Conceptos Fundamentales y Ensayos de Máquinas de Corriente Continua

1. Principio de Funcionamiento de un Generador Eléctrico

• El principio de funcionamiento de los generadores eléctricos se basa en la acción que se establece entre la corriente eléctrica y el campo magnético. Este fenómeno se explica al observar que si por un conductor se hace pasar una corriente eléctrica, se genera un campo magnético en sus inmediaciones.

2. Obtención de Corriente Continua (C.C.) a partir de Corriente Alterna (C.A.) y Reducción del Rizado

• Mediante el colector de delgas, se conectan los extremos de las espiras en semianillos conductores aislados uno del otro, sobre los que se colocan en contacto las escobillas que recogen la corriente para conseguir una salida en C.C.
• Cuando se desea obtener una tensión continua con el menor rizado posible, se construyen dínamos con un número considerable de espiras y delgas.

3. Partes Fundamentales de una Máquina de Corriente Continua (C.C.)

• Inducido: Se sitúa en el rotor, la parte giratoria de la máquina. Constituye un núcleo magnético en forma de cilindro donde se bobinan las espiras de cobre.
• Inductor: Se sitúa en el estator, la parte estática de la máquina. Está formado por un electroimán de dos o varios polos magnéticos, según sean máquinas bipolares o multipolares.
• Colector de Delgas: Componente situado en el rotor, formado por segmentos conductores aislados entre sí (delgas) sobre los que rozan las escobillas. Su función principal es rectificar la corriente alterna generada en el inducido a corriente continua en los bornes de salida de la máquina.

4. Tipos de Bobinado en el Inducido de Máquinas de C.C.

• Imbricado: Consiste en conectar el principio de cada bobina a una delga del colector y el final a la siguiente delga.
• Ondulado (o en serie): El principio de cada bobina se conecta con una delga que corresponde a un polo magnético y el final con una delga que corresponde al siguiente polo magnético.

5. El Entrehierro en Máquinas Eléctricas: Definición y Optimización

• Es el espacio existente entre el inducido y el inductor a través del cual circulan las líneas de flujo magnético.
• Debido a que las líneas de fuerza encuentran una alta reluctancia en el entrehierro, se intenta reducirlo al máximo sin impedir el giro libre del rotor.

6. Reacción del Inducido: Concepto y Métodos de Compensación

• Es el efecto del campo magnético generado por la corriente del inducido sobre el campo magnético principal del inductor, lo que provoca una distorsión y desplazamiento del eje neutro magnético, afectando la conmutación y generando chispeo en las escobillas.
• Se evita desviando las escobillas o disponiendo de polos auxiliares de conmutación.

7. Desventajas de la Desviación de Escobillas en la Compensación de la Reacción del Inducido

• La desventaja es que, dado que el campo transversal de reacción del inducido varía con la carga, la desviación óptima de las escobillas es válida solo para una corriente de carga específica. Para una corriente mayor o menor, la desviación de las escobillas tendría que ajustarse nuevamente.

8. Solución de la Reacción del Inducido Mediante Polos de Conmutación

• Los polos de conmutación se disponen en el estator del generador de tal forma que produzcan un campo magnético transversal del mismo valor y de sentido contrario al flujo transversal de la reacción del inducido, conectándolos en serie con el inducido para que su campo sea proporcional a la corriente de carga.

9. Aplicación y Función del Devanado de Compensación

• Se utiliza en máquinas de gran potencia para eliminar las distorsiones del campo magnético principal originadas por el flujo de la reacción del inducido.

10. Generación del Campo Magnético en la Dínamo: Tipos de Excitación

• Se puede producir de dos formas: mediante imanes permanentes o electroimanes alimentados por C.C.
• El imán permanente se utiliza cuando se requiere un campo magnético no muy intenso y constante, sin posibilidad de regulación; su uso es común en pequeñas dínamos.
• Cuando se desea obtener un campo magnético de excitación elevado y con posibilidad de regulación, se recurre a las bobinas inductoras que rodean las piezas polares y que son alimentadas por una fuente de C.C.

11. Dínamo de Excitación Independiente: Descripción, Ventajas y Desventajas

• La corriente de excitación con la que se alimenta a las bobinas inductoras se proporciona mediante una fuente de energía exterior. (Nota: El esquema eléctrico se incluiría en un documento completo.)
• Ventaja: Se puede regular la tensión de salida del generador a partir de la fuente de alimentación externa.
• Inconveniente: Requiere una fuente de alimentación de C.C. externa para alimentar al inductor.

12. Autoexcitación en Dínamos: Concepto, Tipos y Magnetismo Remanente

• Consiste en que el propio generador produce la energía necesaria para alimentar los electroimanes inductores.
• Variedades: Dínamos con excitación en derivación (shunt), con excitación en serie y con excitación compound.
• Nos referimos al magnetismo remanente como el magnetismo que persiste en el material de los núcleos magnéticos de las piezas polares después de haber sido magnetizados.

13. Dínamo de Excitación en Derivación (Shunt): Reóstato y Pérdida de Excitación

• El reóstato se utiliza para lograr un control efectivo sobre la tensión de salida del generador. (Nota: El esquema eléctrico se incluiría en un documento completo.)
• La excitación de la dínamo para corrientes de carga muy elevadas puede perderse debido a que, al aumentar la caída de tensión en el inducido con la carga, se produce una disminución de la tensión en bornes, lo que a su vez reduce la corriente de excitación y, por ende, el flujo magnético.

14. Dínamo de Excitación en Serie: Características y Desventajas

• Es necesario construir el devanado inductor con pocas espiras y gran sección de conductor porque la corriente que lo atraviesa es elevada.
• Inconvenientes: Cuando trabaja en vacío no se excita, ya que la corriente de carga es nula y, por tanto, no hay corriente de excitación. Además, cuando la corriente de carga aumenta significativamente, el flujo inductor también lo hace, provocando un aumento indeseado de la tensión en bornes de la dínamo.

15. Excitación Compound en Dínamos: Definición y Ventajas

• Se refiere a una dínamo cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes: uno dispuesto en serie con el bobinado del inducido y otro conectado en derivación con el circuito del inducido.
• Ventaja: La tensión que suministra el generador a la carga es mucho más estable para cualquier régimen de carga.

16. Ensayos Característicos en Dínamos para el Estudio de su Comportamiento

• Características de vacío.
• Características en carga.
• Características de excitación o regulación.
• Características de cortocircuito.
• Característica exterior.
• Característica interior.

17. Equipamiento Necesario para Ensayos de Dínamos y Obtención de Curvas Características

• Motor de arrastre con posibilidad de regulación y control de velocidad.
• Fuente de alimentación de C.C. regulable para alimentación del motor de arrastre.
• Fuente de alimentación de C.C. regulable para alimentación de la excitación de la dínamo.
• Aparatos de medida de alcance adecuado para medir tensión y corriente en los diferentes circuitos.
• Un tacómetro para medir la velocidad de la dínamo.
• Reóstatos para regular la corriente del inducido o de la excitación.