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Reacción de Inducción y Conmutación




Enviado por Ivan Cordero



  1. Reacción del
    Inducido
  2. Problemas con la
    Reacción de Inducido
  3. Conmutación
  4. Polos de
    conmutación
  5. Medidas para
    mejorar la Conmutación
  6. Devanados de
    Compensación
  7. Conclusiones
  8. Referencias

Reacción
del Inducido

La reacción de inducido se produce para
neutralizar el campo de reacción que sobre los polos
auxiliares ejerce el campo magnético inductor. Estos polos
auxiliares disponen de devanados en serie con los devanados del
circuito inductor, lo que produce una fuerza electromotriz
inducida sobre los polos auxiliares. Esta neutralización
de campos magnéticos de reacción se realiza
mediante al desplazamiento de la línea neutra de la
máquina un ángulo a.

Para cuantificar el efecto de esta reacción de
inducido tenemos las siguientes expresiones:

La ecuación básica de la máquina de
continua si reacción de inducido es:

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Si consideramos la reacción de inducido
tendremos:

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Siendo E´ la fuerza electromotriz inducida
teniendo en cuenta la reacción de inducido, y ?Ve la
caída de tensión en las escobillas de la
máquina (aproximadamente 2 voltios por pareja de
escobillas, o por pareja de polos).

Cuando el dinamo esta 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, el
flujo principal se reduce en los cuernos de entrada peor se
reduce 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 a este fenómeno se lo conoce
con el nombre de reacción magnética del
inducido.

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Si hacemos una representación gráfica del
campo magnético en función del
ángulo:

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A consecuencia de la reacción del inducido la
línea neutra (línea que une los conductores que no
producen f.e.m) en carga, adelanta respecto del sentido de giro
un ángulo a, tomada como referencia la línea neutra
en vacío:

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Problemas con la
Reacción de Inducido

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Disminución de la Reacción de
Inducido

1.- La deformación de la curva de
inducción en el entrehierro

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2.- Combatir la reacción transversal mediante
flujos opuestos (arrollamientos de
compensación).

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Posición de las Escobillas en
Motores

En la siguiente figura se muestra el sentido de la
corriente en los conductores del inducido en un motor con las
escobillas situadas en la zona neutra.

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El sentido de la corriente en cada mitad del inducido
corresponde a la polaridad y sentido de rotación. Los
amperio-vueltas del inducido crean una f. m. m. El flujo
producido por esta f. m. m. está dirigido hacia arriba y
forma ángulo recto con el eje de los polos.

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La resultante de los amperios-vueltas del campo y del
inducido crea un flujo que está dirigido diagonalmente
hacia la parte superior de la derecha y se concentra más
en los bordes polares de entrada. Es decir, que está
distorsionado en sentido contrario al del movimiento. Como la
zona neutra es perpendicular a la dirección del flujo
resultante, también se desplaza hacia atrás. Por
consiguiente, las escobillas se deben retrasar en un
ángulo ß.

En un motor es necesario retrasar las escobillas cuando
aumenta la carga, mientras que en un generador se deben avanzar
con el aumento de ésta. Si no fuera por la f. e. m. de
autoinducción, la zona neutra coincidiría con el
eje de escobillas. Pero, debido a la necesidad de contrarrestar
esta f. e. m., las escobillas se colocan detrás de esta
zona neutra de carga.

Es decir, tanto en el motor como en el generador es
necesario desplazar las escobillas de la zona neutra con carga
para contrarrestar la f. e. m. de
autoinducción.

Efecto de la reacción de inducido en el campo de
una dínamo:

  • (a) corriente sólo en el arrollamiento
    inductor:

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(b) corriente sólo en el inducido:

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(c) corriente en inductor e inducido.

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Este retroceso de las escobillas va acompasado de una
acción desmagnetizante del inducido sobre el camp. Si
ß es el ángulo que forma el eje de escobillas con la
zona neutra, los amperio-vueltas del inducido comprendidos en el
ángulo 2ß se oponen a los amperio-vueltas del campo,
como puede verse aplicando la regla del sacacorchos.

Además, cuando la carga aumenta, la
reacción de inducido tiende a aumentar la velocidad del
motor.

Conmutación

La conmutación es el conjunto de fenómenos
que acompañan a la inversión del sentido de la
corriente en la sección cortocircuitada por una
escobilla.

Durante el tiempo t en que la sección esta
cortocircuitada, es decir mientras sus conductores activos
flanquean la línea neutra en dicha sección se crean
dos f.e.m:

1.- Una f.e.m de autoinducción

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2.- Una f.e.m de
inducción

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Esta f.e.m se suma a la anterior pues el sentido del
flujo transversal es el mismo que el del polo del que procede el
conductor como hemos visto anteriormente.

Estas dos f.e.m tienen un efecto desfavorable, sin ellas
el reparto de las corrientes que circulan entre las delgas y las
escobillas correspondientes se realizaría según la
conductancia de las derivaciones, de forma lineal, pero debido a
estas dos f.e.m, el reparto de las corrientes no es lineal,
generando chispas.

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Polos de
conmutación

Los polos de conmutación se emplean en los
motores, como en las dínamos, para anular la
reacción de inducido en la zona neutra y también
para inducir una f.e.m m. en las bobinas del inducido que
están en conmutación y anular la f. e. m. de
autoinducción.

La figura siguiente representa esquemáticamente
un motor bipolar. El polo de la izquierda es norte, y el de la
derecha, sur.

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La corriente está dirigida hacia afuera del papel
en los conductores de la izquierda del inducido, y hacia el papel
en los de la derecha. El inducido gira en el sentido de las
agujas del reloj (regla de Fleming de la mano izquierda). La f.
m. mi. Del campo inductor F actúa de izquierda a derecha,
y la del inducido Fa hacia arriba. Estas direcciones se
determinan por la regla del sacacorchos.

Como los interpolos se deben oponer a la reacción
de inducido en la zona neutra, el de la parte superior del
inducido debe ser norte y el de la parte inferior sur.
Además, en los motores la polaridad relativa de los polos
principales y de los interpolos tomada en el sentido de
rotación es Nn Ss mientras que en las dinamos era Ns, Sn.
Los interpolos se conectan en serie con el inducido, como en la
figura anterior.

La acción de los polos de conmutación en
los espacios interpolares es igual en los motores que en las
dínamos, salvo que las polaridades son
opuestas.

Si en un motor se producen chispas por alguna causa
desconocida, se debe comprobar la polaridad de los interpolos,
pues las chispas pueden ser debidas a que los polos de
conmutación no están conectados
correctamente.

Al ir provistos los motores modernos de polos de
conmutación, sus escobillas no van retrasadas, no
existiendo, por lo tanto, conductores con amperio-vueltas
desmagnetizantes comprendidos dentro del ángulo 2ß.
Sin embargo, y debido a que los extremos adelantados de los polos
se saturan al aumentar la carga, existe en realidad una
disminución de flujo.

Medidas para
mejorar la Conmutación

La conmutación se aproximara tanto más a
la ideal (reparto lineal de las corrientes en las escobillas
según las conductancias) cuanto más reducida sea la
corriente j producidas por las f.e.m ea y ei. Para
ello se aplican los siguientes principios:

Hacer las f.e.m ea y ei lo más
pequeña posible

  • Aumentando el número de delgas del
    colector

  • Aumentando el número de escobillas

  • Disminuyendo el flujo transversal por los
    métodos vistos para disminuir la reacción del
    inducido

Aumentar la resistencia que se opone a la corriente
j

La resistencia del circuito de la corriente j consta de
la resistencia de la sección de conmutación, de la
resistencia de las escobillas y de las resistencias de contacto
a-escobilla b-escobilla.

Crear en la sección de conmutación una
f.e.m opuesta a ea
y ei

  • Desplazamiento de las escobillas: Un adelanto
    suplementario (en el sentido de rotación) al
    correspondiente al de la línea neutra en carga, tal
    que, se produzca en la sección de conmutación
    una f.e.m de sentido opuesto a la suma de ea y
    ei

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Polos de Conmutación Auxiliares para que
anulen el flujo transversal sobre la línea neutra
teórica, y además producen en la sección de
conmutación una f.e.m opuesta a ea

De estos dos métodos excepto para tensiones y
potencias muy bajas (< 3Kw) se emplea exclusivamente los polos
de conmutación.

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Si bien con unos polos auxiliares bien calculados se
alcanza una conmutación correcta en todo el campo de
funcionamiento normal de la maquina, ellos sin embargo no evitan
la distorsión de la curva de inducción bajo los
polos principales, con su secuela de los inconvenientes, el
más grave de los cuales puede ser arco entre escobilla
cuando la maquina está sujeta a bruscas sobrecargas o
trabajos muy duros.

En estos casos estaríamos obligados a recurrir
además de los polos auxiliares al devanado de
compensación.

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Devanados de
Compensación

En máquinas de gran potencia o sea aquellas en
las cuales los valores de la corriente del inducido son
extremadamente altos, la FMM del inducido tiende a distorsionar
la distribución de la densidad de flujo bajo las caras
polares, produciendo el consecuente chisporroteo en los carbones
y este efecto es eliminado por los devanados de
compensación. Estos devanados son colocado en las caras
polares en una ranura que hay para el efecto se los conecta en
serie con el inducido y transporta una alta corriente. Por lo
tanto su primordial propósito es contrarrestar el efecto
de la fmm del inducido en las zonas que están fuera del
interpolo y cuando están bien diseñado mantiene la
densidad de flujo uniforme bajo todas condiciones de carga y
sobrecarga.

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Conclusiones

Mediante este ensayo pudimos afianzar un poco mas lo que
vimos en el aula de clases, ya que se profundizo un poco mas
sobres estos dos temas importantes en una maquina de corriente
continua.

También nos pudimos dar cuenta de algunos
conceptos científicos que tienen este tipo de maquinas,
tanto en su construcción como en su funcionamiento, y
mucho más en sus aplicaciones, debido a que esta
máquina eléctrica es muy versátil para el
mundo de la industria.

Referencias

[1] Imágenes de tuverias.com

Bibliografía

[1]http://www.tuveras.com/maquinascc/dinamo/reaccion.htm

[2]http://www.uco.es/~el1bumad/docencia/oopp/tema7.pdf

[3]http://platea.pntic.mec.es/~lmarti2/veloraton/motordcserie.htm

[4]
http://es.scribd.com/doc/55727044/77/Tema-5-Reaccion-del-inducido

 

 

Autor:

Iván Cordero M.

 

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