ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO SEDE LATACUNGA DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA MÁQUINAS ELECTRICAS TEMA: Generador DC shunt Autoexitado
PROFESOR: Ing. Vicente Hallo
NOMBRE: Ortiz Orfay Parreño Mateo Pullopaxi Jonathan Tamayo William
Latacunga, Junio de 2012
INDICE GENERAL TRABAJO PREPARATORIO ......................................................................................................... 3 TÍTULO DE LA PRÁCTICA: ........................................................................................................... 6 OBJETIVO: ...................................................................................................................................... 6
OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................... 6
OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................................................. 6
EQUIPOS:........................................................................................................................................ 7 FUNDAMENTO TEORICO: ............................................................................................................ 7 PROCEDIMENTO:.......................................................................................................................... 9 ANALISIS DE RESULTADOS....................................................................................................... 10 CONCLUSIONES: .......................................................................................................................... 11 RECOMENDACIONES: ................................................................................................................. 11 CUESTIONARIO ........................................................................................................................... 12 BIBLIOGRAFÍA: ........................................................................................................................... 13
INDICE DE TABLAS Tabla 1 Equipos ....................................................................................................................................... 7 Tabla 2 Voltaje generado variando la velocidad y el voltaje aplicado ............................... 10 Tabla 3 Voltaje generado y corriente de excitación con una velocidad constante........11
INDICE DE FIGURAS Ilustración 1 Generador en derivación Autoexitado............................................................ ...... 7 Ilustración 2 Conexión del Generador shunt DC Autoexitado ................................................ 9 Ilustración 3 Voltaje generado vs Velocidad(Variable) .......................................................... 10 Ilustración 4 Voltaje generado vs Velocidad (Cte.) ................................................................... 11
INDICE DE ECUACIONES Ecuación 1 Corriente de Armadura ........................................................... ....................................... 8 Ecuación 2 Corriente de Campo y de Carga................................................................................... 8 Ecuación 3 Voltaje en el Inducido ..................................................................................................... 8
TRABAJO PREPARATORIO El GENERADOR D.C SHUNT AUTOEXITADO 1. ¿Indique cuales son los circuitos que posee el generador D.C shunt Autoexitado, como están conectados? Explique con un gráfico.
Generador con excitación en paralelo 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.
2. ¿Como se obtiene la regulación de voltaje del generador?
La regulación de voltaje se obtiene con el cambio de voltaje que ocurre al ir desde el vacío o sin carga hasta plena carga, expresado como porcentaje del voltaje nominal de los terminales (voltaje de armadura a plena carga), es decir: ( ) Donde:
Voltaje de terminal a plena carga (nominal). Voltaje terminal en el vacío. 3. Indique brevemente el principio de funcionamiento del generador.
Cuando la máquina genera tensión existe un flujo remanente que permite que aparezca una pequeña tensión inducida en los bornes de la armadura. Al conectar una carga, este voltaje produce una corriente de excitación, la cual provoca una elevación de la tensión que hará que la corriente de campo aumente y así sucesivamente. Este proceso se auto-limita gracias a la característica de saturación del material ferromagnético estabilizándose los valores de tensión y corriente generadas de acuerdo a la velocidad de giro del eje y al valor de la resistencia de campo. El fenómeno de auto-excitación descrito requiere de ciertas condiciones para poder llevarse a cabo
Debe existir flujo remanente.
El flujo generado en primera instancia debe sumarse al flujo remanente existente (de lo contrario, el campo se debilita y no se produce la generación).
El valor de la resistencia de campo ( ) debe ser menor a un cierto valor crítico .
4. Describa la forma en que un generador shunt Autoexitado llega a producir su propia exitación y a incrementar la tensión en los bornes.
La autoexcitación se logra cuando se pone en marcha un generador en derivación, se induce un pequeño voltaje en la armadura, producido por el flujo remanente en los polos. Este voltaje produce una pequeña corriente de excitación en el campo de derivación. La pequeña fem resultante actúa en la misma dirección que el flujo remanente y hace que el flujo por polo aumente. El flujo incrementado aumenta, el cual incrementa aún más el flujo, así sucesivamente. Este incremento progresivo continúa hasta que alcanza un valor máximo determinado por la resistencia del campo y el grado de saturación. En los generadores el flujo inicial de excitación se produce también por histérisis 5. señale cuatro razones por las que un generador shunt Autoexitado no desarrolla su tensión nominal.
Cadencia de magnetismo residual o valor bajo de este El magnetismo residual se puede perder como resultado de condiciones que tienden a desmagnetizar los polos del campo: golpes mecánicos, demasiada vibración, calor extremo, etc.
Conexiones invertidas del circuito de campo con respecto al circuito de armadura. Si se invierten las conexiones de campo con respecto a las de la armadura, el flujo resultante de campo tenderá a disminuir el flujo residual y con ello a disminuir el flujo neto así como la FEM generada cuando se cierra el circuito de campo.
Resistencia del circuito de campo mayor que la resistencia critica de campo. Produce cuando existe una conexión abierta en los devanados del circuito de campo.
Conexión abierta o alta resistencia en el circuito de armadura. Una resistencia del circuito de armadura alta indica que hay una conexión abierta en dicho circuito.
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL EJÉRCITO SEDE – LATACUNGA TÍTULO DE LA PRÁCTICA: Generador D.C. Shunt Autoexitado
INTEGRANTES:
Ortiz Orfay
Parreño Mateo
Pullopaxi Jonathan Tamayo William
FECHA: 25 de Junio del 2012
CARRERA: Ing. Electrónica e Instrumentación
Nivel: Quinto Competencia “B”
OBJETIVO:
OBJETIVO GENERAL
Determinar el funcionamiento y sus parámetros esenciales de un generador de corriente continua.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Mediante la conexión de un motor serie y un generador shunt verificar si existe un voltaje a la salida del generador.
Determinar el voltaje generado cuando variamos la velocidad de la maquina impulsora.
Determinar el voltaje generado si se mantiene constante la velocidad cuando se varía
la corriente de excitación.
EQUIPOS: EQUIPOS
CODIGO
Maquina dc serie (Propulsión)
004.001
Reóstato de arranque motor serie DC
004.016
Voltímetro (0-250v)
004.012
Amperímetro (0-2.5A)
004.013b
Fuente de alimentación con rectificador
004.011
Velocímetro
004.015a
Maquina DC derivación (generador)
004.030
Aparato base Cables de conexión
004.007
Tabla 1 Equipos
FUNDAMENTO TEORICO: En el generador shunt de DC Autoexitado, la bobina del campo de exitación está conectada en paralelo con el inducido. Al accionar al generador se produce en el inducido una pequeña tensión debido al magnetismo remanente del bobinado de campo, este pequeño voltaje inducido hace que circule una pequeña corriente por el inducido y una parte de esta va por el bobinado de campo cuando la conexión es adecuada, esto refuerza el campo magnético y produce un incremento de tensión. [1] Cuando la bobina de exitación esta conectada inversamente, la corriente de campo de exitación fluye en sentido contrario por lo cual se reduce el magnetismo remanente y el generador no produce voltaje (no genera). En estos casos se intercambia los terminales del campo shunt para que genere. [2] La figura siguiente muestra el generador shunt Autoexitado.
Ilustración 1 Generador en derivación Autoexitado
Donde: = Resistencia de bobina de campo. = Resistencia de armadura. = Reóstato de campo. = Resistencia de carga. = Corriente de armadura. = Corriente de Campo. = Corriente de carga. = Voltaje Terminal. Este tipo de generador posee 3 circuitos en paralelo: 1. Circuito del Inducido. 2. Circuito de Exitación. 3. Circuito de Carga. La fuente básica de fuerza electromotriz o voltaje generado y de corriente es el inducido, entonces de acuerdo a este principio tenemos las siguientes relaciones de voltaje y corriente. Ecuación 1 Corriente de Armadura
La corriente de inducido tiene el mismo sentido que la tensión generada .
Ecuación 2 Corriente de Campo y de Carga
Por estar en paralelo todos los voltajes son los mismos, . Siendo la tensión en los bordes del inducido tenemos: Ecuación 3 Voltaje en el Inducido
La desventaja de este generador está en las variaciones de corriente de carga, al pasar de la condición de vacío a plena carga, también varía el voltaje de salida. La elevada regulación de voltaje se debe a: 1. la intensidad de campo magnético disminuye al caer el voltaje de armadura, esto disminuye la intensidad del campo y tanto sigue disminuyendo el voltaje de armadura. 2. La caída de voltaje en la armadura, al pasar de vacío a plena carga. 3. La velocidad del motor propulsor puede disminuir con la carga. Nota: Los generadores shunt Autoexitados se emplean generalmente como dinamos de automóvil.
PROCEDIMENTO: Advertencia: ¡Esta práctica de laboratorio genera altos voltajes no realice conexiones con el circuito energizado! 1. Instale el motor serie 004.001 y el generador Shunt 004.030 en el aparato base 004.007,
acople al freno y sujete con la palanca en la posición EIN. 2. Arme el circuito de la Ilustración 1.
Ilustración 2 Conexión del Generador shunt DC Autoexitado
3. Verifique que los instrumentos de medida estén encerados y con las escalas de
medición adecuadas. 4. Verifique que la fuente de alimentación este en cero voltios. 5. Energice el circuito. 6. Mida el voltaje generado y la corriente de excitación para diferentes rangos.
¿Mediante la conexión de la ilustración 2 genera voltaje o no?
Si genera 7. Variar la velocidad y tomar la medida del voltaje generado para diferentes rangos y
llenar la tabla 2. 8. Manteniendo la velocidad contante según sus datos de placa (1450rpm) de la maquina
impulsora varié la corriente de excitación del generador y tomar lectura de diferente rangos de medida del voltaje de salida y llenar la tabla 3.
ANALISIS DE RESULTADOS Velocidad ()
Voltaje generado ()
Tabla 2 Voltaje generado variando la velocidad y el voltaje aplicado
clc clear all Velocidad=[1300 1000 910 800]; V_generado=[135 100 89 75]; plot(Velocidad,V_generado); grid minor title('Voltaje generado variando la velocidad'); xlabel('Velocidad'); ylabel('Voltaje generado');
Ilustración 3 Voltaje generado vs Velocidad(Variable)
Velocidad Voltaje () generado ()
Tabla 3 Voltaje generado y corriente de excitación con una velocidad constante
Voltaje vs Velocidad 100 80 60 Vg
40 20 0 1450
1450
1450
1450
Ilustración 4 Voltaje generado vs Velocidad (Cte.)
CONCLUSIONES:
Comprobamos que un motor puede trabajar como generador al estar conectado a una maquina impulsora que en nuestro caso fue un motor serie.
Observamos que el voltaje generado es proporcional a la velocidad, al aumentar la velocidad el voltaje generado aumenta y al reducir la velocidad el voltaje generado se reduce.
Al variar la velocidad el voltaje generado también varía en valores elevados como se muestra en la tabla (2).
Al mantener la velocidad constante y variar la corriente que pasa por el generador el voltaje generado también varía como se muestra en la tabla (3).
La máquina de corriente continua es muy utilizada ya que brinda grandes utilidades como la que puede funcionar como motor o generador dependiendo del uso que se le quiera dar sin necesidad de conexiones exteriores simplemente cambiando la energía aplicada.
RECOMENDACIONES:
Verificar la placa de datos de los motores antes de energizar el circuito para evitar sobrecargas sobre el mismo.
Tomar en cuenta que la corriente de línea no supere la máxima indicada en la placa de datos para nuestro caso de 0.5A
CUESTIONARIO 1. ¿Cómo se produce la autoexcitación en el generador shunt D.C Autoexitado?
Cuando el generador entre en funcionamiento se produce en el inducido una pequeña tensión debido al magnetismo remanente del bobinado de campo. Este pequeño voltaje inducido hace que circule una pequeña corriente (I) por el inducido y una parte de esta va por el bobinado de campo, esto refuerza el campo magnético y produce un cambio de tensión. 2. ¿Qué es el punto de saturación en un generador D.C?
Cuando se aplica corriente de plena carga hay una disminución en el flujo útil, y por lo tanto una caída de voltaje debido al efecto de magnetización cruzada de armadura es el punto de saturación, además también se produce cuando se distorciona la distribución del flujo. 3. ¿En el generador shunt Autoexitado, a que se debe la caída de voltaje si se aumenta la carga manteniendo la velocidad constante?
Para un generador Autoexitado cuando aumenta la corriente de carga , también aumenta la corriente de armadura como también la caída de voltaje en el circuito de armadura, así que el voltaje en los terminales en la armadura de un generador disminuye al aplicar una carga. 4. ¿Debido a qué causas un generador shunt D.C Autoexitado no genere? Explique.
Cuando la corriente del campo de excitación fluye en sentido contrario por lo cual se reduce el magnetismo remanente y el generador no produce voltaje o cuando la bobina de excitación está conectada inversamente. 5. ¿Qué relación tiene la velocidad en el generador con el voltaje generado? Explique:
En cualquier generador es proporcional tanto al flujo como a la velocidad ( ), entonces para un flujo mutuo constante de entrehierro, un aumento de la velocidad producirá un aumento de voltaje, y a una velocidad infinita se producirá un voltaje infinito. 6. Señale tres razones por las que se reduce el voltaje terminal al aplicar carga a un generador shunt Autoexitado.
Al colocar una carga diferente esta impide el paso de la corriente máxima y por eso se reduce el voltaje
La caída de voltaje en la armadura, al pasar de vacío a plena c arga
Por la reducción de flujo del entrehierro.
BIBLIOGRAFÍA:
[1]Laboratorio
De Maquinas Eléctricas “BARTH”
[2]http://www.misrespuestas.com/que-es-un-generador.html
Máquinas Eléctricas y Transformadores, IRVING L. KOSOW, Capitulo 3.
http://www.nebrija.es/~ralvarez/apuntes-maquinas/cc.pdf
