Curso de Electric Id Ad Del Automovil Estudio de La Dinamo

5/9/2018 Curso de Electric Id Ad Del Automovil Estudio de La Dinamo

2. Estudio de la dinamo


Fig. 2.1A

Fig. 2.1 C Campo indueido en e!estetor.

OBJETIVOSIdentificar al alumno con los elementos que componen una dinamoy las caracter!sticas de los mismos.- Conocer el funcionamiento de la dinamo y como se genera la fuerzaelectromotriz en ella- Determinar las caracteristicas que definen esta clase de generadores.Establecer las aver/as que se producen en las dinamos, as! como su

comprobecion y repsrscion.Identificar al alumno con los devanados del inducido, estableciendounas ideas generales sobre el desarrollo de los mismos.

EXPOSICION DEL TEMA2.1 Mision de la dinamo

La dinamo (fig. 2.4A y B) es un generador de corriente, que transforma laenergla mecenice que recibe en su eje en energ/a electrice que se recoge en susbornes.Las dinamos utilizadas en automocion reciben la energia mecanica delpropio motor de combustion a traves de dos poleas y una correa trapezoidal,absorbiendo en esta transrnision una parte de su potencia, para transformarlaen corriente electrica. Actuan, por tanto, como Fuente de etimentecion en elcircuito de carga de los vehiculos, empleando esta corriente en cargar la bater!a(fig. 2.1A), donde queda almacenada para su posterior utilizacion en la pres-tacion de servicios del autornovil, y alimentando a su vez los distintos circuitosy accesorios instalados en el mismo. .Estas maquinas, que no se diferencian esencialmente de las dinamos in-dustriales, por su reducido volumen y poco peso se las puede considerar comoespeciales, ya que para conseguir la potencia necesaria en elias deben girara un numero elevado de revoluciones, por 10 que el conjunto debera ser com-pacto y sus elementos giratorios estar dispuestos para que resistan adecuada-mente los efectos de la fuerza centrifuga.

2.2 Descripcion y caracteristicas de sus componentesUna dinamo de las utilizadas en autornocion esta formada por las siguientespartes 0 grupos funcionales que integran el conjunto:- Un estator 0 grupo inductor (fig. 2.1 B), formado por la carcasa (1),las expansiones 0 masas polares (2) y las bobinas inductoras (3), que creanel campo rnaqnetico de excitacion de la dinamo (fig. 2.1C).

. ventana al colectorde eSCObillas_c=- / 24

1Z/?'I~~.l _ G : : 2.Fig. 2.1 B Estator de una dinamo ydespiece.asas polares bobina inductora

- Un rotor 0 inducido (fig. 2.2A y B) en el cua! se genera fa corrientede utilizacion.44


Fig. 2.2 Con/unto inducido a rotor: A, con/unto; B, detal/e de /a chapa meqnetice troque/ada.

- Un conjunto de elementos complementarios (figs. 2.4A y B), comoson las tapas laterales (17) y (18), escobillas (11), polea (14) y ventilador (23)etcetera, tienen como mision cerrar e t conjunto. Todo el conjunto de elementos,tanto principales como secundarios, perfecta mente montados sirve para darmovimiento a la dinamo y recoger la fuerza electromotriz generada en sus bornes.2.2.1 Conjunto inductor 0 estator

EI conjunto inductor (fig. 2.1 B Y C), que tiene como finalidad crear el cam-po maqnetico dentro del cual se mueven las espiras inducidas del rotor, estaformado por una carcasa de acero suave (1), a traves de la cual se cierra el cir-cuito maqnetico y donde se alojan las expansiones polares (2), que son unosnucleos de hierro para formar los polos norte y sur del campo maqnetico in-ductor, las cuales se unen a la carcasa por medio de unos tornillos (24) accio-nados desde el exterior de la misma.Alrededor de estos nucleos van montadas, en serie, las bobinas inductoras(3), formadas por varias espiras de hilo de cobre, perfectamente aisladas entresi y con respecto al nucleo, siendo las encargadas de crear el campo maqneticoinductor al pasar por elias la corriente que genera la propia dinamo.2.2.2 Inducido 0 rotor

Este elemento (fig. 2.2A) esta formado por un eje de acero (4) con un ci-lindro formado por un conjunto de chapas maqneticas (5) troqueladas en formade estrella (fig. 2.2B), que unidas forman las ranuras (6) donde se alojan losconductores inducidos (7) los cuales generan la corriente electrica. En unode los lados del eje va montado a presion el colector (8), formado por larnini-lias (9) (fig. 2.3) de cobre, aisladas entre sf y con respecto al eje par mediade un soporte 0 casquillo aislante (10), que canstituyen las delgas del co-lector, a las cuales se unen los conductores inducidos y sobre las que rozanlas escobillas (11) (fig. 2.4A y B) para sacar al exterior la corriente producida.Ene l otro lade del eje hay un chavetero (12) y una zona roscada (13) para mon-tar la polea de arrastre (14) que da movimiento al inducido por medio de unaarandela (15) y una tuerca (16).Los conductores (7) alojados en las ranuras (6) del tambor en forma debobinas y formados por varias espiras, cada una aislada entre sf y con respectoamasa, constituyen el devanado del inducido, uniendo los princioios y finalesde cada bobina con soldadura blanda (estafio) a cada una de las delqas (9)del colector (fig. 2.3).

2.2.3 Elementos complementariosLas tapas laterales (17) y (18) (fig. 2.4A) obtenidas por fundicion en hie-rro 0aluminio sirven de cierre al conjunto de la dinarno, y sabre elias se apoyael eje del inducido (4) para efectuar su giro.1. Tapa de accionamiento. La tapa lado accionamiento (17) lIeva mon-tado un radamiento a bolas (19) (fig. 2.4B) para soportar los estuerzos de trans-mision, con 10 cual se facitita el giro suave del inducido.

Fig. 2.3 Co/ector.

45


Fig. 2.4C Tensado de fa correa.

Fig. 2.4D

Fig. 2.4A Elementos que componen una dinamo.

22Fig. 2.48 Conjunto seccionado de una dina mo.

2. Tapa /ado co/ector. La tapa /ado co/ector (18) (fig. 2.4A) tiene aco-plados unos soportes (20) (uno de ellos aislado). sobre los que se deslizanlas escobillas (11) empujadas por unos muelles de espiral (21), que proper-cionan la suficiente presi6n para mantenerlas en contacto sobre el colector yun casquillo de bronce sinterizado 0 un rodamiento a bolas (22) sobre el quese apoya y gira el eje del inducido.

3. Escobillas. Las escobillas, en contacto con el colector (8), son lasencargadas de sacar al exterior Ia corriente producida por la dinamo; van men-tadas en los soportes de la tapa y estan conectadas una amasa y la otra per-fectamente aislada al borne positivo de toma de corriente. Son unos prismasrectangulares fabricados a base de carbona con un 10 al 15 % de grafito, ma-terial que proporciona un roce suave con el colector. La secci6n rectangularde las mismas esta en funci6n de la corriente maxima que la dinamo puedesuministrar, ya que la densidad de corriente en estos elementos es de 10 a 15amperios por ernde secci6n de escobilla.

4. Po/ea. EI conjunto se complementa con una polea (14) de chapa 0aluminio sujeta al eje del rotor (4), para producir el movimiento del mismo yun ventilador (23) que establece una corriente de aire por el interior de la di-narno, para disipar el calor producido en los arrollamientos. Por ultimo, unostornillos (25) con sus tuercas correspondientes consiguen la union del conjunto.

5. Sujeclon de la dinamo al vehfcu/o. Lasujeci6n de la dinamo al vehicu-10 se realiza por medio de unos soportes situados en la carcasa (fig. 2.4C), 0formando parte de las tapas laterales, y en situaci6n basculante para facilitare t montaje de la correa y el tensado de la misma (fig. 2.4D).46


2.3 Funcionamiento Y qeneracion de la corrienteEI funcionamiento de la dinamo esta basado en el principio de inducci6nelectromagnetica, por el cual un conductor (A) (fig. 2.58) situado dentro deun campo rnaqnetico de flujo ( < D ) , genera una corriente electrica, debido ala fuerza electromotriz (e ) inducida en el conductor, cuando existe en el una

variacion de flujo.

e = [2.1]

En las dinamos (fig. 2.5A), los conductores situados en las ranuras delinducido cortan. durante su desplazamiento de giro, el flujo emitido por el cam-po rnaqnetico inductor formado en las masas polares. Este barrido de flujo, corte de lineas de fuerza, genera en los conductores del inducido una f. e. m.(e) , que es proporcional al campo maqnetico inductor ( < D ) y a la velocidadde giro del inducido, ya que a mayor numero de revoluciones, el tiempo em-pleado (6,t) en cortar las llneas de fuerza es menor.

A

Fig. 2.58

Sea el conductor (A) (fig. 2.58), situado entre las masas polares (N y S)que crean el campo de flujo ( < D ) , el cual, en su desplazamiento de giro, va to-mando sucesivamente las posiciones (1-2-3-4) en el campo. En la posicion(1), al estar el conductor fuera de la influencia del campo maqnetico, la f. e. m.generada es cero (e = 0), pero al moverse el conductor dentro del campo, vahaciendo un barrido de flujo (fig. 2.5C), que es maxima en la posici6n (2), pa-sando nuevamente a cero en la posicion (3). En esta media vuelta, la f. e. m.generada, ha ido tomando valores crecientes y decrecientes en funcion delflujo barrido y de la velocidad de desplazamiento, ya que si se considera el cam-po maqnetico ( < D ) constante, la f. e. m. generada estara en funcion del tiempode barrido.< )) e t

0 tarnbien:= < De t

[2.2AJ

[2.28]En la segunda media vuelta, el conductor carta al campo magnetico ensentido contrario, con 10 cual el sentido de la corriente generada se invierte(ver fig. 2.5), teniendo la f. e. m. valores identicos pero de sentido contrario.Esto indica que el senti do de la corriente en el conductor cambia de direccionsegun que este se situe frente a palos de distinto nombre (norte 0 sur). La di-reccion de la corriente en el conductor viene determinada par la regia de lamana izquierda.L1evando los valores instantaneos de fuerza electromotriz, obtenidos en elc~nductor durante su desplazamiento a un sistema de ejes coordenados: e = t(t)(fig. 2.6A), se obtiene una curva sinusoidal representativa de la corriente al-

terna. en la que el valor de la fuerza electromotriz (e ) dependera del tiempoempleado para efectuar ese desplazamiento 0 giro para una misma cantidadde flujo, representado por e! area rayada de la curva en cada semiperiodo.

Fig. 2.5A

Fig. 2.5C

perlodo T

Fig. 2.6A47


En la figura 2.68 puede verse con mas detalle el proceso. Si se unen losextremos de la espira a los anillos montados sobre el eje (fig. 2.6C) se puedeaprovechar la corriente que circula por la espira (producida al cortar las lineasde flujo) a un circuito exterior por medio de las escobillas. La corriente obte-nida es alterna.

, escobillas-~E

+E

1+ 1 II II II '2nI ,L .1l I 51 11 7't8 4 8 2 " e , eH I [[

-E

Fig. 2.68 Fig. 2.6C

2.3.1 Conmutecion y rectiticecion de la corrienteComo sepuede apreciar en su curva generativa (fig. 2.6A), la fuerza elec-

tromotriz obtenida en el conductor es alternativa y pulsatoria, ya que la corrientecambia de polaridad en cada semiperiodo, tomando valores de distinto signo(alternancia), y alcanzando valores maxirnos y mfnimos en cada media vueltao giro (pulsaci6n).

1. Forma de deshacer la alternancia. Para deshacer la alternancia de estacorriente, en las dinamos se colocan dos conductores en serie, diametralmenteopuestos (paso polar) unidos ados delgas del colector (fig. 2.7A y 8), de for-ma que las escobillas colocadas sobre ellos tomen siempre los mismos valorespositivos 0 negativosde cada conductor (conmutaci6n de la corriente), obte-niendo de esta forma una corriente todavla pulsatoria, pero slempre del mismosentido en el circuito exterior (fig. 2.7C).

B

Fig. 2.7 Conmutaci6n de la corriente y formaci6n de una onda.48


2. Forma de rectificar la corriente. Para deshacer la pulsacion, sl se co-loca otra espira (C ) desplazada 900 con respecto a fa primera (fig. 2.8) y seIlevan los valores obtenidos a un sistema de ejes coordenados, se observa que,cuando (A) toma valores mlnimos, la (C) toma valores maximos, y al reves:de esta forma se obtiene una curva generativa (fig. 2.9A) desplazada 900 canrespecto a la primera, de modo que la corriente es ahara menos pulsatoria. puesel valor de la fuerza electromotriz no baja hasta cera, sino que enlaza can laotra curva superponiendose a ella.Si se sique colocando espiras con un angulo de desplazamiento adecuado,se obtiene una corriente rectificada (corriente continua) (fig. 2.98).

Fig. 2.98 Rectiticeclon de fa corriente.

2.3.2 Colocecion de las escobillesLa corriente obtenida en la dinamo, sale al exterior par medio de dos es-cobillas en contacto can el col ector; pero hay un momenta en que las esco-billas, por el giro del colector. coinciden sabre dos delgas consecutivas delmismo (fig. 2.10A), quedando la espira en cortocircuito; de este modo la co-rriente obtenida salta entre las dos delgas a traves de la escobilla en forma dechispas. dos veces en cada semiperlodo. haciendo que estas se quemen y dete-rioren rapidamente.Para evitar esto, las escobillas se colocan de forma que el cortocircuitose produzca cuando las espiras pasen por la zona neutra del campo magnetico;

y de este modo, al estar la espira fuera del campo inductor y ser la fuerza elec-tromotriz igua! a cera (e =: 0), no hay corriente v , por tanto, tampoco habracortocircuito entre espiras.Como las dinamos empleadas en automoci6n suelen llevar un devanadodel tipo imbricedo, en el que las bobinas del inducido van conectadas adosdelgas consecutivas del col ector, la slrnetrta de estas delgas con respecto a loslades activos de la bobina se encuentran en su linea centro (fig. 2.108); porello el posicionado de las dos escobillas se encuentra en un plano perpendicu-lar a la bobina, de forma que cuando esta pase por la linea neutra 0 linea interpolarlas escobillas estaran situadas en el eje de los polos maqneticos, siendo esta lacolocacion real de las misrnas,

eje aislante/ /delga

Fig. 2.10A Esplre en eortoeir-cuito. H

2.3.3 Excltecion de las dinemosEI campo maqnetlco inductor, dentro del cual se mueven las espiras indu-cidas para generar la corriente, se crea a traves de las masas polares y de lasbobinas colocadas sobre elias para reforzar el campo maqnetico. haciendocircular por las rnismas una corriente electrica que puede ser exterior, 0 gene-rada por la propia dinamo (autoexcitaci6n). Sequn el nurnero de masas polaressituadas en la carcasa, las dinamos utilizadas en autornocion pueden ser bipo-lares (2 polos) 0 tetrapo/ares (4 polos).En las dinamos, el campo rnaqnetico inductor creado par el magnetismoremanente que conservan sus masas polares es suficiente para generar, al ini-

Fig. 2.8

CAe A f1, ;" I I' / > f / J / / \ I

, . jl '- I / \ t . ' \ _ I / \ I I_ l f ~~--'


Fig. 2.11A Excitaci6n shunt,

Fig. 2.11 B Dinamo con excitaci6na corriente.

Cig. 2.11 C Dinamo con excitaci6namasa.

Lig 2.12 Dinamo enserie.

ciarse el funcionamiento, una pequefia fuerza electromotriz en las espiras delinducido y crear una corriente que pasa a alimentar las bobinas inductoras parareforzar el campo; con esto la f. e. m. generada sera mayor, y tarnbien la corrienteque pasa a las inductoras, hasta obtener una fuerza electromotriz en bornes su-ficiente para alimentar el circuito exterior.Sequn la forma de conexionar estas bobinas con respecto al col ector, laexcitaci6n puede ser de tres tipos:Excitaci6n shunt 0 derivaci6n.Excitaci6n serie.Excitaci6n compound 0 rnixta.

2.3.3.1 Dinamo shuntLa excitecion en derivaci6n (fig. 2.11 A) generalmente es la mas empleadaen dinamos para automoci6n; consiste en conectar las bobinas inductoras enparalelo can el colector, de forma que la corriente consumida en este circuito,una vez regulada la fuerza electromotriz en bornes, es la debida a su propia re-sistencia (corriente de excitaci6n):

I e eR e [2.3]

2.3.3.1.1 Ventajas y desventajasEsta disposici6n tiene la desventaja de que la potencia eficaz 0 util de ladinamo para alimentar el circuito exterior disminuye, a! tener que ernplear partede su energfa en alimentar su propio circuito de excitaci6n:W u = W t - W e [2.4]

Pero tiene la gran ventaja de que, al ser pequefia la corriente que pasa por lasinductoras (de 3 a 5 amperios), los conductores empleados para realizar lasbobinas no necesitan ser de gran secci6n, con 1 0 cual se reduce el volumen ypeso de la maquina. muy importante para este tipo de dinamos transportadasempleadas en automoci6n. Tiene, ademas, la ventaja de una facil regulaci6ndel campo maqnetico para estabilizar la fuerza electromotriz en barnes de ladinamo.2.3.3.1.2 Tipos de dinamos en derivecion

Sequn la forma de alimentar estas bobinas inductoras a traves del circuitode regulaci6n, las dinamos utilizadas en automoci6n pueden ser de dos tipos:Dinamo con excitacion a corriente.Dinamo con excitaci6n amasa.

1. Dinamo con excitaci6n a corriente. En la dinamo con excitaci6n acorriente (fig. 2.118), las bobinas inductoras se alimentan directarnente de laescobilla positive, cerrandose el circuito a masa a traves del regulador.2. Dinamo con excitecion a mese. En la dinamo con excitaci6n amasa(fig. 2.11 C), las bobinas inductoras van conectadas amasa y reciben la corrientede excitaci6n a traves del regulador.

2.3.3.2 Dinamo serieEn esta dinamo (fig. 2.12), las bobinas inductoras se conectan en seriecon el colector, de forma que toda la corriente solicitada par el circuito exteriorpasa por elias; con esto. y debido a que la corriente que circula par las bobinasinductoras es grande, los conductores ernpleados tienen que ser de gran secci6n,aumentando par tanto el volumen y el peso de la rnaquina.Tiene la ventaja de que, a circuito abierto (funcionamiento en vacio). noconsumen corriente; y, a circuito cerrado, al pasar por elias toda la corrientesolicitada en el circuito exterior, el campo inductor creado es grande, can 1 0cual la fuerza electrornotriz, a muy pocas revoluciones, alcanza sus valoresrnaxirnos.Esta disposici6n se ernplea, general mente, en rnaquinas de gran potencia,cuyo nurnero de revoluciones es reducido, necesitando un gran campo maqne-tico para obtener Ia fuerza electromotriz deseada.

50


2.3.3.3 Dinemos compoundLa excitaci6n de estas dinamos esta constituida (fig. 2.13) por dos cir-cuitos separados, con dos arrollamientos 0 bobinas en cada masa polar, unode ellos conectado en serie con el colector y el otro en paralelo. Reunen las ca-racterjsticas de los tipos anteriores y se suelen emplear en maquinas de granpotencia, generalmente estaticas y movidas por un motor auxiliar.

2.4 Calculo de la fuerza electromotrizproducida por una dinamoSe ha visto que fa fuerza electromotriz inducida en un conductor dependede la cantidad de flujo cortado en su desplazamiento, siendo esta f. e. m. pro-porcional a la longitud del conductor y a la velocidad con que se etectua elcorte de llneas de fuerza.

2.4.1 Fuerza electromotriz generada en una bobinePor tanto, la !uerza e/ectromotriz generada en el conductor (Iongitud deuna bobina), en funci6n de estas variables, es:

e B . I . v-~- (en voltios) [ 2 . 5 ]

siendo:B inducci6n magnetica emitida por las masas polares en gausiosI longitud del conductor en emv = velocidad de desplazamiento en cmjs

2.4.2 Numero total de conductoresComo los devanados del inducido estan formados por una serie de bo-binss con dos lados activos cada una de elias, situados frente a polos de dis-

tinto signo y cada una de estas bobinas formada por un nurnero de conductoresen serie, el numero total de conductores (N) situ ados en las ranuras del indu-cido sera:N = numero de bobinas por 2 lados activos por numero de conductorespor bobina; 0, 10 que es 10 mismo. al numero de conductores porranura por el numero de ranuras del tambor del inducido.

[ 2 . 6 ]

siendo:N numero de eonductores totalesN b numero de conductores por bobinab nurnero de bobinasNk nurnero de conductores por ranuraK nurnero de ranuras del inducido

2.4.3 Fuerza electromotriz total generadaSi todos los conductores situados en el inducido estuvieran en serie, lafuerza electromotriz total generada seria igual a la suma de cada una de las fuer-zas electromotrices generadas en cada conductor, ya que, como se sabe, enestes acoplamientos serie:

E=2::e=N'e

Pero no todos los conductores estan unidos en serie a traves del colector, sinotorrnando un numero de rarnas en paralelo (Za), sequn el de devanado

Fig. 2.13 Dinamo compound: A, de-rivecion larga; B, 'derivaci6n corta.

51 '


Fig. 2.14

empleado, en cuyos extremos se colocan las escobillas para obtener la fuerzaelectromotriz resultants, que sera:5 N a~ . e [2.7]

siendo:Na nurnero de conductores activos2a nurnero de ramas en paraleloe f. e. m. generada por un solo conductorE f. e. m. total generada

2.4.4 Numero de conductores activosPar otra parte, hay que tener en cuenta que no todos los conductores si-tuados en el inducido generan fuerza electromotriz, sino solamente aquellosque estan bajo la influencia del campo rnaqnetico inductor; los que estan fueradel campo, situados en las zonas interpolares, no producen corriente, al nocortar lineas de fuerza. Teniendo en cuenta esto. y en funci6n de las caracteris-

ticas constructivas del generador, se puede establecer, para calcular el numerode conductores activos situados en el inducido, 1 0 siguiente: si a toda la longi-tud perif'erica del inducido (7t . D) (fig. 2.14), le corresponden (N) conductorestotales, a una longitud de arco polar (a, . 2p) le correspondera un numero deconductores activos (N a) :

N a 2p . ap7tD [2.8]N

siendo:NaN2pap7t D

nurnero total de conductores activosnumero total de conductores situados en las ranuras del inducidonurnero de poleslongitud del areo polarlongitud perlferlca del inducido, en funei6n de su diarnetro D

2.4.5 Fuerza electromotriz real producida por la dinamoSustituyendo los valores de [2.5] y [2.8] en la f6rmula [2.7] de la fuerzaelectromotriz total generada, se tiene:

2p B . I . v108ap (en voltios)7t DFormula que se puede simplificar sabiendo que:

S ap' I superficie polar< I> B' S ee B . ap . I := flujo maqnetico

Y poniendo la velocidad lineal en funcion del nurnero de revoluciones:

v = 7tDn60quedara final mente como valor resultante para la fuerza electrornotriz produ-cida por 1 8 dinamo:

52


siendo:E f. e. m. generada por la dinamo en V< D flujo emitido p o r las masas polares en maxwelios~ nurnero total de conductores situ ados en las ranuras del inducidon' nurnero de r. p. m. a que gira la rnaquina2p numero de polos de la dinamo2a nurnero de ramas en paralelo que Ileva el devanado del inducido

E JE MPLO S RE SUE LTO S

Problema 1Calcufar fa f. e. m. generada par una dinamo bipolar (2p = 2), cuyas masas pol ares crean

un campo rnaqnetico de 24000 maxwelios y tiene un inducido formado can 1 200 conducto-res en dos ramas en paralelo (2a = 2), que gira a 3000 r . p. m.

Soluci6n:Aplicando la formula final de la f. e. m. y sustituyendo valores, se tiene:

E = < D N n60 x 1082p23 24 000 x 1 200 x 3 00060 x 108 2x 2= 14,4 voltios

Problema 2En una dinamo bipolar, con unas masas polares cuya superficie util es de 300 ern- que

emiten una induccion maqnetica de 100 qausios/cm-', se mueve un inducido formado por12 bobinas con 50 conductores cada una, conectadas en dos ramas en paralelo. Calcular laf. e. m. que produce, a un regimen de 2500 r. p. m.

Soluci6n:Aplicando la formula [2.6J se tiene para un numero total de conductores situados en el

inducido:N = 2 . N b b = 2 x 50 x 1 2 1 200 conductores

y siendo el flujo emitido por las masas polares:< D = B . S = 1 00 x 300 30 000 rnaxwelios

Can estos datos, la f. e. m. generada es:

E = 2p2a 30 000 x 1 200 x 2 50060 x 108 2x - 2 15 voltios

2.5 Caracterfsticas electricas de la dinamoLas caracterlsticas electricas que definen una dinamo vienen representadaspor la fuerza e/ectromotriz nominal 0 tension de utilizaci6n en la cual van afuncionar los receptores instalados en el circuito exterior V por la potencis no-minel, siendo esta potencia la maxima capaz de suministrar la dinamo paraalimental' el circuito de util izacion,Ambas caracteristicas estan fntimamente ligadas a la velocidad de regi-men de la rnaquina (fig. 2.15), va que, como se sabe, la fuerza electromotrizen berries depende de la velocidad de giro V del campo maqnetico 'inductor.Este campo, en las maquinas autoexcitadas, aumenta rapidarnente al principioCon la velocidad de giro, pues al ir aumentando la fuerza electromotriz, aumentala corriente suministrada a las bobinas inductoras, hasta lIegar a la saturaci6nmagnetica de las masas polares. con 1 0 cual la fuerza electromotriz de utilize-ci6n se alcanza rapidamente, subiendo a partir de ahi mas lentamente, proper-donal a la velocidad de giro.Como las dinamos aplicadas en automoci6n estan sometidas a un regimende velocidad variable, debido a la aceleraci6n del motor que las obliga durantesu funcionamiento a recorrer todas las escalas de velocidad (desde el arranque

~ su velocidad maxima de giro), necesitan un slernento requlador que estabi-lice la fuerza electrornotriz en bornes, para su utilizacion en e! circuito exterior.53


Wmax

W, 300

200

100

W eI

15

curvade tension

palencia

en = tens ion nominaler = tension de regulac i6nWmax. = palenc ia maximaWn = palenc ia nommalnv = velocidad de regimen en va cianc = velacidad de conexionnn = velocidad nominalnm = velocidad maxima5000 6000 n

Fig. 2.15 Curvas caracterfsticas de la dinemo.

Esta tension de requlacion esta por encima de la tension nominal que fi-gura en las caracteristicas de la maquina, ya que hay que tener en cuenta latension de carga en la baterla y la calda de tension propia de la maquina. debidoa su circuito interne (e ~ 13,5 voltios).En funcion de la tension de requlacion. se pueden determinar las dernascaracterlsticas de la maquina, como su palencia, rendimiento uti! y velacidadesentices de funcionamiento.2.5.1 Palencia maxima

La patencia maxima de una dinamo viene determinada en funcion de suscaracterlsticas constructivas y es la maxima potencia que la maquina puedeadmitir en regimen permanente de carga, sin sufrir deterioro.Como toda la corriente capaz de generar la dinamo tiene que pasar porlos conductores situados en el inducido, la intensidad maxima que puede ad-mitir estara en funcion de la resistencia interna de los conductores, de formaque no produzca un calentamiento excesivo en los mismos que deteriore su

aislamiento.Sequn esto, se tiene para una potencia maxima admitida por la maquinaa dinamo:

siendo:

E . I t [2.10]

Wt potencia maxima de la dinamoE f. e. m. en bornes 0 tension de regulaci6nri reslstencla de las boblnas inducidas

Problema 3

EJEMPLOS RESUELTOS

lCuai sera la potencia maxima que puede desarrollar una dinamo, cuya tension en bor-nes esta regulada a 13,5 voltios y sabiendo que la resistencia interna de las bobinas inducidases de 0,5 ohmios?

54

Solucion :Aplicando la formula anterior [2.10] resulta para la potencia maxima:

364,5 vatios


Circulando una corriente por las bobinas del inducido:

I-~t - E 364,5 27 .13;5 '" ampenosLa resistencia interna del inducido, calculada en funci6n de las caracteristicas del con-

ductor, es:

r = p . s en nPerc, teniendo en cuenta que los conductores del inducido estan conectados en (2a)

ramas en paralelo, la resistencia resultante sera:

ri + - + ...2a

De donde:

r- 2 8 " p s . 2a [2.11]

siendo:rj resistencia del inducido en ohmiosp resistividad del cobre (p = 0,0172)I longitud de una de las ramas en paralelo en metross secci6n del conductor en mrn-2a nurnero de ramas en paralelo

Problema 4Un inducido formado por 12 bobinas con una longitud de hila por bobina de 10 metros

y una secci6n de 0,8 mm-, conectadas en serie y formando dos circuitos paralelos, induce unafuerza electromotriz regulada en bornes de 15 voltios. Calcular la resistencia interna de las bo-binas inducidas y la intensidad maxima que puede circular por elias.

Soluci6n:Siendo la longitud del hila:

se tiene, para la resistencia interna de los conductores:

rj = p' s' 2a 0,0172 x 60 0,645 ohmios0,8 x 2y la corriente que circula per elias:

E 150,64" 23,25 amperios

2.5.2 Patencia en vaciaLa potencie en veclo viene determinada por el consumo de energia, debidoa su circuito interne. ya que, al estar abierto el circuito exterior, s610 tiene queelimentar a sus propias bobinas inductoras (corriente de excitaci6n).Esta corriente de excitaci6n (I e) viene determinada, en funci6n de la ten-

sion en bornes, por la resistencia propia de las inductoras:

I e

Y como esta corriente de excitacion se cierra a traves de las bobinas del indu-cido. Ia resistencia total interns sera:

55


con 10 cual la potencia en vaclo vendra determinada por:[2.12]

en donde:Wv potencia en vacio en vatiosRj resistencia interria en ohmiosrj resistencia del inducido en ohmiosre resistencia de las inductoras en ohmiosIe corriente de excitaci6n en arnperios

EJERCICIO RESUELTOProblema 5

lCual sera la corriente de excitaci6n y la potencia en vado de una dinamo regulada enbarnes a 15 voltios, can una resistencia en las inductoras de 4 ohmios y una resistencia delinducido de 0,3 ohmios?

Soluci6n:La corriente de excitacion es:

r = _E_ere 154 = 3,75 amperioscon 10 que la dinamo consumlra una potencia en vacio de:

Wv = (rj + re) . Ie2 '" (0,3 + 4) x 3,752 = 60,5 vatios2.5.3 Paten cia eficaz y rendimienta electrico

1 . Paten cia utit. La patencia eficaz a uti! de una dinamo C W u ) es lamaxima patencia capaz de suministrar al circuita exteriar y viene determinadapor la diferencia entre la energia capaz de generar la dinamo y la energia con-sumida en vaclo por el circuito interno.I Wu = Wt [2.13]

2. Rendimiento electrico. La potencia anterior [2.13] determina el ren-dimiento electrico de la mequins ('fje), en funci6n de Ia energia electrica capazde desarrollar y de la energia de utilizacion.

'l)e [2.14]

3. Rendimienta rnecenico. Para calcular el rendimiento total de la dina-mo como generador de corriente, se tienen que toner en cuenta adernas lasperdidas de enerqla debido a las resistencias pasivas de la propia maquina.como son las perdidas mecanicas por transmisi6n y rozamientos internos delos 6rganos moviles. asl como las perdidas electricas por reacci6n del inducido.Todas estas perdidas de enerqla se transforman en calor en el interior de la rna-quina, resultando un rendimiento mecenico ( ' I ) u ) comprendido entre el 75 y85 % de la potencia total absorbida del motor de combustion: con esto. enfunci6n de las caracterlsticas de la dinamo. se puede calcular la potencia ne-cesaria en el motor para transformarla en energfa electrica,

'l)m 75 a 85 % [2.15J

3. Potencia uti! totel. La potencia util total de la dinamo sera:Wu = Wm . 'l)u = Wm . Y)m . 'fje [2.16]

56


2.5.4 Veloeidades eritieas de funcionamientoLas dinamos aplicadas a los vehfculos autornoviles. por las caractertsticasde funcionamiento del motor, estan sometidas a un regimen variable de giro;se pueden destacar las siguientes velocidades crft icas de funcionamiento:

Velocidad de regimen de vacfo.Velocidad de conexi6n.Velocidad nominal.Velocidad maxima de giro.

2.5.4.1 Veloe/dad de regimen en vacloEsta velocidad esta comprendida desde que se irucra el funcionamiento,hasta que la dinamo ya caliente alcanza su tensi6n nominal, sin suministrarcorriente al circuito exterior.Durante este regimen, (a fuerza electrornotriz sube rapidamente hasta al-canzar su tension nominal, correspondiendo a su funcionamiento en vado, enque la dinamo s610 suministra corriente para alimentar a sus bobinas inductoras.

2.5.4.2 Velocidad de conexionEs el regimen al cual la dinamo conecta a traves del disvuntor con el cir-

cuito exterior, suministrando la corriente necesaria al circuito de utilizaci6n.A este regimen, la dinamo alcanza su tensi6n de utilizaci6n, a la cual se regu-Ian los contactos del reguladar de tension y disyuntor. Suele estar comprendidaentre 100 Y 200 r, p. m. por encima de la velocidad de vacio y corresponde ala velocidad de carga.2.5.4.3 Veloeidad nominal

Es el regimen al cual la dinamo entrega toda su potencia nominal, la cualfigura en las caracterfsticas de la maquina, Suele estar comprendida entre 2 500y 3000 r. p. m. y sirve de referencia para las pruebas en carga de la dinamo ene l banco de pruebas.

2.5.4.4 Velocidad maxima de giroEs la velocidad maxima a la cual puede girar la dinarno. sin deterioro, en sucircuito interno; su velocidad est a limitada par el grado de calentamiento ypor el desgaste que origina en las escobillas. Esta velocidad esta comprendidaentre 3 500 y 8 000 r. p. m. y depende del modelo y caracteristicas construe-tivas de la rnaquina.

2.6 Cornprobacion de la dinamoToda dinamo, sea nueva 0 recien reparada, debe responder a las caracte-rlsticas reflejadas por el fabricante, para 10 cual debe someterse la misma a unarevision 0control de funcionamiento en el banco de pruebas, a fin de obtener

una garant[a total de la rnisma durante su comportamiento en el vehfculo.2.6.1 Control en el banco de pruebas

Para realizar estas pruebas de funcionamiento, se sujeta la dinamo en elbanco como se indica en la figura 2.16, acoplada al motor del mismo para latransmisi6n del movimiento mecanico y realizer el conexionado de la misrna(fig. 2.17A y B), de acuerdo al tipo de dinamo, teniendo en cuenta la polari-zacion de la misma,2.6.1 .1 Prueba en vacio

Con el interrupter (1) abierto (fig. 2.17A) para eliminar el circuito de carga,5e pone en funcionamiento el motor del banco y se hace girar la dinamo (2)hasta su velocidad de regimen para inicio de carga sequn las caracteristicasdel fabricante (unas 1 500 r. p. m.), debiendo marcar el voltfmetro (3) una ten-sion igual, 0 mayor, a 13,5 voltios (tension de utilizacion).

1 puente entre bornes 51 y 67 de la dinamo2 conexi6n a voltimetro3 conexi6n amasaFig. 2.16 Montaje de fa dinamo enel banco de pruebas.

Fig. 2.17A Esquema de conexione-do para dinamo con excitaci6n amasa.

Fig. 2.17857


Fig. 2.19A Comprobaci6n de la re-sisiencie de las inductores.

2.198

2.6.1.2 Prueba en carga 0 de maxima potenciaPara esta prueba. cierrese el interruptor (1) de acoplamiento a la dinamodel circuito de carga exterior (fig. 2.17A) Y haqase girar la dinamo (2) a suregimen de plena potencia, sequn las caracteristicas de la rnaquina (unas2500 r. p. m.). Por medio del re6stato (4), requlese la tensi6n en bornes dela rnaquina hasta la tension obtenida en vacio y cornpruebese la corriente in-dicada en el amperirnetro (5), que debe corresponder a la intensidad de plena

carga establecida para ese modele (potencia nominal).En la figura 2.17B se representa el esquema de conexionado para dinamoscon excitaci6n a corriente.2.6.2 Dieqnostico de aver/as en la dinamo

Si durante las pruebas de funcionamiento en el banco, los valores ob-tenidos no se corresponden a las caracterlsticas de la rnaquina, se puede es-tablecer, a la vista de los resultados obtenidos, el siguiente diagn6stico deaverias:1. Si durante la prueba en vacio el voltimetro no indica tension, existeun cortocircuito en los terminales de la dinamo, generalmente por estar el porta-escobillas comunicado amasa.2. Si lafuerza electromotriz no alcanza su tensi6n nominal, indica quelas bobines inductoras estsn defectuosas 0 que existe falso contacto entre lasescobillas y el col ector, por estar los muelles rotos 0 con poca presion,3. Si durante las pruebas de carga a maxima potencia la lectura en elamperimetro es baja, puede existir un falso contacto en las escobillas (no de-tectado anteriormente) 0 estar el circuito interne defectuoso, localizandose estedefecto en las bobinas inductoras 0 en el inducido.Cualquiera de estos defectos indica que debe someterse la maquina a unarevision a fondo en todos sus elementos.

2.6.3 Comprobeclon de los elementos de la dinamoPara esta comprobaci6n se desmontara la dinamo y, antes de procedera la verificaci6n de sus elementos, es necesario efectuar una limpieza de los

misrnos. para eliminar toda la grasa y suciedad adherida a ellos.(2.6.3.1 Comprobecion del circuito inductorI Las cornprobaciones a realizar en este circuito son las siguientes:\ Continuidad en las bobinas inductoras.Medida de resistencia en las bobinas inductoras.Aislamiento amasa.Comprobaciones rnecanicas,

1. Continuidad en las bobinas inductoras. Por medio de un ohmetro 0una temper serie (fig. 2.18A Y B) se cornprobara la continuidad del circuitoformado por todas las bobinas en serie, pues podrla estar cortado alguno delos puentes de uni6n. Esta operaci6n suele realizarse conjuntamente con lamedida de resistencia, ya que de no haber continuidad no pod ria medirse lamisma.

AFig.2.18 Control de la continuided del devanado inductor de la dinemc . A . medianteohmetro: B. par medic de una lemoore oeterie.

58


2. Medida de resistencie en las bobines inductores. Para realizar estaprueba, se utiliza general mente un ~hmetro (fig. 2.19A), que indica di.r~ctamen-te en su escala la medida en ohrnios, pero en su defecto puede utilizarse unvoltimetro V arnperimetro con una fuente de alimentacion (fig. 2.19B), de-termililando asf por la lev de Ohm (R = VII) la resistencia de las bobinas.

El valor de la resistencia obtenida debe corresponder con la especificadaen las caracterlsticas de la rnaquina, la cual suele estar comprendida entre 5V 7 ohmios, medidos a una temperatura de 200 5 C. Si esta medida se hicieseen caliente despues de haber estado funcionando la dinarno. se tendria quemedir fa temperatura de las bobinas. y por medio de la siguiente formula hallarla resistencia equivalente a 20 oC, que es la especificada por el fabricante:

R20G = Rt [1 + 0,004 (t - 20)] [2.17Jsiendo:

temperatura medida en las bobinasRt resistencia medida a esa temperaturaEstas pruebas de resistencia deberan reafizarse siempre en afguna de estas

ocasiones:- Antes de desmontar la dinamo del vehlculo, previa desconexion delcircuito exterior.- Siempre que se desmonte para hacer una reparacion 0 revision en la

dinamo.- Cuando se compruebe que los contactos def grupo regulador tienenuna fuerte erosion (quemados).

3. Aislamiento amasa. Debera comprobarse el aislamiento de las bo-binas con respecto a masa; para 10 cual se debe desconectar el borne de masaV, por medio de un ohrnetro 0 una lampara serie. medir entre este borne (co-nexi6n rnasa) y la carcasa.

4. Comprobaciones mecenices. Si se han desmontado las masas pola-res para extraer las bobinas, es necesario (una vez situadas y montadas en surespective fugar de la carcasa) apretar fuertemente los tornillos V comprobarel diarnetro interior (fig. 2.20), que debe corresponder con el especificado enlas caracterlsticas de la maquina. con el objeto de evitar el roce con el inducido.2.6.3.2 Comprobecion del inducido

Las comprobaciones a realizar en este elemento son las siguientes:1. Comprobaciones mecsnices. Comprobaci6n del estado del eje, sobre

todo en las mufrequlllas de apoyo en las tapas, las cuales no deben presentersefiales de excesivo desgaste ni oxidaci6n, asf como tampoco deben tener se-fiales de golpes ni gripaduras.

Cornprobacion del estado del colector, el cual ha de presenter una superficielirnpia. exenta de grasa y suciedad y debe estar perfecta mente lisa y bruriida,

Por medio de un cornparador (fig. 2.21) cornprobar la excentricidad V des-gaste del col ector, cuya lecture maxima de desviacion de aguja debe estar com-prendida entre 0,03 y 0,05 mm (sequn modelo). En caso de tener que tornearel col ector, deberan tenerse en cuenta las medidas mfnimas del mismo especi-ficadas en el cuadro de caracteristicas de la maquina: una vez torneado, hayque volver a comprobar la excentricidad del mismo.

Despues de cualquier mecanizada, hay que limpiar escrupulosamente el in-ducido POf media de aire comprimido, observando la no existencia de virutasde cobre en los devanados, ni reba bas en la superficie de rodadura 0 en las ra-nuras de las del gas.

Si durante el rnecanizado. 0 por rozamiento de las escobillas, hubierandesaparecido las ranuras de aislarniento entre del gas, es conveniente procedera rebajar las mismas con una ho]a de sierra. Las dirnensiones de estas ranuras(fig. deben estar comprendidas entre 0,7 y 0,9 mm para la cota (A), yde 1 mm para la cote (8), Si esto no ocurriera hay que repasar las ranuras delcol ector POI' medio de la operacion de fresado (fig. 2.228).

Debera existen conductores levantados 0 soldaduras defi-union de las bobinas con el colector

Fig. 2.20

1 inducido2 cornparador3 apoyos en V4 soporte del comparadorFig. 2.21 Verificaci6n de la excen-tricidad del colector.

Fig. 2.22A

Fig. 2.228 Fresedo de las tenuresdel co/ector.50.. . /


1 lamina de acero2 inducido de la dinamoFig. 2.23A Forma de comprobar siexiste cortocircuito entre espires delinducido.

1 dador de impulses2 magneto detectora3 larnpara4 conexi6n redFig. 2.238 Verificaci6n si hay con-

tacto en la bobina.

Fig. 2.25A Comprobaci6n del eisle-miento del inducido.

Fig. 2.258 Comprobaci6n del aisla-mien to del inducido.

2. Comprobaciones electrices. Las comprobaciones electricas a realizaren el inducido son las siguientes:- Cortocircuito entre espiras. Por medio de un transformador con apoyoen V, lIamado roncador se comprueba el cortocircuito entre espiras: para ello(fig. 2.23A) se coloca el inducido sobre el transformador; y puesto en funcio-narniento, al ir girando el inducido y al colocar una lamina rnetalica sobre la su-perficie del nucleo, si en alqun punto se notara que la lamina vibra y es atraida

por el nucleo, indica que existe cortocircuito entre las espiras de esa zona. Cuandose desee mayor precision y garantia para detectar un contacto del arrollamientoen una bobina s610 se puede localizar mediante equipos especiales. EI equipode verificaci6n (fig. 2.23B) origina en el sitio donde existe un cortocircuito unacorriente de inducci6n, que hace iluminar una larnpara localizando de esta formala situaci6n del cortocircuito.- Conexionado del co/ector. Con el inducido situado en el roncador(fig. 2.24A) y mediante dos puntas de prueba conectadas a un amperfmetrode corriente alterna situense las puntas sobre dos delgas consecutivas (figu-ra 2.24B) y ver la lecture del amperimetro. Hacer la misma prueba sobre todaslas delgas del colector, cornprobando que la lectura en el arnperlrnetro es iden-tica para todas elias.Las desviaciones de intensidad leidas en el amperimetro indican conexiones

defectuosas y, si la lectura es cero. indica la falta de continuidad en esa bobina,debido a la rotura de alguno de sus hilos.

Fig. 2.24A Comprobaci6n del cone-xionado de los conductores de/ co/ector. Fig. 2.248

- Comprobecion de ais/amiento. Por medio de una lampara serie (fi-gura 2.25A y B), cornpruebese el aislamiento a masa entre delgas del colectory el eje del inducido.2.6.3.3 Comprobecion de las escobi//as

Las comprobaciones en este elemento son las siguientes:Por medio de una larnpara serie (fig. 2.26A y B), comprobar el aisla-miento a masa del portaescobillas positivo.Comprobar que los portaescobillas no estan deformados y que las es-cobillas se deslizan suavemente sobre ellos. Debora limpiarse el interior de losmismos, con un trapo impregnado en petr61eo y secarlos despues con aire apresion.- Cornprobar el desgaste de las escobillas, cuya longitud minima deboraser superior a 11 mm. Con la escobilla rnontada en su soporte y con el muellepresionando sobre ella hasta el limite del recorrido del mismo (fig. 2.27), la partede escobilla que ha de sobresalir a partir del soporte debera ser superior a 7 mm.Deberan ofrecer una buena superficie de asiento sin seriales de rotura 0 des-prendimiento de material.- Comprobar que los terminates estan en buen estado y sin deteriorode su aislamiento, as! como el aislamiento del cable de la escobilla positiva.- Comprobar por medio de un dinemometro (fig. 2.28A y B), la pre-sion de los muelles sobre las escobillas; para 10cual se separa el muelle engan-

chado al dinarnornetro y seguidamente se baja lentamente hasta hacer contactocon la escobilla. La fuerza que indique el dinarnornetro en este momenta serala que ejerce el muelle sobre la escobilla, la cual suele estar comprendida entre450 y 750 gramos.60


escobilla

Fig, 2.26A Comprobecion del eislemien-to de la escobilla positive.Fig, 2.268

Fig, 2.27 Comprobecion del des-gaste de las escobillas.

2.6.3.4 Soporte lado eccionemientoComprobar el estado y engrase del rodamiento situ ado en la tapa, el cualha de girar suavemente y no tener las bolas con senates de 6xido. Este roda-miento debe ser engrasado convenientemente antes del montaje del conjunto.Una vez montado el conjunto, comprobar la holgura axial del inducidoen el interior de la dinamo (fig. 2.29), que ha de estar cornprendido entre 0,12

y 0,25 mm. Para conseguir el ajuste correcto del mismo, se colocan 0 suprimenarandelas de reglaje entre el colector y el casquillo situado en la tapa porta-escobillas.

2.7 Entretenimiento de la dinamoEI entretenimiento de una dinamo en servrcio consists simplemente enverificar cada cierto numero de kil6metros los siguientes puntos:- Mantener limpia la superficie exterior del generador.- Comprobar que las ranuras de ventilaci6n estan despejadas y que losalabes del ventilador no esten rotos 0 deformados.Comprobar el tensado de la correa de transmision.- Comprobar el estado de las conexiones electricas,- Cada 10000 kil6metros, cornprobar el estado de las escabillas, colec-tor, y su perfecto funcionamiento en el banco de pruebas.- Cada 50000 kil6metros, desmantar por completo la dinamo y reviser afondo sus componentes.

2.8 Devanado del inducidoLas canductores situados en el inducido para generar la fuerza electromo-triz estan formadas par arrollamientos en forma de bobines a base de hilo decobre con aislarniento de esmalte. Su secci6n y nurnero de conductares queforman cada bobina esta en funci6n de las caracteristicas a obtener en la dina mo.

Estas bobinas se situan perfecta mente aisladas en las ranuras del inducido, deforma que los lados activos de cada bobina queden situados frente a poles dedistinto signo, uniendo los extremos libres de cada bobina ados delgas del co-lector.

Fig, 2.28A Comprobaci6n de la pre-sion de los muelles.

Fig. 2.288

Fig. 2.29 Comprobecion de Ie hol-gura axial de! eje.61


y, = paso anterioryz = paso posteriory = paso resultanteYc = paso en el colectorFig. 2.30 Devanados imbricados sim-ples: A, proqresivo; B, regresivo.

BLL::J.-.L::.J..:...L--'---!

Fig. 2.31 Devanados imbricedos do-hies: A, progresivo; B, regresivo.

2.32 Devenedos cndutedos sim-ples. propresivo; B. reqresivc.

Sequn la forma de conexionar los extremos libres de cada bobina a las del-gas del colector, los devanados pueden ser de dos tipos: devanados imbricadosy devanados ondulados.2.8.1 Devanados

Estos devanados utilizados generalmente en maqulnas bipolares se carac-terizan por ser arrollamientos cerredos, conectando los extremos libres de cadabobina a dos d~I.9Cli>consecuti\las del colector, centradas sobre el ancho debobina 0 paso polar.-~~ .~ ...

2.8.1.1 Clases de devanados imbricadosPueden ser simples 0 dobles, sequn el numero de ramas en paralelo que

se quieran obtener; Y progresivos 0 regresivos, sequn la forma de conexionadoen el colector,1. Devanados imbricados simples. En los devanados imbricados simples,el saito de ranura de una bobina con la siguiente es de una unidad (fig. 2.30AY B), resultando un paso:

Y Y , - Y z = 1EI paso en el col ector es la diferencia entre los pasos parciales.Llevando los finales de cada bobina ados del gas consecutivas del co-

lector saltando de una en una:Yc (progresivo)Yc -1 (regresivo)

Las bobinas forman un unico arrollamiento y ocupan todas las ranuras delinducido y se obtienen dos circuitos serie acoplados en paralelo. y como laregia necesaria para que un devanado sea imbricado simple es que el numerototal de rarnas en paralelo sea igual al numero de palos:

2a 2pa = = p

siendo:2a numero de ramas en derivaci6n2p numero de palos2. Devanados imbricedos dobles. En los devanados irnbricados dobies,

el saito de ranura es de dos unidades (fig. 2.31 A y B) con un paso resultante:y = y, - Y 2 = 2

Y un paso de col ector:Yc = 2

Norma necesaria para un devanado imbricado doble es que el numerototal de rarnas en paralelo sea el doble del numero de palos:

2a 2 . 4p2a 4p

Como 5e puede con los devanados dobles la fuerza electromotrizobtenida en los bornes de la dinarno se reduce a la mitad; por ella se rrecesitamayor campo rnaqnetico 0 mayor numero de revoluciones, para obtener unatension dada, Sin embargo, tienen la de una menor resistencia interneresultante, por 1 0 que la mucho62


3. Devanados progresivos y regresivos. Se Ilaman devanados progresivos(figs. 2.30A y 2.31 A), cuando el sistema de avance en la colocaci6n de losarrollamientos es en el sentido de las agujas del relo]. uniendo los finales debobinas a las del gas siguientes del col ector en el rnisrno sentido de avance:

Y c +1y se lIaman regresivos (figs. 2.308 Y 2.318) cuando el sistema de avance

en la colocaci6n de las bobinas se realiza en sentido contrario a las agujas delreloj. can 1 0 cual el paso de col ector sera:Y c -1

2.8.2 Devanados onduladosEn estos devanados (fig. 2.32A y 8), las bobinas se colocan como en el

caso anterior, pero los extremos de la bobina no se unen a las del gas conse-cutivas del colector, sino a las delgas diametralmente opuestas, resultando unpaso igual al paso de colector:

Pueden ser tambien. como en el caso anterior, simples 0 dobles, proqresi-vos 0 regresivos.2.8.3 Esquema de un devanado

Los esquemas de los devanados pueden realizarse en representaci6n cir-cular (fig. 2.33A) 0 rectangular (fig. 2.338), siendo esta ultima la mas utili-zada en la actualidad.

Para esta representaci6n (fig. 2.338), se etectua un corte imaginario delinducido en el sentido de sus ranuras y se supone el colector del mismo dia-metro que el tambor del inducido y se desarrolla toda su periferia en un planohorizontal.

B

Fig. 2,33 Devanado imbricedo simple: A, esquema circular; B, esquema rectangular,

2.8.4 Ventilaci6n de la dinamoLa necesidad de aumentar el consumo de electricidad a los servicios in-

teriores del autom6vil, como pueden ser: luces, radio-receptor, encendedores,lunata terrnica. calefacci6n, aire acondicionado y otros servicios, hacen quelas dinamos sean cada vez mas potentes y de mayor tamario, capaces de pro-ducir mas intensidad de corriente, ya que el voltaje de la instalaci6n siemprees constante. y por no hacerlas demasiado voluminosas es par 1 0 que trabajanbastante cargadas.

Como ya S8 sabe, una de las desventajas, en este case, de la electricidades que los conductores se calientan por donde circula la electricidad: los hilesque forman el arrollamiertto del inducido de las dinamos estan calculados paraproduci' excesivoeterrninada intensidad de corriente

63


Fig. 2.34 Ventilaci6n de la dinemo.

que puede deteriorar su aislamiento; para evitar que esto ocurra las dinamosmodernas disponen de una ventilaci6n adecuada.

Si la dinamo esta montada en el mismo eje del ventilador la corriente de airede este penetra por los orificios de la tapa y recorre su interior, pero si. comoes frecuente, la correa (1) del ventilador (fig. 2.34) es la que mueve la polea(2) de la dinamo en distinto eje que aquel. en este caso la parte interna de lapolea Ileva unas paletas (3) que actuan como bomba centrifuga aspirando elaire que entra por los orificios de la tapa de accionamiento (4).

Las paletas (3) del ventilador pueden no estar montadas en la poles. sinoformando parte de un plato giratorio unido al inducido, produciendo de estaforma la aspiraci6n.

En los vehiculos modernos se salvan todas estas dificultades instalando una/ternador en lugar de la dinarno, cuyas ventajas tecnicas se estudian en el ca-pitulo siguiente.

CUESTIONARIO2.1 Describir los elementos que componen una dinamo.2.2 lC6mo esta formado el conjunto inductor y que misi6n cumple?2.3 lC6mo esta formado el inducido de una dinamo y que misi6n tiene?2.4 Explicar el funcionamiento de una dinamo y c6mo se obtiene la corriente.2.5 lQue funci6n cumple el colector en una dinamo?2.6 lComo deben colocarse las escobillas sobre el colector, para evitar el cortocircuito

entre espiras?2.7 Formas de excitaci6n en las dinamos, ventajas e inconvenientes de las mismas.2.8 lC6mo pueden ser las dinarnos. por la forma de alimentar sus inductoras?2.9 lC6mo se obtiene la f6rmula de la fuerza electromotriz en una dinamo, en funci6n

de sus caracteristicas constructivas?2.10 Definir las caracteristicas electricas de una dinamo.2.11 lQue se entiende por potencia maxima de una dinamo?2.12 lQue se entiende por velocidades criticas de funcionamiento y cuales son?2.13 lC6mo se realizan las pruebas de funcionamiento en el banco de pruebas?2.14 (o.ue averias pueden diagnosticarse, en funci6n de los resultados obtenidos en

el banco de pruebas?2.15 Pruebas a realizar en el circuito inductor y c6mo se hacen.2.16 Pruebas a realizar en el inducido y c6mo se efectuan,2.17 (Que pruebas deben hacerse en las escobillas y c6mo se efectuan ?2.18 Entretenimiento de las dinamos acopladas en los vehiculos.2.19 (En que se diferencian los devanados imbricados de los ondulados?2.20 Ventajas e inconvenientes entre devanados simples y los dobles. LEn que se di-

ferencian esencialmente?

EJERCICIOS1. Una dinamo bipolar con 12 ranuras en el inducido gira a una velocidad de 2500

r. p, m. Calcular la fuerza electromotriz que genera, sabiendo que IIeva 100 conductores porranura y que sus masas polares emiten un flujo de 24000 maxwelios.

2. Una dinamo con 1 200 conductores en su inducido, formando dos ramas en pa-ralelo, tiene un circuito inductor constituido por cuatro masas pol ares que emiten un flujo de30000 maxwelios. Calcular la f. e. m. que produce, a un regimen de 2000 r. p. m.

3. Una dinamo tetrapolar tiene un inducido formado por 18 ranuras con 50 conductorespor ranura en dos ramas en paralelo, girando a 3000 r. p. m. Calcular el flujo maqnetico queemiten sus masas polares para producir una f. e. m. de 27 voltios.

4. Una dinamo bipolar, cuyo circuito inductor emite un flujo de 30000 maxwelios,tiene un inducido formado por 18 ranuras. Calcular el nurnero de conductores a colocar encada ranura, para que, girando a 2 000 r. p. m.. produzca una f. e. m. de 13,5 voltios.

5. Una dinamo bipolar, con un circuito maqnetico de 24000 maxwelios, tiene un in-ducido con 1 200 conductores totales en 4 ramas en paralelo. Calcular la velocidad de giro,para producir una f. e. m. de 14,4 voltios.

6. Una dinamo de caracteristicas 480 W/12 V tiene una resistencia interna de 3 oh-mios. Calcular la potencia consumida en vacio y la corriente capaz de suministrar al circuitoexterior.

64


7. Siendo la f. e. m. generada por una dinamo de 15 voltios, con una resistencia deexcitacion de 7 ohmios, se acopla al circuito exterior una potencia de 300 W. Calcular la co-rriente en vacio y la total suministrada por la dinamo, asl como la potencia maxima que la rna-quina puede desarrollar.

8: Una dinamo bipolar, con 2 ramas en paralelo, esta formada por un inducido de 10 ernde lonqitud y 6 cm de dlarnetro, lIevando 12 ranuras en su periferia con 50 conductores porranura de 0,5 mrn- de seccion. Siendo la longitud del arco polar de 20 em, con una induccionmagnetica de 300 gausios, calcular:

1. La f. e. m. producida por la dinamo, a 2000 r. p. m.2. La resistencia de las bobinas inducidas.3. La potencia consumida en vaclo. sabiendo que la resistencia del circuito de exci-

tacion es de 6 ohmios.4. La potencia total que la dinamo puede desarrollar.9. Una dinamo capaz de desarrollar una potencia maxima de 480 vatios a 12 voltios,

con un consumo de 2 arnperios en las inductoras, aliments un circuito exterior de 18 amperiosde consumo. Calcular:

1. La resistencia de las bobinas inducidas.2. La potencia en vacio.3. La potencia eficaz de la dinamo.4. La potencia suministrada al circuito exterior.10. Dibujar el circuito interno de una dinamo tetrapolar, con excitacion a corriente.

11. Dibujar el circuito interne de una dinamo bipolar con excitacion amasa.12. Siendo la f. e. m. producida por una dinamo shunt de 18,6 voltios. con una resis-

tencia del inducido de 0,3 ohmios y una resistencia en las inductoras de 6 Q y que alimentaa un circuito exterior de 20 amperios, calcular:

1.o La corriente de excitacion.2. La corriente que pasa por el inducido.3. La caida de tension en el circuito interne.4. La f. e. m. eficaz.5. EI rendimiento electrico de la dinamo.

654. Tecnoloqis de /a Autamoci6n 2.1

Curso de Electric Id Ad Del Automovil Estudio de La Dinamo

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