Cálculo de F.E.M. y Par en Máquinas de Corriente Continua

Problema: F.E.M. Inducida y Par en Máquina de C.C.

Se dispone de un motor de C.C. de 4 polos con excitación en derivación, con las siguientes especificaciones: 11 kW, 440 V y 750 rpm. El inducido cuenta con 31 ranuras, 30 conductores por ranura, un diámetro (D) de 24 cm y un factor de recubrimiento de 71%. El entrehierro es de 3,1 mm y la densidad de flujo máxima en vacío es de 0,705 T.

Objetivo: Calcular la f.e.m. en vacío a 750 rpm y la corriente de plena carga con pérdidas de 325 W.

Resolución del problema

• Número de conductores (Nc): 31 ranuras × 30 conductores/ranura = 930 conductores.
• Devanado ondulado: 2 caminos paralelos, por lo tanto, a = 1.
• Velocidad angular (ω): ω = 2π · rpm / 60.
• Paso polar (τp): τp = π · D / 4.
• Flujo por polo (φ): φ = 0,705 · 0,71 · τp · 0,2.
• F.E.M. inducida (E): E = (1 / 2π) · (2 / 1) · 930 · φ · ω. La constante del motor (Ki) es 295,7.
• Par mecánico interno (Tmi) a plena carga: Tmi = (11.000 + 325) / 78,54 = 144,3 N·m.
• Corriente de inducido (Iin): Para producir dicho par, Iin = 144,3 / (296 · 0,0174) ≈ 28 A.

Generadores de C.C.: Aspectos Generales

Los generadores de C.C. (o dinamos) convierten la energía mecánica de entrada en energía eléctrica de salida en forma de corriente continua. En la actualidad, estos dispositivos han caído en desuso, siendo sustituidos por rectificadores (generalmente de silicio), los cuales transforman la C.A. de la red en C.C. de forma estática y con mayor rendimiento.

Tipos de Máquinas de C.C.

1. Máquinas con excitación independiente

El devanado inductor es alimentado mediante una fuente de alimentación externa a la máquina, como una batería de acumuladores.

2. Máquinas autoexcitadas

La máquina se excita a sí misma tomando la corriente inductora del propio inducido (funcionamiento como generador) o de la misma red que alimenta el inducido (como motor). Se clasifican en:

• Serie: El inductor está en serie con el inducido. El devanado de excitación posee pocas espiras de hilo grueso, ya que circula por él la corriente total de la máquina.
• Derivación (Shunt): El devanado inductor se conecta directamente a los terminales de la máquina, quedando en paralelo con el inducido. El devanado de excitación está formado por arrollamientos de hilo delgado con un gran número de espiras.
• Máquinas compuestas (Compound): La excitación total está repartida entre dos devanados, uno en serie y otro en paralelo con el inducido. Según la conexión del devanado en derivación (directamente a las escobillas o después del devanado en serie), se obtienen máquinas de corta o larga derivación, respectivamente.