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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

INTRODUCCION

Los generadores de corriente continua, GCC, se estudian para poder comprender el

proceso de auto excitacin y comportamiento del material ferro magntico. En su

aplicacin industrial a sido desplazado por los rectificadores fijos(diodos) y variables

(tiristores) de estado slido en la alimentacin de cargas que consumen grandes

corrientes DC fijas y variables respectivamente. Los GCC ms importantes son los

siguientes:

Auto excitado (tipo shunt).

Excitacin independiente.

Excitacin compuesta paso corto y largo.


OBJETIVOS

Los objetivos del presente trabajo son:

Hacer conocer la constitucin electromecnica de los GCC.

Familiarizarse con la simbologa y conexionado de los GCC de nuestro labora-torio en los ensayos segn las normas IEC y NEMA.

Conexin y puesta en servicio del GCC.

Inversin de la polaridad de dos formas.

Determinar sus prdidas, eficiencia en funcin de la corriente de campo.

A partir de los ensayos realizados obtener el modelo de la mquina.

Registro de los valores caractersticos y curvas caractersticas de funciona-miento especficas de los GCC.

Evaluacin de las mediciones realizadas y registradas.

Presentacin del protocolo de pruebas segn normas IEC, NEMA y IEEE.


FUNDAMENTO TEORICO

1. FORMAS DE EXCITACIN.

El mtodo de excitacin, es decir, el modo de alimentar el bobinado inductor, da

origen a una clasificacin de los generadores de continua.

As se tiene que los generadores de continua pueden ser de excitacin independiente

o separada (requieren de una fuente exterior o de imanes para funcionar) y tambin

de excitacin propia o autoexcitados (para funcionar no requieren de una fuente

exterior).

Los generadores de excitacin independiente pueden ser, a su vez, generadores

excitados por una fuente de corriente exterior o generadores con imanes

permanentes.

Los generadores autoexcitados se dividen, atendiendo el mtodo de conexin de los

arrollamientos de excitacin, en generadores shunt, derivacin o paralelo (el

circuito de campo se conecta en paralelo con el de la armadura), generadores en

serie (el embobinado de campo se conecta en serie con el de la armadura) y

generadores compound, mixto o compuesto (llevan un embobinado de campo en

paralelo y otro embobinado de campo en serie con el de la armadura).

En la figura se presentan los esquemas principales de los generadores de excitacin

independiente, en derivacin, en serie y de excitacin compuesta. Estos esquemas

no incluyen los embobinados de conmutacin ni de compensacin.


En la figura:

Ind: Inducido.

AE: Arrollamiento de excitacin.

Vt y Vf: Tensiones en los bornes del generador y del circuito de excitacin

respectivamente.

Ia: Corriente de armadura o inducido.

Iq: La corriente entregada por el generador a la red o a la carga, se llama

tambin corriente de lnea.

If: Corriente de excitacin.

En todos los casos, en la excitacin del generador se consume el 1 - 3% de su

potencia nominal.

2. GENERADORES AUTOEXCITADOS

La autoexcitacin es posible slo mediante el magnetismo remanente. Es la

excitacin de la mquina por medio de una corriente que suministra ella misma o la

red a la que va conectado el inducido.

Los polos del generador de continua son de material ferromagntico y adquieren su

polaridad magntica cuando la bobina de excitacin es alimentada por una corriente

continua. Cada vez que la bobina es desexcitada, desaparece su f.m.m., pero los

polos, debido al magnetismo remanente propio de los materiales ferromagnticos,

mantienen una pequea f.m.m. que no desaparece y que conserva su polaridad como

si se tratase de un pequeo imn permanente.

Gracias a esta propiedad, los generadores de continua pueden proporcionar su

propia excitacin del campo a velocidad normal.

Considerando el trabajo del generador sin carga, para hacer crecer la tensin, desde

la pequea tensin remanente, es necesario que, en los generadores shunt y

compound, se pongan en paralelo los circuitos de los bobinados de armadura y

shunt, tal como los sugieren las conexiones de los mismos. El generador serie puede

hacer crecer su tensin slo bajo carga debido a que su corriente de carga es

tambin la de campo.

En la figura puede verse los pasos fundamentales que explican el aumento de la

tensin en los bornes del generador, considerando una conexin shunt.


Para la excitacin del generador es necesario que en este exista un pequeo flujo

remanente de magnetizacin rem (2-3% del nominal).

Al cerrar el circuito de excitacin (si se hace girar el generador con una velocidad

nominal, por ejemplo, entonces, en sus terminales aparecer una pequea tensin

remanente Vt(rem) aproximadamente igual al 2-3% de la nominal, por el circuito de

excitacin circular una pequea corriente que crear el flujo adicional de

magnetizacin .

3. GENERADOR SHUNT

En la figura se muestra el circuito equivalente de un generador de continua con

excitacin shunt.

Por la aplicacin de la ley de las corrientes en uno de los nudos del circuito, se

cumple que la corriente de armadura Ia es igual a la suma de las corrientes de

excitacin Ip y de carga Iq:

IqIpIa

La corriente de excitacin Ip depende la tensin en bornes Vt de la mquina:

xRp

VtIp

Re

De la segunda ley de Kirchoff, en circuito de armadura, se cumple lo siguiente:

raIaVtEa *

En vaco se cumple que:

IpIa

Iq

0


Asimismo, se tiene que la tensin en los bornes Vt es, prcticamente, igual a la

f.e.m. inducida Ea debido al pequeo valor de la cada de tensin en la resistencia de

armadura ra.

Dado que el generador shunt se autoexcita en un solo sentido, entonces, la curva de

vaco de este generador puede ser trazada en un solo sentido.

3.1. CURVAS CARACTERISTICAS

Las propiedades de los generadores se analizan con ayuda de las caractersticas

que establecen la dependencia entre las magnitudes principales que determinan

el funcionamiento del generador.

Tales magnitudes son:

La tensin en los terminales del generador Vt

La corriente de excitacin Iex

La corriente de armadura Ia

La velocidad de rotacin

Puesto que los generadores funcionan, por lo general, con velocidad de rotacin

constante, el grupo fundamental de caractersticas se obtiene para un

constante.

Por esta razn las caractersticas principales son:

La curva de carga (Vt vs Iex), para Iq constante. En el caso particular

cuando Vt es cero la curva se llama curva de vaco.

La curva de caractersticas exteriores (Vt vs. Iq), para Iex constante.

La curva de regulacin (Iex vs Iq), para Vt constante. Cuando Vt es cero la

curva se llama curva de cortocircuito.


PROCEDIMIENTO

El modo de hacer las conexiones del generador shunt para efectuar los ensayos se

representa en la figura:


INSTRUMENTOS Y MATERIALES

Figura 1. Motor de corriente contina.

Figura 2. Tablero de control.


Figura 3. Fuente de voltaje.

Figura 4. Mega hmetro.


Figura 5. Multmetro digital

Tabla1. Banco de pruebas


Tabla 2. Del generador de corriente continua

Tabla 3. Descripcin de maquinas y equipos


DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS

Ensayo en vaco

N = 1650rpm y Erem = 7.7V

Vt (V) Iex (A)

108 0,59

107 0,575

103 0,53

97 0,48

92 0,445

85 0,402

77 0,352

70 0,31

63 0,27

50 0,215

41 0,175

Ensayo con carga N = 1650rpm

Iq = 4.4 A

Vt (V) Iex (A)

38 0,21

60 0,33

58 0,31

97 0,22

Ensayo de caractersticas exteriores

N = 1600rpm Iex = cte.

Vt (V) Iq (A)

86,5 3,2

86,2 3,5

84 3,8

84 4

83 4,3

83 4,6

82 4,8

81 5,1

80 5,5

78 6,2


Ensayo de regulacin

N = 1650rpm

Vt = 76.5 A

Iex (A) Iq (A)

0,405 2,9

0,413 3,1

0,413 3,2

0,407 3,5

0,407 4

0.404

0.406

0.408

0.41

0.412

0.414

0.416

0 1 2 3 4 5

Co

rrie

nte

de

ex

cit

ac

in

(A

)

Corriente de carga (A)


OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Cuando la curva de carga se realiza con Vt = 0 se trata de la curva de vaco.

La curva de regulacin pasa a ser la curva de corto circuito cuando Vt = 0.

En el mtodo analtico, se parte del supuesto que el circuito magntico tiene

comportamiento lineal, de modo que las ecuaciones de las curvas obtenidas

pertenecen a las lneas rectas.

La curva de regulacin tiene una gran desviacin de la realidad debido a que a la

hora de realizar el ensayo no se pudo obtener una buena cantidad de puntos por

las resistencias con las que se estaba trabajando y por el peligro de sobrecalentar

el equipo.

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