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MÁQUINAS ELECTRICAS DE C.C y C.A.. ELECTROMECANICA
Doc.: Alvaro Cabezas Torrez 2014
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UNIDAD 4 Generadores de
Corriente Continua.
Introducción
En la actualidad, la generación de C.C. se realiza mediante pilas y acumuladores o se obtiene de la
conversión de C.A. a C.C. mediante los puentes rectificadores. El uso de la dinamo para la producción de
energía de forma de C.C. se estuvo utilizando hasta la llegada de los alternadores, que con el tiempo la
han dejado totalmente desplazada. Hoy en día únicamente se utilizan las dinamos para aplicaciones
específicas, como por ejemplo, para medir la velocidad de rotación de un eje (tacodinamos), y que la
tensión que presentan en los bornes de salida es proporcional a la velocidad de la misma.
Partes de una maquina eléctrica de corriente continua.
Se puede decir que una dinamo es una maquina eléctrica rotativa que produce energía eléctrica en
forma de corriente continua aprovechando el fenómeno de inducción electromagnética. Esta máquina
consta fundamentalmente de un electroimán encargado de crear un campo magnético fijo conocido por
el nombre inductor, y un cilindro donde se enrollan bobinas de cobre , que se hacen girar a una cierta
velocidad cortando el flujo inductor, que se conoce como inducido.
Constitución de una dinamo
Las partes fundamentales de una dinamo son el inductor, el inducido y el colector.
Inductor
El inductor es fijo y se sitúa en el estator (parte estática o sin movimiento de la maquina). Está
formado por un electroimán de dos polos magnéticos en las maquinas o de varios polo
multipolares.
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Inductor de una dinamo.
El bobinado y las piezas polares de hierro dulce del electroimán rodeados por una carcasa o
culata de fundición o de acero moldeado que sirve de soporte a la máquina y permite el cierre
del circuito magnético.
Inducido
El inducido es móvil y se sitúa el rotor (parte que se mueve en sentido giratorio de la maquina).
Está compuesto de un núcleo magnético en forma de cilindro y construido por chapas
magnéticos apiladas, con el fin de evitar las perdidas por histéresis y corrientes parasitas, donde
se bobinan las espiras con conductores de cobre esmaltados, tal como se muestra en la figura.
El núcleo de chapas dispone de una serie de ranuras donde se alojan los bobinados del
inducido.
Inducido de una dinamo.
El núcleo queda fijado a un eje, cuyos extremos se deslizan apoyados en cojinetes fijos a la
carcasa. De esta forma el inducido se sustenta entre las piezas polares del inductor, pudiendo
ser impulsado en un movimiento de rotación rápido.
Colector
En el eje del inducido se fija el colector de delgas formas por láminas de cobre electrolítico con
el fin de poderle conectar los diferentes circuitos del inducido. Las delgas se aíslan del eje y
entre sí por hojas de mica.
Colector de delgas.
La corriente se recoge en el colector con la ayuda de dos o varios contactos deslizantes de
grafito o de carbón puro, llamados escobillas.
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Escobillas.
Cada escobilla se monta en una porta escobillas, que asegura la presión de la misma contra el
colector mediante muelles. De las escobillas parten los conductores que se conectan a la
placa de bornes de la dinamo, de donde se conectaran al circuito exterior. Dada la fricción a
la que se somete a las escobillas, se produce un desgaste progresivo de las mismas que limita su
vida útil, teniendo que reponerlas cada ciertos periodos de tiempo.
Porta escobillas.
Excitación de los Inductores
El campo magnético necesario para que una dinamo pueda funcionar se puede producir de
dos formas claramente diferenciadas: mediante un imán permanente o electroimanes
alimentados por corriente continua.
Dado que los imanes permanentes producen un campo magnético no muy intenso y
constante (sin posibilidad de regulación) su uso se hace interesante para pequeñas dinamos
como, por ejemplo, dinamos taquimétricas, magnetos, etc.
Cuando se desea la obtención de un campo magnético de excitación elevado y con
posibilidad de regulación se recurre a bobinas inductoras que rodean las piezas POLARES y que
son alimentados por una corriente continua.
Dependiendo de cómo se obtenga la energía eléctrica necesaria para alimentar el circuito
inductor de una dinamo y como se conecten surgen diferentes tipos de excitación.
Dinamos de excitación independiente.
Dinamos autoexcitadas.
4.1 Generadores con excitación independiente
La corriente de excitación con la que se alimenta a las bobinas inductoras se proporciona
mediante una fuente de energía exterior de C.C., como por ejemplo una batería de
acumuladores o una fuente de alimentación.
Los terminales A y B se corresponden con los del circuito del inducido y los terminales K e I con
los del devanado del inductor.
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Esquema de conexiones de dinamo con excitación independiente.
En la siguiente figura se muestra la característica en carga de una dinamo con excitación
independiente para una velocidad determinada y constante. Aquí se puede comprobar que
la tensión que proporciona la dinamo a la carga disminuye al aumentar la intensidad de carga.
Esto se debe fundamentalmente a la que la caída de tensión que se produce en la resistencia
interna del inducido aumenta proporcionalmente a la intensidad.
Características en carga de una Dinamo con Excitación Independiente.
En la característica de la figura se han incluido dos curvas; se puede comprobar que al
disminuir la corriente de excitación del inductor se consigue reducir también la tensión de salida
de la dinamo.
La dinamo de excitación independiente posee el inconveniente de que necesita de una
fuente de alimentación de C.C. para la alimentación del inductor; sin embargo la
independencia entre la corriente de excitación y la tensión en bornes del inducido la hacen
interesante para ciertas aplicaciones.
4.2 Dinamos autoexcitadas
En la práctica resulta más interesante conseguir que el propio generador produzca la energía
necesaria para la alimentación del circuito inductor. Esto presenta un problema, que es como
conseguimos que la dinamo comience a producir f.e.m. si inicialmente no existe campo
magnético en el inductor. Este problema se solventa fácilmente gracias al pequeño
magnetismo remanente que poseen los núcleos magnéticos de las piezas polares.
Efectivamente, cuando un material magnético es sometido a una imanación, aunque
retiremos la causa imanadora, dicho material siempre queda algo magnetizado, dependiendo
de la intensidad del magnetismo remanente del material utilizado. De esta forma, si
conectamos el circuito del inducido con el del inductor, por ejemplo, en paralelo con el
inductor, al girar el inducido a su velocidad nominal, los conductores del mismo cortan el débil
campo magnético debido al magnetismo remanente, produciéndose una pequeña f.e.m.,
pero suficiente para alimentar con una pequeña corriente al circuito inductor. Esto, a su vez,
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produce aumento en del flujo magnético inductor, que hace que aumente la f.e.m. en el
inducido, produciéndose un ciclo repetido de aumentos de la f.e.m. y de fl ujo inductor hasta
que se alcanza la f.e.m. nominal.
Según como se conecte el devanado inductor respecto al inducido surgen tres tipos de
dinamos autoexcitadas: dinamo con excitación en derivación, dinamo con excitación en serie
y dinamo excitación compound.
4.2 Dinamos con excitación en derivación
Aquí se conecta el devanado inductor en paralelo con el inducido, tal como se muestra de la
figura. Para producir el flujo magnético necesario se montan bobinas inductoras con un gran
número de espiras, ya que la corriente de excitación que se alcanza con este montaje es
pequeña, siendo reducida la sección de los conductores.
Esquema de conexiones de una Dinamo con excitación en derivación.
En el esquema eléctrico de la figura se ha incluido un reóstato de regul ación de campo
conectado en serie con el devanado inductor. Al modificar la resistencia de este reóstato
conseguimos variar la corriente de excitación y con ella el flujo magnético inductor,
consiguiendo así tener un control efectivo sobre la tensión de salida el generador.
En la figura se muestra la curva característica de una dinamo en derivación o shunt en carga.
Aquí se puede observar que la tensión que proporciona el generador a la carga se reduce más
drásticamente con los aumentos de la corriente de carga que en la dinamo con excitación
independiente. Esto es debido a al aumentar la caída de tensión en el inducido con la carga,
se produce una disminución de la tensión en bornes, que provoca, a su vez, una reducción de
la corriente de excitación. Esto hace que la f.e.m. inducida se vea reducida, pudiéndose llegar
a perder la excitación total de la dinamo para corrientes de carga muy elevadas.
Curva característica en carga de una dinamo derivación.
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4.3 Dinamos con excitación en serie
En este caso se conecta el devanado inductor en serie con el inducido, de tal forma que toda
la corriente que generador suministra a la carga fluye por igual por ambos devanados.
Esquema de conexiones de una Dinamo con excitación en serie.
Dado que la corriente atraviesa al devanado inductor es elevada, es necesario construirlos con
pocas espiras y una gran sección en los conductores.
El inconveniente fundamentalmente de este tipo de generador es que cuando trabaja en
vacío (sin conectar ningún receptor exterior), al ser la corriente nula, no se excita. Además,
cuando aumenta mucho la corriente de carga, también lo hace el flujo inductor por lo que la
tensión en bornes de la dinamo se eleva, tal como se muestra en la curva característica de la
carga de la figura.
Curva característica en carga de una dinamo serie.
Esto hace que este generador sea muy inestable en su funcionamiento y, por lo tanto, poco útil
para la generación de energía eléctrica.
4.3 Dinamos con excitación compound.
En la excitación mista o compound se divide un circuito inductor en dos partes independientes,
conectando una en serie son el inducido y otra e derivación, tal como se muestra en esquema
de la figura.
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Esquema de conexiones de una Dinamo con excitación compound.
Gracias a la combinación de los efectos serie y derivación en la excitación de la dinamo se
consigue que la tensión que suministra el generador a la carga sea mucho más estable para
cualquier régimen de carga, tal como se muestra en la curva característica en carga de la
figura.
Curva característica en carga de una dinamo compound.
La gran estabilidad conseguida en la tensión por las dinamos con excitación compound hacen
que esta sea en la práctica la más utilizada para la generación de energía.