Reacción de Inducción y Conmutación

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:

Si consideramos la reacción de inducido tendremos:

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.

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

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:

Problemas con la Reacción de Inducido

Disminución de la Reacción de Inducido

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

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

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.

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.

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:

(b) corriente sólo en el inducido:

(c) corriente en inductor e inducido.

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

2.- Una f.e.m de inducción

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.