Representación del Campo Magnético
El campo magnético lo representamos por líneas de fuerza perpendiculares al plano del papel, con sentido saliente, dibujando entonces una serie de puntos. La cantidad de líneas de fuerza que atraviesan un centímetro cuadrado transversal mide la intensidad H de ese campo. El conductor es un trozo de alambre cuyo largo útil es l, y que al desplazarse desde la posición hasta la b, ha recorrido una distancia d.
Corrientes Parásitas (Foucault)
No se pueden eliminar las corrientes parásitas, pero sí reducir su magnitud, aumentando la resistencia a su circulación. Si se colocan una serie de chapas de hierro delgadas, aisladas entre sí, la corriente inducida encontrará en su camino una resistencia mucho mayor, y su magnitud será limitada.
Distribución del Campo Magnético en el Entrehierro
La distribución del campo magnético debajo de los polos, o sea en el entrehierro de la máquina, es máxima debajo de las masas polares y nula en la línea neutra, es decir, justo en la mitad del arco entre ejes de polos. Debajo de los núcleos de las masas polares, la inducción conservará su valor máximo, el cual disminuye debajo de las expansiones polares hasta anularse hacia la línea neutra.
Reacción Magnética del Inducido en Dinamos (Generadores CC)
Cuando la dinamo está en carga, el flujo del inductor se distorsiona debido al flujo magnético creado por la corriente del inducido, el cual es perpendicular al flujo magnético principal creado por los polos inductores. Aunque aparentemente el flujo principal no varía, pues se reduce en los cuernos de entrada, pero aumenta en los cuernos de salida, en realidad, el flujo principal disminuye, pues la distorsión del mismo aumenta su recorrido, es decir, su reluctancia magnética. Se crea saturación de los cuernos polares y, además, aumentan las fugas magnéticas, coadyuvando todo ello en la disminución de y, disminuyendo por tanto, la fem en carga (Ec) respecto a la fem en vacío (EV). Este fenómeno se conoce con el nombre de reacción magnética del inducido.
Problemas de la Reacción del Inducido:
- Disminuye la fem en carga.
- Disminuye indirectamente el rendimiento, pues se ha de aumentar la corriente de excitación para compensar el efecto anterior.
- Crea peligro de chispas en el colector.
- Aumenta las dificultades para realizar una buena conmutación.
Defecto de Conmutación
Al girar el colector, la escobilla va rozando con todas sus delgas y se producirán instantes en que la escobilla abandona una delga. Cuando se separa la escobilla de la delga unida a uno de los extremos de la bobina, se extingue la corriente en la misma y aparece una autoinducción.
Bobinados Inductores y Conexiones
Los bobinados inductores deben estar alimentados por una fuente eléctrica externa de c. continua. El circuito de los inductores absorbe una potencia del orden del 1% al 5% de la potencia de la máquina. Los bornes A y B (fig. 24) son del bobinado inducido del generador y son los que se conectan al circuito de consumo. Están unidos a las escobillas que rozan las delgas del colector.
Características de Generadores de Corriente Continua
Característica en Vacío o Magnética
Se denomina característica en vacío o magnética al gráfico que demuestra cómo varía la f.e.m. inducida al regular la corriente de excitación. En el inductor se intercala un reóstato a los efectos de poder variar la corriente de excitación.
Reversibilidad: Generador como Motor
Un generador de corriente continua es una máquina reversible, es decir, que si se alimenta su rotor con corriente de la red funciona como motor. Al circular la corriente por el conductor, que está sumergido en el campo, se origina una acción de carácter dinámico entre ambas magnitudes físicas, actuando sobre el conductor una fuerza que tiende a desplazarlo fuera del campo. Como el conductor solo puede moverse alrededor del eje, girará mientras dure la corriente.
Arranque de Motores de Corriente Continua
Como no es posible colocar un bobinado capaz de soportar esa corriente que solo dura un instante, hay que limitar la corriente de arranque a valores permisibles para el bobinado. Se acostumbra limitar dicha corriente inicial del motor, que llamaremos Ia, a un valor 50% superior al de la corriente normal In, de modo que se tiene: Ia = 1.5 In. Para conseguir esa limitación solo hay un recurso: ya que la tensión no puede modificarse, se aumenta la resistencia intercalada en el paso de la corriente mediante el agregado de un reóstato en serie.
Tipos de Motores de Corriente Continua
Motores Derivación:
Al principio, la cupla crece lentamente, pero luego comienza a aumentar en forma menos notable. La velocidad crece paulatinamente con la carga, de modo que a plena carga el motor gira algo más despacio que en vacío.
Motores Serie:
La cupla aumenta notablemente con la carga. La velocidad tiene característica de variación hiperbólica, debido a que con carga reducida el flujo será pequeño y la velocidad grande.
Generadores de Corriente Alterna (Alternadores)
1. Los generadores de corriente alterna o alternadores funcionan bajo el siguiente principio: si se coloca una espira dentro de un campo magnético y se la hace girar, sus dos lados cortarán las líneas de fuerza de campo, induciéndose entonces una f.e.m., la cual es de carácter alternado. Cerrando el circuito, esta f.e.m. da origen a una corriente eléctrica que también es alternada.
4. A frecuencias mayores debe haber más polos y la máquina se encarece. Las pérdidas por corriente de Foucault dependen del cuadrado de la frecuencia; por ende, al crecer la frecuencia, aumentan estas pérdidas. Para oponerse a lo anterior, se usa la corriente alterna. La frecuencia debe ser de 50 ciclos por segundo; en otros casos, se llega a usar 60 ciclos por segundo.
6. Al circular corriente por los conductores del inducido o armadura, se producirá un campo magnético que encontrará un circuito de hierro cerrado. Este flujo actúa sobre el campo inductor principal, produciendo un efecto que puede diferir del ocurrido en corriente continua. La corriente de carga puede estar en fase, atrasada o adelantada con respecto a la f.e.m. del alternador. En cada caso, los efectos de reacción de la armadura son distintos.
Características de Carga de Generadores de Corriente Continua
Generador con Excitación Independiente:
En todo generador, resulta imprescindible conocer cómo reacciona la máquina ante las variaciones del consumo, es decir, al variar la corriente principal del inducido. Para tal fin, se conecta un voltímetro en los bornes y un amperímetro en serie con la carga. La velocidad de giro del rotor y la corriente de excitación se mantienen constantes. Cargando el generador, puede representarse con Rc las resistencias de todos los circuitos exteriores derivados. Variando la resistencia de carga, se hacen lecturas en ambos instrumentos.
Generador con Excitación Derivación:
De acuerdo con la polaridad del inducido, se obtienen los sentidos de las corrientes de carga (Ic) y de excitación (Ix). La tensión aplicada al circuito de excitación no es constante, pues es la de los bornes del generador, que es variable con la carga; esto hace que al aumentar la corriente de consumo, la máquina se desexcita levemente. La característica de vacío de estos generadores es similar a la de los de excitación independiente y da la f.e.m. a distintas corrientes de campo, manteniendo constante la velocidad.
Generadores con Excitación en Serie:
En estos generadores, el campo está conectado en serie con el inducido, de modo que en vacío, es decir, sin carga, no hay f.e.m. puesto que la máquina no está excitada. Se conectan y, si hay reóstato de campo, va en paralelo con el bobinado respectivo. Estos generadores no tienen característica de vacío lógica, pues para obtenerla hay que alimentar el campo independiente. La tensión en los bornes, para velocidad y resistencia del circuito de campo constantes, crece hasta un punto K, llamado crítico, después del cual decae. La resistencia Rc del circuito exterior para ese punto se llama crítica y vale: Tg α = Vm / Ilr = Rk
Generadores con Excitación Compound:
Muchas veces, se diseñan las máquinas generadoras de corriente continua con dos campos excitadores: uno para conectarlo en derivación con los bornes y otro en serie con la carga. El campo derivación es igual al de una máquina de tal tipo, y el campo serie es menor que el que correspondería a un generador que solo tuviera ese campo, es decir, que los bobinados inductores a conectar en serie con la carga tienen menor cantidad de ampervueltas que los bobinados derivación; la proporción es del 30%, en cifras medias.