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MAQUINAS ELECTRICAS
MODULO DE AUTOAPRENDIZAJE
V1-13-10-2015
SESION 10: GENERADORES DE C.C.
1. INTRODUCCION
Los generadores de c.c. son máquinas de cc que se usan como generadores. No hay diferencia real
entre un generador y un motor, pues solo se diferencian por la dirección del flujo de potencia.
Hay cinco tipos principales de generadores de c.c.
1. Generadores de Excitación separada, el flujo de campo se origina en una fuente de potencia
separada.
2. Generadores en Derivación, el flujo de campo se obtiene al conectar el circuito de campo
directamente a través de los terminales del generador.
3. Generador Serie, el flujo de campo se produce conectando el circuito de campo en serie, con el
inducido del generador.
4. Generador compuesto acumulativo, tanto el campo de derivación como el campo en serie
están presentes y sus efectos se suman
5. Generador compuesto diferencial, tanto el campo de derivación como el campo en serie están
presentes y sus efectos se restan
2. CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GENERADOR DE C.C.
En la siguiente figura se muestra el circuito equivalente de un generador de cc se la cual se observa:
Se representa dos circuitos: CIRCUITO DE CAMPO Y DEL INDUCIDO
El circuito del inducido se representa por una fuente de voltaje ideal EA y una resistencia RA
Es una representación del equivalente thevenin de toda la estructura del rotor, incluyendo
bobinas, los polos auxiliares y los embobinados de compensación, si los hay.
las
La disminución del voltaje de las escobillas se representa por una batería pequeña Vescobilla, cuya
polaridad está en dirección contraria al flujo de corriente de la máquina.
Las bobinas de campo, que producen el flujo magnético del generador, se representan por el inductor
LF y la resistencia RF.
La Resistencia separada Radj, representa una resistencia variable externa que se usa para controlar
la cantidad de corriente del circuito de campo.
CIRCUITO DE CAMPO
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CIRCUITO DEL INDUCIDO
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Al circuito se le puede simplificar, obteniendo un circuito equivalente simplificado, como se muestra en la
siguiente figura.
La caída de voltaje en las escobillas es a menudo solo una mínima fracción del voltaje generado
en una máquina, su valor se puede dejar por fuera o incluirla en el valor de RA.
La resistencia interna de las bobinas de campo, se ajustan con la resistencia variable y el total se
llama RF.
GENERADOR CON EXCITACIÓN SEPARADA
Un generador de cc con excitación separada es un generador al que se le suministra corriente de campo,
desde la fuente externa separada de voltaje cc. El circuito equivalente se muestra en la figura. VT
representa el voltaje actual medido en los terminales del generador e IL representa la corriente que fluye
en las líneas conectadas a los terminales. El voltaje interno generado es EA y la corriente del inducido es
IA.
Se establece las siguientes ecuaciones:
IL = IA
VT= EA – IA R A
IF = VF/RF
3. CARACTERISTICA EN TERMINALES DE UN GENERADOR DE EXCITACIÓN SEPARADA
La característica corresponde a una gráfica de las cantidades de salida del dispositivo comparadas entre
si, es decir, es una gráfica de VT contra IL a una velocidad constante w. Esta gráfica se muestra a
continuación. La primera es con devanados de compensación y la segunda no
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4. CONTROL DE VOLTAJE EN LOS TERMINALES
El voltaje en los terminales de un generador cc de excitación separada puede controlarse cambiando el
voltaje interno generado de la máquina. Hay dos formas posibles de controlar este voltaje:
Cambio de velocidad de rotación. Si w aumenta entonces EA = k Øw aumenta, por lo tanto VT se
incrementa
Cambio de la corriente de campo. Si RF disminuye, entonces aumenta la corriente de campo,
entonces del flujo de la máquina aumenta, por tanto, EA = k Øw aumenta
En muchas aplicaciones, el rango de velocidades es muy limitado; por tal razón el voltaje en los
terminales se controla, cambiando la corriente de campo.
5. EJEMPLO: En la siguiente figura se muestra un generador cc de excitación separada dimensionado
para 172 kW, 430 V, 400 A y 1800 RPM, también se muestra su curva de magnetización. Calcular:
a) Si la resistencia variable Raj en el circuito de campo de este generador se ajusta a 63 Ω y el
motor primario del generador gira a 1600 RPM. ¿cuál es el voltaje en los terminales del
generador en vacío? Respuesta: 382 V
b) ¿ Cuál sería su voltaje si se conectara una carga de 1Ω a sus terminales? Suponga que el
generador tiene devanados de compensación. Respuesta: 364 V
c) ¿Qué ajuste debería efectuarse al generador para restablecer el voltaje en los terminales al valor
que se obtuvo en (a)
d) ¿Cuánta corriente de campo se necesitaría para restablecer la tensión de los bornes a su valor
de condición sin carga? ¿ Cuál es el valor requerido por la resistencia Raj para lograr esto?
Respuesta: 382 A, 49.9 Ω
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6. EJEMPLO: Para el ejercicio anterior. Calcular:
a) ¿Cuál sería su voltaje si se conectara una carga de 400 A a sus terminales? Suponga que el
generador tiene devanados de compensación. Respuesta: 362 V
b) ¿Cuál sería su voltaje si se conectara una carga de 360 A a sus terminales, pero el generador no
tiene no tiene devanados de compensación? Suponga que la reacción del inducido a esta carga
es de 450 A. vuelta. Respuesta:
346 V
7. EJERCICIO
En la siguiente figura se muestra la curva
de magnetización de un generador de cc
con fuente de alimentación separada. Los
valores nominales son 6 kW, 120 V, 50 A
y 1800 rpm. Los datos se muestran en el
circuito equivalente. Calcular:
a) Si este generador funciona en
vacío, cuál es el límite de graduaciones de voltaje que se puede lograr si se cambia Raj?
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b) Si el reóstato de campo tiene variaciones de 0 a 30 Ω y la velocidad del generador varía de 1500 a
2000 rpm, ¿cuáles son las tensiones máximas y mínimas del generador en vacío.
c) Si la corriente del inducido tiene 5 A, la velocidad del generador es 1 700 rpm y el voltaje en los
terminales es de 106 V ¿cuánta corriente de campo circula por el generador?
d) Si el generador gira a 1800 rpm y tiene 120 V en los terminales, en vacío, ¿cuál será el valor de
ajuste de Raj? ¿cuál será el voltaje terminal del generador si Raj se disminuye en 5 Ω.
e) Suponiendo que el generador tiene una reacción de inducido a plena carga equivalente a 400
A.vuelta de fuerza magnetomotriz, ¿cuál será la tensión terminal del generador cuando IF = 5 A,
nm=1700 rpm y IA = 50 A?
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