MÁQUINA DE EXCITACIÓN INDEPENDIENTE.
Partes del estator de la máquina.
En la máquina de excitación independiente el flujo es producido en los polos, estos se construyen a partir de electroimanes y están ubicados en el estator; en cada polo se devana una bobina con muchas vueltas y poca corriente con el fin de crear una fuerza magnetomotriz. El flujo producido depende de la corriente que circula por el devanado de campo, el número de vueltas en el devanado de campo paralelo y la reluctancia de la máquina.
Las partes que conforman el estator de la máquina son:
El rotor de una máquina DC es donde se hace la conversión de energía eléctrica en mecánica o viceversa, está compuesta principalmente por:
Devanado del rotor
Devanado de campo: Este se dedica exclusivamente a producir el campo magnético que necesita todo motor o generador para que haya inducción de tensión o un torque disponible. El devanado está compuesto por uno devanado que se conecta paralelo o shunt, la principal característica es que tiene muchas vueltas y además se construye con un conductor delgado, por tal razón posee una resistencia alta.
Yugo: Al igual que el rotor también está construido de láminas de acero o hierro de alta permeabilidad magnética y juntos forman el circuito magnético también se le llama yugo.
Devanado de compensación: Cuando los motores grandes trabajan con toda su carga (corrientes de armadura grandes) las corrientes de la armadura empiezan a influenciar notablemente en el campo magnético producido por los polos del estator y lo deforman. Lo que implica que el motor va a perder ciertas características de funcionamiento. Para recuperarlas se hace necesario restablecer o contrarrestar este fenómeno y para ellos se construyen los polos de compensación. Por estos va a circular la corriente de armadura que compensará las modificaciones del campo magnético.
Borneras de conexión: Son tornillos que sirven para conectar eléctricamente los devanados del motor con las fuentes de alimentación externa. Muchas veces, se puede distinguir el tipo de motor con el solo hecho de contar los tornillos que se encuentran en la bornera. Si tiene solo dos terminales, el motor solo tiene el devanado de armadura. Si tiene cuatro cables se tiene acceso al devanado de campo y de armadura (este motor puede ser serial, resistencia baja, o paralelo, resistencia alta). Si tiene cuatro cables se trata de un motor compuesto o tiene devanados de compensación (en el caso de que el motor sea grande, de unos 10Hp o más).
Partes del rotor de la máquina.
Devanado del rotor: Son bobinas de construcción especial que van a permitir la circulación de corriente por el circuito de armadura (también llamado así). En esta parte del circuito se van a generar los torques y tensiones cuando trabaja como motor o generador.
Conmutador: Es un rectificador mecánico que sirve para asegurar que la espira reciba la polaridad adecuada. El conmutador está construido con pequeñas láminas de bronce llamadas delgas que sirven para conectar las bobinas al exterior por medio de unas escobillas.
Núcleo del rotor: Está construido de láminas de acero y sirve para darle soporte a las bobinas del rotor, además de ayudar a formar el circuito magnético (bajar el entrehierro que hay entre el rotor y el estator). Como esta sección está en movimiento allí se van a producir los efectos de las corrientes de Eddy y las pérdidas por histéresis que tiene todo circuito magnético.
Eje del rotor: El eje del rotor sirve para soportar mecánicamente todos los elementos del rotor y además es por donde se va a sacar la energía mecánica producida en el interior del motor. Es decir, aquí se va a tener un torque mecánico.
Rodamientos: El estator del motor y el rotor están unidos mecánicamente, es decir el motor es un conjunto y no se puede funcionar por separado. El rotor siempre está en movimiento y el estator siempre está quieto. Por tal razón, se hace necesario colocar un dispositivo que permita el acople mecánico entre los dos llamados rodamientos, bujes, balineros, etc. Este permite el libre giro del rotor y el acople fijo del estator.
Escobillas: Como se dijo anteriormente el rotor siempre está en movimiento, y a este debe llegarle una corriente para que pueda producir torque, esta comente se hace llegar por medio de barras de carbón llamadas escobillas. Están ubicadas en el estator pero siempre están en contacto con el rotor. Este es tal vez el elemento que más se desgasta en el motor cuando trabaja normalmente y se deben cambiar periódicamente.
La máquina de excitación independiente tiene dos devanados, uno que corresponde a la armadura, y el segundo es el del campo. En la norma europea la máquina de excitación independiente tiene el siguiente
símbolo
Como la máquina de excitación independiente tiene dos devanados, deben existir dos circuitos que sinteticen el funcionamiento de la máquina como se evidencian en el siguiente
circuito equivalente.
El primero se llama circuito de campo que tiene una resistencia de campo, una inductancia de campo y una fuente de alimentación de corriente continua que se rige por la ecuación.
Como el devanado se encuentra fijo, la parte de la tensión inducida debida al movimiento es cero.
La ecuación de la tensión inducida se
puede expresar como:
El Circuito equivalente de la la armadura de una máquina de dc de excitación independiente se rige por la ecuación:
Donde la constante kg y en la literatura clásica la ecuación de armadura se puede expresar como:
La ecuación del torque motor en una máquina se puede expresar como:
Las ecuaciones dinámicas de una máquina de excitación independiente en forma matricial se puede expresar como:
Con el fin de poder simular una máquina de excitación separada se debe conocer los siguientes
parámetros:
Ra: resistencia de la armadura.
La: inductancia de la armadura.
Rf: resistencia del campo.
Lf: resistencia del campo.
kg: constante de generación.
J : momento de inercia.
Curva de vacío.
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