POLOS DE CONMUTACION PRODUCEN UN CAMPO LOCAL EN EL

PLANO NEUTRO QUE SE INTERPONEN AL FLUJO PRODUCIDO POR LA

REACCION DE LA ARMADURA .

DE ESTA MANERA SE BUSCA RESTAURAR EL PALNO NEUTRO ORIGINAL

FLUJO DEL PLANO NEUTRO DEBIDO A LA REACCION DE LA ARMADURA

HM HM


18

LOS POLOS DE CONMUTACION En MAQUINAS DE CC HM


SON UTILIZADOS PARA CONTRARRESTAR LA

REACCION DE LA ARMADURA

EN LOS GENERADORES

EN LOS GCC LA POLARIDAD DE LOS CIRCUITOS DE

CONMUTACION ( INTERPOLOS ) UBICADOS ENTRE LOS

CAMPOS PRINCIPALES

TIENEN LA POLARIDAD CONTARRIA QUE EL

POLO DEL INDUCTOR INMEDIATO ANTERIOR.

LOS INTERPOLOS ESTAN CONECTADOS EN SERIE

CON EL CIRCUITO DE ARMADURA DE MANERA QUE

DEBEN RESPONDER A CAMBIOS EN LA REACCION DE

LA ARMADURA A DIFERENTES VELOCIDADES.

HM HM


POLARIDAD DE LOS CIRCUITOS DE CONMUTACION

19

GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA HM HM


N N

S

S

S

S N

N

EN LOS MOTORES

EN LOS MCC LA POLARIDAD DE LOS CIRCUITOS

CONMUTACION ( INTERPOLOS ) UBICADOS ENTRE LOS

CAMPOS PRINCIPALES

TIENEN LA MISMA POLARIDAD QUE EL POLO

DEL INDUCTOR INMEDIATO ANTERIOR.

LOS INTERPOLOS ESTAN CONECTADOS EN SERIE CON

EL CIRCUITO DE ARMADURA DE MANERA QUE DEBEN

RESPONDER A CAMBIOS EN LA REACCION DE LA

ARMADURA A DIFERENTES VELOCIDADES. CUANDO SE

CAMBIA EL SENTIDO DE LA CORRIENTE DE ARMADURA ,

SE INVIERTE LA POLARIDAD DE LOS INTERPOLOS.

HM HM


POLARIDAD DE LOS CIRCUITOS DE CONMUTACION

20

HM HM


N

N

S S

S

S N

N

HM CONSTITUCION DEL CIRCUITO DE ARMADURA

NUCLEO DE LA

ARMADURA DE

ACERO AL SILICIO

VENTILADOR DE

ALUMINIO

FIERRO FUNDIDO

COLECTOR

CONMUTADOR

CON MATERIALES

CON CLASE H

RODAMIENTO

DE BOLAS

EJE SAE

1045

BOBINAS DE LA ARMADURA

ALAMBRE ESMALTADO

PLATINAS FORRADAS

ANILLO

COMPENSADOR

USADO EN EL

BALANCEO

DINAMICO

LOA LA

HM


21

HM HM


Partes principales:

1. Yugo o carcaza

2. Nucleo magnetico polar.

3. Nucleo magnetico del rotor

4. Dientes del rotor.

5. Entrehierro.

HM HM


22

DISTRIBUCION DEL FLUJO MAGNETICO PRINCIPAL HM HM


BALANCE ENERGTICO DE UNA MQUINA ROTATIVA BALANCE ENERGTICO DE UNA MQUINA ROTATIVA

Prdidas rotacionales

Prdidas en el cobre del

rotor

Prdidas en el

hierro

Prdidas en el cobre del estator

Potencia elctrica

consumida

(Pe)

ESTATOR ROTOR Potencia

mecnica

til del

motor

(Pu)

e

u

P

P

e

u

P

P

%90 %90

HM


23

PARTES DE UNA MQUINA DE CC

1

2 3

4

6

7

5

8

9 10

11

12

1.- Culata 2.- Ncleo polar 3.- Expansin polar. 4.- Ncleo del interpolo. 5.- Expansin de . conmutacin. 6.- Ncleo del inducido. 7.- Arrollamiento inducido. 8.- Arrollamiento campo. 9.- Arrollamiento interpolo. 10.- Colector. 11.- Escobillas. 12.- Escobillas

HM


Motores de CC

Motor de CC de 6000 kW fabricado por ABB

Pequeos motores de CC e imanes permanentes

Motor de CC para aplicaciones de

robtica

Catlogos comerciales

Fotografa realizada en los talleres de ABB Service Gijn


HM


24

El colector

0+- + +- +

12

1

2

21

Sentido de rotacin

de la espiraColector de dos

delgas

Instante Inicial Conmutacin Inversin de la polaridad

Escobillas

Colector real

Colector

M. F. Cabanas: Tcnicas para el

mantenimiento y diagnstico de

mquinas elctricas rotativas


Mulukutla S. Sarma: Electric machines

Detalles del estator :

POLOS DE CONMUTACIN

LOS POLOS DE CONMUTACIN COMPENSAN LOCALMENTE LA REACCIN DE INDUCIDO ELIMINANDO LA DISTORSIN DEL CAMPO

HM


25

CASQUET

E

ESCOBILLA

ARMADURA

RESORTE DE

ESCOBILLA

COLECTOR

PORTAESCOBILLA

PERNO DEL POLO

DE CAMPO

CONJUNTO DE

ESCOBILLA

CARCAS

A

BOBINA DE

CAMPO

POLO DE CAMPO

(LAMINADO)

HM HM


CONEXION EQUIVOCADA DEL BOBINADO DE CAMPO HM

CUAL DE ESTOS

ESQUEMAS SE

HALLA MAL

CONECTADO?.

HM


26

ARROLLAMIENTOS

DEL CAMPO

BOBINADO

DE ARMADURA BOBINADO

DE ARMADURA

COLECTOR

CONSTITUCION DEL CIRCUITO DE CAMPO Y ARMADURA HM HM


HM EL COLECTOR

HM


27

CONSTITUCION

El colector est constitudo por una serie de

segmentos o lminas de cobre duro de seccin

trapezoidal a las que llamaremos delgas, aisladas

elctricamente entre s y separados con hojas de

mica o de mecanita (otro aislante) de 0.8 mm. de

espesor por lo general y tambin elctricamente

aisladas al cuerpo que las sustenta; en cada

delga se conecta el final de una bobina del

inducido y el principio de otra, por lo que en un

colector hay tantas delgas como bobinas en el

inducido.

HM HM


CONJUNTO DE COLECTOR

PARA MAQUINA DE

CORRIENTE CONTINUA

DELGA DE UN COLECTOR PARA

MAQUINA DE CORRIENTE

CONTINUA

VISTA TIPICA DE UN COLECTOR HM HM


28

8

2

3

5

6

1

4

7

CORTE PARCIAL DE

UN COLECTOR

1.-CUERPO DEL COLECTOR

2.-ANILLO FRONTAL

3.-TUERCA DE APRIETE

4.-ANILLO POSTERIOR

5.-AISLAMIENTO DEL ANILLO

6.-DELGA

7.-AISLAMIENTO DEL CUERPO DEL

COLECTOR

8.-AISLAMIENTO ENTRE DELGAS

PARTES CONSTITUTIVAS DEL COLECTOR HM HM


ANILLO FRONTAL DE UN

COLECTOR

1

1 a

3

2

b

3

2

a.-ANILLO Y TUERCA MONTADOS

b.-ANILLO Y TUERCA DESMONTADOS

1.-TUERCA DE APRIETE

2.-ANILLO

3.-MANGUITO AISLAINTE

PARTES CONSTITUTIVAS DEL COLECTOR HM HM


29

1.-CUERPO DEL COLECTOR

2.-ANILLO FRONTAL

3.-DELGA

4.-LAMINA DE MATERIAL

AISLANTE

5.-AISLAMIENTO ENTRE LAS

DELGAS Y EL ANILLO FRONTAL

6.-AISLAMIENTO ENTRE LAS

DELGAS Y EL CUERPO DEL

COLECTOR

7.-TALON DE CONEXION

8.-BANDAJE DE SUJECION DE

LOS AISLAMIENTOS

9.-TORNILLO CON CABEZA

COLECTOR DE UNA MCC

HM

7 6 4 3

2

8

1

5

9

HM


EN EL QUE EL AJUSTE DEL ANILLO FRONTAL SE EFECTUA MEDIANTE TORNILLOS DE CABEZA

ANILLO COMPRESOR PARA REPARTIR UNIFORMEMENTE LA PRESION

COLECTOR DE MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA, EN EL QUE EL AJUSTE DEL

ANILLO FRONTAL SE EFECTUA MEDIANTE ANILLOS PASANTES

HM HM


30

COLOCACION DE LOS

ANILLOS DEL COLECTOR

MONTAJE DE LA DELGA O SEGMENTO EN EL COLECTOR

HM HM


Los segmentos de cobre con su aislamiento se unen de

modo que forman un clindro hueco que se monta sobre

una base de acero cilndrico y sujeta por medio de anillos.

El aislamiento de mica entre los segmentos o delgas del

colector deben estar ligeramente sumidos con respecto al

cobre para evitar que se daen las escobillas que estn

en contacto, en colectores de pequeas dimensiones se

dispone de una capa de mica natural y en los de grandes

dimensiones, una capa de mica prensada conteniendo

una parte de laca. A continuacin una vista tpica de un

colector .

HM HM


31

El cuerpo sustentador del colector se construye de fundicin o

de acero laminado y soldado. Para grandes dimetros de

inducido (mquinas lentas), tiene la forma de rueda, o bien se

sujeta lateralmente al cuerpo del inducido mediante bridas y

tornillos.

Para colectores de gran velocidad perifrica se adopta una

construccin especial: El cuerpo del cilindro formado por las

delgas, se sujeta mediante anillos contrados de acero,

aislados de las delgas por otros anillos de mecanita de 3 a 5

mm. de espesor.

La fijacin del conjunto cilndrico al eje, se efecta de forma que

pueda dilaterse por un extremo, de lo contrario, las delgas se

curvaran al calentarse y el colector dejara de ser cilndrico;

as tendremos un colector con anillo elstico que permite que

las delgas puedan dilatarse.

HM HM


CONVERSION CA/CC MEDIANTE EL COLECTOR

Analicemos la accin del colector para convertir la C.A.

generada en C.C.

En la posicin A, la espira es perpendicular al campo

magntico por lo cual no se proucir una FEM inducida

en los conductores de mismo. Como consecuencia, no

habr flujo de corriente. Observamos que las escobillas

estn en contacto con ambas delgas del colector,

haciendo verdaderamente un cortocircuito en la espira

pero este cortocircuito no es ningn problema porque no

existe flujo de corriente.

HM HM


32

HM HM


POSICION A

(0)

POSICION D

(270)

POSICION C

(180)

POSICION B

(90)

CONMUTACION CONVERSION DE CA EN CC

Como sabemos, la polaridad de la FEM inducida

depende del sentido en que un condutor se mueve a

travs de un campo magntico, si el sentido se invierte la

polaridad de la FEM tambin se invierte. Una manera de

lograr esto es con un interruptor conectado con la salida

del generador.

Este interruptor puede estar instalado de manera que

invierta la polaridad de la tensin de salida en todo

momento en que la polaridad de la FEM inducida se

modifique dentro del generador.

HM HM


33

HM HM


COLECTOR

CONVERSION CA/CC POR MEDIO DEL COLECTOR

HM HM


N S S N

ARMADURA DE

DOS BOBINAS

+ TENSION EN LOS BORNES DEL GENERADOR

TENSIONES DE LAS BOBINAS

VARIAS BOBINAS REDUCEN LAS PULSACIONES

34

HM HM


CONMUTACION CORRECTA

COLECTOR

ESCOBILLA

BOBINA

NO HAY CHISPAS

HM HM

HM


CONMUTACION INCORRECTA

CORRIENTE DE

CORTOCIRCUITO

COLECTOR EN

CORTOCIRCUITO

CHISPAS

35

CONVERSION CA/CC MEDIANTE UN

INTERRUPTOR DE INVERSION

Resistencia de carga

Interruptor de inversin

N S

HM


HM HM


36

G MP DT V V

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR CON IMAN PERMANENTE

Wm

A1 - A2 CIRCUITO DE ARMADURA

S - N IMAN PERMANENTE ( Polaridad )

G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

A CIRCUITOS UTILIZADOS EN

GENERADORES

< 1 KW

S N

HM

2

HM


G MP DT V V

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR CON IMAN PERMANENTE

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

< 5 KW

G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

A

S N

S

N


S - N IMAN PERMANENTE ( Polaridad )

HM

3

HM


37

G MP DT V

A

V

F1 F2

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR CON EXCITACION SHUNT

Vf

Wm

F1 - F2 CIRCUITO DE CAMPO.


G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

A CIRCUITOS UTILIZADOS EN

GENERADORES

< 5 KW

Radj.

If

IL

HM

4

HM


G MP DT V

A

V

F1 F2

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR CON EXCITACION SHUNT

Vf

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

< 30 KW



1B1 - 1B2 , 2B1- 2B2 CIRCUITO DE INTERPOLOS

G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

1B2

1B1

2B2

2B1

A

Radj.

If

IL

HM

5

HM


38

G MP DT V

A

V

F1 F2

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR CON EXCITACION INDEPENDIENTE

Vf

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

< 5 KW


A1 - A2 CIRCUITO DE ARMADURA.

G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

A

Radj.

If

HM

6

+ V1 -

HM


G MP DT V

A

V F1 F2

+ V1 -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR CON EXCITACION INDEPENDIENTE

Vf

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

< 30 KW




G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

1B2

1B1

2B2

2B1

A

Radj.

If

HM

7

+ -

HM


39

G MP DT V

A

V D1 D2

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR SERIE

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

> 30 KW

D1 - D2 CIRCUITO DE COMPENSACION.


G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

IL

HM

8

HM


G MP DT V

A

V D1 D2

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR SERIE

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

> 30 KW




G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

1B2

1B1

2B2

2B1

IL

HM

9

HM


40

G MP DT V

A

A

V

F1 F2

D1 D2

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR COMPUESTO ADITIVO CONEXION LARGA

Vf

Wm

CIRCUITO TEORICO NO SE HACONECTADO

EL CIRCUITO DE

INTERPOLOS




G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIMTRICO A

AMPERMETRO DC V

VOLTIMETRO DC Wm

VELOCIDAD MECANICA

Radj.

If

IL ID

HM

10

HM


G MP DT V

A

A

V

F1 F2

D1 D2

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR COMPUESTO ADITIVO CONEXION LARGA

Vf

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

> 30 KW





G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

1B2

1B1

2B2

2B1 Radj.

If

IL ID

HM

11

HM


41

G MP DT V

A

A

V

F1 F2

D1 D2

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR COMPUESTO ADITIVO CONEXCION CORTA

Vf

Wm


EL CIRCUITO DE

INTERPOLOS




G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO


AMPERMETRO DC V

VOLTIMETRO DC Wm

VELOCIDAD MECANICA

Radj.

If

IL

HM

12

HM


G MP DT V

A

A

V

F1 F2

D1 D2

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR COMPUESTO ADITIVO CONEXION CORTA

Vf

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

> 30 KW





G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

1B2

1B1

2B2

2B1 Radj.

If

IL

HM HM


42

G MP DT V

A

A

V

F1 F2

D1 D2

+ V1 -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR COMPUESTO CON EXCITACION INDEPENDIENTE

Vf

Wm


EL CIRCUITO DE

INTERPOLOS




G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO


AMPERMETRO DC V

VOLTIMETRO DC Wm

VELOCIDAD MECANICA

Radj.

If

IL

HM

+ -

HM


G MP DT V

A

A

V

F1 F2

D1 D2

+ V1 -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR COMPUESTO CON EXCITACION INDEPENDIENTE

Vf

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

> 30 KW





G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

1B2

1B1

2B2

2B1

Radj.

If

IL

HM

+ -

HM


43

G MP DT V

A

A

V

F1 F2

D2 D1

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR COMPUESTO DIFERENCIAL CONEXION LARGA

Vf

Wm


EL CIRCUITO DE

INTERPOLOS




G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO


AMPERMETRO DC V

VOLTIMETRO DC Wm

VELOCIDAD MECANICA

Radj.

If

IL ID

HM

16

HM


G MP DT V

A

A

V

F1 F2

D2 D1

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR COMPUESTO DIFERENCIAL CONEXION LARGA

Vf

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

> 30 KW





G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

1B2

1B1

2B2

2B1 Radj.

If

IL ID

HM HM


44

G MP DT V

A

A

V

F1 F2

D2 D1

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR COMPUESTO DIFERENCIAL CONEXCION CORTA

Vf

Wm


EL CIRCUITO DE

INTERPOLOS




G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO


AMPERMETRO DC V

VOLTIMETRO DC Wm

VELOCIDAD MECANICA

Radj.

If

IL

HM HM


G MP DT V

A

A

V

F1 F2

D2 D1

+ -

+

A2

Ia

A1

_

GENERADOR COMPUESTO DIFERENCIAL CONEXION CORTA

Vf

Wm

CIRCUITOS

UTILIZADOS EN

GENERADORES

> 30 KW





G GENERADOR DC

MP MOTOR PRIMO

DT DINAMO TAQUIM.

A AMPERMETRO DC

V VOLTIMETRO DC

Wm VEL. MECANICA

1B2

1B1

2B2

2B1 Radj.

If

IL

HM

19

HM


45

TABLA DE LAS ESCOBILLAS UTILIZADAS EN

LAS MQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

CARCAZA DIMENSIONES DE LAS ESCOBILLAS

9 A 10 X 12.5 X 25

10 A 10 X 12.5 X 25

11 - 2P A 10 X 116 X 32

11 - 4P A 10 X 16 X 32

13 A 12.5 X 20 X 32

16 A 12.5 X 25 X 32

A 12.5 X 25 X 40

18 A 10 X 25 X 32

A 10 X 25 X 40

A 12.5 X 25 X 32

a A 12.5 X 25 X 40

A 16 X 25 X 32

A 16 X 25 X 40

35 ZS 12.5 X 25 X 32

ZS 16 X 25 X 32

ZS 20 X 25 X 32

40 ZS 16 X 32 X 40

45 ZS 20 X 32 X 40

ZS 25 X 32 X 40

HM

20

HM


HM HM


46

1.- Un motor Shunt de 5HP, 120V, 41 Amperios, 1800 RPM, tiene los siguientes

parmetros : Ra = 0.54 y Rf = 120 a Tambiente = 20C adems se sabe que utiliza escobillas electrografticas, Ves = 1 V. se le solicita hallar :

a) Irranq y Gaf.

b) Ea (plena carga).

c) IL nominal

d) if ( t ) = ?

e) = ? f) Te ( t ) = ?

2.- Un motor Shunt de 10 KW, 250Voltios , 900 RPM, tiene los siguientes

parmetros : Ra = 0.25 y Rf = 1205 a Tambiente = 20C adems se sabe que utiliza escobillas electrografticas, se le solicita hallar :

a) Irranq y Gaf.

b) Ea (plena carga).

c) IL nominal

d) if ( t ) = ?

e) = ?

f) Te ( t ) = ?

PROBLEMAS HM HM


Solucin N 1:

Wm = 1800 x 188.5 Rad/seg

Ra = 0.54 1 + 0.0039 (75-20) = 0.54 x 1.2145 = 0.66

Rf = 120 x 1.2145 = 145.74

Vf = Rf x if = 120 = 145.74 x if if = 0.82 A (1)

Va = 120 = Raia + Ea + 2Ve

a) Pero

P = Ea x ia

5 x 746 = Ea x 41

Ea = 91 Volt. = 6af . if . Wm

91 = 6af x 0.82 x 188.5

Gaf = 0.59 Hy

Siendo Gaf un parmetro en estado

estacionario e ia = 41A

Gaf = 24.13 / 41 = 0.59 Hr

30

A2

120V

+

( - )

A1

Ra

+

-

IL Ia

F2 La F1

I+

R+ L+

HM

Ea

HM


47

a) 120 = 0.66 x Iarr + Gaf x if x Wm + 2

120 2 = 0.66 Iarr Iarrr = 178.8 A

Iarr = K In

K = Iarr / In = 178.8 / 41 = 4.36

b) 120 = Ra ia + Ea + 2V

120 = 0.66 x 41 + 2 + Ea Ea = 90.94 Volt. (plena carga)

c) IL = Ia + If = 41 + 0.82

IL = 41.82

Te = Gaf . if . ia = 0.59 x 0.82 x 41 = 18.84 N -m = 2.02 kg m

7433.082.41x120

746x5

Pin

Putil

HM HM


Que resistencia debe instalar en serie para que la corriente sea 3In K = 3

Iarr = 3 x 41 = 123 A , Ea = 0 Voltios.

120V = (Rs + Ra ) ia + Ea + 2

= Rs + Ra

Rs + Ra = 0.9756

Rs = 9756 0.66 = 0.3156

Rs / K Tamb =

Rs = 0.2597 a Tamb. Resistencia comercial.

123

118

2145.1

3156.0

Ra

120V

Rs

HM

Ea

HM


48

HM HM


HM


49

HM


HM


50

HM


HM


51

HM


Teoria de Maquinas de Cc

Documents

Transcript of Teoria de Maquinas de Cc