Laboratorio Nº4: GENERADOR SHUNT- COMPUND Informe Final Diego Paredes Borjas Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional Nacional de Ingeniería Lima, Perú
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I.
OBJETIVO
El generador shunt funciona con dificultad en paralelo por que no se reparte por igual la carga entre ellas.
El laboratorio deacuerdo a sus experimentos tiene como finalidad:
Estudio empírico de la autoexcitación del generador shunt y la determinación de sus características en estado estable.
Asimismo a partir de esta máquina se implementa un generador de tipo compuesto.
II.
FUNDAMENTO TEORICO
Generador en derivación (shunt )
Siendo el generador shunt una maquina autoexitada, empezara a desarrollar su voltaje partiendo del magnetismo residual tan pronto como el inducido empiece a girar. Después a medida que el inducido va desarrollando voltaje este envía corriente a través del inductor aumentando él número de líneas de fuerza y desarrollando voltaje hasta su valor normal. El voltaje de un generador shunt variara en razón inversa de la carga, por la razón mencionada en el párrafo anterior. El aumento de la carga hace que aumente la caída de voltaje en el circuito de inducción, reduciendo así el voltaje aplicado al inductor, esto reduce la intensidad del campo magnético y por con siguiente , el voltaje del generador generador . Si se aumenta bruscamente bruscamente la carga aplicada a un dinamo dinamo shunt la caída de voltaje puede ser bastante apreciable; mientras que si se suprime casi por entero la carga, la regulación de voltaje de una dinamo shunt es muy defectuosa debido a que su regulación no es inherente ni mantiene su voltaje constante. Adaptan bien a trabajos fuertes, pero pueden emplearse para el alumbrado por medio de lámparas incandescentes o para alimentar otros aparatos de potencia constante en los que las variaciones de carga no sean demasiado pronunciadas.
El generador con excitación shunt suministra energía eléctrica a una tensión aproximadamente constante, cualquiera que sea la carga, aunque no tan constante como en el caso del generador con excitación independiente. Cuando el circuito exterior está abierto, la máquina tiene excitación máxima porque toda la corriente producida se destina a la alimentación del circuito de excitación; por lo tanto, la tensión en bornes es máxima. Cuando el circuito exterior está cortocircuitado, casi toda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y la excitación es mínima, la tensión disminuye rápidamente y la carga se anula. Por lo tanto, un cortocircuito en la línea no compromete la máquina, que se desexcita automáticamente, dejando de producir corriente. corriente. Esto es una ventaja ventaja sobre el generador generador de excitación independiente en donde un cortocircuito en línea puede producir graves averías en la máquina al no existir éste efecto de desexcitación automática.
Generador con excitación compound
El generador con excitación compound tiene la propiedad de que puede trabajar a una tensión prácticamente constante, es decir, casi independiente de la carga conectada a la red, debido a que por la acción del arrollamiento shunt la corriente de excitación tiende a disminuir al aumentar la carga, mientras que la acción del arrollamiento serie es
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contraria, o sea, que la corriente de excitación tiende a aumentar cuando aumente la carga. Eligiendo convenientemente ambos arrollamientos puede conseguirse que se equilibren sus efectos siendo la acción conjunta una tensión constante cualquiera que sea la carga. Incluso, se puede obtener dimensionando dimensionando convenientemente convenientemente el arrollamiento serie, que la tensión en bornes aumente si aumenta la carga, conexión que se denomina hipercompound y que permite compensar la pérdida de tensión en la red, de forma que la tensión permanezca constante en los puntos de consumo. El generador compound tiene la ventaja, respecto al generador shunt, de que no disminuye su tensión con la carga, y, además, que puede excitarse aunque no esté acoplado al circuito exterior, tal como vimos que sucedía en el generador shunt. Durante la puesta en marcha, funciona como un generador shunt una vez conectado a la red, la tensión en bornes del generador shunt, tendería a disminuir si no fuera por la acción del arrollamiento serie, que compensa esta tendencia. Es decir, que el arrollamiento serie sirve para regular la tensión del generador, en el caso de que la resistencia exterior descienda más allá de cierto límite.
III.
CUESTIONARIO
Un generador compound no puede utilizarse para cargar baterías de acumuladores. acumuladores. Para invertir el sentido de giro, sin suprimir el magnetismo remanente, es necesario invertir las conexiones de los dos circuitos de excitación; de esta forma, queda invertida solamente la polaridad de las escobillas. El generador compound (igual que sucedía con el generador de excitación independiente), no puede funcionar en cortocircuito porque entonces, la acción del arrollamiento serie puede llegar a ser superior al efecto del arrollamiento shunt, y como consecuencia la corriente en el inducido puede alcanzar un valor de dos a tres veces mayor del normal, con el consiguiente peligro para los arrollamientos de la máquina.
1) Relación de las lecturas tomadas en la experiencia. Característica de vacío:
V
0.38 0.32 0.29 0.26 0.23 0.20 0.16 0.14 0.04 0.006 0.05 0.03 0.02 0
263.2 235.5 217.1 200.3 175.8 157.6 132.4 118.6 87.7 67.7 56.6 41.78 24.17 12.55
Característica con carga:
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150.4 216.5 90.5 70.5
2) Trazar las características en vacío y en carga a corriente no min en un mismo cuadro. Conociendo la resistencia de armadura incluyendo interpolos, trazar el lado triángulo característica característica del generador para una tensión en bornes.
0.2 0.32 0.1 0.08
Característica externa:
V
(A)
(A)
198.8 198.5 195.1 188.0 183.1
0.27 0.27 0.27 0.25 0.25
2.5 3.7 4.8 6 7.8
Característica de Regulación:
= = 198
2.5 3.7 4.9 6.1 8.1
0.28 0.27 0.27 0.28 0.28
3) Recoger tres pares de valores (Ef, If) de la característica de vacío, de tal manera que se cumpla: 3 = + ; If 2 = If 1 + I y aproximar una parábola de la forma: = + +
Característica Externa (Aditiva): V
Tomamos Tomamos los l os valores: I = 0.3 A
198.5 207.4 256.7 212. 130.6
0.21 0.21 0.27 0.22 0.12
0.7 2 3.7 2 0.5
V 175.8 200.3 217.1
Característica Externa (Sustractiva):
0.23 0.26 0.29
175.8 = a0 + a1 (0.23) + a2 (0.23)2 200.3 = a0 + a1 (0.26) + a2 (0.26)2
V
198.4 196.2
0.3 0.32
0.7 1.9
217.1 = a0 + a1 (0.29) + a2 (0.29)2
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a0 = -267.84
= – = 6 – 0.29 = 5.71 A
a1 = 2912.77
0.04 =
→
= 0.007005
a2 = -4277.77 La ecuación queda expresada:
= −267 −267.8 .84 4 + 2912 2912.7 .77 7 − 4277.7 4277.77 7
Procedemos a hacer la siguiente siguient e tabla de errores:
E(v) Exp.
Error(%) Teórico
0.38
263.2
251.300
4.74 4. 74
0.32
235.5
226.203
4.11 4. 11
0.29
217.1
217.103
0.00 0. 00
0.26
200.3
200.303
0.00 0. 00
0.23
175.8
175.803
0.00 0. 00
0.2
157.6
143.6032
9.75
0.16
132.4
130.98
1.08
0.14
118.6
115.95
2.29
0.04
87.7
87.05
0.75
0.006
67.7
66.1
2.42
0.05
56.6
55.28
2.39
0.03
41.78
40.98
1.95
0.02
24.17
20.79
16.26
0
12.55
11.55
8.66
4) Del “triángulo característico” trazado en 4.2 anotar el cateto que cuantifica. Puede asumirse (no es estrictamente estrictamente correcto) que este valor expresado en amperios es proporcional a la corriente de armadura CIa. Calcular C.
12V
5) Para considerar el efecto desmagnetizante de la reacción de armadura se puede considerar que I’f=If CIa (siendo If=V/Rf, Rf=resistencia del devanado de campo+Rx), y evaluar la Fem. inducida E y la constante C de 4.4.
Tenemos:
Ef. = a0 + a1 (If – – C.Ia) C.Ia) + a2 (If – – C.Ia) C.Ia)2 Ef. = a0 + a1 ((1 - C).If – – C.I C.IL) + a2 ((1-C).If – – C.IL)2 Ef. = a0 + (a1 (1 – (1 – C) – C) – 2a 2a2 . C. IL. (1 – (1 – C))I C))If + + a2(1 - C) 2 If 2 – a a1 . C. IL + a2.C2.IL2
Como: If = = V/ R f f
Ef. = a0 + (a1 (1 – (1 – C) – C) – 2a 2a2 . C. IL. (1 – (1 – C)) C)) V/ R f f + + a2(1 - C) 2 (V/R f f) 2 – a a1 . C. IL + a2.C2.IL2
Reemplazando valores y operando tenemos: = 4.8105 + (1.14 + 0.00766 IL)V – )V – 0.001854 0.001854 V2 – 2.3599 2.3599 IL – 0.007912 0.007912 IL2
6) Trazar
la
característica
externa
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obtenerse utilizando la ecuación hallada en 5 dando valores para I. Discutir y sustentar las divergencias. divergencias.
Según la grafica obtenida podemos visualizar que los valores experimentales (azul) difieren de los teoricos (naranja) en una pequeña cantidad, sin embargo vemos que guardan la misma relacion, es decir, en ambas graficas se puede observar la tendencia de la maquina cuando la carga requiere de una corriente mayor a la que este puede suministrar.
7) Trazar la característica experimental de regulación para una tensión en bornes V igual. igual. Para una tension igual a 198v :
