ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
PRACTICA Nº8 TEMA: Generador DC
NOMBRE:
CURSO: 6to “A” FECHA: 2012-01-18
Objetivo General:
Implementar un circuito que al finalizar la práctica, el estudiante estará en capacidad de conocer y explicar el funcionamiento y las características de un Generador DC, mediante mediciones.
Objetivos Específicos:
Medir las corrientes para conexiones estrella y delta, y realizar las graficas respectivas. Conocer la manera de alimentación de los dos circuitos que forman parte de un Generador DC.
Conocer el rendimiento total de un sistema de un generador de DC.
Materiales:
1 Motor de inducción 2 Voltímetros de AC. 2 Amperímetros de AC. y uno de DC. 1 Tacómetro 1 Generador 1 Estator 1 interruptor Cables de conexión. Banco de resistencias Reostato 1 Fuente trifásica. 1 Arrancador manual starter 1 Arrancador Y- (Estrella – Triangulo) 1 Intercambiador
Marco teórico
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. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor. Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de un circuito de conducción fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el conductor. El principio opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una corriente pasaba a través de un conductor dentro de un campo magnético, éste ejercía una fuerza mecánica sobre el conductor. El generador de corriente continua, llamado también dinamo o dínamo, constituye una aplicación directa del la ley de inducción de Faraday. En forma esquemática la dínamo está construida a partir de una bobina que gira en el campo magnético. De esta manera, una fuerza electromotriz se establece sobre la bobina como consecuencia de las variaciones del flujo mientras que gira.
En la Figura 1 se muestra como funciona la dinamo, usando una espira que gira en el campo magnético de un imán permanente. Los lados de la espira son pintados con diferentes colores para poder distinguirlos cuando la espira gira. Aplicando la ley de Faraday, y con la ayuda de la ley de Lenz, se puede entender que en los extremos de la espira se induce una f.e.m. cuya amplitud y signo cambia según gira la espira. Lo que queda claro es que el alambre que queda a la derecha será siempre el lado positivo. Para aprovechar la fem así generada debe implementarse unos contactos móviles que conmutan automáticamente los terminales de la bobina mientras que ésta gira. Esta parte de la dinamo recibe el nombre de conmutador, y está formado por unas pistas de cobre llamadas
delgas, donde se conectan los extremos de la bobina, y las escobillas que recoge la fem de la bobina para entregarlas a los contactos externos o bornes de la dinamo.
Las bobinas de excitación y conmutación. Como cabe esperar, el campo magnético necesario para producir la electricidad en la dínamo puede obtenerse usando una bobina llamada bobina de excitación. Esta se puede alimentar de una fuente independiente o de la propia electricidad generada por la dinamo. En el último caso, para el arranque podría utilizarse una batería o bien utilizar el campo remanente del hierro. En la práctica, aparte dela bobina de excitación, se agrega otra, también fija y normalmente más pequeña, cuya función es la de evitar que el campo producido por la corriente que pasa por el inducido modifique el campo de las bobina de excitación. Esta bobina, llamada de conmutación, debe ir por lo tanto siempre conectada en serie con las bobinas del inducido. Las bobinas de excitación en cambio pueden ir conectadas en serie o paralelo y en ocasiones se construyen dinamos que tiene dos bobinas de excitación: una conectada en serie y otra en paralelo. Así pues, desde el punto de vista eléctrico las dinamos pueden representarse a través de alguno de los siguientes circuitos:
Procedimiento: Circuito implementado:
Implementar el circuito mostrado en la fig. anterior 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Energizar la fuente fija de AC. Verificar que el starter esté activado o caso contrario activar. Mantener desactivado el arrancador Y-. Arrancar en Y, para cuando llegue a su velocidad nominal de 1800 RPM cambiar a la configuración en . Energizar la fuente fija de DC en máxima resistencia y mínima corriente. Incrementar If hasta que Ea = 110V , la velocidad del motor. Se cierra S1 y se toma nuevamente la velocidad, V1, Va, I1, y la potencia W. Incrementar Ic carga en pasos de 0.5[A] hasta 4[A] y tomar los valores de Ea, torque, la velocidad ( w )
Tabla de Datos
Ea (V) 13 20 30 40 50 60 70 80 90
If (mA) 0 50 100 150 200 250 300 370 460
ω (rpm)
1800
100 110 Ic (A) 0 0,3 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Ea (V) 110 108,5 107 106,5 106 105,5 105 104,5 104
570 800 ω (rpm) 1794 1792 1780 1775 1770 1765 1760 1757 1755
τ 0,4 0,6 1 1,2 1,5 1,8 2 2,2 6
1. Realizar los gráficos de Ea=f(If) , W=f(Ic) , Ea=f(Ic).
Ea f(If) 120 100
Ea(V)
80 60 Ea f(If)
40 20 0 0
200
400
600
800
1000
If(mA)
Ea f(Ic) 111 110
Ea(V)
109 108 107 106
Ea f(Ic)
105 104 103 0
1
2
3 Ic(A)
4
5
W(rpm)
W f(Ic) 1800 1795 1790 1785 1780 1775 1770 1765 1760 1755 1750
W f(Ic)
0
1
2
3
4
5
Ic(A)
2. Realizar el análisis de los gráficos En el primer gráfico se puede observar que la tensión de armadura es directamente proporcional a la corriente de inducción, de manera no lineal, lo que quiere decir que si aumenta la tensión de armadura de igual manera los hace la corriente de inducción. En el segundo gráfico obtenido, se observa que entre la tensión de la armadura y la corriente de carga hay una relación inversamente proporcional, ya que al momento de que la tensión de armadura disminuye, la corriente de carga aumenta. En el tercer gráfico, de velocidad en función de la corriente de carga se observa, que es inversamente proporcional, al disminuir la velocidad, se observa que la corriente de carga igual aumenta.
3. ¿Qué es colector de delgas y como funciona en el Generador DC? Colector de delgas: Es un anillo de láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas. El inducido suele tener muchas más espiras y el anillo colector está dividido en un mayor número de partes o delgas, aisladas entre sí, formando lo que se denomina el colector. Las escobillas son de grafito o carbón puro montado sobre porta escobillas que mediante un resorte aseguran un buen contacto.
El colector de delgas también se lo puede definir de la siguiente manera es un conjunto de delgas colocadas un al lado de otra formando una pieza redonda. Las delgas están todas aisladas entre si mediante un material llamado mica. El devanado sirve tanto para generadores y motores como el circuito eléctrico inducido. Se crea una corriente perpendicular en cada una y se forma un positivo y negativo, en la línea neutra no se crea ningún S ni N. Funcionamiento de Generadores de corriente continua Si una armadura gira entre dos polos de campo fijos, la corriente en la armadura se mueve en una dirección durante la mitad de cada revolución, y en la otra dirección durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en una dirección, o continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 V. En algunas máquinas más modernas esta inversión se realiza usando aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo rectificadores de diodo. Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo magnético a través del cual se esté moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prácticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o más polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más pequeños para compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la armadura en el flujo eléctrico del campo. Los generadores de corriente continua se clasifican según el método que usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del mismo. Un generador de excitado
en serie tiene su campo en serie respecto a la armadura. Un generador de excitado en derivación, tiene su campo conectado en paralelo a la armadura. Un generador de excitado combinado tiene parte de sus campos conectados en serie y parte en paralelo. Los dos últimos tipos de generadores tienen la ventaja de suministrar un voltaje relativamente constante, bajo cargas eléctricas variables. El de excitado en serie se usa sobre todo para suministrar una corriente constante a voltaje variable. Un magneto es un generador pequeño de corriente continua con un campo magnético permanente.
4. Calcular el deslizamiento y la eficiencia.
S
n1 n2 * 100 % n1: velocidad del estator, n2: velocidad del rotor. n1
S
(1800 1794 )rpm *100 % 0.33 % 1800 rpm
La eficiencia de cualquier maquina se define como:
Pout *100% Pin
La potencia de salida está dado por:
Pout T W 0.4 *1794 717.6[W ]
La potencia de entrada es:
Pin 3 * Ea * I 3 * 110 * 4.5 857 .36[W ]
717 .6[W ] *100 % 83 .7% 857 .36[W ]
n1
n2
Deslizamiento
Pout(W)
Pin(W)
Eficiencia
1800
1794 0.33
717.6
857.36
0.8
1800
1792 0.44
1075.2
841.77
0.6
1800
1780 1.1
1780
833.98
1.9
1800
1775 1.38
2130
826.19
2.3
1800
1770 1.66
2655
826.19
3.1
1800
1765 1.94
3177
818.39
3.7
1800
1760 2.2
3520
818.39
4.2
1800
1759 2.27
3869.8
810.6
4.6
1800
1755 2.5
4387.5
806.7
11
Conclusiones:
Los generadores de corriente continua son máquinas que producen energía eléctrica por transformación de la energía mecánica.
Cuando se trabaja con máquinas asincrónicas siempre habrá deslizamiento, ya que el campo magnético giratorio tiene diferente velocidad que el rotor.
Los generadores pueden trabajar en diferentes sentidos de giro lo que les permite trabajar en diferentes tipos de aplicaciones, como generar DC, y según la dirección y velocidad de giro, da la polaridad al voltaje generado.
El flujo Magnético es directamente proporcional al Flujo de la Armadura.
En un motor de Inducción es necesario implementar un sistema en el que se cambie de Y a puesto que en primera instancia se debe arrancar el motor con pocas revoluciones, esta condición se logra al arrancar en Y. Una vez que ha alcancé la velocidad necesaria se cambia a para que trabaje a la potencia nominal. En términos generales los generadores son maquinas eléctricas, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.
Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos.
Bibliografía:
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_alterna Stephen Chapman “Máquinas Eléctricas” Kotzenko – Piotrovski, Máquinas Eléctricas http://webpages.ull.es/users/mmateo/electrotecnia/2008-09/APUNTET6.pdf
