OBJETIVOS
Estudiar las propiedades del generador de c-d e n derivación con excitación independiente, en condiciones de vacío y de plena carga.
Obtener la curva de saturación del gener ador.
Obtener la curva del voltaje de armadura en función de la corriente de armadura del generador.
INTRODUCCIÓN Los generadores de CD o dinamos convierten una energía mecánica de entrada de energía eléctrica y de salida en forma de corriente continua. En la actualidad, estos generadores han caído en desuso y han sido sustituidos por rectificadores, generalmente de silicio, que transforman CA, de la red en CD, en forma estática y con mayor rendimiento. Conviene, sin embargo, analizar el funcionamiento básico de las dinamos. Desde el punto de vista de circuito eléctrico, las máquinas de CD, constan de un inductor o excitación, colocado en el estator, y de un inducido giratorio provisto de colocar delgas. L a representación de ambos devanados es la indicada. El devanado de excitación ésta formado por los arrollamientos de todos los polos conectados en serie, a los que se aplica una tensión de alimentación de CD, que produce una corriente de circulación, que da lugar a una fem que origina el flujo, en el entrehierro de la máquina. El inducido gira dentro del campo magnético del inductor y general, merced a la combinación colectorescobillas. Al conectar una carga eléctrica exterior aparece una corriente de circulación que provoca una caída de tensión en el inducido, que se debe en parte a la resistencia propia de este devanado, y en parte a la resistencia que presentan los contactos escobillas-colector. Si se denomina la aplicación de las leyes de Kirchhoff al circuito del inducido, se obtiene la siguiente ecuación:
Donde V indica la tensión terminal en bornes de la máquina. En esta ecuación se ha supuesto despreciable la posible acción desmagnetizate del inducido sobre el inductor. Cuando se considera esta acción, se suele expresar como tanto por ciento de reducción en la fem de excitación, o su equivalente en caída de tensión del inducido. En el caso de que la máquina posea polos auxiliares que anulen la reacción del inducido. Para determinar el proceso de transformación de energía mecánica en eléctrica en un generador de CD se va a considerar el esquema de la siguiente figura:
Las propiedades de los generadores se analizan con la ayuda de las características que establecen la dependencia entre las magnitudes principales que determinan el funcionamiento de la máquina. Cada uno de los principales tipos de excitación: serie, independiente, derivación y compuesto, impune a la máquina características de funcionamiento distintas, que determinan la clase de servicio al que se adapta cada una de ellas. Estas características quedan perfectamente reflejadas por medio de gráficos, destacando las siguientes:
Características de vacío: que representan la relación entre la fem generada por el dinamo y la corriente de excitación, cuando la máquina funciona en vacío; es decir, e l inducido no alimenta ninguna carga.
Característica de carga: que representa la relación entre la tensión terminal y la corriente de excitación para una intensidad de carga constante. En particular, cuando la corriente es igual a cero se obtiene la curva de vacío.
Característica externa: que representa la tensión en bornes en función de la corriente de carga, para una intensidad de excitación constante.
Características de regulación: que representa la relación entre la corriente de excitación y la corriente de carga, para una tensión en bornes constantes.
INSTRUMENTOS Y EQUIPO
Módulo de fuente de alimentación (120/208V, 3ǿ, 120V c -d, 0-120V c-d)
Módulo de medición de c-d (200V, 500mA, 2.5)
Módulo de medición de c-a (2.5/ 2.5/ 2.5A)
Módulo motor/ generador de c-d
Módulo motor / generador síncrono
Módulo de resistencia
Cables de conexión
Banda
PROCEDIMIENTOS 1.- Puesto que se requiere una velocidad constante de funcionamiento, se usará el motor síncrono para impulsar mecánicamente el generador de c-d. Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 27-1, utilizando los Módulos EMS de fuente de alimentación, medición de c-a y moto r síncrono.
2.- Las terminales 1,2 y 3 de la fuente de alimentación proporcionan la potencia trifásica fija a los tres devanados del estator. Las terminales 8 y N de la fuente de alimentación proporcionan la potencia fija de c-d para el devanado del rotor. Ajuste la perilla de control del reóstato a la posición apropiada para una excitación normal.
3.a) Conecte el circuito que aparece en la figura 27-2 con los Módulos EMS motor/ generador y de medición de c-d.
b) Conecte el campo en derivación del generador, terminales 5 y 6, a la salida variable de c-d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N, en tanto que el medidor de 500mA se conecta en serie con el cable positivo.
c) Conecte el medidor de 200V c-d a la salida del generador (terminales 1 y 2 de la armadura). d) Acople el motor síncrono y el gener ador de c-d por medio de la banda. e) Cerciórese de que las escobillas están en la posición neutra. f) Pídele al maestro que revise su cir cuito.
4.a) Conecte la fuente de alimentación. El motor síncrono debe c omenzar a funcionar. b) Si el motor síncrono tiene el interruptor S, ciérrelo al llegar a este paso. c) Haga variar la corriente de campo en derivación I F, haciendo girar la perilla de control del voltaje de la fuente de alimentación. Observe el efecto en la salida del generador (voltaje de armadura EA según lo indica el medidor de 200V c-d).
d) Mida y anote en la Tabla 27-1, el voltaje de armadura EA para cada una de las corrientes de campo que aparece en ella.
If(mA)
Ea(volts)
0
9.56
70
9.629
100
35.02
150
42.68
200
82.52
250
105.81
300
115.75
350
136.56
400
150.9
e) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. f) ¿Puede explicar por qué se tiene un voltaje de armadura a pesar de que la corriente de campo sea cero?
Porque al funcionar esta máquina como motor, origina un leve voltaje al cual se le llama voltaje de remanencia.
5.a) Invierta la polaridad del campo en derivación intercambiando los cables a las term inales 5 y 6 del generador de c-d. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo IF a 300mA c-d. c) ¿Se invirtió el voltaje de armadura? Si
d) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. 6.a) Intercambie los cables del medidor de 200V c-d. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo IF a 300mA c-d. c) Mida y anote el voltaje de armadura. EA= -108.57 V CD. d) ¿Tienen aproximadamente el mismo valor el voltaje de armadura y e l que se obtuvo en el procedimiento 4 (a una IF de 300mA), excepto que sus polaridades son inversas? e) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.
7.a) Invierta la rotación del motor propulsor intercambiando dos de las conexiones del e stator (terminales 1, 2 ó 3) que van al motor síncrono. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo a 300mA c-d.
c) ¿Se invirtió la polaridad de armadura? Si d) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. 8.a) Intercambie los cables del medidor de 200V c-d. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste la corriente de campo IF a 300mA c-d. c) Mida y anote el voltaje de armadura. EA= -116.6 Volts CD d) ¿Tiene aproximadamente el mismo valor el voltaje de armadura y e l del procedimiento 4 (a una IF de 300mA) excepto que sus polaridades son inversas? Sí, aproximadamente. e) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. 9.- Conecte el circuito que se ilustra el la Figura 27-3, utilizando el Módulo EMS de resistencia. Coloque los interruptores de resistencia de tal modo que la resistencia total de carga sea 120 ohms. (Consulte la tabla que aparece en la parte final del manual).
10.a) Conecte la fuente de alimentación. El motor síncrono debe empezar a girar.
b) Ajuste la corriente de campo en derivación IF, Hasta que el generador proporcione un voltaje de salida de 120V c-d. El amperímetro I A debe indicar 1 ampere c-d.
c) Anote la corriente de campo en derivación IF. IF= 470 mAmp Esta es la IF nominal a la potencia nominal de salida (120V x 1A= 120W) del g enerador de c-d.
11.a) Ajuste la resistencia de carga tantas veces cuantas se requieran para obtener cada uno de los valores que aparecen en la Tabla 27-2, en tanto que mantenga el valor nominal IF que encontró en el procedimiento 10. b) Mida y anoté EA e IA para cada uno de los valores de resistencia indicados en la tabla.
12.-
R(ohms)
Ia(A)
Ea(V)
POTENCIA(W)
∞ 600 300 200 150 120 100 80 75
0.15 0.37 0.62 0.8 1 1.15 1.3 1.49 1.78
136.25 133.21 130 126.8 120 116.71 113.25 108 105.8
20.44 49.29 80.60 101.44 120.00 134.22 147.23 160.92 188.32
a) Con la resistencia de carga ajustada a una corriente de salida IA de 1.5A, conecte y desconecte la corriente de campo IF, mediante el cable de conexión de la terminal 6 del generador de c-d. b) ¿Nota que el motor propulsor funcionan con mayor dificultad cuando el generador entrega potencia a la carga?
Sí, pero es notorio el esfuerzo que se tiene en el motor propulsor. c) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. 13.a) Calcule y anote la potencia para cada uno de los valores indicados en la Tabla 27-2. 14.a) Conecte en cortocircuito total la armadura (Terminales 1 y 2). b) Verifique la posición de la perilla de control de voltaje en la fuente de alimentación; debe ser tal que se obtenga una corriente de campo igual a cero. c) Conecte la fuente de alimentación.
d) Incremente gradualmente la corriente de campo IF hasta que el motor se pare. e) ¿Cuál es el valor de la corriente campo en derivación IF que se requiere para parar el motor? IF= 700mA f) desconecte la fuente de alimentación.
PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1.- Indique dos formas en que se puede cambiar la polaridad de salida de un generador de c-d en derivación. Intercambiando las terminales de la armadura.
2.- Si un generador de c-d suministra 180W a una carga, ¿cuál es el valor mínimo de los hp necesarios para impulsar este generador (suponiendo una eficiencia del 100%?) Si se tiene una eficiencia del 100 %:
( )
( ) ( )
3.- Dibuje la curva característica de EA en función de IF del generador de c-d en derivación. Utilice los datos de la Tabla 27-1. Observe que la característica “se dobla” al aumentar la corriente de campo. ¿Puede explicar por qué sucede esto?
Por qué el flujo magnético es proporcional a la corriente de excitación en este caso la del campo por tanto el hierro del campo y la armadura comienzan a saturarse al aumentar la corriente de armadura aumenta el voltaje generado Ea.
If - Ea 160 140 120 ) 100 s t l o V 80 ( a E 60
40 20 0 0
100
200
300
400
500
If (mili ampers)
4.- Trace la gráfica de la característica de carga EA en función de IA. Use los datos obtenidos en la Tabla 27-2.
Ia - Ea 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0
0.5
1
1.5
2
5.- Calcule la regulación de voltaje de la condición de vacío a la de carga plena (1.0A c-d).
CONCLUSIONES En esta práctica pudimos observar cómo se puede diferenciar entre un motor y generador de corriente directa, desde el punto de vista de un generador para que este pueda funcionar necesita un arranque mediante el motor de CD, esto para poder generar la corriente que sale de este directamente a un banco de capacitores donde guardar la energía o directamente a una línea principal para alimentar a determinados aparatos eléctricos u otros usos. El generador a diferencia del motor no recibe corriente en las escobillas sino que de las escobillas envía la corriente generada en los de vanados. Ahora los usos de los generadores tienen mucha importancia ya que a partir de esto se puede enviar y transmitir esta energía eléctrica a todas partes en donde se necesite. Cada generador puede obtener su energía a partir de diferentes métodos, por ejemplo el uso de vapor, agua o movimiento giratorio.
BIBLIOGRAFÍA Máquinas eléctricas; Jesús Fraile Mora; Quinta Edición; Mc Graw Hill. Máquinas Eléctricas Rotativas y Transformadores; Donald V. Richardson; Cuarta Edición; Prentice Hall Hispanoamérica. Máquinas Eléctricas y Transformadores; Irving Kosow; Primera Edición; Editorial Reverte
