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Generadores de corriente continua
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Características de construcción de generadores de corriente continua
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Figura 1. Generador típico de 24 voltios de aeronave
Los generadores usados en los aviones puede ser algo diferente en el diseño, ya que están hecho
por varios fabricantes. Todos, sin embargo, son de la misma construcción general y funcionan de
manera similar. Las partes principales, o de ensamblajes de un generador de CC son una carcasa
de campo, un inducido giratorio y un conjunto de escobillas. Las partes de un generador de avión
típico se muestran en la figura 1.
a. Carcasa de campo
La carcasa de campo (también llamado el armazón del inductor, armazón del generador, bastidor,
etc.) constituye la base para el generador. Estos son los nombres que se dan indistintamente a la
parte inmóvil de la maquina en la cual están fijados los polos principales y de conmutación y por
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medio de la cual esta empernada la maquina a la placa de solera. La carcasa tiene dos funciones:
la misma completa el circuito magnético entre los polos y actúa como un soporte mecánico para las
otras partes del generador.
Polos principales de campo. En el proceso
evolutivo de la máquina de corriente
continua, el diseño del sistema magnético ha
experimentado muchos cambios. En la figura
2 están representadas las secciones axiales y
transversales de una máquina moderna.
Figura 2: Polo principal.
El campo principal está representado en la
figura. Se compone del polo laminado o de
palastro 1 con chapas de grado eléctrico, de 1
mm de espesor, ensambladas con pasadores.
En el extremo dirigido hacia el inducido, el
núcleo del polo se ensancha en la expansion
polar 2 que facilita el paso del flujo magnético
por el entrehierro. La bobina de campo o
inductor 3 está montada en el núcleo y es
activada o energizada por la corriente
continua que pasa por ella. La bobina está
devanada sobre la carcasa 4, constituida por
chapa de acero de 1-2 mm forrada con cartón
encolado, de 2 a 3 mm de espesor, o plástico
o papel baquelizado.
Para reducir la hidroscopia y aumentar la capacidad de conducción del calor de las bobinas, son
tratadas con una composición y sometidas a una serie de impregnaciones en barniz caliente con los
subsiguientes secados en horno. Para favorecer la refrigeración de la bobina de campo, ésta puede
ser subdividida en el sentido de la altura en dos o más partes con canales de ventilación de
suficiente anchura entre dichas partes. Los polos están fijados a la culata por medio de los pernos
especiales 6.
En A de la figura 3, se muestra la carcasa para un generador de dos polos en sección transversal.
La carcasa del generador de cuatro polos se muestra en B de la misma figura.
Figura 3: Carcasa de dos polos y de cuatro
polos
En pequeños generadores, la carcasa está
hecha de una sola pieza de hierro, pero en
generadores más grandes, por lo general se
compone de dos partes atornilladas entre sí.
La carcasa tiene altas propiedades magnéticas
y, junto con las piezas polares, forma la mayor
parte del circuito magnético. Los polos de
campo (piezas polares), que se muestra en la
figura 3, están atornillados a la parte interior
del marco y de cuatro bases en la que los
devanados de la bobina de campo se montan.
Los polos son generalmente laminados para
reducir las pérdidas por corrientes de Foucault
y servir al mismo propósito que el núcleo de
hierro de un electroimán, es decir, concentran
las líneas de fuerza producidas por las bobinas
de campo. El marco completo, incluyendo los
polos de campo está hecho de hierro de alta
calidad magnética o chapa de acero.
Un generador práctico de corriente continua
utiliza electroimanes en vez de imanes
permanentes. Para producir un campo
magnético de la fuerza necesaria con imanes
permanentes se aumentaría en gran medida el
tamaño físico del generador.
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Figura 4. Bobina de campo separada del
núcleo del polo de conmutación.
Las bobinas de campo se componen de
muchas vueltas de alambre aislado y
generalmente se enrolla en una forma que se
ajuste sobre el núcleo de hierro de la pieza
polar a la que está firmemente sujeta (figura
). La corriente de excitación, que se utiliza
para producir el campo magnético y que fluye
a través de las bobinas de campo se obtiene
de una fuente externa o de la corriente
generada por la propia unidad. No existe
conexión eléctrica entre los devanados de las
bobinas de campo y las piezas polares.
La mayoría de las bobinas de campo están conectados de tal manera que los polos muestren
polaridad alterna. Ya que siempre hay un polo norte para cada polo sur, siempre debe haber un
número par de polos en cualquier generador.
Tenga en cuenta que las piezas de polo en la figura se proyectan desde la carcasa. Dado que el aire
ofrece una gran cantidad de resistencia al campo magnético, este diseño reduce la longitud del
espacio de aire entre los polos y el inducido giratorio y aumenta la eficiencia del generador. Cuando
las piezas polares están hechas proyectandose como se muestra en la figura, se llaman polos
salientes.
b. El inducido
El conjunto de inducido (llamado también armadura del generador) se compone de bobinas
(devanado o arrollamiento ) de inducido enrolladas sobre un núcleo de hierro, un colector y sus
partes mecánicas. Montado sobre un eje que gira sobre cojinetes situados en los extremos de
carcasa del generador, el mismo gira a través del campo magnético producido por las bobinas de
campo. El núcleo del inducido actúa como un conductor de hierro en el campo magnético y, por
esta razón es laminado para evitar la circulación de corrientes de Foucault.
Lo mismo que otros elementos de la maquina,
el devanado del inducido de corriente continua
está sometido a una serie de cambios. Todas
las máquinas modernas de corriente continua
emplean el inducido de devanado en tambor;
es decir, el arrollamiento está colocado
completamente fuera del núcleo o periferia del
tambor. El devanado o arrollamiento se
compone de secciones bobinadas en moldes
especiales y colocadas en ranuras dispuestas
en el núcleo o armadura del inducido.
Figura 5. Inducido tipo tambor
Un inducido de tipo tambor (figura 5) tiene
bobinas colocadas en las ranuras del núcleo,
pero no hay ninguna conexión eléctrica entre
las bobinas y el núcleo. El uso de las ranuras
aumenta la seguridad mecánica de la
armadura. Por lo general, las bobinas se
mantienen en su lugar en las ranuras por
medio de cuñas de madera o de fibra. Los
extremos de la bobina son llevados hasta
segmentos individuales (delgas) del inducido.
c. Conmutador
La figura muestra una vista en sección transversal de un conmutador o colector típico. Los
extremos de todas las bobinas del inducido estan unidos al colector, cuyo diseño depende
principalmente de la potencia de salida de la maquina y la velocidad. El colector está situado en el
extremo del inducido y se compone de segmentos en forma de cuña de cobre firmemente
colocados. Aislados entre sí por finas láminas de mica. Los segmentos se mantienen en su lugar
por los anillos de acero en V o bridas de sujeción provistos de pernos. Los anillos de mica aíslan los
segmentos de las bridas. La porción elevada de cada segmento se llama conductor vertical, y los
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extremos de las bobinas de armadura están soldados a las delgas. Cuando los segmentos no tienen
conductores verticales, los cables se sueldan a hendiduras cortas en los extremos de los
segmentos.
Los extremos de todas las bobinas del
inducido están unidos al colector, cuyo diseño
depende principalmente de la potencia de
salida de la máquina y la velocidad. En la
figura 6 está representado un colector sencillo
del tipo cilíndrico. Se compone de varias
delgas pequeñas en forma de cuña, 1, de
cobre duro estirado o forjado. Las barras de
cobre están separadas entre sí por hojas de
mica y aisladas de los anillos que las soportan
por medio de conos o manguitos de mica. Las
delgas están ensambladas por cola de milano
y, después de un tratamiento a presión en
caliente, el colector es torneado para que su
superficie quede perfectamente cilíndrica. El
Figura 6. Sección transversal de un colector.
devanado del inducido es conectado al
colector de varias maneras. Si los diámetros
1, delga; 2. cuñas de fijación; 3, tazas aislantes: del inducido y del colector no difieren
4, funda aislante; 5. conductor vertical.
considerablemente, los extremos del
devanado se sueldan directamente a las
delgas del colector.
Un extremo de una bobina se conecta a una
delga y el otro extremo está soldado a la
delga adyacente. Cada bobina da vueltas
sobre la precedente. Este método se
denomina devanado de vuelta y se ilustra en
la figura 8.
Figura 7. Colector con porción quitada para ver
su construcción.
Las escobillas se montan sobre la superficie
del colector formando el contacto eléctrico
entre las bobinas de la armadura y el circuito
externo. Un conductor flexible, trenzado de
cobre, comúnmente llamado cola de cerdo,
conecta cada escobilla con el circuito externo.
Las escobillas, generalmente hechas de
carbono de alto grado y mantenidas en su
lugar mediante soportes de escobillas aisladas
del bastidor, están libres para deslizarse hacia
arriba y hacia abajo en sus soportes con el fin
de seguir las irregularidades en la superficie
del colector. Las escobillas son generalmente
ajustables de modo que la presión de las
mismas sobre el colector se pueda variar y se
pueda ajustar su posición con respecto a los
segmentos (delgas).
Figura 8. Vuelta de devanado que
conecta un extremo de dos bobinas a
cada segmento del colector y los otros
extremos de cada bobina a los
segmentos adyacentes.
El constante cierre y apertura de las conexiones a las bobinas en el que el voltaje está siendo
inducido requiere el uso de materiales para escobillas que tengan una buena resistencia de
contacto.
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Figura 9. Escobilla de carbón
Además, este material debe ser tal que la fricción sea baja,
para evitar un desgaste excesivo. El carbón de alto grado
utilizado en la fabricación de escobillas tienen que ser lo
suficientemente suave para evitar el desgaste excesivo del
colector y sin a la vez lo suficientemente duro para
proporcionar una vida de escobilla razonable, y puesto que la
resistencia de contacto del carbón es bastante alta, la escobilla
debe ser bastante grande para proporcionar una gran
superficie de contacto. La superficie del colector está
altamente pulida para reducir la fricción tanto como sea
posible. Aceite o grasa nunca deben ser usados en un colector,
y el cuidado extremo debe ser utilizado en la limpieza para
evitar estropear o rayar la superficie.
Figura. Portaescobillas. 1, caja del portaescobillas; 2,
escobilla; 3, resorte de presión; 4, shunt de corriente (cable
flexible de conexión de la escobilla).
Temas relacionados :
Electricidad: Circuitos de corriente alterna (c.a.)
Condensadores y bobinas. Resonancia. Osciladores.
Distribución y utilización de la electricidad
Inducción electromagnética
Generación de energía eléctrica
Tipos de generadores de corriente continua
Mantenimiento de Generadores de Corriente Continua
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Alternadores de corriente continua y sus controles
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