Maquinas electricas capitulo 8 S. Chapman





CAPITULO



FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS
DE CORRIENTE DIRECTA

Las máquinas dc son generadores que convierten energía mecánica en energía eléctrica dc y motores pue c‹›nvierten energía eléctrica dc en energía mecánica. La mayoría de las máquinas dc son semejantes a las máquinas ac porque tienen voltajes y corrientes ac dentro de ellas; las máquinas dc tienen una salida dc shu› porc|ue existe unmecanismo› que c:onvierte los voltajes ac internos en voltajes dc en sus terminales. Puesto que este mecanismo se denomina conmutador, la maquinaria dc se conoce también como niriquiticiria de ‹’ol.ector o c‹›nmutadci.
Li›s principios fundamentales involucrados en la operacion dc las maquinas dc son muy simples. Por desgracia, con frecuencia son ensombrecidos por la complejidad de la construcciónde las máquinas reales. Este capítulo explicará primero los principios de operación de la maqui— naria dc utilizando ejemplos sencillos y luego considerará algunas de las complicaciones que ocurren en las máquinas dc reales.


8.1 UNA ESPIRA SENCILLA QUE ROTA
ENTRE CARAS POLARES CURVAS

La máquina lineal estudiada en la sección 1—8 sirvió como introducción al comportamiento básico de la m:iquina.Su respuesta a la carga y al cambio de los campos magnéticos reseña aproximada- mente el comportamiento ‹le Jos generadores y motores dc reales que se estudiarán en el capítulo 9. Sin embargo, Jos generadores y los motores reales no se mueven en línea recta sino que m›tan. El siguiente paso para entender las máquinas dc reales es estudiar los ejemplos m"as sencillos pr›sibles de una máquinarotatoria.
La máquina rotatorio dc miís sencilla pti.sible se muestra en la figura 8-1. Consiste en una sola espira de alambre que rota alrededor de un eje fijo. La piirte rotante de la máquina se llama el r‹ t‹›r, la parte estacionaria se denomina el estribor El campo magnético de la maquina es suministrado por los polos norte y sur magnéticos m‹›strados sobre el estator en la figura 8-1.
Nótese que laespira del rotor yace en una ranura labrada en un núcleo ferromagnético. El hierro del rotor, junto con la forma curva de las caras polares, provee la anchura de entrehierro constante entre el rotor y el estator. Recuérdese, capítulo 1, que la reluctancia del aire es mucho mayor quelareluctancia del hierro en la miíquina. Para minimizar la reluctancia del camino del flujo


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através de lamáquina, el flu)o magnético debe tomar el camino más corto posible a través del aire
entre 1‹1 CítfiT{lolary la superficie del rotor.










b)









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Puesto que el flujo magnético debe tomar el camino más corto a través del aire, éste es la perpendicular a la superficie del rotor en todos los puntos situados baje› las superficies polares. Así mismo, puesto que la anchura delentrehierro es uniforme, la reluctancia es igual en cualquier punto situado bajo las caras polares. El que la reluctancia sea uniforme significa que la clensidad de flujo magnético es constante en todo punto situado bajo las caras polares.



Voltaje inducido en el lazo rotacional

Si se gira el rot‹›r de esta máquina, se inducirá un voltaje en la espira. Para determinar la magni— tud y forma delvoltaje, examínese la figura 8—2. La espira de alambre mostrada es rectangular, los lados W y cd son perpendiculares al plano de la página y los lados be y óa son paralelos a este plano. El campo magnético es constante y perpendicular a la superficie del rotor en todo punto situado bajo las caras polares y cae con rapidez a cero más allá de los extremos de los polos,
Para determinar el v'o]tajetotal c , en JS ésQ'iTiI, se examina cilda segmento de ellx pc›r sepa— rado y se suman los voltajes resultantes. El voltaje de cada segmento está dado por la ecuación (1-45):




1. Segmento ab. En este segment‹i, la velociilad del alambre es tangencial a la trayectoria de rotación. El campo magnético B apunta en dirección perpendicular hacia fuera de la super- ficie del rotor en t‹›do punto...