Factor de Distribución y Acortamiento de Paso en Máquinas Eléctricas

Factor de Distribución

Se define como la relación entre la amplitud de la onda obtenida con un devanado distribuido y aquella que obtendría si todas las bobinas elementales pertenecientes a un mismo par de polos estuvieran concentradas formando una única bobina diametral. El factor de distribución siempre forma un valor inferior a la unidad y su expresión es:

Si el devanado de una máquina eléctrica fuese diametral y estuviese en una única ranura por polo y por fase (q=1), la magnitud y fase de la tensión inducida en todas las espiras del devanado de una fase sería el mismo. Entonces bastaría con multiplicar la tensión inducida en una de las espiras por el número de espiras totales: E=4.44⋅f⋅Ns⋅ϕp Sin embargo, los devanados están alojados en varias ranuras (q>1). La tensión inducida en una bobina del devanado de una fase tendrá el mismo valor en magnitud, pero un valor de fase distinto debido a la distribución senoidal del flujo en el entrehierro. Por tanto, la tensión inducida no es la suma algebraica de las tensiones inducidas en las bobinas, sino un valor inferior. Por ello, para obtener el valor inducido en un devanado distribuido en varias ranuras se multiplica la f.e.m. por

Por tanto, la tensión inducida no es la suma algebraica de las tensiones inducidas en las bobinas, sino un valor inferior. Por ello, para obtener el valor inducido en un devanado distribuido en varias ranuras se multiplica la f.e.m. por

Factor de Acortamiento de Paso

Se define como la relación que existe entre la amplitud de la onda fundamental producida por una sola bobina diametral que tuviera la totalidad de espiras correspondientes a la pareja de bobinas de paso acortado con la amplitud de la onda generada. El factor de acortamiento de paso siempre es menor que la unidad y toma el valor:

Una única bobina de paso acortado crea una onda de tensión en el entrehierro de distinta anchura y amplitud en los polos norte y sur. Esta asimetría constituye un grave inconveniente por la alta tasa de armónicos pares que implica en la onda. Por ello, en los devanados de paso acortado, a toda bobina le corresponde siempre otra igual situada en posición homóloga respecto a ella (a 180º elec).

Par Desarrollado

M = I*d(ØN)/Dº (Nm). Porque actúa sobre una bobina colocada en un campo magnético y por la cual circula una corriente. Consideramos máquinas tetrapolares si una espira se desplaza un paso polar.

, (variación = 2Øwb). A distancia angular correspondiente a un paso polar = 2pi/2p. Por medio será = [(variación flujo)/ (variación angular)]*I=I*2Ø/(2pi/2p) Nm. Puesto que el nº de bobinas será la mitad del nº total de conductores del inducido: por medio =

. La corriente que circula por una bobina vale, i=Ia/2a. Por tanto,

Para una máquina particular, M=KØIa. En los motores este valor será menor (pérdidas) y el par para accionar el generador será algo mayor.

Relación de Inducido en una Máquina de CC

Cuando la dinamo está 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. Aunque aparece el flujo principal, no varía (se reduce en los cuernos de entrada, pero aumenta a la salida), en realidad disminuye pues la distorsión del mismo aumenta su recorrido (reluctancia magnética). Se crea saturación de los cuernos polares y además aumenta las fugas magnéticas contribuyendo todo ello a la disminución del flujo principal, por tanto, de la f.e.m en carga respecto a la f.e.m en vacío. Esto se conoce como reacción magnética del inducido. (DIBUJOS (CAMPO MAGNETICO INDUCTOR + CAMPO MAGNETICO INDUCIDO = BOLA)) A consecuencia de la reacción del inducido en línea neutra (línea que une los conductores que no producen fem) en carga, adelanta respecto del sentido de giro un ángulo α (tomando como referencia la línea neutra en vacío). En un motor se retrasa.

Inconvenientes:

• Disminución de la fem en carga.
• Disminución del rendimiento (se ha de conectar la corriente de excitación para compensar este efecto).
• Creación de peligro de chispas en el colector.
• Aumento de las dificultades para realizar una buena conmutación.

Soluciones:

Para evitar el desplazamiento de la línea neutra y asegurar la conmutación se usan polos auxiliares o de conmutación que producen un campo magnético opuesto al de la reacción transversal (del motor).

Regulación de la Velocidad en los Motores de Corriente Continua

La velocidad en un motor c.c. viene dada por: n= Kx(V-IaxRa)/Φ. Es directamente proporcional a la tensión aplicada al inducido e inversamente proporcional al flujo magnético. Ello nos permite deducir que la variación de dicha velocidad puede conseguirse de las siguientes formas:

1. Cambiando la resistencia del inducido.
2. Variando la tensión aplicada.
3. Cambiando el flujo por polo Φ.

1. Variando la tensión aplicada al inducido a través de una resistencia variable al conectar en serie con él, podemos variar la velocidad. El devanado inductor no se vería afectado puesto que está conectado a la tensión exterior. En un motor en serie la corriente puede modificarse muy poco a través de esta resistencia exterior. Según la expresión (I) un aumento de Ra provocará una disminución de la velocidad.

2. Generalmente no se puede actuar sobre la tensión (salvo en la excitación independiente), ya que si modificamos la tensión, varía la corriente inductora, por tanto varía el flujo en el mismo sentido que V (apenas se conseguirá regulación).

3. En un motor shunt colocamos una resistencia variable en serie en el devanado inductor, en esto reducimos el flujo (aumenta la velocidad). En un motor en serie, para conseguir esta reducción hay que colocar una resistencia variable en paralelo al inductor.