Polos E Interpolos 6g6w1j

Consulta Polos e Interpolos 27 de octubre de 2013 Elaborado por: Santiago Mancheno Fecha de entrega: 28 Octubre 2013 1. Consulta polos e interpolos en la conmutación de máquinas DC

Base Teórica: Máquinas de Rotación El principio de las máquinas de rotación se basa en la conversión de energía electromagnética debido a cambios en la dispersión de flujo . En este tipo de máquinas, los voltajes variantes en el tiempo se generan en los devanados o bobinas al girarlos de manera mecánica a través de un campo magnético. Este conjunto de bobinas se denomina devanado de armadura o inducido. Dentro de las máquinas de corriente directa, a diferencia de las máquinas de corriente alterna, el devanado de armadura se ubica dentro del rotor. En este tipo de máquinas, el devanado de armadura consiste en varias bobinas conectadas entre sí formando una curva cerrada. Al igual que las máquinas sincrónicas, existe un devanado secundario (devanado de excitación) localizado en el estator el cual lleva la corriente directa y produce el flujo fundamental para el funcionamiento de la máquina.

Máquinas de Corriente Directa (Máquina DC) Conceptos Generales Como se ha mencionado, el devanado de armadura se encuentra en el rotor con corriente que se conduce mediante escobillas de carbón como se muestra en la figura (0.1):

Tomado de: [1]

Figura 0.1: Vista Transversal Motor DC

De forma general, el rotor gira a velocidad constante debido a una fuente mecánica externa. Esta rotación, genera un voltaje de corriente alterna en la bobina de inducido el cual debe ser rectificado. El proceso de rectificación se produce por medio de un conmutador el cual es un cilindro de material aislado el que se monta, de forma aislada, al rotor. El conmutador suministra una rectificación total de onda, 1

al transformar la forma de onda del voltaje entre escobillas a una forma de onda rectificada como se presenta en la figura (0.2) :

Tomado de: [1]

Figura 0.2: Voltaje entre escobillas

Características Principales Máquina DC Las principales características de una máquina DC pueden ser explicadas utilizando el esquema de la figura (0.3):

Tomado de: [1]

Figura 0.3: Esquema Máquina DC

La excitación del estator es realizada por una o más bobinas de campo. Estos mismos devanados de campo, generan una distribución simétrica del flujo del entrehierro con respecto a la línea de centro de los polos de campo la cual es denominada: Eje directo. El voltaje de corriente alterna generado por cada una de las bobinas rotatorias, se convierte en voltaje en corriente directa a las terminales externas del inducido por medio de un conmutador rotatorio y escobillas estacionarias a las cuales se conectan los cables del inducido. Estas escobillas se las ubica de tal forma que la conmutación ocurra cuando las caras de las bobinas estén en zona neutra como se muestra en la figura (0.2). Por lo tanto, la fuerza magnetomotriz (fmm) en el inducido está a 90o del eje de los polos de campo denominado: Eje de cuadratura [1] .

Conmutación e Interpolos Uno de los aspectos fundamentales para el correcto funcionamiento de una máquina DC se basa en la correcta capacidad de transferir la corriente del devanado de armadura a través de la escobilla en o con el conmutador sin producción del efecto de un corto circuito, sin pérdidas locales y sin calentamiento excesivo de las escobillas y el conmutador. Los efectos de un cortocircuito pueden provocar desgastes tanto en el conmutador como en las escobillas reduciendo la efectividad de la máquina DC. Estos efectos de cortocircuito pueden ser producidos por condiciones mecánicas defectuosas o por defectos eléctricos de conmutación. Proceso de Conmutación El proceso de conmutación se lo puede explicar en base a la figura (0.4): 2

Figura 0.4: Devanado de Armadura con conmutador y escobillas Máquina DC Tomado de: [1] En esta figura se puede observar el proceso de conmutación de las bobinas en las ranuras 1 y 7. Estas bobinas se encuentran conectadas en cortocircuito por las escobillas, período en el cual las escobillas deben continuar conduciendo la corriente del inducido desde el devanado hasta el circuito externo. Con esta descripción, se puede observar que el principal obstáculo se encuentra en el o escobillaconmutador debido a que en el supuesto caso de la existencia de una corriente inebidamente alta en la superficice de la escobilla, puede provocar una chispa y una ruptura de la película de o carbón-cobre en ese punto. Por lo tanto, para asegurar una conmutación segura, se trata de evitar altas densidades de corriente en los puntos de o. Por ende, las condiciones óptimas se encuentran cuando la densidad de corriente es uniforme sobre toda la superficie de la escobilla y esta condición se obtiene al tener un proceso de conmutación lineal. Factores Principales de Conmutación Lineal Conmutación Retardada En esta condición, los valores de corriente en la bobina en cortocircuito se retrasan en tiempo con respecto a los valores dictados por la conmutación lineal debido al voltaje de reactamcia. Este voltaje se compone de un factor inductivo de la bobina así como un efecto debido a la resistencia en la bobina conmutada. Conmutación de Resistencia Esta condición se origina cuando existe una buena conmutación por medio de caídas de resistencias. Esto se logra, manteniendo la inductancia al mínimo, utilizando el menor número de vueltas posibles en la bobina del inducido Conmutación por voltaje En esta condición, lo que se intenta producir, en la bobina conmutada, es un voltaje rotatorio que compense de manera aproximada el voltaje de reactancia. Para lograr este objetivo, se introduce una correcta densidad de flujo en la zona de conmutación por medio de polos pequeños y angostos localizados entre los polos principales. Estos polos auxiliares se denominan interpolos o polos de conmutación. Interpolos o Polos de Conmutación La forma de estos interpolos se muestra en la figura (0.5):

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Tomado de: [1]

Figura 0.5: Forma de los Interpolos

La fuerza magneto motriz (fmm) de un interpolo debe ser lo suficientemente grande para neutralizar la fmm de la bobina de inducido y suministrar la densidad de flujo necesaria para que el voltaje rotatorio de la bobina cancele al voltaje de reactancia. Para preservar la linealidad, el interpolo deberá funcionar con un nivel bajo de flujo. En conclusión, dentro de los factores principales utilizados para lograr una conmutación lineal y, por ende, un correcto funcionamiento de la máquina DC es la conmutación por voltaje. En este tipo de conmutación lo que se intenta es neutralizar el voltaje de reactancia introduciendo un voltaje rotatorio de la bobina. Este proceso, como se ha mencionado, se logra introduciendo una densidad de flujo en la zona de conmutación por medio de interpolos. Es por esta razón que, los polos de conmutación tienen un gran efecto sobre el proceso de conmutación de la máquina DC ya que evitan los arcos de corriente durante el proceso de conmutación, conservan la película de o carbón-cobre y mantienen un nivel apropiado de corriente en la superficie de las escobillas.

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Referencias [1] Referencias Fitzgerald, A., Kingsley, C. y Umans,S. (6ta Ed). (2004). Máquinas Eléctricas. México D.F: McGraw-Hill.

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