LAB. DE MAQUINAS ELECTRICAS II
INGENIERÍA ELÉCTRICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULT FACULTAD AD DE INGENIERÍA IN GENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÉCTRICA CURSO: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS II LA MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINÚA OPERANDO COMO GENERADOR Y DETERMINAR LA EFICIENCIA DEL GRUPO MOTORGENERADOR 1. OB OBJE JETI TIV VO Aplicar la tecnología estudiada estudiada para hacer hacer funcionar a la máquina de corr corrien iente te conti continuo nuo como como genera generado dor, r, identi identica carr cada cada uno de sus terminales y aplicar una carga para calcular la eciencia del sistema.
2. FUNDAM FUNDAMENT ENTO O TEÓR TEÓRIC ICO O Los Motores y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. electromagnéticos. A una máquina que convierte la ener energí gía a mecá mecáni nica ca en eléc eléctr tric ica a se le deno denomi mina na gene genera rado dor, r, alter alternad nador or o dínam dínamo, o, y a una máquina máquina que convie convierte rte la energ energía ía eléctrica en mecánica se le denomina motor. os principios físicos relac elacio iona nado dos s entr entre e sí sirv sirven en de !ase !ase al func funcio iona nami mien ento to de los los gene genera rado dorres y de los los moto motorres. es. "l prim primer ero o es el prin princi cipi pio o de la inducci#n descu!ierto por el cientíco e inventor !ritánico Michael $araday en %&'%. (i un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las pro)imidades de un circuito de condu conducci cci#n #n *o cuya cuya intens intensida idad d puede puede variar variar,, se esta! esta!lec lece e o se induce una corriente en el conductor. "l principio opuesto a éste fue o!servado en %&+ por el físico francés André Marie Amp-re. (i una corr corrien iente te pasa!a pasa!a a trav través és de un conduc conducto torr dentr dentro o de un campo campo magnético, éste e*ercía una fuerza mecánica so!re el conductor. La máqu máquin ina a dina dinamo moel eléc éctr tric ica a más más senc sencil illa la es la dina dinamo mo de disc disco o desarrollada por $araday, que consiste en un disco de co!re que se monta de tal forma que la parte del disco que se encuentra entre el cent centrro y el !or !orde qued quede e situ situad ada a entr entre e los los polo polos s de un imán imán de herradura. uando el disco gira, se induce una corriente entre el centro del disco y su !orde de!ido a la acci#n del campo del imán. "l disco puede fa!ricarse para funcionar como un motor mediante la aplicaci#n de un volta*e entre el !orde y el centro del disco, lo que hace que el disco gire gracias a la fuerza producida por la reacci#n magn magnét ética ica.. "l camp campo o magn magnét étic ico o de un imán imán perm perman anen ente te es lo sucientemente fuerte como para hacer funcionar una sola dinamo peque/a o motor. 0or ello, los electroimanes se emplean en máquinas gran grande des. s. 1anto anto los los moto motorres como como los los gene genera rado dorres tien tienen en dos dos unidades !ásicas2 el campo magnético, que es el electroimán electroimán con sus !o!i !o!ina nas, s, y la arma armadu dura ra,, que que es la estr estruc uctu tura ra que que sost sostie iene ne los los conductores conductores que cortan el campo magnético y transporta la corriente corriente inducida en un generador, o la corriente de e)citaci#n en el caso del %
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motor. La armadura es por lo general un n3cleo de hierro dulce laminado, alrededor del cual se enrollan en !o!inas los ca!les conductores. 4eneradores de . inamos Los generadores de corriente continua son máquinas que producen tensi#n su funcionamiento se reduce siempre al principio de la !o!ina giratorio dentro de un campo magnetico. (i una armadura gira entre dos polos magnéticos *os, la corriente en la armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revoluci#n, y en el otro sentido durante la otra mitad. 0ara producir un 5u*o constante de corriente en un sentido, o corriente continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el 5u*o de corriente fuera del generador una vez durante cada revoluci#n. "n las máquinas antiguas esta inversi#n se lleva!a a ca!o mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado so!re el e*e de una armadura. Las dos mitades del anillo se aisla!an entre sí y servían como !ornes de la !o!ina. Las esco!illas *as de metal o de car!#n se mantenían en contacto con el conmutador, que al girar conecta!a eléctricamente la !o!ina a los ca!les e)ternos. uando la armadura gira!a, cada esco!illa esta!a en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cam!iando la posici#n en el momento en el que la corriente invertía su sentido dentro de la !o!ina de la armadura. Así se producía un 5u*o de corriente de un sentido en el circuito e)terior al que el generador esta!a conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a volta*es !astante !a*os para evitar las chispas que se producen entre las esco!illas y el conmutador a volta*es altos. "l potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de %.6 voltios. "n algunas máquinas más modernas esta inversi#n se realiza usando aparatos de potencia electr#nica, como por e*emplo recticadores de diodo. "l campo inductor de un generador se puede o!tener mediante un imán permanente 7magneto8 o por medio de un electroimán 7dinamo8. "n este 3ltimo caso, el electroimán se e)cita por una corriente independiente o por autoe)citaci#n, es decir, la propia corriente producida en la dinamo sirve para crear el campo magnético en las !o!inas del inductor. ")isten tres tipos de dinamo seg3n sea la forma en que estén acoplados el inductor y el inducido2 en serie, en derivaci#n y en com!inaci#n. "l sistema de e)citaci#n más fácil de entender es el que supone una fuente e)terior de alimentaci#n para el arrollamiento inductor. "n la siguiente gura, se representa el inducido por un círculo9 la 5echa recta interior representa el sentido de la corriente principal y la 5echa curva, el sentido de giro del inducido9 el arrollamiento inductor o de e)citaci#n, se representa esquemáticamente, y el sentido de la corriente de e)citaci#n, por medio de una 5echa similar. Los sentidos de giro, de la corriente principal y de la corriente de e)citaci#n, se determinan siempre, utilizando la regla de la mano derecha si se trata de generadores, o la regla de la mano izquierda si se trata de motores. "l +
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motor en derivaci#n se utiliza en aplicaciones de velocidad constante, como en los accionamientos para los generadores de corriente continua en los grupos moto generadores de corriente directa. "l motor devanado en serie se usa en aplicaciones en las que se requiere un alto par de arranque, como en la tracci#n eléctrica, gr3as, malacates, etcétera. "n los motores en compound, la caída de la característica velocidad:par se puede a*ustar para que se adecue a la carga. ; "n generadores, si se sigue el sentido de giro, a cada polo inductor o principal, corresponde un polo de conmutaci#n de distinto nom!re 7a un polo < principal corresponde un polo ( de conmutaci#n, entre otros8. ; "n motores, si se sigue el sentido de giro, a cada polo inductor o principal, corresponde polo de conmutaci#n del mismo nom!re 7a un polo < principal corresponde un polo < de conmutaci#n, entre otros8.
3. ELEMENTOS A UTILIZAR Multímetros =esistencias $uentes de alimentaci#n Motores
. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN !" RECONOCER E IDENTIFICAR LOS TERMINALES DE LOS CONTACTORES PULSADORES Y DE LOS MOTORES. "n el caso del motor no hay mucho detalle en los terminales, pero en el generador de!emos o!tener las polaridades de 7AA:A $$:$8. Las !o!inas principales 7estator8 están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca secci#n, por lo que la resistencia del !o!inado inductor principal es muy grande respecto del rotor .
#" ELABORAR EL ESQUEMA DE CONE$IONES DE COMPONENTES DEL CIRCUITO APLICANDO LAS REGLAS ESTUDIADAS EN LA PRACTICA N.2 (e de!e anotar los datos de placa de cada máquina, en este caso las dos son similares, procedemos a conectar el autotransformador para o!tener un volta*e alterno regulado, luego instalamos el sistema de recticaci#n y a*ustamos a 6 > continuos. 0rocedemos a conectar el motor y el generador con ayuda de una goma, vericar que el sistema este correctamente alineado ?esto para evitar vi!raciones y deterioro del material@
%" UTILIZANDO LAS &ERRAMIENTAS Y MATERIALES ADECUADOS REALIZAR EL MONTAJE DEL CIRCUITO DE FUERZA DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA.
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'" MONTAR EL CIRCUITO DE CONTROL DEL GENERADOR( SIGUIENDO LAS INSTRUCCIONES E INSERTAR UNA RESISTENCIA VARIABLE EN EL CIRCUITO DE E$CITACIÓN( VERIFICAR LA REMANENCIA DEL SISTEMA DE GENERACIÓN. La tensi#n de remanencia es de2 >r%,+ >
)" ARRANCAR AL MOTOR DE ACCIONAMIENTO Y MANTENIENDO SU VELOCIDAD NOMINAL CONSTANTE( ACCIONAR EL SISTEMA DE E$CITACIÓN E INCREMENTAR LA TENSIÓN DE SALIDA DEL GENERADOR DESDE *+V &ASTA LA TENSIÓN NOMINAL CON INCREMENTOS DE *+ EN *+ VOLTIOS( CON LA INFORMACIÓN ESTABLECER LA CURVA CARACTER,STICA DE MAGNETIZACIÓN.
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CORRIENTE DE E$ITACION -MA"
"n la gráca se nota que la curva empieza a cam!iar su tendencia lineal a partir de ++& mA y B>. "sto muestra las características que posee el material ferromagnético que posee el motor la cual se aseme*a a la curva que se estudi# en clases.
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. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Mientras mediamos el volta*e del generador en vacio resulto ser menos del volta*e nominal, esto se de!e a que la maquina ya no es la misma y que el transcurso del tiempo se fue deteriorando las propiedades magnéticas son diferentes. urante el desarrollo del la!oratorio no se pudo llegar a una carga del %G ya que el motor esta!a a su corriente nominal y no se le podía formar mas, de este detalle pude concluir que la con ello podíamos tra!a*ar a plena carga y sin riesgo de malograr el motor. "l sistema armado motor:generador, hallamos la eciencia con ayuda de voltímetros y amperímetros9 el análisis completo es que la eciencia resulta ser de todo el sistema y no del motor y generador por separado. "n las grandes maquinas encontramos pro!lemas como por e*emplo cuando el magnetismo remanente de la maquina es cero en este caso un generador puede estar dando vueltas pero sin generar potencia, eso se de!e a que la curva de magnetizaci#n perdi# la remanencia, la soluci#n es volver a magnetizarla con !aterías. C
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"n el cálculo de la "ciencia de!emos considerar para un caso real otro tipo de valores, ya que no siempre la potencia de pérdidas por rozamiento será tan fácil de hallar. "s Fnteresante ver que podemos o!tener la curva de saturaci#n para el n3cleo del motor de manera sencilla
. BIBLIOGRAF,A
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