“UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA” FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FISÍCAS Y FORMALES
INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA-ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA
MAQUINAS ELÉCTRICAS II Guía Lab. De 05: LA MÁQUINA DE CORRIENTE CONTÍNUA OPERANDO COMO GENERADOR Y DETERMINAR LA EFICIENCIA DEL GRUPO MOTOR-GENERADOR. MOTOR-GENERADOR. DOCENTE: Ing. Juan Diego Cáceres Huamán ALUMNO: Vásquez Eguiluz, Renzo GRUPO 01 HORARIO VIERNES 8 AM -10 PM
AREQUIPA – AREQUIPA –PERU PERU
Guía Lab. De 05: LA MÁQUINA DE CORRIENTE CONTÍNUA OPERANDO COMO GENERADOR Y DETERMINAR LA EFICIENCIA DEL GRUPO MOTOR-GENERADOR. 1. OBJETIVO
Aplicar la tecnología estudiada para hacer funcionar a la máquina de corriente continua como generador y aplicar una carga para calcular la eficiencia del sistema. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO
Un generador es una máquina eléctrica rotativa que transforma energía mecánica en energía eléctrica. Lo consigue gracias a la interacción de los dos elementos principales que lo componen: la parte móvil llamada rotor, y la parte estática que se denomina estator. Cuando un generador eléctrico está en funcionamiento, una de las dos partes genera un flujo magnético (actúa como inductor) para que el otro lo transforme en electricidad (actúa como inducido) 2.1 FUNCIONAMIENTO
Haciendo girar una espira en un campo magnético se produce una f.e.m. inducida en sus conductores. La tensión obtenida en el exterior a través de un anillo colector y una escobilla encada extremo de la espira tiene carácter senoidal. Conectando los extremos de la espira a unos semi-anillos conductores aislados entre sí, conseguiremos que cada escobilla esté siempre en contacto con la parte de inducido que presenta una determinada polaridad Puesto que el campo es un electroimán, una corriente debe fluir a través de él, para producir un campo magnético. Esta corriente se conoce como corriente de excitación y se puede suministrar al devanado del campo en dos formas: puede provenir de una fuente externa independiente en cuyo caso el generador con excitación independiente, o bien, puede provenir de la propia salida del generador, en cuyo caso se denomina generador con auto excitación. En el campo en derivación se excita por medio de una corriente directa estableciéndose así un flujo magnético, en el generador si se aplica un esfuerzo mecánico al eje, el rotor. Girara y las bobinas de la armadura contaran el flujo magnético induciéndose en ellas un voltaje. Este voltaje es de CA y para obtener la CD del generador se deberá utilizar un rectificador. Con este fin se utiliza el conmutador y las escobillas. El voltaje inducido en las bobinas depende exclusivamente de dos cosas: la velocidad de rotación y la intensidad del campo magnético. Si la velocidad se duplica, el voltaje se duplica también. Si la intensidad del campo se incrementa en un 20% el voltaje se incrementa también en la misma proporción. Aunque un excitación independiente requiere una fuente de alimentación de c-d también independiente, es útil en los casos en que el generador deba responder rápidamente y con precisión a una fuente de control externo, o bien cuando el voltaje de salida deba variar en un rango amplio.
Si no se tiene una carga eléctrica conectada al generador, no fluirá corriente y solo abra voltaje en la salida. En cambio sí se conecta una resistencia de carga a la salida, la corriente fluye y el generador comenzara a proporcionar potencia eléctrica a la carga. Entonces la máquina que impulsa el generador debe proporcionarle una potencia mecánica adiciona, Debido a ello, con frecuencia se observa un incremento de ruido y la vibración del motor y del generador junto con una caída de velocidad.
3. ELEMENTOS A UTILIZAR
Multímetros. Amperímetros Resistencias variables
Motores DC
Fuente de Alimentación Puente de Diodos
4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN
a) Reconocer e identificar los terminales de los motores. Según los datos de placa es:
Motor CC Tipo: AA 296 Número: 143811 Voltaje: 50 V Intensidad de corriente: 0.9 A Velocidad de giro: 3000 RPM Ratio: CONT
En el motor para sus terminales son: F: positivo campo FF: Negativo campo A: Positivo arma AA: Negativo arma
b) Elaborar el esquema de conexiones de los componentes del circuito aplicando las reglas estudiadas en la práctica No. 2.
c) Utilizando las herramientas y materiales adecuados realizar el montaje del circuito de fuerza de instalación del motor de corriente continua. d) Montar el circuito de control del generador, siguiendo las instrucciones e insertar una resistencia variable en el circuito de excitación, verificar la remanencia del sistema de generación. e) Arrancar al motor de accionamiento y manteniendo su velocidad nominal constante, accionar el sistema de excitación e incrementar la tensión de salida del generador desde 05V hasta la tensión nominal con incrementos de 05 en 05 voltios, sobresaturar al generador hasta un 20% para efectos de la confección de la curva característica de saturación del generador.
V1 5.39 10.3 15 20 25 30 35.3 40.1 45 50.2 55.1
A1 0.39 0.7 0.816 0.83 0.803 0.823 0.882 0.912 0.975 1.056 1.111
P1 2.1021 7.21 12.24 16.6 20.075 24.69 31.1346 36.5712 43.875 53.0112 61.2161
V2 0 0.8 3.6 8.1 13.8 18.6 23.06 27.8 32.3 36.5 40.5
A2 0 0.005 0.02 0.043 0.073 0.1 0.124 0.149 0.173 0.196 0.217
P2 0 0.004 0.072 0.3483 1.0074 1.86 2.85944 4.1422 5.5879 7.154 8.7885
CURVA DE SATURACION DEL GENERADOR 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
f.- Hacer funcionar al sistema manteniendo la tensión nominal en el generador y aplicarle: I- el 10% de su carga y determinar la eficiencia del sistema. II- el 20% de su carga y determinar la eficiencia del sistema III- el 30% de su carga y determinar la eficiencia del sistema IV- el 40% de su carga y determinar la eficiencia del sistema V- el 50% de su carga y determinar la eficiencia del sistema VI- el 60% de su carga y determinar la eficiencia del sistema Observe que al opera con el 60% el motor está sobrecargado y la temperatura se incrementa.
V1 5.39 10.3 15 20 25 30 35.3 40.1 45 50.2 55.1
A1 0.39 0.7 0.816 0.83 0.803 0.823 0.882 0.912 0.975 1.056 1.111
P1 2.1021 7.21 12.24 16.6 20.075 24.69 31.1346 36.5712 43.875 53.0112 61.2161
5. CUESTIONARIO
V2 0 0.8 3.6 8.1 13.8 18.6 23.06 27.8 32.3 36.5 40.5
A2 0 0.005 0.02 0.043 0.073 0.1 0.124 0.149 0.173 0.196 0.217
P2 0 0.004 0.072 0.3483 1.0074 1.86 2.85944 4.1422 5.5879 7.154 8.7885
h 0 0.00055479 0.00588235 0.02098193 0.05018182 0.07533414 0.09184123 0.11326399 0.12735954 0.13495261 0.14356517
% 0 0.0554785 0.58823529 2.09819277 5.01818182 7.53341434 9.18412313 11.3263989 12.7359544 13.4952614 14.3565173
Iex 0.034 0.065 0.0907 0.1195 0.1531 0.1814 0.19 0.22 0.25 0.29 0.31
5.1.- Describa la importancia de la remanencia del material magnético de los generadores de corriente continua y grafique (V-Iex) y analizar la tendencia de la curva. La remanencia magnética permite que el generador empiece a producir la fuerza electromotriz sin esta remanencia no sería posible, en cualquier material siempre queda un poco de remanencia produciéndose una pequeña f.e.m suficiente para alimentar con una pequeña corriente al circuito inductor además nos permite obtener la curva de saturación del material
Voltaje de Alimentacion vs Corriente de Excitacion 60 50 40
) t l o V30 ( t V
20 10 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Iex (Amp)
La curva tiene una tendencia lineal creciente lo que nos indicia que a medida que el voltaje de entrada sea mayor la corriente de excitación crecerá linealmente hasta llegar a su valor nominal. El que su comportamiento sea lineal lo hace más fácil de controlar y evitar una posible sobrecarga. 5.2.- Considerando la potencia total de entrada graficar la eficiencia del sistema y estimar cuando se consigue la mejor eficiencia del conjunto. Eje vertical eficiencia y eje horizontal la carga.
Carga vs Eficiencia 70 60 50
a g r a C
40 30 20 10 0 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
Eficiencia
5.3.- Siguiendo las normas del Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama completo del sistema trabajado.
5.4.- Discriminando las pérdidas rotacionales determinar la eficiencia eléctrica del sistema utilizado. La potencia monofásica es: = 1 ∗ 1 = 2 ∗ 2 (%) =
P1 2.1021 7.21 12.24 16.6
P2 0 0.004 0.072 0.3483
∗ 100
h 0 0.00055479 0.00588235 0.02098193
% 0 0.0554785 0.58823529 2.09819277
20.075 24.69 31.1346 36.5712 43.875 53.0112 61.2161
1.0074 1.86 2.85944 4.1422 5.5879 7.154 8.7885
0.05018182 0.07533414 0.09184123 0.11326399 0.12735954 0.13495261 0.14356517
5.01818182 7.53341434 9.18412313 11.3263989 12.7359544 13.4952614 14.3565173
5.5.- Si se tendría que implementar un sistema de frenado eléctrico en el circuito de accionamiento, ¿cómo lo implementaría? Detallar el circuito propuesto. Para poder lograr un frenado primero se debe desconectar el motor del voltaje de alimentación, al estator se le debe conectar sus bornes a un voltaje de alimentación debido al deslizamiento se crea un par de frenado que va frenando al rotor una vez que pase esto se desconecta el estator de la alimentación. Sobre el sistema de frenado por corriente continua tiene la ventaja de que no se debe tomar la precaución de impedir la inversión de marcha de la máquina accionada. Su principal inconveniente es que se precisa un mayor gasto en los componentes que constituyen el equipo.
5.6.- Explique cómo debe proceder, en el ambiente práctico, para el reconocimiento o para la identificación correcta de los terminales de una máquina de corriente continua. Para poder determinar los terminales correctos en una maquina DC primero se debe hacer unas pruebas previas. Como por ejemplo comprobar la continuidad de todos los devanados y también la medición de la resistencia de aislamiento. Después se sigue estos pasos:
Se identifica por medio de un multímetro el principio y final de cada terminal del motor Para identificar los terminales de la armadura se hace girar manualmente la máquina y mide con un galvanómetro entre los diferentes terminales, donde se registre la mayor deflexión de corriente continua, se tratara de los terminales de armadura. Para identificar los terminales del campo derivación se mide la resistencia entre los terminales restantes, donde aparezca la medición más elevada será el bobinado derivación Para identificar los terminales del campo serie se darán impulsos de continua con una batería o pila sobre el bobinado de armadura y con un galvanómetro conectado en serie con una resistencia limitadora en los bornes restantes , donde la aguja se mueva poco, se tratara del bobinado serie. Para identificar los terminales de los polos auxiliares, se sigue el procedimiento anterior en este caso la deflexión de la aguja del instrumento será más grande.
6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
1) El generador presenta una baja eficiencia debido a diferentes variables como que la transmisión de las revoluciones no estaba bien acoplado, a la antigüedad de los motores y a una superficie, soporte que no eran muy estables lo que provoco que la potencia de salida sea baja 2) En teoría el voltaje de alimentación que se proporcionaba al motor tendría que ser igual al voltaje del generador pero por todas las perdidas ya mencionadas no se pudo alcanzar este valor 3) La relación entre el voltaje de alimentación y la corriente de excitación es lineal lo que nos permite determinar con facilidad el comportamiento de la corriente para así evitar cualquier sobrepasar el valor de la corriente nominal. 4) En el tipo de conexión utilizada en la práctica se puede decir que el circuito de campo es eléctricamente independiente del circuito de armadura y la dependencia de ambos circuitos es únicamente magnética 5) Para la autogeneración se debe tener en cuenta ciertas condiciones como que debe haber cierto flujo remanente para el fem, el valor de la resistencia de campo debe ser menor a un valor crítico y por último el flujo creado debe sumar al flujo remanente sino el campo se debilita
6) El comportamiento lineal entre el voltaje y la intensidad solo se presenta en los generadores de excitación independiente, en los otros tipos de conexiones esta relación no es lineal y el uso de una conexión u otra depende del uso que se dará al generador
7. BIBLIOGRAFIA
Wildi Theodore, “Maquinas Eléctricas y Sistemas de Potencia”, 2007 http://mecanicaelectric.blogspot.pe/2012/06/como-frenar-un-motor-de-corriente.html http://benedicto.ar.tripod.com/a%20Identificacion%20bornes%20motor%20de%20CC.h tm http://perso.wanadoo.es/luis_ju/soft/files/motores.pdf http://www.tuveras.com/maquinascc/dinamo/excitaciondinamo.htm https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2007/2/EI1B2/3
