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Cuando estudiamos los motores eléctricos vimos que al aplicar un voltaje DC a las terminales del motor, se desarrolla un torque que da lugar a un movimiento de rotación. Luego transforma la energía eléctrica en energía mecánica. En el caso generadores, el proceso es exactamente al contrario, es decir, aplicamos un torque en el eje del generador, para algunos medios mecánicos, obteniendo una tensión eléctrica en sus terminales. Al igual que con los motores, los generadores también debemos aplicar un voltaje al devanado de campo para producir un campo magnético. Así que cuando el generador comienza a girar, las vueltas que se alojan en el rotor desarrollarán una fuerza magnetomotriz (fmm) inducida, que obedece a la ley de Faraday, y la llamaremos E_A. Este voltaje inducido, para aparecer en los terminales de salida del generador, debe superar la caída de tensión en la resistencia R_A de armadura. De esta forma obtendremos una tensión continua a la salida del generador, a la que llamaremos V_g. Entonces, la ecuación que gobierna el funcionamiento de un generador eléctrico se expresa por eq. 104-01.

Esta ecuación nos dice que la fuerza magnetomotriz (fmm), o E_A menos la caída de voltaje a través de la resistencia del devanado del inducido debe ser igual al voltaje V_g que aparece en las terminales de salida del generador. A partir de esta ecuación, podemos derivar dos más, o:

Esta ecuación nos permite calcular la fuerza magnetomotriz (fmm) inducida en la armadura cuando conocemos las otras variables.

Esta ecuación nos permite calcular la corriente de armadura. Tenga en cuenta que todas estas ecuaciones son fáciles de comprensión si observamos la Figura 104-01, donde presentamos el circuito equivalente de un generador DC en una configuración con excitación independiente.

Tenga en cuenta que en comparación con el circuito equivalente de un motor, en el caso del generador, la corriente de armadura I_A sale del terminal positivo y va a alimentar la carga conectada a los extremos de los terminales de salida del generador. En el circuito de devanado de campo tenemos la misma configuración que un motor. Cabe señalar que para el caso de motor eléctrico debemos tener dos fuentes de voltaje. Uno para alimentar el circuito de devanado de campo y el otro para alimentar la armadura. En el caso del generador, deberíamos tener solo una fuente de voltaje para el circuito de devanado de campo. La armadura del generador se comporta como una fuente de tensión.

Cabe destacar que en las máquinas DC, al tener las escobillas en contacto con el conmutador, que conducen la corriente del inducido, esto provoca una caída de tensión adicional en el circuito del inducido. Esta caída de tensión, simbolizada por V_B, debe restarse en eq. 104-01, como se explica en eq. 104-04. Entonces, dependiendo del autor, algunos problemas mencionarán el voltaje V_B. En general, si no se especifica en contrario, la caída de voltaje a través de las escobillas es del orden de 1 V a 2 V cuando tenemos dos escobillas operando en serie y podemos considerarlo independiente de la corriente de armadura.

Toda la teoría del motor eléctrico de CC es aplicable a los generadores. Así que ahora estudiemos las diversas formas para conectar un generador de corriente continua, como hicimos en el capítulo referente a los motores.

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  3. Tipos de Generadores de CC

Los cuatro tipos básicos de generadores de CC son los llamados Excitación independiente, Shunt, Serie y Compuesto. Las diferencias entre los tipos de generadores se deben a la forma en que se produce la excitación del devanado de campo polar. Así como el propósito del generador es producir un voltaje de CC al convertir la energía mecánica en energía eléctrica, una parte de este voltaje CC se utiliza para alimentar el devanado de campo magnético estacionario. Estudiemos cada caso por separado.

    3.1   Generador de CC con Excitación

Un generador autoexcitado es un generador cuya corriente de campo es suministrada por una fuente de voltaje de CC externa separado. El circuito equivalente de esta máquina se muestra en la Figura 104-01. En este circuito, el voltaje V_g representa el voltaje real medido en los terminales del generador y la corriente I_L representa el corriente que fluye en la carga conectada a los terminales de salida. El voltaje generado internamente es E_A y la corriente en armadura es I_A. Es claro que en un generador autoexcitado la corriente de línea es igual a la corriente de armadura, según eq. 104-05.

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      3.1.1   Control de Voltaje de Salida

El voltaje de salida de un generador de CC excitado independientemente se puede controlar cambiando el voltaje interno generado por la máquina, es decir, E_A. Por la ley de voltaje de Kirchhoff, tenemos la eq. 104-01, donde V_g = E_A - R_A I_A . Así que si E_A aumentará, luego V_g aumentará y si E_A disminuir, V_g disminuirá. Dado que la tensión interna generada E_A está dada por eq. 103-11 donde E_A = K Φ ω hay dos formas posibles de controlar el voltaje de este generador:

Como la tensión interna generada E_A es independiente de I_A, la característica de salida del generador de excitación independiente es una línea recta, como se representa por la línea roja en la Figura 104-02. Esto sucede cuando el generador no tiene carga (sin carga) o es muy pequeño.

¿Qué sucede en un generador de este tipo cuando se aumenta la carga?

Cuando aumenta la carga suministrada por el generador, aumenta I_L (y por tanto I_A). A medida que la corriente de armadura aumenta, la caída R_A I_A crece, por lo que el voltaje de salida del generador disminuirá, como lo indica la línea azul en la Figura 104-02.

En muchas aplicaciones, el rango de velocidad del motor principal es muy limitado, por lo que es más común controlar el voltaje de salida cambiando la corriente de campo.

Esta característica de salida no siempre es del todo precisa. En generadores sin devanados de compensación, un aumento en I_A provoca un aumento en la reacción de armadura, lo que conduce a un debilitamiento del flujo. Esto provoca una disminución de E_A, lo que reduce aún más el voltaje de salida del generador. En todos los gráficos futuro, asumiremos que los generadores tienen devanados de compensación a menos que para expresar lo contrario. Sin embargo, es importante tener en cuenta que si los devanados de compensación no están presentes, la reacción del inducido puede modificar las características.

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    3.1.2   Análisis no Lineal de un Generador

Dado que el voltaje interno generado de un generador es una función no lineal de su fuerza magnetomotriz, no es posible simplemente calcular el valor esperado de E_A para una corriente de campo dada. La curva de magnetización del generador debe ser usada para calcular con precisión su voltaje de salida para un voltaje de entrada dado.

Además, si una máquina tiene reacción de armadura, entonces su flujo se reduce con cada incremento de carga, lo que hace que E_A disminuya. La única manera de determinar con precisión el voltaje de salida en una máquina de reacción de armadura es mediante el uso de análisis gráfico.

En la Figura 104-03 vemos un gráfico donde tenemos una resistencia pura como carga, Z_L. El punto de intersección entre la línea V_g y la línea Z_L, determina el valor de la corriente de carga.

La fuerza magnetomotriz total (fmm) de un generador de excitación independiente es la fuerza magnetomotriz del circuito de campo menos la fuerza magnetomotriz debida a la reacción armadura, según eq. 104-06.

Al igual que con los motores de CC, es habitual definir una corriente de campo equivalente, representada por I_Feq, como la corriente que produciría el mismo voltaje de salida como resultado de la combinación de todas las fuerzas magnetomotrices presentes en la máquina. La tensión E_A0 resultante se puede determinar ubicando la corriente de campo equivalente en la curva de magnetización. La corriente de campo equivalente de un generador de CC excitado independientemente viene dada por:

Sin olvidar que se debe tener en cuenta la diferencia entre la velocidad en la curva de magnetización y la velocidad real del generador mediante eq. 103-21, repetido a continuación.

Para fijar estos conceptos es importante ver el problema 104-02   Haga clic aquí!

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    3.2   Generador Shunt

Cuando alimentamos el devanado de campo a través de todo (o casi todo) el voltaje de línea producido entre las escobillas del inducido, el generador de CC se llama Generador Shunt. Figura 104-04 muestra el diagrama completo de un generador shunt (o derivación).

El rotor, donde se encuentra el devanado del inducido, está representado por los siguientes componentes: una fuente de tensión inducida E_A, que tiene un valor según eq. 104-02; una resistencia R_A del devanado del inducido; y una resistencia R_B (no mostrada en la figura) que representa la resistencia de contacto entre las escobillas y el conmutador. De esta manera, el circuito completo del inducido consiste en el devanado del inducido (que es la parte móvil) y dos devanados opcionales, a saber, el devanado de compensación L_C y el devanado de los interpolos L_i, ambos situados en el estator y fijos. El devanado de compensación L_C presenta una resistencia que llamaremos R_C y el devanado de los interpolos L_i presenta una resistencia que llamaremos R_i. El circuito equivalente mostrado en la Figura 104-04 se puede simplificar si sumamos los valores de las cuatro resistencias en serie por una sola, que lo llamaremos R_AS. Por lo tanto, R_AS = R_A + R_B + R_C + R_i . Recordando que las inductancias L_C y L_i no interfieren, ya que para corriente continua representan un cortocircuito, es decir, una resistencia nula. Ver Figura 104-05 para esta nueva representación.

De la Figura 104-05 vemos claramente que los tres circuitos, aquí representados por el circuito de armadura, el circuito de campo y la carga están en paralelo. En este circuito, la corriente de armadura de la máquina alimenta tanto el circuito de campo como la carga conectado a la máquina. Por lo tanto, del circuito concluimos que, para un generador en derivación, la relación se muestra en la eq. 104-08.

También debemos señalar que debido a que los tres circuitos están en paralelo, los voltajes en cada uno son los mismos , es decir, V_A = V_g = V_L. Entonces las corrientes en el circuito son fácilmente calculado según eq. 104-03, eq. 104-09 y eq. 104-10. A continuación, mostramos estas tres ecuaciones.

Tenga en cuenta que en eq. 104-10, la carga Z_L puede ser una carga puramente resistiva o, una carga compleja. Y para este tipo de generador vale la eq. 104-01, es decir:

Este tipo de generador tiene una ventaja obvia sobre el generador de CC con excitación independiente porque no hay necesidad de una fuente de alimentación externa para el devanado de campo. Sin embargo, esto deja una pregunta importante sin respuesta: ¿ cuando comienza, cómo obtiene el flujo de campo inicial para generar E_A, sin él mismo suministrar la corriente de campo ?

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    3.2.1   Generación de Voltaje Inicial de Salida

Consideremos el caso inicial donde el generador no tiene una carga conectada a las terminales de salida. Supongamos que el eje del generador está acoplado a una máquina impulsora, como un motor eléctrico o un motor diésel, y esto hace que el eje del generador gire.

La pregunta es:

¿ Cómo se genera el voltaje inicial en las terminales de salida del generador ?

La producción inicial de voltaje en un generador de CC depende de la presencia de un flujo residual en los polos del generador. Inicialmente, cuando un generador comienza a rotar, se inducirá un voltaje interno, dado por eq. 103-11, que se muestra a continuación para mayor claridad.

En este caso, estamos considerando Φ como un flujo residual que existe en los campos polares del generador, como se explicó anteriormente (ver Haga clic aquí!)

De esta forma, en los terminales del generador aparece la tensión E_A (puede ser de uno o dos voltios). Sin embargo, cuando esto ocurre, este voltaje hace circular una corriente en la bobina de campo del generador, dada por eq. 104-09. Esta corriente de campo produce una fuerza magnetomotriz en los polos, aumentando el flujo en ellos. El incremento de flujo provoca un aumento a través de E_A, lo que aumenta el voltaje terminal V_g. Cuando V_g aumenta, I_F crece aún más, aumentando el flujo Φ, que aumenta E_A, generando un proceso en cadena que sólo finaliza cuando la tensión de salida alcanza el valor nominal estipulado según la curva de saturación magnética de las caras polares. Es este efecto de la saturación magnética de las caras polares lo que impide el crecimiento continuo de la tensión de salida del generador.

En el arranque,

¿ Qué sucede si un generador de derivación arranca y no hay voltaje ?

¿ Qué podría estar mal ?

Hay varias causas posibles por que la tensión inicial no se produce durante el arranque. Enunciaremos tres posibles causas. sean ellos:

Como el voltaje de la curva de magnetización varía en función de la velocidad del eje, la resistencia crítica también variará con la velocidad. En general, cuanto más pequeño la velocidad del eje, menor es la resistencia crítica.

Para comprender el análisis gráfico de los generadores en derivación, es esencial recordar la ley de voltaje de Kirchhoff (LKT) ya estudiado y representado por las ecuaciones eq. 104-01 y eq. 104-02, repetido a continuación para mayor claridad.

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    3.2.2   Característica de la Tensión de Salida

La característica de salida de un generador de CC shunt (o derivación) es diferente de la de un generador de excitación independiente, porque la corriente de campo de la máquina depende de su voltaje de salida. Para comprender la característica de salida de un generador de derivación, comencemos una narración teniendo en cuenta que la máquina arranca sin carga (vacía) y poco a poco le vamos añadiendo carga.

A medida que aumenta la carga del generador, I_L crece y, por lo tanto, I_A también crece. Un aumento de I_A aumenta la caída de voltaje I_A R_A a través de la resistencia de armadura, haciendo disminuir V_g, según eq. 104-01. Este comportamiento es precisamente lo mismo observado en un generador de excitación independiente. Sin embargo cuando V_g disminuye, la corriente de campo I_F de la máquina disminuye con ella. Esto hace que el flujo máquina para disminuir, reduciendo también E_A. La caída en E_A provoca una mayor disminución en voltaje terminal V_g. La característica de salida resultante se muestra en la Figura 8-52. Tenga en cuenta que la caída de voltaje es más pronunciada que simplemente la caída I_A R_A del generador de excitación independiente. En otras palabras, la regulación de voltaje de este generador es peor que la del mismo tipo de equipo en que la excitación se conecta por separado.

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    3.2.3   Control de Voltaje de Salida

Al igual que con el generador de excitación independiente, hay dos formas de controlar el voltaje de un generador de CC en derivación, a saber:

La variación de la resistencia de campo R_F es el principal método utilizado para controlar la tensión de salida de los generadores de derivación reales. Si la resistencia de campo R_F disminuye, entonces la corriente de campo I_F aumentará. Cuando I_F aumenta, el flujo de la máquina también aumenta, lo que hace que aumente el voltaje interno generado E_A. El aumento de E_A hace que aumente también la tensión de salida V_g del generador.

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    3.2.4   Análisis no lineal del Generador

El análisis de un generador DC shunt (o derivación) es más complejo que el análisis de un generador de excitación independiente, porque la corriente de campo de la máquina depende directamente de la propia tensión de salida de la máquina. Entonces, primero hagamos un análisis para máquinas sin reacción de armadura, y luego incorporamos los efectos de la reacción de armadura.

Sin Reacción de Armadura

La Figura 104-07 muestra una curva de magnetización para un generador de CC en derivación trazada a la velocidad real de operación de la máquina. La resistencia de campo R_F, que es simplemente igual a V_g/I_F, es la recta superpuesta a la curva de magnetización. En el espacio vacío, podemos escribir que V_g = E_A y el generador opera al voltaje donde la curva de magnetización intersecta la línea de resistencia de campo.

Para comprender el análisis gráfico de los generadores en derivación, es esencial recordar la ley de voltaje de Kirchhoff (LKT) ya estudiada y representada por las ecuaciones eq. 104-01 y eq. 104-02. Vamos a repetirlos a continuación para una mejor comprensión.

La diferencia entre el voltaje interno generado E_A y el voltaje de salida V_g es simplemente la queda R_A I_A de la máquina. La recta con todos los valores posibles de E_A es la curva en magnetización y la línea con todos los voltajes de salida posibles V_g es la línea de resistencia. Por lo tanto, para encontrar el voltaje de salida para una carga dada, simplemente determine la queda R_A I_A y ubique en el gráfico el lugar donde esta queda encaja exactamente entre la curva E_A y la línea V_g. Hay a lo sumo dos lugares en el curva donde la queda R_A I_A encajará exactamente. Si hay dos ubicaciones posibles, la el que esté más cerca del voltaje sin carga representa un punto de trabajo normal.

Con Reacción de Armadura

Si la reacción del inducido está presente en un generador de CC en derivación, este proceso se volverá un poco más complicado. La reacción de armadura produce una fuerza magnetomotriz desmagnetizante sobre el generador al mismo tiempo que R_A I_A cae sobre la máquina.

Para analizar un generador de reacción de armadura, suponga que su corriente de armadura es conocida. Entonces se conocerá la caída de tensión resistiva R_A I_A. El voltaje de salida de este generador debe ser lo suficientemente alto para suministrar el flujo del generador después de restar el efecto desmagnetizador de la reacción del inducido. Para cumplir con este requisito, la fuerza magnetomotriz de la reacción del inducido y la caída R_A I_A deben caber entre la curva E < sub>A y la línea V_g. Para determinar el voltaje de salida correspondiente a una fuerza magnetomotriz dada, simplemente ubique el lugar debajo de la curva de magnetización donde el triángulo formado por los efectos de la armadura y R_A I_A encajan exactamente entre la línea de valores posibles de V_g y la curva de valores posibles de E_A. ver el Figura 104-07.

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    3.3   Generador de CC en Serie

Cuando la excitación es producida por un devanado de campo conectado en serie con la armadura, de modo que el flujo producido es una función de la corriente del inducido y la carga, el generador de CC se denomina generador en serie. La Figura 104-08 muestra el diagrama completo de un generador en serie. El campo en serie se excita solo cuando se enciende la carga, completando el circuito. Como el devanado de campo debe soportar toda la corriente de armadura, se construye con pocas vueltas de alambre con un calibre que soporte esta corriente, es decir, un alambre grueso (de gran diámetro). Entonces, cómo la corriente de carga completa circula a través del campo, este campo debe diseñarse en serie para tener la menor resistencia posible.

Tenga en cuenta que la corriente de armadura, la corriente de campo y la corriente de línea tienen el mismo valor, o sea:

Por otro lado, la ley de voltaje de Kirchhoff para el generador en serie es:

Como en el caso anterior, el devanado de compensación, R_c, situado entre los polos, y el devanado interpolar, R_i, se incluyen en serie con el devanado del inducido. Eso resistencia total, cuando se trata de una configuración en serie, la llamamos R_as. Las otras variables ya son conocidos.

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    3.3.1   Característica de la Tensión de Salida

          del Generador de CC Série

La curva de magnetización de un generador de CC en serie se parece mucho a la curva de magnetización de cualquier otro generador. Sin embargo, sin carga, no hay corriente de campo, por lo que V_g se reduce a un nivel muy bajo debido al flujo residual presente en la máquina. A medida que crece la carga, la corriente de campo aumenta, de modo que E_A sube rápidamente. La caída de tensión I_A (R_A + R_as ) también aumenta, pero inicialmente el aumento de E_A resulta más rápido que el aumento en la caída I_A (R_A + R_as ) y, en consecuencia, V_g sube. Después de un rato, la máquina se acerca a la saturación y E_A se vuelve casi constante. En ese punto, la caída resistiva se convierte en el efecto predominante y V_g empieza a caer.

Este tipo de función se muestra en la Figura 104-09. Es obvio que tal máquina demostraría ser una suministro de voltaje constante muy malo. De hecho, su regulación de voltaje es un gran número negativo.

Los generadores en serie solo se utilizan en unas pocas aplicaciones especializadas donde la característica de fuerte caída en el voltaje del dispositivo puede ser explorado. Una de estas aplicaciones es la soldadura por arco eléctrico. Los generadores series utilizadas en la soldadura por arco están diseñadas intencionalmente para tener una alta reacción de armadura. Así, cuando los electrodos de soldadura hacen contacto entre sí antes de que comience la soldadura real, una corriente muy alta circula Cuando el soldador aleja los electrodos, hay un aumento muy brusco en la voltaje del generador, mientras que la corriente permanece alta. Esta tensión asegura que se mantenga un arco de soldadura a través del aire entre los electrodos.

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    3.4   Generador Compuesto Acumulativo

       de Derivación Larga

Cuando la excitación del devanado de campo se produce por una combinación de las dos configuraciones estudiadas anteriormente, es decir, devanado de campo en derivación excitado por la tensión de armadura (ítem 3.2) y devanado de campo en serie excitado por la corriente de armadura o corriente de línea (ítem 3.3), el generador de CC se denomina generador compuesto. En el caso del generador compuesto, es posible establecer dos tipos de conexiones, habitualmente denominadas compuesto acumulativo y compuesto diferencial. Un generador de CC compuesto acumulativo es un generador de CC que tiene los campos en serie L_S y en derivación L_F conectados de tal forma que las fuerzas magnetomotrices de los dos suman.

La Figura 104-10 muestra el circuito equivalente de un generador de CC acumulativo compuesto en la conexión shunt largo. Los puntos o marcas que aparecen en las dos bobinas de campo tienen el mismo significado que los puntos en un transformador: la corriente que entra por el extremo punteado de la bobina produce una fuerza magnetomotriz positiva.

Observe que la corriente de armadura entra en el extremo punteado de la bobina de campo en serie y que la corriente I_F de derivación entra en el extremo punteado de la bobina de campo de derivación. Por lo tanto, la fuerza magnetomotriz total en esta máquina está dada por

Tenga en cuenta que las fuerzas magnetomotrices del campo serie y el campo derivación se suman, mientras que la reacción de la armadura se resta, de acuerdo con la afirmación de que esta reacción es desmagnetizante.

De eq. 104-13 podemos encontrar la corriente equivalente efectiva del campo de derivación (o shunt), o I_{F eq}, sabiendo que F= N I. Por lo tanto, sustituyendo en eq. 104-13 y, después de trabajar algebraicamente, encontramos:

Mirando el circuito equivalente que se muestra en Figura 104-10, podemos inferir las siguientes ecuaciones para las corrientes involucradas en el circuito.

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    3.5   Generador Compuesto Acumulativo

       de Derivación Corta

La Figura 104-11 muestra el circuito de un generador compuesto de derivación corta. La diferencia de la derivación larga es que la derivación corta tiene el devanado de campo situado entre el devanado de armadura y el devanado de campo en serie.

Esto hace que el devanado de derivación de campo esté en paralelo con el circuito de armadura y el circuito de campo en serie esté conectado en serie con la carga. La ecuación eq. 104-15 también es válido para esta configuración.

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    3.6   Característica de la Tensión de Salida

       Generador Compuesto Acumulativo

Para comprender la característica terminal de un generador de CC compuesto acumulativo, es necesario comprender los efectos simultáneos que ocurren dentro de la máquina.

Supongamos que se aumenta la carga del generador. Entonces, como la carga sube, la corriente de carga I_L sube. En este caso, la corriente de armadura también aumenta. Por lo tanto, en este punto, se producen dos efectos en el generador:

Estos dos efectos son opuestos entre sí, uno tiende a elevar V_g y el otro tendiendo a descargar V_g.

¿ Qué efecto predominará en una máquina dada ?

Todo dependerá de cuantas vueltas en serie se den a los polos de la máquina. Esta situación da lugar a tres posibles alternativas que se ganan su propio nombre. Estudiemos cada situación por separado.

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    3.6.1   Generador Acumulativo Hipocompuesto

Pocas vueltas en serie (N_si pequeño). Si sólo hay unas pocas vueltas, el efecto de la caída de tensión resistiva prevalece fácilmente. El voltaje cae como en un generador de derivación (o shunt), pero no tan bruscamente. Ver Figura 104-12, donde mostramos este efecto. Este tipo de configuración, en la que el voltaje de salida a plena carga es menor que el voltaje de salida sin carga, se llama hipocompuesto. Este generador tiene una característica de mejor regulación de voltaje que el generador compuesto equivalente.

El generador hipocompuesto tiene una característica de "inmersión" leve, similar a la de un generador de derivación, pero con regulación mejorada. Si cortocircuitamos los terminales del campo serie (R_d = 0, ver Figura 104-14) de un generador acumulativo hipercompuesto, actuará como un generador de derivación. Si la resistencia de la resistencia de drenaje se aumenta un poco para que fluya una pequeña corriente a través del campo en serie, cualquier generador compuesto acumulativo actuará como hipocompuesto. Es por esta razón que los fabricantes suministran solo generadores hipercompuesto y esperar que los consumidores ajusten el grado de compensación mediante una resistencia de drenaje. Debemos entender por resistencia de drenaje (¡Vea aquí!), cuando se agrega una resistencia ajustable en paralelo con el devanado de campo con el que desea cambiar las características del generador.

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    3.6.2   Generador Acumulativo Normal

Más vueltas en serie (N_si mayor). Cuando hay algunas vueltas extra en los polos, inicialmente el prevalece el efecto de refuerzo de flujo y el voltaje terminal aumenta con la carga. Sin embargo, a medida que la carga sigue aumentando, comienza la saturación magnética y la caída de tensión resistiva supera el efecto de la aumento de flujo. En esta máquina, inicialmente el voltaje terminal aumenta y luego cae a medida que aumenta la carga. Si V_g vacío es igual a V_g lleno carga, entonces el generador se llamará normal. Este generador tiene una función de regulación de cero por ciento.

Un generador compuesto normal encuentra una aplicación similar al hipercompuesto, cuando la caída de voltaje en la línea eléctrica de transmisión es insignificante y la carga está ubicada en las inmediaciones del generador. Entonces obtenemos un voltaje constante en la carga, aunque esta tensión no es necesariamente constante, sino que tiene una regulación negativa en el punto de media carga y cero regulación a plena carga.

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    3.6.3   Generador Acumulativo Hipercompuesto

Se añaden más vueltas en serie (N_if grande). Si aun mas vueltas se agregan al devanado de campo en serie del generador, luego el efecto de refuerzo del flujo prevalecerá en un rango aún más amplio antes de que la caída de tensión resistiva se haga predominante. El resultado es una característica en que la voltaje de salida de carga completa es en realidad más alto que el voltaje de salida vacía. Si el voltaje V_g a plena carga excede V_g sin carga, entonces el el generador se llamará hipercompuesto. Es decir, la característica de regulación de este generador es siempre negativa.

El generador hipercompuesto es el más adecuado para transmitir energía eléctrica de CC cuando la carga es remotamente ubicado desde el generador. La característica de aumento de voltaje de este generador es más que suficiente para compensar la caída de tensión en la línea de transmisión. Una resistencia de drenaje se utiliza para controlar y producir un aumento de voltaje suficiente en el generador para compensar las caídas de voltaje en las líneas a plena carga. Cómo cae la tensión en la línea y el aumento de voltaje ajustado producido por el campo en serie son ambos proporcionales a la corriente de carga, el voltaje en una carga remota será sustancialmente constante de vacío a carga completa, por lo que no es necesario utilizar reguladores de voltaje.

Vea en los gráficos de la Figura 104-12 todas las posibilidades estudiadas.

También es posible tener todas estas características de voltaje en un solo generador si se utiliza una resistencia de derivación. La Figura 104-13 muestra un generador de CC compuesto acumulativo con un número relativamente grande de vueltas en serie N_se. Una resistencia de desvío de corriente, llamada resistencia de drenaje, está conectada a través paralelo al campo serie. Si la resistencia de drenaje R_d se establece en un valor alto, la mayor parte de la corriente de armadura fluirá a través de la bobina del campo en serie y el generador estará hipercompuesto. Por otro lado, si la resistencia R_d es establecido en un valor pequeño, entonces la mayor parte de la corriente fluirá a través R_d, paralelo al campo en serie, y el generador estará hipocompuesto. La resistencia puede ajustarse continuamente, permitiendo obtener cualquier combinación deseada.

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    3.7   Control de Voltaje de Salida del Generador

       Compuesto Acumulativo

Técnicas disponibles para controlar el voltaje terminal de un generador de CC compuesto acumulativo son exactamente las mismas técnicas utilizadas para el control de la tensión de un generador CC en derivación, es decir:

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    3.8   Análisis de un Generador de CC

       Compuesto Acumulativo

Las ecuaciones eq. 104-16 y eq. 104-17 son la clave para la descripción de la característica de salida de un generador de CC compuesto acumulativo. La corriente de campo equivalente en derivación I_eq, debido a los efectos del campo en serie y la reacción del inducido, viene dado por

Por lo tanto, la corriente de campo de derivación efectiva total de la máquina es

Esta corriente equivalente I_eq corresponde a una distancia horizontal a la izquierda o a la derecha de la línea de resistencia de campo (R_F) a lo largo de los ejes de la curva magnetización, como se puede ver en la Figura 104-14.

La caída resistiva del generador viene dada por I_A (R_A + R_S), que es una longitud en el eje vertical de la curva de magnetización. Tanto la corriente equivalente I_eq como la caída de tensión resistivo I_A (R_A + R_S) depende del valor de corriente de armaduraI_A. Por tanto, forman los dos lados de un triángulo cuyos valores son una función de I_A. Para obtener el voltaje de salida para una carga dada, determine el tamaño de la triángulo y encuentre el lugar donde encaja exactamente entre la línea de corriente de campo y la curva de magnetización.

El voltaje sin carga será el punto en el que la línea de resistencia y la curva de magnetización se cruzan, como antes. Cuando se agrega una carga al generador, la fuerza magnetomotriz del campo en serie aumenta, aumentando la corriente equivalente del campo en derivación I_eq y la caída de tensión resistiva I_A (R_A + R_S) de la máquina. Para encontrar el nuevo voltaje de salida de este generador, mueva el vértice más a la izquierda del triángulo a lo largo de la línea de la corriente de campo en derivación hasta que el vértice superior del triángulo toque la curva de magnetización. Este vértice superior representará la tensión interna generada por la máquina, mientras que la línea inferior representa el voltaje de salida de la máquina.

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    3.9   Generador de CC Compuesto Diferencial

Un generador de CC compuesto diferencial es un generador que contiene campos en serie y en derivación, pero esta vez sus fuerzas magnetomotrices se restan entre sí. El circuito equivalente de un generador de CC diferencial compuesto se muestra en la Figura 104-15. Tenga en cuenta que ahora la corriente de armadura fluye fuera de una terminación de bobina punteada, mientras que la corriente del campo de derivación fluye hacia una terminación de bobina punteada.

En esta máquina, la fuerza magnetomotriz neta es

La corriente efectiva total del campo en derivación de esta máquina viene dada por la ecuación ya estudiada, la eq. 104-17, se repite a continuación para mayor claridad.

De la misma manera que el generador de CC compuesto acumulativo, el generador compuesto diferencial se puede conectar en derivación larga o en derivación corta.

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    3.9.1   Característica de Salida en un Generador

          Diferencial Acumulativo

En el generador diferencial de CC compuesto, ocurren los mismos dos efectos que fueron presentes en el generador de CC compuesto acumulativo. Esta vez, sin embargo, ambos efectos actúan en la misma dirección. Ellos son

Como ambos efectos tienden a reducir V_g, el voltaje cae drásticamente cuando se aumenta la carga en el generador.

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    3.9.2   Control de Salida en un Generador

          Diferencial Acumulativo

Incluso cuando las características de caída de tensión de un generador de CC compuesto diferencial son muy malos, todavía es posible ajustar el voltaje terminal para cualquier valor dado de carga. Las técnicas disponibles para ajustar el voltaje terminal son exactamente los mismos que los que se utilizan para los generadores de CC compuestos en derivación y acumulativo:

Tanto los generadores de CC en derivación como los compuestos dependen de la no linealidad de sus curvas de magnetización para producir un voltaje de salida estable. Si la curva de magnetización de una máquina de corriente continua fuera una línea recta, entonces la curva de magnetización y la línea de voltaje de la línea del generador nunca se cruzaría. En consecuencia, a vacío no habría voltaje estable en la salida del generador. Como los efectos no lineales están en el centro de operación del generador, los voltajes de salida de los generadores de CC pueden ser determinado sólo gráfica o numéricamente usando una computadora.