U.P.T.C. Facultad Seccional Duitama Escuela de Ingeniería Electromecánica
Área de formación básica profesional Máquinas eléctricas I 54020705-04
PRACTICA DE LABORATORIO 4 GENERADOR CON EXCITACION SERIE
INTRODUCCION
La excitación en serie ofrece otra alternativa de excitación para un generador D.C., al igual que la excitación independiente y la excitación en derivación las características en vacío y externa proveen la información suficiente acerca de la funcionalidad y el desempeño de la máquina. El generador con excitación en serie requiere la correcta comprensión de la característica en vacío para el generador independiente, así como la comprensión de la característica externa para generador con excitación en derivación ya que en ambos casos se presentan comportamientos análogos que revisten especial atención. 1. OBJETIVOS
•
Determinar la característica en vacío para el generador con excitación en serie.
•
Determinar la característica externa para el generador con excitación en serie.
2. GENERALIDADES
2.1 GENERADOR CON EXCITACIÓN EN SERIE En el generador con excitación en serie el devanado de campo está conectado en serie con la armadura, lo cual significa que fluye una corriente común a través de ambos devanados Un cambio en la corriente de armadura se traduce en un cambio en la corriente de campo. 1
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Figura 1. Generador con excitación serie.
En el conexionado del generador con excitación en serie no puede instalarse un regulador de tensión ya que este actuaría directamente sobre la corriente de carga, lo que significaría un regulador de alta capacidad de corriente y extremadamente voluminoso. Lo que se hace generalmente es colocar el regulador en paralelo con el arrollamiento de excitación. Para el cebado de un generador con excitación en serie es necesario tener en cuenta:
•
El cebado de un generador serie es imposible en circuito abierto.
•
El cebado no es posible mientras el circuito exterior no tenga una resistencia mínima suficiente para que la intensidad de corriente alcance un valor capaz de reforzar el magnetismo remanente.
•
El cebado no es posible mientras la velocidad no alcance cierto valor (velocidad crítica), capaz de originar una fem suficiente.
•
El sentido de rotación de la máquina ha de ser tal que la corriente inducida refuerce el magnetismo remanente.
El punto de cebado se halla cuando los valores de tensión y corriente cambian bruscamente. En el generador en serie no es posible hablarse de funcionamiento en vacío, ya que tal cosa no nunca se da, pues al ser la corriente excitación la misma corriente carga, si no hay carga no hay excitación, no habrá flujo inductor y por tanto no se inducirá fem alguna. Sin
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embargo se utiliza una característica en vacío E 0
=
f ( I e ) , para diferentes velocidades ésta
se obtiene mediante excitación independiente. Se comprende entonces que la característica en vacío del generador serie coincide con la misma característica de un generador con excitación independiente. Figura 2. Característica en vacío para el generador serie.
La característica en carga es análoga a la del generador en derivación, siendo el circuito de carga de un generador serie semejante al circuito de excitación de un generador en derivación, sin más que sustituir la resistencia del generador de tensión de este último por la suma de la resistencia debida la carga y la resistencia del arrollamiento de los polos de conmutación. La resistencia crítica se halla a partir de ésta y es la pendiente de la curva, en el origen. 2.2 CAMPOS DE APLICACIÓN Debido a su funcionamiento inestable, el campo de aplicación es limitado. Si la red consta de elementos pasivos, el peligro de descebado es muy alto pues depende no sólo de una eventual disminución de la velocidad de la máquina motriz, sino también de una disminución de la potencia de la red. 3
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El generador serie se emplea mayormente en equipos de soldadura por arco eléctrico, también, se encuentra en aplicaciones como máquina adicional para compensar la caída de tensión al final de las líneas de alimentación de gran longitud. El generador serie no debe utilizarse nunca para alimentar una red a tensión constante. 2.3 P RECAUCIONES Se deben seguir los requisitos de seguridad expuestos en la práctica de laboratorio 1. 2.5 AUTOEXAMEN
a. ¿Por qué resulta imposible el cebado del generador serie cuando se encuentra en circuito abierto? b. ¿Qué características son necesarias para ubicar el punto de funcionamiento del generador serie?, explique su respuesta. c. ¿Qué le sucede al generador serie cuando su devanado de campo se abre? d. Obtenga las ecuaciones para determinar el reóstato de regulación y calcule el valor de la resistencia del reóstato. 3. MATERIALES Y EQUIPOS
Tabla 1. Equipos. Cantidad
Elemento
Observación
1 1 1 1
Fuente de tensión continua Amperímetro Voltímetro Tacómetro
0-115 V , 50 A 0-50 A D.C. 0-150 V D.C.
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Tabla 2. Materiales. Cantidad
Elemento
Observación
1 1 1 1
Generador de CC Motor trifásico Reóstato de excitación Carga resistiva variable
4 kW, 110/115 V ,1800 rpm 3,8 kVA, 220/380 V ,1800 rpm, 60 Hz
4. PROCEDIMIENTO
4.1 CARACTERISTICA EN VACIO
1) Monte el circuito de la figura 3. Revise las conexiones. 2) Ponga en funcionamiento el motor trifásico y sin conectar aún el campo, tome la primera lectura de la tensión en terminales. 3) Conecte la excitación y por medio del reóstato varíe la corriente I e , hasta que la fem en los terminales E t supere en un 20 o 25% de la tensión nominal. 4) Disminuya la corriente excitación I e desde el valor máximo obtenido y tome de nuevo los valores de E t . Consigne los valores en la tabla 3.
4.2 CARACTERISTICA EXTERNA
1) Monte el circuito de la figura 4. Revise las conexiones. 2) Con la carga desconectada haga girar el conjunto a velocidad nominal. 3) Aumente progresivamente la carga y tome los valores de la tensión en terminales y la corriente de carga, hasta obtener la corriente máxima que puede suministrar el generador (34 A).Durante todo el ensayo la velocidad debe permanecer constante, o sino, realice las correcciones necesarias. Consigne los valores en la tabla 4.
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Figura 3. Circuito para la determinación de la característica en vacío.
Figura 4. Circuito para la determinación de la característica externa.
5. TOMA DE DATOS
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Tabla 3 Característica en vacío n (rpm)=
E t (V )
I e ( A)
Creciente Decreciente
Tabla 4 Característica externa Velocidad nominal n (rpm)=
I e ( A) E ' t (V ) n’ (rpm)
k n n' E t =
=
kE t ' (V )
6. CARACTERISTICAS A OBTENER
1) Con los datos de las tablas 3 y 4 construya las características en vacío y externa. 2) Para la característica externa dibuje la curva de caída de tensión. 3) Calcule y ubique en la gráfica la resistencia crítica y el punto de encebado del generador. 4) Calcule el reóstato de excitación necesario para mantener constante la corriente de excitación nominal para valores comprendidos entre 50 y 110 voltios.
7. CUESTIONARIO
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1. Muestre y explique por medio de diagramas de conexiones el cambio del sentido de giro de un generador serie. 2. Suponga que el generador serie se va a emplear para cargar una batería de acumuladores. Construya la característica externa y ubique el punto de funcionamiento.
BIBLIOGRAFIA
CHAPMAN, Stephen J. Máquinas Eléctricas. 2 ed Mexico : McGraw-Hill,1993. HERNANDEZ, Ramón. Prácticas de electricidad. Murcia, España. Universidad de Murcia, secretariado de publicaciones. 1990. KOSOW, Irving L. Maquinas eléctricas y transformadores. 2 ed. Mexico : Prentice Hall Hispanoamericana, 1991. 704p. MONTOYA V, José Lucinio. Guías de laboratorio de electricidad II. Pereira, Colombia : Universidad tecnológica de Pereira, Facultad de Ingeniería eléctrica.1997. SERRANO, Llamas Esteban. Prácticas de laboratorio de electricidad. Barcelona, España : Universidad de León, 1994. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Medidas eléctricas básicas (Técnicas de medición eléctrica). Bogotá, Colombia : Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería, 1998.
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