Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
En una máquina de CC, las escobillas de carbón siempre se colocan en el eje magnético neutro. En condición sin carga, el eje neutro magnético coincide con el eje neutro geométrico. Ahora, cuando la máquina está cargada, el flujo de la armadura se dirige a lo largo del eje interpolar (el eje entre los polos magnéticos) y tiene forma de onda triangular. Esto da como resultado un flujo de corriente del inducido dirigido a lo largo del eje del cepillo y provoca la magnetización cruzada del campo principal. Este efecto de magnetización cruzada da como resultado la concentración de flujo en la punta del polo trasero en la acción del generador y en la punta del polo delantero en la acción del motor.
La reacción del inducido es el efecto del flujo del inducido sobre el flujo principal . En caso de un motor de CC el flujo resultante se refuerza en el polo delantero y se debilita en las puntas de los polos posteriores.
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¿Qué es la punta del poste principal y posterior?
La punta del poste desde donde los conductores del inducido entran en influencia se llama punta principal y la otra punta opuesta en su dirección será la punta trasera. Por ejemplo, en la figura anterior, si el motor gira en el sentido de las agujas del reloj, entonces para el Polo Norte, la punta inferior es la punta delantera y para el Polo Sur, la punta superior es la punta delantera. Si el movimiento se invierte (en caso de generador), las puntas se intercambian. Debido a la magnetización cruzada, el eje neutro magnético en carga se desplaza a lo largo de la dirección de rotación en el generador de CC y opuesta a la dirección de rotación en el motor de CC.. Si las escobillas permanecen en sus posiciones anteriores, entonces la fem hacia atrás en el caso del motor o la fem generada en el caso del generador se reduciría y la conmutación iría acompañada de fuertes chispas. Esto se debe a que la conmutación se produce solo en las bobinas ubicadas en las escobillas, y la bobina que experimenta la conmutación queda bajo la influencia del polo alternativo (cambia su ubicación del polo norte al polo sur o viceversa). Por lo tanto, la dirección de la corriente cambia de + i a –i o viceversa en un pequeño lapso de tiempo. Esto induce una magnitud muy alta de voltaje de reactancia.(L × di / dt) en la bobina que emerge en forma de energía térmica junto con chispas, dañando así las escobillas y el segmento del conmutador. Para reducir los efectos adversos mencionados anteriormente y mejorar el rendimiento de la máquina, se utilizan los siguientes métodos:
Cambio de pincel
Una solución natural al problema parece desplazar las escobillas a lo largo de la dirección de rotación en la acción del generador y contra la dirección de rotación en la acción del motor, esto daría como resultado una reducción en el flujo del entrehierro. Esto reducirá el voltaje inducido en el generador y aumentará la velocidad en el motor. La mmf desmagnetizante (fuerza motriz de magneto) así producida está dada por:
Donde,
I a = corriente del inducido,
Z = número total de conductores ,
P = número total de polos,
β = desplazamiento angular de las escobillas de carbón (en grados eléctricos).
El desplazamiento de las escobillas tiene serias limitaciones, por lo que las escobillas deben cambiarse a una nueva posición cada vez que cambia la carga o cambia la dirección de rotación o cambia el modo de funcionamiento. En vista de esto, el cambio de escobillas se limita solo a máquinas muy pequeñas. Aquí también, las escobillas se fijan en una posición correspondiente a su carga normal y al modo de funcionamiento. Debido a estas limitaciones, generalmente no se prefiere este método.
Entre polos
La limitación del desplazamiento de las escobillas ha llevado al uso de polos intermedios en casi todas las máquinas de CC de tamaño mediano y grande. Los polos intermedios son polos largos pero estrechos colocados en el eje interpolar. Tienen la polaridad del polo sucesivo (que viene a continuación en la secuencia de rotación) en la acción del generador y el polo siguiente (que ha pasado por detrás en la secuencia de rotación) en la acción del motor. El interpolar está diseñado para neutralizar la reacción del inducido mmf en el eje interpolar. Dado que los polos intermedios están conectados en serie con el inducido, el cambio en la dirección de la corriente en el inducido cambia la dirección del polo intermedio.
Esto se debe a que la dirección de la reacción del inducido mmf está en el eje interpolar. También proporciona voltaje de conmutación para la bobina que se somete a conmutación, de modo que el voltaje de conmutación neutraliza completamente el voltaje de reactancia (L × di / dt). Por tanto, no se producen chispas.
Los devanados interpolares siempre se mantienen en serie con el inducido, por lo que el devanado interpolar lleva la corriente del inducido; por lo tanto, funciona satisfactoriamente independientemente de la carga, el sentido de giro o el modo de funcionamiento. Los polos intermedios se hacen más estrechos para garantizar que influyan solo en la bobina que experimenta la conmutación y que su efecto no se extienda a las otras bobinas. La base de los interpolares se ensancha para evitar la saturación y mejorar la respuesta.
Compensación de bobinado
El problema de la conmutación no es el único problema en las máquinas de CC. Con cargas pesadas, la reacción de la armadura de magnetización cruzada puede causar una densidad de flujo muy alta en la punta del polo posterior en la acción del generador y en la punta del polo anterior en la acción del motor.
En consecuencia, la bobina debajo de esta punta puede desarrollar un voltaje inducido lo suficientemente alto como para causar un destello entre los segmentos del conmutador adyacentes asociados, particularmente, porque esta bobina está físicamente cerca de la zona de conmutación (en las escobillas) donde la temperatura del aire podría ser ya alta debido a al proceso de conmutación.
Este destello puede extenderse a los segmentos vecinos del conmutador, lo que en última instancia conduce a un incendio completo sobre la superficie del conmutador de un cepillo a otro. Además, cuando la máquina se somete a cargas que fluctúan rápidamente, entonces el voltaje L × di / dt, que aparece a través de los segmentos del conmutador adyacentes, puede alcanzar un valor lo suficientemente alto como para provocar un destello entre los segmentos del conmutador adyacentes. Esto comenzaría desde el centro del polo ya que la bobina debajo posee la inductancia máxima. Esto puede volver a provocar un incendio similar al descrito anteriormente. Este problema es más agudo mientras la carga disminuye en la acción generadora y aumenta en la acción del motor, ya que entonces la fem inducida y el voltaje L × di / dt se apoyarán mutuamente. Los problemas anteriores se resuelven mediante el uso de devanados compensadores.
El devanado de compensación consta de conductores incrustados en la cara del polo que corren paralelos al eje y transportan una corriente del inducido en una dirección opuesta a la dirección de la corriente en los conductores del inducido debajo de ese arco polar. Con una compensación completa, se restaura el campo principal. Esto también reduce el inductor del circuito del inducido y mejora la respuesta del sistema. El devanado de compensación funciona satisfactoriamente independientemente de la carga, la dirección de rotación y el modo de operación. Obviamente, es una ayuda en la conmutación ya que el devanado interpolar se libera de su deber de compensar la mmf del inducido debajo del arco polar.
Compensación de los principales inconvenientes de los devanados:
- En máquinas grandes sujetas a fuertes sobrecargas o taponamientos
- En motores pequeños sujetos a retrocesos bruscos y altas aceleraciones.
NOTA:
- El efecto de reacción de la armadura de magnetización cruzada se debe principalmente a los conductores de la armadura que se encuentran debajo del arco polar. A cargas elevadas, este efecto de la reacción del inducido puede causar una densidad de flujo excesiva en la punta del poste de arrastre (en el generador) y en la punta del polo de avance (en el motor). Debido a la saturación en la zapata polar, el aumento de la densidad de flujo puede ser menor que la reducción de la densidad de flujo en la sección restante de la zapata polar. En última instancia, esto daría lugar a una reducción neta del flujo por polo. Por tanto, este fenómeno se conoce como efecto desmagnetizador de la reacción de la armadura de magnetización cruzada, que se compensa además mediante el uso de devanados compensadores.
- El devanado interpolar y los devanados de compensación están conectados en serie con el devanado del inducido pero en los lados opuestos con respecto al inducido.
- El deber principal del devanado interpolar es mejorar el proceso de conmutación, y el del devanado de compensación es compensar el aumento o la disminución del flujo de entrehierro neto, es decir, mantener su valor constante.
