Introducción al diseño de máquinas eléctricas.

En el caso de un motor de CC, la corriente continua de entrada debe regenerarse alternativamente en el inducido, lo que en el caso de un motor de CC también se realiza mediante conmutación.

Esta conversión de corriente desde la bobina giratoria de una máquina de CC a las escobillas estacionarias debe mantener contactos en constante movimiento entre el segmento del conmutador y la escobillas. Cuando la armadura comienza a girar, las bobinas giran bajo un polo (polo N) entre una escobilla positiva y una negativa, lo que hace que la corriente eléctrica que fluye a través de esta bobina fluya en una dirección muy corta dentro del segmento del conmutador. Ahora la bobina se cortocircuita con un cepillo durante una fracción de tiempo muy corta (1/500 de segundo). A esto se le llama período de conmutación. Durante este período de cortocircuito, la bobina de la armadura gira debajo del polo S y gira entre una escobilla negativa y la escobilla positiva que la sigue. Ahora la dirección se invierte, es decir, en la dirección opuesta a los segmentos del conmutador. Este desarrollo de la inversión actual se llama método de conmutación. Obtenemos energía de los terminales del cepillo.

La conmutación se considera óptima cuando el proceso de conmutación o inversión de corriente se completa al final del tiempo de cortocircuito o intervalo de conmutación. Cuando se completa la inversión de corriente durante el tiempo tangencial, se producen chispas en los contactos de las escobillas y la superficie del conmutador se daña debido al calentamiento y se dice que la máquina está mal conmutada.

A los efectos del método de conmutación, consideramos una máquina de CC con una armadura rodeada por un devanado anular. Consideremos además que el ancho de la varilla conmutada es igual al ancho de la escobilla y la corriente que fluye a través del conductor es I. _C.

El cepillo puede moverse de derecha a izquierda mientras el conmutador se mueve de izquierda a derecha.

En la posición inicial, las escobillas están conectadas a la barra del conmutador B, como se muestra en la Fig. a. Entonces la corriente total conducida a la escobilla desde la barra del conmutador B es 2I _C.

Si el ancla comienza a moverse hacia la derecha antes de que la escobilla entre en contacto con la varilla A, entonces la corriente de la armadura fluye a través de 2 caminos y a través de las varillas A y B (como se muestra en la Fig. B). La corriente total (2I _C ) queda atrapada en la escobilla.

A medida que aumenta el espacio de contacto de la varilla A con la escobilla y disminuye el espacio de contacto de la varilla B, el flujo de corriente a través de la varilla aumenta y disminuye al mismo tiempo. Dado que el espacio de contacto es el mismo para todas las barras del conmutador, la misma corriente fluye a través de todas las barras (como se muestra en la Fig. C).

Cuando la distancia de contacto entre la escobilla y la varilla B se reduce, la corriente a través de la bobina B cambia de dirección y comienza a fluir en sentido antihorario (ver Fig. d).

Cuando el cepillo pasa completamente debajo de la barra A (ver Fig. e) y se apaga en la barra b, la corriente IC fluye en sentido antihorario a través de la bobina B y el cortocircuito se cancela. Este método completa el proceso de inversión o cambio actual.

El flujo magnético en todas las máquinas eléctricas, como generadores, motores y transformadores, juega un papel crucial en la conversión o transmisión de energía. El devanado de campo o magnetización de las máquinas rotativas genera el flujo, mientras que el devanado de la bobina proporciona energía eléctrica o mecánica. En el caso de transformadores, el ala primaria suministra la energía requerida por el ala secundaria.

El plano básico de una máquina eléctrica incluye la orientación del circuito magnético, circuito eléctrico, sistema de aislamiento, etc. y se determina aplicando ecuaciones analíticas.

Un diseñador a menudo se enfrenta a una variedad de problemas que pueden tener no sólo una respuesta, sino múltiples soluciones. Un ingeniero debe garantizar que los productos funcionen según lo requerido, con mayor rendimiento, menor peso del material para el rendimiento requerido, menor aumento de temperatura y menor costo. También deben ser fiables y duraderos.

Un diseñador inteligente debe diseñar de modo que el material (marcos estándar, punzones, etc.) cumpla con los requisitos de la especificación. El diseñador también debe encontrar un compromiso entre un diseño perfecto y un diseño que cumpla con las condiciones de producción. Un diseñador eléctrico debe estar familiarizado con lo siguiente:

A) Normas nacionales e internacionales.

B) Especificaciones (se ocupa de las clasificaciones de las máquinas, requisitos de rendimiento del consumidor, etc.)

C) costos de materiales y mano de obra

D) limitaciones de fabricación, etc.

Debido a que el diseño implica una variedad de suposiciones y restricciones, los valores de diseño finales solo pueden determinarse mediante procedimientos repetidos. La computadora juega un papel importante en la determinación de los valores finales. El método de elementos finitos (FEM) se puede utilizar para examinar el efecto de un parámetro en el rendimiento autopropulsado de la máquina. Además, algunas pruebas que ni siquiera parecen posibles en un laboratorio se pueden realizar utilizando el método de elementos finitos.

Los problemas de diseño a resolver en publicaciones posteriores difieren en su naturaleza y apariencia encontrada para cada máquina. Sin embargo, estos problemas de prueba proporcionan suficiente conocimiento básico de diseño, lo que es una señal de que el estudiante está incorporando información veraz para informar el diseño general.