TEMA:

Generadores

Generadores de excitacin separada

Un generador DC de excitacin separada es aquel cuya corriente de campo es suministrada por una

fuente externa separada de voltaje DC. El circuito equivalente de tal maquina se muestra en la

figura. En este circuito, Vt representa el voltaje actual medido en los terminales del generador e Il

representa la corriente que fluye en las lneas conectadas a los terminales. El voltaje interno

generado es Ea y la corriente del inducido es Ia. Es claro que la corriente del inducido es igual a la

corriente de la lnea en un generador de excitacin separada:

Ia=Il

Caractersticas en terminales

En un generador DC, las cantidades de salida son si voltaje en terminales y su corriente de lnea. La

caracterstica en terminales de un generador con excitacin separada es una grafica de Vt contra Il a

una velocidad constante w. por la ley de voltajes de Kirchoff, el voltaje en los terminales es:

=

Puesto que el voltaje interno generado es independiente de Ia, la caracterstica en los terminales de

un generador de excitacin separada es una lnea recta, como se mostrara en las figuras siguientes.

Cuando se incrementa la carga suministrada por el generador, Il (y por tanto Ia) aumenta. Como la

corriente del inducido aumenta, se incrementa la cada IaRa y cae el voltaje en los terminales del

generador.

Esta caracterstica no siempre es del todo exacta. En generadores sin devanados de compensacin,

un aumento en Ia origina un incremento en Ia origina un incremento en la reaccin del inducido y

esta causa debilitamiento del flujo, que a su vez ocasiona una disminucin en Ea, la cual disminuye

aun ms el voltaje en los terminales del generador. La caracterstica resultante en los terminales se

muestra en la figura.

Generador con devanado de compensacin. Generador sin devanado de compensacin.

Control de voltaje en los terminales

El voltaje en los terminales de un generador DC de excitacin separada puede controlarse

cambiando el voltaje interno generado Ea de la maquina. Segn la LVK = , de modo

que, si Ea se aumenta Vt tambin y viceversa. Puesto que el voltaje interno generado Ea esta dado

por la ecuacin = , hay dos formas posibles de controlar el voltaje del generador:

1. Cambio de la velocidad de rotacin.

2. Cambio de la corriente de cambio.

En muchas aplicaciones, el rango de velocidad del motor primario es muy limitado; por tal razn el

voltaje en los terminales se controla, cambiando la corriente de campo.

Generadores Autoexcitados DC o en Derivacin

El generador con excitacin independiente tiene muchas aplicaciones, sin embargo posee la

desventaja de que se requiere una fuente de alimentacin independiente de corriente directa, para

excitar el campo en derivacin, esto es costoso y en ocasiones inconveniente, por lo que el

generador DC autoexcitable es a menudo mas apropiado. Aunque el voltaje en las terminales de un

generador en derivacin disminuye mas abruptamente la carga que el de un generador con

excitacin separada.

Un generador en derivacin es aquel que suministra su propia corriente de campo conectando su

campo directamente a los terminales de la maquina. El circuito equivalente de un generador en

derivacin se muestra en la figura. La corriente del inducido de la maquina alimenta tanto al

circuito de campo como a la carga conectada a la maquina:

= +

La ecuacin correspondiente a la LVK para el circuito del inducido de esta mquina es:

=

Este tipo de generador tiene una clara ventaja sobre el generador de excitacin separada porque no

requiere fuente externa alguna para el circuito de campo, aunque esto deja una importante pregunta

sin responder: si el generador suministra su propia corriente de campo, Cmo obtiene el flujo

inicial para arrancar cuando se energiza en primera instancia?

Aumento de voltaje en un generador en derivacin

El aumento de voltaje en un generador depende de la presencia de un flujo residual en los polos de

un generador. Cuando un generador comienza a girar, se genera un voltaje dado por:

=

Este voltaje aparece en los terminales del generador (puede ser 1 o 2 V). la aparicin de ese voltaje

en los terminales causa un flujo de corriente en la bobina de campo del generador. Esta corriente de

campo produce una fuerza magnetomotriz en los polos que incrementa el flujo en ellos, el cual

aumenta = , que a su vez incrementa el voltaje en los terminales Vt. Cuando se eleva Vt,

If se incrementa aun mas, aumentando mas el flujo, que incrementa Ea, etc.

Ntese que el efecto de saturacin magntica en las caras polares limita con el tiempo el voltaje en

los terminales del generador.

La figura muestra el aumento de voltaje como si hubiese ocurrido en pasos discretos. Estos pasos se

dibujan para destacar la realimentacin positiva entre el voltaje interno del generador y su corriente

de campo. En un generador real, el voltaje no aumenta en pasos discretos: en su lugar, tanto Ea

como If aumentan simultneamente hasta que alcanzan las condiciones de estado estacionario.

Causas para que en el arranque de un generador en derivacin no aumente el voltaje:

1. Ausencia del flujo magntico residual en el generador para comenzar el proceso.

2. Inversin de la direccin de rotacin del generador o de las conexiones del campo.

3. Ajuste de la resistencia de campo a un valor superior al de la resistencia crtica.

Caracteristicas de los terminales de un generador en derivacion

La caracteristica de los terminales de un generador en derivacion difiere de la de un generador de

excitacin separada en que la cantidad de corriente de campo en la maquina depende del voltaje en

sus terminales. Para entender la caracteristica de los terminales de un generador en derivacion, se

parte de la maquina descargada, luego se adiciona carga y se observa lo que ocurre.

Como se incrementa la carga sobre el generador, Il aumenta y por tanto = + tambien

aumenta. Un aumento en Ia, incrementa la caida de voltaje en la resistencia del inducido IaRa y

causa que = disminuya. Este es el mismo comportamiento observado en un generador

de excitacin separada. Sin embargo, cuando Vt disminuye, la corriente de campo en la maquina

disminuye con el. Esto causa que el flujo en la maquina disminuya, y se reduzca Ea. La reduccion

de Ea causa una reduccion mas fuerte del voltaje en los terminales = . La

caracteristica de los terminales resultante se muestra en la figura. Notese que el descenso del voltaje

es mas pronunciado que la caida IaRa en un generador de excitacin separada. En otras palabras, la

regulacion de voltaje de este generador es peor que la regulacion de voltaje lograda con el mismo

equipo conectado con excitacin separada.

Control de voltaje para un generador en derivacin

Al igual que en el generador de excitacin separada, existen dos maneras de controlar el voltaje de

un generador autoexcitado:

1. Cambio de velocidad del eje w del generador.

2. Cambio de la resistencia de campo del generador y, por tanto, cambiando la corriente de

campo.

El cambio de resistencia es el principal mtodo utilizado para controlar el voltaje en los terminales

de los generadores reales en derivacin. Si la resistencia de campo Rf disminuye, entonces la

corriente de campo aumenta. Cuando If se incrementa el flujo de la maquina aumenta y origina un

incremento en el voltaje interno generado Ea. El aumento en Ea causa que el voltaje en los

terminales del generador tambin aumente.

Generador serie paralelo compuesto

Cuando la excitacin del campo se produce mediante una combinacin de los dos tipos de devanado

en serie y en paralelo (en derivacion), a saber devanado de campo en serie excitado por el voltaje

entre las terminales de armadura o de lnea, y devanado de campo en paralelo excitado por el voltaje

entre las terminales de armadura, este dinamo se denomina generador compuesto.

Generador DC compuesto acumulativo

Un generador compuesto acumulativo es un generador con campo serie y campo en derivacion

conectados de tal manera que las fuerzas magnetomotrices de los dos campos se suman. La figura

muestra el circuito equivalente de un generador compuesto acumulativo en conexin de derivacion

larga. Los puntos que aparecen en las dos bobinas de campo tienen el mismo significado qie los

puntos sobre el tranformador: la corriente que fluye hacia dentro de las bobinas por el extremo

marcado con un punto produce una fuerza magnetomotriz positiva. Notese que la corriente del

inducido fluye hacia adentro por el extremo de la bobina de campo serie marcado con punto y que

la corriente del campo de derivacion If, fluye hacia dentro por el extremo de la bobina de campo en

derivacion marcado con punto. Entonces la fmm total de esta maquina esta dada por:

= +

Donde Ff es la fmm del campo en derivacin, Fse es la fmm del campo serie y Far es la fmm de la

reaccin del inducido. La corriente equivalente efectiva del campo en derivacin de esta maquina

esta dado por:

= +

= +

Las otras relaciones de voltaje y corriente para este generador son:

= + = ( + )

=

Otra forma de acoplar un generador compuesto acumulativo es la conexin en derivacin corta,

donde el campo serie est fuera del circuito campo en derivacin y tiene una corriente Il que fluye a

travs de l, en lugar de Ia.

Circuito equivalente de un generador dc compuesto acumulativo conectado en derivacin corta.