Informefinal

Universidad Tecnica Federico Santa MarıaDepartamento de Ingenierıa Electrica

Informe de Laboratorio 6

Generador de corriente continua

Integrantes: Nicolas Medina, Luis Villegas, Maximo Munoz.

Resumen

resumen

1. Introduccion

2. Objetivos

Verificar el efecto de la reaccion de armadura.

Verificar la no-linealidad del circuito magnetico so-bre el flujo resultante en el eje.

Comprobar el efecto que tiene el devanado de com-pensacion serie sobre el efecto desmagnetizante dela reaccion armadura.

Determinar e interpretar la caracterıstica externa einterna de un generador de CC..

Verificar las condiciones de autoexcitacion de un ge-nerador de CC conexion shunt.

3. Trabajo Previo

Con el fin de preparar una buena experiencia fue necesa-rio realizar un trabajo previo utilizando todo lo aprendi-do en clases.

3.1. Instrumentos

Dos wattmetros

Osciloscopio

Punta de corriente AC/DC.

Un amperimetro de tenaza.

Punta de tension.

Dos multimetros.

Reostato de armadura dinamo 35[Ω], 500[W ].

Reostato de control de campo maquina corrientecontinua 500[Ω], 500[W ].

Reostato de control dinamo basculante5000[Ω], 500[W ].

Unidad de torque y velocidad (con cable de alimen-tacion y adaptador).

Carga resistiva

Variac Trifasico.

3.2. Nomenclatura

Vrot Tension en el generadorIa Corriente de armaduraRa Resistencia del devanado de armaduraLa Inductancia del devanado de aramduraVf Tension de campoIf Corriente de campoRf Resistencia del devanado de campoLf Inductancia del devanado de campoRs Resistencia del devanado de compensa-

cion serieLs Inductancia del devanado de compensa-

cion serieIs Inductancia del devanado de compensa-

cion serieVcd Tension de campo del dinamoIc Corriente de campo del dinamoRc Resistencia de campo del dinamoLc Inductancia de campo del dinamoVad Tension de armadura del dinamoIad Corriente de armadura del dinamoRad Resistencia de devanado del dinamoLad Inductancia del devanado del dinamoR1 Reostato de control dinamo basculante

5000[Ω], 500[W ]R2 Reostato de armadura dinamo

35[Ω], 500[W ]R3 Reostato de control de campo maquina

corriente continua 500[Ω], 500[W ]

3.3. Esquema de conexiones

3.3.1. Medicion de resistencia

Entre los nodos a-b se conectan los devanados. Rf =738, 264794[Ω]

[ELI221] Laboratorio de Conversion Electromecanica de la Energıa 1


V

Potenciometro

V1I1

a

b

Figura 1: Resistencias

Ra = 8, 300371[Ω]Rs = 6, 045752[Ω]Rc = 58, 513774[Ω]Rad = 10, 693743[Ω]

3.3.2. Medicion de Inductancia

Utilizando el osciloscopio podemos determinar la cons-tante de tiempo tau a la cual equivale al 62,3% de lacorriente maxima alcanzada al colocar un salto de ten-sion.Lf = 66,42[H ]La = 0,0639[H ]Ls = 0,015[H ]Lc = 0,8[H ]Lad = 0, 00427[H ] Entre los nodos a-b se conectan los

VOscloscopio

a

b

Figura 2: Inductancia

devanados.

3.3.3. Conexion dinamo

220 V

R1

Lc

Rc

R2 Rad Lad

Figura 3: Dinamo

3.3.4. ensayo de vacio

v

R3

Lf

Rf

La Ra

V

Figura 4: Ensayo de vacio

3.3.5. Generador con carga

En la figura 5,6 y 7 se puede apreciar los distintos tiposde conexiones se trabajo

v

R3

Lf

Rf

La Ra

Cargav

Figura 5: Generador conexion independiente

Como por el variac se podıa controlar la tension y de en-trada y ademas con el reosato la corriente de entrada enel devanado de campo no se utilizo en ningun momentoun valor fijo para ambos solo se procuro no superar los0,43[A] de corriente maxima.

La siguientes conexiones no se realizaron pos tiempo

R3

Lf

Rf

La Ra

CargaV

Figura 6: Generador conexion shunt

Recordar que las inductancias son solo representativas yque se trabaja en estado estacionario.



Rf

La a

Carga

Lf

Figura 7: Generador conexion compuond

4. Resultados y Analisis

4.1. Analisis

4.1.1. Ensayo de Vacio

De los resultados del ensayo de Vacio se obtuvo el grafico(figura 9) el cual se observa el lazo de histeresis, por loque debido al grafico, cuando la excitacion es cero, la ten-sion no lo es, esto se debe al flujo remanente o residual,por lo que se promedian los valores de subida y de bajadade la curva para obtener la verdadera curva de vacio queparte del origen hasta el punto en comun de la medicionmas alta realizada en la experiencia, tal como se ve en elgrafico (figura 8), se observa que a medida que aumentala excitacion, disminuye la pendiente de la curva, esto sedebe a la saturacion y a que la excitacion esta relaciona-da con el campo electrico y la tension rotacional, con lainduccion magnetica.

4.1.2. Autoexcitacion

Como el lazo de histeresis despues de anulada la excita-cion y por esto tambien se anula el campo electrico, lainduccion no bajaba a cero, sino solo a su valor de re-manencia Br . Esta induccion de remanencia es normalen maquinas electricas que han sido magnetizadas a lomenos una vez y es una condicion basica para la auto-excitacion ya que depende del flujo residual o induccionremanencia. Para aprovechar este flujo remanente se co-loca el devanado de campo de la maquina de corrientecontinua en paralelo con el circuito de armadura, la co-nexion fuerza que la tension de armadura, que en vacıo esaproximadamente igual a la tension rotacional, sea iguala la tension de campoAl hacer LVK se tiene que en el ensayo de vacio la tensionrotacional es

Vrot = Rf · if + Lf

dif

dt

la tension de autoinduccion en el devanado de campo es

Lf

dif

dt= Vrot −Rf · if

y mientras esta, proporcional a la rapidez de crecimien-to de la corriente de campo, sea positiva la corriente decampo crecera. Por lo tanto la tension de armadura au-mentara hasta que se establezca un valor estable para lacorriente de campo, lo que ocurre para el punto de inter-seccion de las dos caracterısticas, para el cual la tensionde autoinduccion desaparece, con lo que termina la fasetransitoria del proceso de autoexcitacion. Por lo tanto,para que haya autoexcitacion deben cumplirse que debehaber flujo remanente suficiente, la conexion del deva-nado de campo debe ser tal que la corriente de camporefuerce el flujo remanente, el circuito magnetico debeexhibir saturacion, la resistencia del circuito de campodebe ser menor que cierto valor crıtico, determinado porla pendiente inicial de la caracterıstica de saturacion, esdecir, la pendiente de la curva de vacio cuando la curvaes lineal desde el origen es igual a la resistencia critica.

0 50 100 150 200 250 3000

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Corriente de Excitacion [mA]

Ten

sion

Rot

acio

nal [

V]

Curva de Vacio

Figura 8: ensayo de vacio que muestra la magnetizacion

50 100 150 200 250 30050

100

150

200

Corriente de Excitacion [mA]

Ten

sion

Rot

acio

nal [

V]

Curva en Vacio

Figura 9: ensayo de vacio que muestra la histeresis



4.1.3. Reaccion de Armadura

Considerar un par de polos de una maquina cualquiera,tal como muestra la figura (figura 10). Se observa que laresolucion de la Ley de Ampere por el camino marcado enrojo, determina una densidad de flujo dada por el la lıneaazul del grafico. En ausencia de saturacion, no suponeproblemas pues el flujo por polo se mantiene constanteproducto de las corrientes de armadura y de campo.Considerar ahora saturacion. En tal caso, la region dela zapata polar del lado derecho tendra una intensidadde campo igual a la anterior, pero una densidad de flu-jo magnetico menor por la saturacion. En consecuencia,la reaccion de armadura disminuira en flujo en toda lazapata polar (flujo por polos).Observando la figura, es posible establecer que a pesarde la relacion no lineal de las variables magneticas, unabuena aproximacion a la integral del grafico (flujo porpolos) serıa considerar una disminucion proporcional dela corriente de campo, ası:

Ifaparente = K · If

Determinar la constante K serıa trabajoso, pues depen-dera esencialmente del nivel de saturacion del nucleo. Noobstante, experimentalmente se podrıa establcer el valorde K.Recordando que la tension inducida es proporcional alflujo por polo y a la velocidad de giro, entonces el flujopor polo estara dado por:

Vrot = z · ω · Φp

Alternativamente se puede establecer que:

Vrot = αωIf

La constante α depende de caracterısticas constructivasprincipalmente.Se usara como referencia la maquina alimentada con110[V ], la mitad de la tension nominal. Ası en vacıo, a1600[rpm], con una alimentacion de corriente de campode 89[mA] se tiene una constante α igual a 0, 77247. Si seobserva la maquina cargada a 2,35[A] la maquina cambiasu constante α a 0, 56846. Asumiendo proporcionalidaddirecta en el cambio, se tiene que:

Vrot = αωIfaparente

Con:Ifaparente = 0, 3131 · IarmaduraIf

5. Conclusion

El ensayo de vacio se debe realizar una sola vez, midiendolos datos hasta una tension maxima y luego midiendo los

Figura 10: Determinacion de la Reaccion de Armadura

mismos datos del valor de la variable independiente, eneste caso la corriente de excitacion hasta llegar a un valorminimo, sin retroceder en el recorrido del lazo, ya queesto provocaria error en la medicion, luego la curva envacio seria el promedio de ambas ya que en cada curva,yaque el valor de la tension cuando la excitacion es cero enla curva de subida y de bajada de corriente de excitacion,una es el inversa de la otra. La autoexcitacion se realizacuando el devanado de campo esta en paralelo con elcircuirto de armadura, para que exista debe existir flujoresidual o remanente, para esto la maquina debe habersido usado al menos una sola vez, en caso contrario esnecesario producir un flujo en el devanado mediante unafuente externa, tambien, para que haya autoexcitacionla tension del devanado de campo debe ser positiva oseaque si el flujo remanente que existe es negativo, debeinvertirse el bornes de este para que arranque, tambiendepende de la resistencia de campo, la cual no debe sermayor a la resistencia critica que es igual a la pendienteen el origen de la curva de vacio, si es mayor , la tensionen el devanado de campo sera menor a cero y no habraautoexcitacion.Se logra observar la reaccion de armadura. Se estableceel como la tension inducida depende del grado de cargade la maquina a traves de las ecuaciones:

Vrot = αωIfaparente

Con:

Ifaparente = 0, 3131 · IarmaduraIf

Se establece que el modelo anterior tiene limitaciones da-das por la no linealidad de las variables magneticas. Porlo anterior es que tambien se establece que el modelo no



es valido para valores pequenos de corriente (pues no haysaturacion).


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