LABORATORIO N°07 “EL GENERADOR DC” CARRERA
: TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
CICLO
: III
SECCIÓN
: “A”
DOCENTE
: PEDRO PABLO BENITES JARASARMIENTO JARA SARMIENTO
CURSO
: TRANSFORMADORES Y MAQUINAAS DC.
ALUMNO
: CASTAÑEDA CASTILLO WINSTON E.
FECHA DE ENTREGA: 25/11/2017
TRUJILLO - PERÚ 2017 – II
I.
INTRODUCCIÓN:
En todos los ámbitos de la vida moderna podemos encontrar hoy en día muchos dispositivos y equipos que emplean motores eléctricos de diversos modelos, tamaños y potencias para realizar un determinado trabajo. Todos ellos, sin excepción, funcionan con corriente alterna (C.A.), o de lo contrario con corriente directa (C.D.), conocida también como corriente continua (C.C.). Sin embargo, la mayoría de los dispositivos y equipos que requieren poca potencia para poner en funcionamiento sus mecanismos emplean solamente motores de corriente directa de pequeño tamaño, que utilizan como fuente suministradora de corriente eléctrica o fuerza electromotriz (F.E.M.) pilas, batería, o un convertidor de corriente alterna en directa. Una máquina de corriente continua puede funcionar ya sea como motor o como generador. El motor convierte la potencia eléctrica en potencia mecánica, en tanto el generador transforma la potencia mecánica en eléctrica. Por lo tanto el generador debe ser impulsado mecánicamente a fin de que produzca electricidad. Puesto que el campo es un electro imán, 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 de excitación en 2 formas: Puede provenir de una fuente externa independiente de corriente continua, en cuyo caso el generador se clasifica como generador con excitación independiente de corriente continua o puede provenir de la propia salida del generador, en cuyo caso se denomina generador con autoexcitación.
“EL GENERADOR DC”
II.
OBJETIVOS:
2.1. OBJETIVO GENERAL:
Estudiar las propiedades del generador de corriente continua en derivación con excitación in dependiente, en condiciones de vacío y de plena carga.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Comprender la conexión del motor Jaula de ardilla y cómo es que le transmite movimiento al generador. Obtener la curva de saturación del generador. Obtener la curva del voltaje de armadura en función de la corriente de armadura del generador.
III.
FUNDAMENTO TEÓRICO:
3.1. GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA: Los generadores de corriente continua son máquinas que producen tensión. Su funcionamiento se reduce siempre al principio de la bobina giratorio dentro de un campo magnético. Si una armadura gira entre dos polos magnéticos fijos, la corriente en la armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revolución, y en el otro sentido durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o corriente 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 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.
Figura 1: Motor/Generador DC
Los generadores de corriente continua funcionan parecido a los motores de corriente continua. En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a los generadores. De hecho podrían describirse como generadores que funcionan al revés. Los generadores son máquinas que convierten la energía mecánica en eléctrica se le denomina también alternador o dínamo. Su funcionamiento constituye una aplicación directa de la ley de inducción de Faraday. En forma esquemática, el generador está construido 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. Para aprovechar la fem así generada debe implementarse unos contactos móviles que conmutan automáticamente los terminales dela bobina mientras que ésta gira. Esta parte del generador 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 f.e.m. de la bobina para entregarlas a los contactos externos o bornes del generador. 3.2. MOTOR JAULA DE ARDILLA: Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje.
IV.
EQUIPOS Y MATERIALES:
Cantidad 01 01 01 03 Varios 01
Descripción Fuente de alimentación variable Motor/generador DC Tacómetro Multímetro digital Conductores de conexión Tarjeta de adquisición de datos
Marca Modelo LabVolt 8821-27 Lab – Volt 6211 - 07 Fluke S/M Lab - Volt
115 bananas 6063
V.
PROCEDIMIENTO:
5.1.
Realizar los siguientes pasos. Conecte el circuito de la figura 1. Acople el motor al eje del generador por medio de la banda. Pídale al profesor que revise su circuito.
Observación Buen estado Buen estado Buen estado Buen estado Buen estado Buen estado
Figura 1
Conecte la fuente de alimentación. El motor debe comenzar a funcionar. Haga variar la corriente del campo en derivación IF, haciendo girar la perilla de control de voltaje de la fuente de alimentación. Observe el efecto en la salida del generador (voltaje de armadura E A según lo indica el voltímetro dc). Mida el voltaje y anote en la tabla 1, el voltaje de armadura EA para cada una de las corrientes de campo que aparecen en ella. IF (mA)
E A (V)
0
20.12 (valor por remanencia)
50
87.75
100
157.3
150
221.2
200
277.3
250
317.2
300
348.3
350
370.1
400
387.1
Tabla 1
Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. ¿Explique porque se tiene un voltaje de armadura a pesar de que la corriente de campo era cero? Por el capo remanente interno que existe. Debido a la remanencia. Invierta la polaridad del campo en derivación intercambiando los cables a las terminales 5 y 6 del generador DC. Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo I F a 300mA dc. ¿Se invirtió el voltaje de armadura? Si. El voltaje varía una pequeña cantidad (Despreciable) (345 V). Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. Intercambie los cables del voltímetro. Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo I F a 300mA dc. Mida y anote el voltaje de armadura. EA = 351 V. dc ¿Tienen aproximadamente el mismo valor el voltaje de armadura y el que se obtuvo en el proceso del paso 2 (a una I F a 300mA dc), excepto que sus polaridades inversas? Prácticamente sí. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuerza de alimentación. Invierta la rotación del motor propulsor. (La línea 1 a la 2 y la 2 a la 1). Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo a 300mAdc. ¿Se invirtió la polaridad del voltaje de armadura? Si. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuerza de alimentación. Intercambie los cables del voltímetro. Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo I F a 300mA dc. Mida y anote el voltaje de armadura. E A = 329.5 Vdc ¿Tienen aproximadamente el mismo valor el voltaje de armadura y el que se obtuvo en el proceso del paso 2 (a una I F a 300mA dc), excepto que sus polaridades inversas? Si. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuerza de alimentación.
ACTIVIDADES 1. Indique dos formas en que se puede cambiar la polaridad de salida de un generador de CC en derivación.
Intercambiando los terminales de la línea 1 y 2. Intercambiando los cables a los terminales 5 y 6 del generador.
2. Si un generador de CC suministra 180W a una carga, ¿Cuál es el valor mínimo de los hp necesarios para impulsar este generador, suponiendo una eficiencia del 100%? 180 W / 746 = 0.241 HP:
3. Con los datos de la tabla 1 grafique E A en función de I F del generador CC en derivación. Observe la tendencia y explique.
EA(V) VS IF(mA) 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0
100
200
300
400
Esta gráfica, nos muestra el comportamiento del voltaje, respecto de la corriente; es decir que el voltaje de salida está en función de la corriente que se le inyecta. Dicho de otra manera, a medida que la corriente aumente, el voltaje lo hará de una forma directamente proporcional.
500
VI.
CONCLUSIONES:
Luego de acoplar el motor jaula ardilla al eje del generador por medio de una banda y realizar las correspondientes conexiones, el motor comienza a funcionar y cuando la corriente del campo en derivación es cero se pudo observar que el voltaje en la armadura es de 20.12 V. Este valor que se puede apreciar es debido a la remanencia del equipo (entendiendo como remanencia magnética a la capacidad de un material para retener el magnetismo que le ha sido inducido). Luego se conectó un foco de 60W y 220V, en el cual se notó que el voltaje de remanencia cayó a 8.542 V, concluyendo que el campo es muy pequeño para que el foco pueda encenderse, por lo que se fue regulando el voltaje de la fuente hasta lograr encender el foco (aproximadamente 50 V). El motor jaula de ardilla es el que genera el flujo en el campo en derivación, haciendo que el rotor se mueva, generando tensión en el mismo. Se logró comprobar que si varío el voltaje, es decir lo aumento, la fuerza magnetomotriz va a aumentar debido a que la corriente aumenta, por lo que la densidad de flujo también aumentará logrando que el voltaje en la armadura o rotor aumente. Pero en el caso de mantener un voltaje fijo; es decir un flujo inicial constante, para poder aumentar el voltaje en el rotor, solo me quedaría variar la velocidad de este. Al aumentar el voltaje a la fuente, la corriente aumenta, por lo tanto la fuerza magnetomotriz crecerá del mismo modo que lo hará el flujo, provocando que la tensión de salida aumente; sin embargo, al conectarle carga habrá una pequeña caída por característica que tiene todo equipo, pero que no es tan significativa. Todo esto se dará siempre y cuando la velocidad del motor jaula de ardilla se mantenga constante. Se notó que la fuerza magnetomotriz depende de la corriente, puesto que el número de vueltas es un valor ya establecido. Se concluye que la conexión de un motor jaula ardilla se realiza en estrella, porque la tensión de la red es de 380 V y el voltaje nominal que puede soportar el equipo es de 220V. Sabiendo esto, por conocimiento del curso sabemos que en una conexión estrella, 38 = = el voltaje de fase es igual al voltaje de línea entre raíz de 3. Es decir = √ 3 √ 3
220. En caso de conectarlo en triángulo, el equipo se dañaría al recibir más tensión de
la que puede soportar. En definitiva, este laboratorio sirvió para comprender las propiedades del generador de corriente continua en derivación con excitación e independiente, tanto en condiciones
de vacío y de plena carga, y poder analizar qué sucede en ambos casos y generar interrogantes válidas, que con ayuda del docente y el pensar personal se pueda llegar a conclusiones finales y de esta manera lograr enriquecer el conocimiento.
VII.
RECOMENDACIONES:
Utilizar los Epps correspondientes para el laboratorio. Realizar las pruebas de continuidad a todos los cables bananos para estar seguros que con la conexión correcta, todo funcionará como debe de ser. Se debe tener en cuenta los valores nominales de los equipos a utilizar, para que al momento de realizar las conexiones correspondientes y posterior energización, estos no sufran daños. En este laboratorio se trabajará con tensiones peligrosas, por ello evitar modificar o realizar otra conexión que no sea la indicada, salvo que el profesor a cargo lo autorice. Antes de energizar, solicitar la autorización del profesor. Ante cualquier caída del sistema eléctrico, mantener la calma y analizar de dónde proviene la falla.
VIII.
ANEXOS:
Fig 1. Esquema de conexión del circuito general.
