02 informe de prácticas-primera parte-generadores cc

Informe de Prácticas- Máquinas de Corriente Continua

ITS – Articulación A4 - Docente: Juan Separovich

Alumno: Mario Fagúndez – CI: 4.657.990-8

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PRIMERA PARTE: GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA

4.0-ENSAYO DE GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA (CC). Para ensayar los distintos tipos de Generadores CC conocidos, vamos a utilizar el siguiente esquema: Previo al encendido: a) Lectura de características de la máquina. b) Medición de la resistencia del inductor. c) Medición de la resistencia del inducido (al ser un rotor lo giramos para obtener 4 medidas y luego promediarlo). d)Conexión del impulsor, campos (inductor e inducido) e instrumentos de medición, según el tipo de generador que se trate.

Primer Ensayo: Característica de Vacío. 1- Se enciende la máquina sin ninguna carga conectada a los bornes de salida. 2- Se la lleva a velocidad de régimen (Conectada a un impulsor cuya velocidad de trabajo sea constante, es decir, un motor de CA - 1500 RPM). 3- Se regula la Excitación desde 0 al máximo. 4- Para cada valor de Excitación se mide el Voltaje de Salida. 5-Trazado de curva característica de vacío.

Segundo Ensayo: Característica de Carga. 1- Se enciende la máquina con carga conectada a los bornes de salida (La carga en este caso va a ser un reóstato) 2- Se lleva a velocidad de régimen (Conectada a un impulsor cuya velocidad de trabajo sea constante, es decir, un motor de CA – 1500 RPM) 3- Se regula la Excitación desde 0 al Máximo 4- Para cada valor de Excitación se mide el Voltaje de Salida. 5-Trazado de curva característica de carga.




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4.1 4.1 4.1 4.1 –––– PRIMER ENSAYO: PRIMER ENSAYO: PRIMER ENSAYO: PRIMER ENSAYO: MEDICIÓN DE VELOCIDAD UTILIZANDO UN MEDICIÓN DE VELOCIDAD UTILIZANDO UN MEDICIÓN DE VELOCIDAD UTILIZANDO UN MEDICIÓN DE VELOCIDAD UTILIZANDO UN GENERADOR DE IMÁN GENERADOR DE IMÁN GENERADOR DE IMÁN GENERADOR DE IMÁN PERMANENPERMANENPERMANENPERMANENTE.TE.TE.TE. Este tipo de máquinas está compuesto por un imán artificial permanente dispuesto dentro de una carcasa, dentro de la cual gira el inducido. De esta forma se omite el devanado inductor y se obtiene una estructura más compacta. La principal limitación proviene de los imanes mismos. Pueden correr el riesgo de desmagnetizarse debido a las corrientes excesivas generadas en los devanados del inducido o al sobrecalentamiento del imán. Además, los imanes permanentes están un poco limitados en la magnitud de la densidad de Flujo a través del entrehierro que pueden producir, por lo que no se utilizan para fines industriales. Precisamente por la constante en el campo magnético es que se lo ha utilizado mayoritariamente como tacómetro, pues es posible establecer relaciones muy precisas entre la velocidad de giro del inducido y la potencia generada. Como motor se emplea en artefactos que requieran poca fuerza motriz y que ocupen pequeños espacios.

Para el ensayo de esta máquina vamos a utilizar un motor CC como impulsor, y un generador de CC con excitación independiente conectado entre el motor y el tacómetro. Vamos a medir el voltaje generado por esta máquina, la Corriente de Excitación del Generador CC y la Tensión generada en el inducido de esta máquina. El generador de imán permanente lo utilizaremos en este caso únicamente como tacómetro. La placa característica de este generador indica que la relación de generación/velocidad es de 1/0.06. Lo cual indica que si genera, por ejemplo 6V, está girando a 100 RPM. El esquema mecánico para este ensayo es el siguiente:




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Para el primer ensayo obtenemos la medición de 3 Corrientes de Excitación distintas, a una velocidad de giro constante en 1000RPM. La velocidad la regulamos en el motor utilizado como impulsor.

Para el segundo ensayo se varía la velocidad de giro, controlando la misma en el tacómetro, para una Corriente de Excitación constante, de 100mA. Obtenemos 3 mediciones para 3 valores distintos de velocidad. Utilizamos los mismos 3 instrumentos con las conexiones que se hicieron en el anterior ensayo.

Observaciones:Observaciones:Observaciones:Observaciones: Comparando ambas gráficas, vemos que cuando la velocidad de rotación es fija y la Corriente de Excitación Variable, se obtiene una curva. Esto nos indica que ante una variación del Flujo Magnético, no varía proporcionalmente la FEM generada, pues la permeabilidad magnética del hierro varía considerable con la inducción. El hierro no es infinitamente permeable, pues llega a un punto en el que se “Satura” y no deja pasar más líneas de fuerza, la permeabilidad magnética en este caso disminuye y reduce el flujo consecuente. Variando la velocidad y manteniendo la Corriente de Excitación a valor constante, obtenemos una línea recta, la FEM generada varía en relación directa con el aumento de la velocidad. La fórmula de tensión generada es: E=k*RPM, si el valor de φφφφ se mantiene constante.

mA

V




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4.2 4.2 4.2 4.2 –––– SSSSEGUNDO ENSAYO: GENERADOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE:EGUNDO ENSAYO: GENERADOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE:EGUNDO ENSAYO: GENERADOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE:EGUNDO ENSAYO: GENERADOR CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE: En este tipo de máquinas, las condiciones de trabajo del inductor no dependen de las condiciones de trabajo de la propia máquina, sino que la excitación es proporcionada por una fuente externa. Primero estudiamos la placa característica y medimos la resistencia de la máquina. Mediante la placa sabemos que la velocidad de trabajo ideal es de 1500 RPM y la Tensión que soporta el inducido es de 220V, siendo la corriente máxima de 2ª. La potencia de la máquina es de 0,35 KW, es decir, de 0.47 HP. La excitación de esta máquina también es de 220V pero soporta una corriente de 0,2 A. Esto es importante a la hora de excitar la máquina, pues corremos el riesgo de quemarla si le aplicamos una corriente demasiado elevada. Medimos también la resistencia, en el inducido nos dio un valor promedio de 13Ω y en el inductor un valor de 851Ω. Al ser esta una máquina en paralelo modificada, la tensión va a ser la misma en el inductor y en el inducido, pero la corriente depende de la resistencia, según la ley de OHM. Por lo tanto la corriente va a ser mayor en el inducido que en el inductor y soportará en el primero una corriente 10 veces mayor que en este último

Para realizar el ensayo de este tipo de máquinas en vacío, la conectamos mecánicamente a un impulsor que tenga velocidad constante. Para el caso, se utilizó una máquina trifásica de Alterna funcionando como motor, cuya caracterísitica principal es que mantiene siempre una velocidad constante, independientemente de la carga de trabajo. La Corriente de Excitación (Iex) es proporcionada por una fuente regulable de corriente continua. Nos interesa corroborar en el primer ensayo para esa máquina su comportamiento en vacío, variando la corriente de excitación proporcionada por la Fuente. Vamos a medir 2 parámetros: La corriente de excitación, con un Amperímetro conectado en serie con la fuente y la Tensión de salida, con un Voltímetro en paralelo en los bornes de salida del campo inducido.

El esquema de conexión es el siguiente:

La representación mecánica es:




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Para la característica de vacío obtenemos la siguiente serie de mediciones, y representamos su gráfica correspondiente:

Observaciones: Observaciones: Observaciones: Observaciones: Al encender la máquina, sin comenzar a conectarle una corriente de excitación, el voltímetro del inducido ya indicaba 4,5V. Esto se explica por el magnetismo remanente presente en la máquina. Al ir aumentando la Iex de a 20mA, el voltaje generado crece rápidamente hasta los 194 V. En esta parte la Curva es casi una línea recta. Luego, al seguir aumentando la Iex en la misma proporción, el voltaje no crece del mismo modo, sino que tiende a estabilizarse. En esto se manifiesta el fenómeno de “Saturación Magnética” del núcleo de la máquina, el flujo sigue aumentando, pero como todo el núcleo se encuentra imantado, no es posible seguir aumentando la tensión. La zona de trabajo de la máquina está en el entorno de los 200 mA de Excitación, pues es lo que marca la Placa característica de la máquina. Por debajo la variación de tensión Generada es demasiado brusca y no es razonable hacerla trabajar a esas tensiones, sobrepasarla excesivamente generaría un gasto excesivo de energía y además se corre el riesgo de quemar la máquina.




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CARACTERÍSTICA DE CARGA:CARACTERÍSTICA DE CARGA:CARACTERÍSTICA DE CARGA:CARACTERÍSTICA DE CARGA: Una vez llevada velocidad de trabajo y establecer una corriente de excitación (200mA), la máquina está lista para soportar carga, es decir, que puede suministrar corriente a los artefactos, máquinas y dispositivos conectados a sus terminales. La corriente varía al variar la carga, la tensión en esta condición también va a variar. Lo ideal es que se mantenga constante, o en su defecto, varíe lo menos posible. Para hacer la curva característica de carga de este generador conectaremos a los bornes de salida de la máquina una serie de resistencias conectadas tal como lo indica el esquema:

Obtenemos una serie de mediciones, variando la I de Carga, mientras se aumenta proporcionalmente la Iex, de modo de mantenerla siempre en 200mA.




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OBSERVACIONES:OBSERVACIONES:OBSERVACIONES:OBSERVACIONES: Al ir variando las posiciones de la Resistencia de carga, y variando la corriente de Excitación de modo que esta aumenta a medida que se aumenta la carga, se obtiene una gráfica donde la tensión generada parte de un valor establecido (A) que decrece a medida que se aumenta la carga que soporta el generador. La tensión de línea cuando el generador gira en vacío está dada por el segmento 0A, si no existiera ninguna causa para que la tensión en bornes disminuya, la característica de carga sería la recta A D. Una parte de la tensión generada se pierde en la resistencia del inducido y pérdidas por calentamiento y está representada por la línea central A C. La caída de tensión principal se debe a la reacción del inducido, la que es difícil de determinar, representada por la curva A B

4.3 4.3 4.3 4.3 –––– IIII.... TTTT....: Reacción del inducido y formas de atenuarlo: Reacción del inducido y formas de atenuarlo: Reacción del inducido y formas de atenuarlo: Reacción del inducido y formas de atenuarlo:::: Todo conductor por el que circula una corriente genera un campo magnético. El generador de Corriente tiene múltiples conductores enrollados sobre una estructura de hierro laminado. La corriente que genera provoca un campo magnético. La dirección de este campo magnético se puede determinar empleando la regla de la mano derecha de Faraday y la Regla del Sacacorchos. En la imagen (a) se puede ver el campo magnético generado por los polos, el cual circula por Convención de Norte a Sur. En la imagen (b) se puede ver el campo magnético que se crea alrededor de los conductores. Si aplicamos la regla de

la mano derecha de Faraday, el movimiento de los conductores es en sentido horario, la corriente en este caso se puede decir que “entra” para la parte superior de la imagen, y que “sale” por la parte de abajo. La entrada está marcada por una cruz, y

A D

C

B




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la salida por un punto. Según la regla del sacacorchos, la corriente que “entra”, genera un campo magnético que gira en sentido horario. La corriente que “sale” genera un campo magnético que se desplaza en sentido antihorario. Ese campo magnético generado por los conductores del inducido, provocan una deformación en el campo magnético principal. Del lado superior izquierdo (basándonos en la imagen), al existir dos campos magnéticos que se contraponen, el campo magnético resultante se debilita. Del lado derecho, al existir dos campos magnéticos que circulan en el mismo sentido, el campo magnético resultante se refuerza. De este modo ocurre en el polo sur, generando un efecto transversal en el campo magnético, el cual deja de circular rectamente del Polo Norte al Sur y lo hace desviándose. Esto provoca una caída de tensión en el generador, pues, en la práctica, el hierro del circuito magnético se encuentra saturado antes que se provoque la reacción del inducido. Por esto es más difícil aumentar el grado de imantación que disminuírlo. La mitad del polo que resulta reforzada gana menos flujo que el que pierde la otra mitad. De ese modo, el flujo neto se reduce. Otro efecto de la reacción del inducido se genera sobre las escobillas, estas se colocan de modo que no corten flujo. Esta vendría a ser la llamada línea neutra, la cual es desplazada por la reacción del inducido. Si son atravesadas por un campo magnético, la conmutación entre delga y delga genera un fuerte chispeo en las escobillas.

Polos Polos Polos Polos Auxiliares: Auxiliares: Auxiliares: Auxiliares: Los polos auxiliares son polos estrechos que se colocan entre los polos principales. Se conectan en serie con el inducido y de este modo contraponen al campo transversal del inducido un campo de conmutación de igual tamaño. Con esta medida la zona neutra permanece siempre en el mismo lugar.

Devanados de compensaciónDevanados de compensaciónDevanados de compensaciónDevanados de compensación: : : : En máquinas CC relativamente grandes, colocar polos auxiliares no es suficiente. La distorsión del campo en los polos principales provoca una saturación unilateral en los bordes de las zapatas polares. Por este motivo surgen problemas de aislamiento en algunas partes del devanado del inducido. Colocándose otro campo en las ranuras de los polos principales, en serie con el inducido, se genera una nueva corriente que debe estar en sentido opuesto al de la corriente del inducido.

Por razones económicas, los polos auxiliares y los devanados de compensación se utilizan únicamente en máquinas de gran tamaño.




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4.4 4.4 4.4 4.4 –––– TERCER ENSAYO: GETERCER ENSAYO: GETERCER ENSAYO: GETERCER ENSAYO: GENERADOR CC CON EXCITACIÓN SHUNT (O PARALELO)NERADOR CC CON EXCITACIÓN SHUNT (O PARALELO)NERADOR CC CON EXCITACIÓN SHUNT (O PARALELO)NERADOR CC CON EXCITACIÓN SHUNT (O PARALELO):::: Los generadores autoexcitados, a diferencia de los de Excitación independiente, no toman la corriente de excitación de una fuente externa, sino que se la proveen de su propio inducido. Para comprobarlo, vamos a utilizar la misma máquina que para el ensayo anterior, la corriente de excitación no será provista por una fuente externa, sino que conectaremos directamente el campo inductor con el inducido. El primer ensayo será el de característica de vacío. Utilizaremos un motor de alterna como impulsor, dos multímetros, uno en función amperímetro para medir la corriente de Excitación y el otro en los bornes de salida del inducido, para medir la tensión generada. Primero medimos el magnetismo remanente, el que es de 7V. Conectamos el campo Shunt, la máquina genera 240 V. Cambiamos el sentido del giro del impulsor, la máquina deja de generar. Cambiamos la conexión del campo shunt, la máquina vuelve a generar 240 V.

4.5 4.5 4.5 4.5 ----IT: OPERACIÓN Y CEBADO DE GENERADORES CC EN SHUNT:IT: OPERACIÓN Y CEBADO DE GENERADORES CC EN SHUNT:IT: OPERACIÓN Y CEBADO DE GENERADORES CC EN SHUNT:IT: OPERACIÓN Y CEBADO DE GENERADORES CC EN SHUNT: Un generador autoexcitado shunt (o compuesto), se cebará o no de acuerdo con varios factores interrelacionados: 1) Los polos principales deben tener suficiente magnetismo residual; 2) La resistencia total de excitación shunt debe ser menor que un valor determinado; 3) La velocidad de rotación debe estar por encima de un valor crítico; 4) el devanado de excitación shunt debe estar debidamente conectado a los terminales del inducido para un determinado sentido de rotación. Uno de los casos más comunes de falla en la generación de una máquina CC del tipo Shunt se presenta cuando el devanado de excitación está conectado incorrectamente a los bornes del inducido; en tales casos la tensión residual produce en el devanado de excitación shunt una corriente que des excita o desmagnetiza la máquina, porque la FEM generada por el campo de excitación se opone al campo residual del inducido. Si un Generador CC en Shunt tiene mal conectado el campo shunt con respecto al inducido, es suficiente con invertir el sentido del giro, o invertir el sentido del campo de excitación con respecto del campo del inducido.

Cebado:Cebado:Cebado:Cebado: Un generador Shunt, sin el campo de excitación conectado, genera un tensión pequeña, creada por el magnetismo remanente del inducido. En generadores con capacidad nominal de hasta 250V, esta tensión está entre 4 y 10 V. Si se conecta el campo de excitación y se cumplen las condiciones de cebado, la tensión crece rápidamente hasta su valor nominal. La tensión generada se ajusta mediante un reóstato de excitación. Si el generador ha funcionado de manera correcta en ocasiones anteriores, basta con llevar la máquina a su velocidad de trabajo para que empiece a generar. Al conectar el campo de excitación ocurre el siguiente proceso: la tensión remanente genera una pequeña corriente por los devanados de excitación, tan pronto como se cierra el interruptor de campo. El pequeño aumento de la fuerza magneto motriz así producido refuerza el campo residual; este campo ligeramente reforzado produce una tensión un poco mayor que, a su vez, agrega otro pequeño incremento de f.m.m y un campo aún mayor. Este proceso acumulativo continuará hasta que se alcance un punto de equilibrio determinado por la forma de la curva de imantación o magnetización, y por la resistencia total del circuito de excitación.




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En este tipo de máquina, al depender el campo de excitación de la energía generada por el propio inducido, y al estar conectada en paralelo, la forma de conectar el campo es muy importante. El sentido de la FEM inducida por el magnetismo remanente en el inducido, depende del sentido de rotación del inducido. El generador no se excita si el arrollamiento de excitación está conectado de modo que el flujo se oponga al del inducido. Por su aspecto la característica de vacío de este generador prácticamente no se diferencia de la característica de vacío de uno de excitación independiente.

ENSAYO EN VACIO DE GENERADOR CC EXC. SHUNT:ENSAYO EN VACIO DE GENERADOR CC EXC. SHUNT:ENSAYO EN VACIO DE GENERADOR CC EXC. SHUNT:ENSAYO EN VACIO DE GENERADOR CC EXC. SHUNT: El esquema de conexión es el siguiente:

El esquema mecánico es el siguiente:

Una vez hechas las conexiones, y comenzada la operación de la máquina, obtuvimos la siguiente serie de medidas, con su correspondiente gráfica:

V

A




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Observaciones:Observaciones:Observaciones:Observaciones: Al poner en funcionamiento el generador, a su velocidad normal, sin tener el campo conectado, ya generaba una pequeña tensión. Esto es fundamental para poder operar la máquina correctamente, pues de no tener magnetismo remanente, la máquina no se puede operar como un generador CC Shunt. Para lograrlo habría que conectarla como una máquina CC de Excitación independiente y hacerla trabajar un tiempo de ese modo para que en el inducido se establezca un pequeño flujo magnético, que es el que necesitamos para que la máquina se “cebe”, como lo vimos en el apartado de información tecnológica anterior. Luego empezamos a regular el reóstato de excitación, variando las posiciones. La primera parte de la gráfica, hasta 100 mA aprox, presenta una forma de recta. Para haber obtenido correctamente la gráfica, deberíamos haber utilizado un reóstato con más precisión. Lo que obtuvimos con esta recta fue la línea de excitación y no la curva de imantación prevista. De todos modos, a partir de 100 mA y hasta su valor final, con 0Ω de resistencia de excitación, mantiene esta curva una forma muy similar a la del Generador CC con Excitación Independiente, con la diferencia de que con esta máquina se obtiene menos tensión para valores iguales de Iex. Podemos comparar ambas máquinas con una pequeña tabla que muestre la Iex para ambas máquinas y la tensión generada en cada caso. De todos modos esta diferencia es mínima y no justifica la preferencia del Generador de Excitación Independiente por sobre el Shunt.

Iex (igual para Ind. Y Shunt)Iex (igual para Ind. Y Shunt)Iex (igual para Ind. Y Shunt)Iex (igual para Ind. Y Shunt) Tensión Exc. Ind.Tensión Exc. Ind.Tensión Exc. Ind.Tensión Exc. Ind. Tensión ShuntTensión ShuntTensión ShuntTensión Shunt 120 mA 205V 204V 160 mA 219V 216V 200 mA 229V 226V 220 mA 234V 230V 250 mA 241V 235V

ENSAYO EN CARGA PARA GENERADOR SHUNTENSAYO EN CARGA PARA GENERADOR SHUNTENSAYO EN CARGA PARA GENERADOR SHUNTENSAYO EN CARGA PARA GENERADOR SHUNT .... El esquema de conexión es el siguiente:

Al realizar el ensayo de esta máquina conectada a una carga de trabajo, obtenemos la siguiente serie de mediciones, y su gráfica correspondiente:




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Observaciones:Observaciones:Observaciones:Observaciones: Al conectar el Generador y aumentando la carga de trabajo del mismo, notamos como la tensión de la máquina baja más pronunciadamente que en el caso de la Excitación Independiente. La tensión llega a un valor llamado “punto crítico” (B), el cual está en los 2,27 A para esta máquina. A partir de ahí la tensión en los bornes cae hasta que llega a cero, cuando la máquina está en cortocircuito (Z). En ese momento la máquina tiene 0 Corriente de Excitación y 0 Tensión generada. Luego comenzamos a disminuir nuevamente la carga hasta dejar la máquina funcionando nuevamente en vacío. Obtenemos una curva similar a la delimitada por A-B-Z, pero desplazada con respecto a la otra. Esto se explica por el fenómeno de Histéresis. Analizando la curva de cebado estudiada para la característica en vacío podemos entender este fenómeno. La Curva A E es la que obtendríamos si no hubiera razones para la caída de tensión. La curva A D representa la caída por resistencia del inducido. La curva A C representa la reacción del inducido. La caída de tensión debida a los dos factores anteriores provoca la reducción de la corriente en la excitación. Este proceso es acumulativo, es decir que se obtiene una tensión menor si el campo inductor se debilita, y un campo más débil es la consecuencia de un f.e.m. inducida menor y, por lo tanto, de una tensión menor entre los terminales, que a su vez reduce aún más el campo inductor… Llega un momento en que se dice que la máquina está en “Cortocircuito” (Z) y deja de generar completamente.

A

B C

D

E

Iex(A)




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4.4.4.4.6666 –––– CUARTO CUARTO CUARTO CUARTO ENSAYOENSAYOENSAYOENSAYO: : : : GENERADOR CCGENERADOR CCGENERADOR CCGENERADOR CC CON EXCITACICON EXCITACICON EXCITACICON EXCITACIÓN ÓN ÓN ÓN SERIESERIESERIESERIE : : : : Como su nombre lo indica, esta máquina tiene el inducido conectado en serie con el campo inductor. Por ambos devanados va a pasar la misma corriente. Para que la caída de tensión en el inducido sea mínima, el devanado inductor se fabrica con un reducido número de vueltas de alambre, de gran sección, lo que reduce su resistencia. Otra característica distintiva de este tipo de generadores, es que no es posible llevar a cabo su ensayo en vacío1, puesto que toda corriente que pase por el inductor debe pasar previamente por el inducido, y esto no es posible al estar este último abierto. Toda corriente entregada a la carga debe cumplir simultáneamente con estas condiciones: 1) Desarrollar energía útil en la carga; 2) proveer la excitación necesaria para el campo serie de modo que se genere tensión en el inducido; 3) debe crear un efecto desmagnetizante de reacción de inducido. Cuando la carga es nula, la corriente es cero. Para este ensayo vamos a utilizar una máquina con la siguiente placa de características: Medimos la resistencia del inducido y nos dio10Ω en promedio. La del inductor nos dio 10.8Ω.

ENSAYO EN ENSAYO EN ENSAYO EN ENSAYO EN CARGA PARA GENERADOR CCCARGA PARA GENERADOR CCCARGA PARA GENERADOR CCCARGA PARA GENERADOR CC----SERIESERIESERIESERIE El esquema de conexión para este tipo de máquina es el siguiente:

Habiendo llevado la máquina a velocidad de trabajo, aumentamos poco a poco la carga y anotamos la lista de resultados, para luego graficar:

1 Sin embargo, se hacen ensayos de vacío para esta máquina conectándola a una fuente de excitación

independiente.




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OBSERVACIONES:OBSERVACIONES:OBSERVACIONES:OBSERVACIONES: Al ir aumentando la carga, la tensión generada aumenta rápidamente hasta un valor de corriente de Excitación 130mA, punto donde se estanca la tensión generada y luego llega a un punto (180mA) en el que se “estanca” y comienza a caer la Fem Total generada. Detuvimos el ensayo cuando consideramos que la caída de tensión fue suficientemente apreciable. Basándonos en la ley de tensiones de Kirchoff, tenemos que la tensión total (E)(E)(E)(E) es igual a la suma de las caídas de tensión, en el inducido (Va=Ra*Ia)(Va=Ra*Ia)(Va=Ra*Ia)(Va=Ra*Ia), en el campo de excitación Serie (Vs=Rs*Ia)(Vs=Rs*Ia)(Vs=Rs*Ia)(Vs=Rs*Ia) y a la tensión aportada a la carga (Vc=Rc*Ia)(Vc=Rc*Ia)(Vc=Rc*Ia)(Vc=Rc*Ia). Recordemos que la corriente es la misma en todo el circuito. Con el circuito cerrado, circulará una corriente Ia, y la excitación serie creará flujo adicional que aumentará la tensión generada (E)(E)(E)(E),,,, al mismo tiempo el inducido desarrollará una acción demagnetizante ((((----E’)E’)E’)E’),,,, y se producirá una caída de tensión en el inducido y en la resistencia de excitación serie: -E’ + E = Ra*Ia + Rs*Ia + Rc*Ic

Por lo tanto, la tensión que aparece en los bornes del generador serie estará estabilizada en cierto valor que es función de la tensión neta generada y de la caída de tensión I(Ra+Rs). La tensión total del generador crecerá con la corriente de carga en tanto la tensión total crezca más rápidamente que los factores que tienden a disminuirla. Cuando ocurre una sobrecarga, las partes del hierro del circuito magnético se saturan fuertemente, y entonces el efecto sustractivo supera a la Fuerza Electromotriz continuamente creciente; la tensión en los bornes comienza a disminuir.




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4.7 4.7 4.7 4.7 –––– EEEENSAYO DE GENERADOR COMPOUNDNSAYO DE GENERADOR COMPOUNDNSAYO DE GENERADOR COMPOUNDNSAYO DE GENERADOR COMPOUND : En este tipo de generadores cuenta con dos fuentes de excitación: una que está en paralelo con la corriente del inducido y la otra en serie. El devanado paralelo es independiente de la carga, y el devanado serie está alimentado por la corriente de carga. El campo serie está agregado con la finalidad de “ayudar” a la excitación paralela. Cumple con la importante función de crear flujos adicionales al aumentar las corrientes de carga. El inducido entonces genera mayores tensiones y compensa la tendencia normal de los generadores Shunt de disminuir la tensión y la corriente generada al ir aumentando la carga. Con este tipo de máquina se puede hacer a la vez una subclasificación, que depende de la manera en la que están conectados los devanados serie y paralelo uno con respecto al otro. Se habla de “Compound Adicional” o “Compound Diferencial”. Esta diferencia se puede lograr con la misma máquina y se nota con mayor claridad cuando la utilizamos como motor. Tiene otras clasificaciones más, a saber: -Se puede hablar de “Compound Largo” y “Compound corto”, que refiere al modo en el que está conectado un campo con respecto al otro. Lo expresaremos mediante un esquema a continuación para comprenderlo mejor. -Se puede hablar de “Hipocompuesto”, “Normal” o “Hipercompuesto” y refiere a la relación entre la cantidad de espiras del campo serie con respecto al campo paralelo, siendo el primer caso menor y ante una sobrecarga realiza una compensación deficitaria de la tensión; en el segundo caso el número de espiras es el mismo e iguala la tensión entre ambos devanado; y en el tercero es mayor el número de espiras del campo serie con respecto al paralelo y se aumenta la tensión en bornes cuando la máquina está a plena carga. Todas estas subclasificaciones son a efectos de obtener algunos Voltios de mas o de menos cuando la máquina realiza su trabajo, por lo que no son estudio de esta práctica. Sí nos interesa conocer sus diferencias a nivel de Adicional o Diferencial. Cuando la máquina se conecta en modo “Adicional” significa que el efecto del campo magnético Serie suma su accionar al efecto del campo magnético creado por el campo Paralelo. Cuando hablamos de “Diferencial” el efecto del campo magnético del campo Serie se suma al del campo en Paralelo. De todos modos, al realizar el ensayo de la máquina en vacío, el campo serie no puede ejercer ningún trabajo, como lo habíamos visto cuando la máquina era únicamente Serie. El primer ensayo será para determinar las características de vacío, utilizaremos una máquina Shunt-Compound. Estudiamos su placa característica y tomamos los valores de resistencia del inducido (21,13Ω); del campo serie (3,7Ω p/30%, 2,6Ω p/20% y 1.8Ω p/10%); y del campo Shunt (1620 Ω). ENSAYO EN VACENSAYO EN VACENSAYO EN VACENSAYO EN VACÍOÍOÍOÍO : : : : Para realizar el ensayo de característica de vacío conectamos la máquina a un impulsor de alterna 1500 RPM, y conectamos 2 instrumentos: un Voltímetro en paralelo a los bornes de salida de la máquina y un Amperímetro en serie con el reóstato de Excitación.




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ESQUEMA ELÉCTRICO ESQUEMA MECÁNICO

OBSERVACIONES:OBSERVACIONES:OBSERVACIONES:OBSERVACIONES: Al encender la máquina, habiéndola llevado a velocidad de régimen, sin conectar la corriente de excitación, obtenemos un voltaje residual, de 6V, ocasionado por el magnetismo remanente presente en la máquina. Luego, al conectar la corriente de excitación, vemos como sube rápidamente la tensión generada, para luego ir generando proporcionalmente menos tensión a medida que crece la corriente de excitación. Al estar sin carga en este caso estamos obteniendo una gráfica casi igual a la de la obtenida para el Generador CC-Excitación Shunt. Las variaciones obtenidas entre esta máquina y la ensayada en este caso parten más que nada de las características distintivas de cada máquina.

Iex(mA)




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ENSAYO EN CARGA ENSAYO EN CARGA ENSAYO EN CARGA ENSAYO EN CARGA –––– ADICIONAL Y DIFERENCIAL ADICIONAL Y DIFERENCIAL ADICIONAL Y DIFERENCIAL ADICIONAL Y DIFERENCIAL

Para realizar el ensayo de esta máquina en carga, conectamos según el siguiente esquema:

Al realizar el ensayo de esta máquina conectada a una carga de trabajo, obtenemos una serie de mediciones y luego de detener el ensayo realizamos una nueva medición, invirtiendo el campo serie.

V

Icarga(A)




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Observaciones:Observaciones:Observaciones:Observaciones: Luego de iniciado el ensayo, vemos que, a medida que comienza a aumentar la carga, rápidamente pierde tensión en los bornes de salida y bajan los valores de corriente de Carga y de Excitación hasta llegar a niveles casi del cortocircuito. Detenemos el ensayo, invertimos la conexión del campo serie y tomamos una nueva serie de medidas. Con la segunda gráfica apreciamos que la caída de tensión y corriente no es tan pronunciada como en el caso anterior, y que se obtienen valores superiores en Corriente de carga y tensión en bornes de la máquina. Entonces el primer ensay realizado fue considerado como “Compound Diferencial” y el segundo ensayo como “Compound Adicional”.




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Conclusiones:Conclusiones:Conclusiones:Conclusiones: Las prácticas realizadas en laboratorio ayudan a comprender los fenómenos que son la base de la electrotecnia moderna. En el laboratorio pudimos analizar las curvas de imantación, fenómenos como la saturación magnética, la reacción del inducido y una serie importante de conceptos básicos que no sería sencillo analizar con máquinas de corriente alterna. Mediante estas prácticas pudimos comprender de una manera elemental el comportamiento de un bobinado girando dentro del campo magnético producido por un electroimán, que podían o no estar conectados entre sí; sus diversos modos de conexión y las diferencias que tales conexiones producían en la tensión entregada por la máquina, estando o no en presencia de carga de trabajo. Hoy en día es poco común encontrar Generadores de Corriente Continua en funcionamiento. La generación de corriente continua mediante máquinas de inducción rotativas es notablemente “artificial”. No es posible obtener una tensión igual a la entregada por un acumulador químico, ya que la tensión “continua” entregada por una máquina CC se descompone en una suma de sucesivas sinusoides que fueron “Cortadas” mediante un colector de delgas. Las múltiples variaciones a esta máquina tendieron siempre a lograr una mayor estabilidad ante variaciones de la carga a la que estaban conectados. Sin embargo, con el desarrollo del alternador y diversas aplicaciones para lograr una transmisión más eficiente de energía, rápidamente este tipo de máquina fue dejada de lado hasta llegar a nuestros días, en que prácticamente no se utiliza en su función de generador. Sí se utiliza aún en su función como motor, ya que, como lo analizamos, la misma máquina puede ser utilizada como generador y como motor.

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