Conversion Practica 4

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUEL ESCUELA A SUPER SUPERIOR IOR DE INGEN INGENIER IER A MEC MEC NICA Y ELÉCTRICA ESIME ZACATENCO LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRICA CONVERSION DE LA ENERGIA I PRÁCTICA NO. 7 DE LAS MAQUINAS DE CC COMO GENERADOR”

“CURBAS CARACTERISTI CAS

NOMBRE DEL ALUMNO: ALVAREZ SALINAS JAVIER NUMERO DE BOLETA 2011250004

GRUPO

4EV4

FIRMA________________

EQUIPO 1

FECHA DE INICIO 22/05/218 FECHA DE TERMINO 29/05/218 FECHA DE ENTREGA 05/06/2018 PROFESOR TITULAR BALTAZAR HERNANDEZ GUILLERMO FERNANDO PROFESOR ADJUNTO FIDEL RODRIGUES ROBERTO CALIFICACION _________________________________

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2

Contenido 1.0 Objetico ......................................................................................................................................... 4 2.0 Descripción de la practica ............................................................................................................. 5 3.0 Datos de placas y características de maquina ............................................................................... 7 4.0 Introducción teórica ...................................................................................................................... 8 4.1 Maquinas eléctricas....................................................................................................................... 8 4.2 Motor en serie ............................................................................................................................... 8 4.3 Motor derivado o shunt .............................................................................................................. 10 4.4 Motor compuesto o mixto .......................................................................................................... 10 4.5 Reóstato de campo ..................................................................................................................... 12 4.6 Curvas características de generadores de CC ............................................................................. 12 5.0

Datos obtenidos .................................................................................................................... 14

6.0 Graficas ........................................................................................................................................ 17 6.0 Diagrama físico ............................................................................................................................ 18 7.0 Diagrama Eléctricos ..................................................................................................................... 19 8.0 Hoja de observaciones ................................................................................................................ 20 9.0 Conclusiones................................................................................................................................ 21 10.0 Bibliografía ................................................................................................................................ 21

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1.0 Objetico Determinar la característica de carga en un generador de excitación separada y auto excitada, de un generador serie, de un generador mixta larga y mixta corta, para observar su curva característica.

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2.0 Descripción de la practica 1. se pidió el material necesario para realizar la práctica 2. Se utilizó conductor eléctrico calibre #12 AWG para realizar las conexiones que se nos proporcionó . 3. Estos diagramas corresponden a la maquina shunt (excitación separada y auto excitada), serie y mixta (larga y corta) 4. Para las mediciones se deben de realizar en un punto en especial para obtener las correctas mediciones y así llenar las tablas pedidas. 5. También deben tomarse las medidas mencionadas por el profesor con respecto al número de conexiones existentes en nuestros instrumentos de medición.

5



Conexión de maquina derivada excitación separada



Conexión de maquina derivada auto excitada



Conexión de maquina serie



Conexión de maquina mixta larga



6

Conexión de maquina mixta corta

3.0 Datos de placas y características de maquina

SERIE Moteur Generatrice Protection Innducteurs Induit

SHUNT Moteur Generatrice Protection Innducteurs Induit

MIXTA Moteur Generatrice Protection Innducteurs Induit

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MOTEURS LEROY ANGOULEME (FRANCE) MACHINE Á COURANT CONTINU Type C132 N°48410 Excitation Vtm Pkw Cmk 1500 3 PROT

Service

S1 A Classe E Classe E

V 220 V

15 A

MOTEURS LEROY ANGOULEME (FRANCE) MACHINE Á COURANT CONTINU Type C132 N°50480 Excitation Vtm Pkw Cmk 1500 PROT

3 Service V

220 V

S1 0.8 A Classe E 14 A Classe E

MOTEURS LEROY ANGOULEME (FRANCE) MACHINE Á COURANT CONTINU Type C132 N°48620 Excitation Vtm Pkw Cmk 1500 PROT

2.25 Service V

220 V

0.6 10

S1 A Classe E A Classe E

4.0 Introducción teórica 4.1 Maquinas eléctricas Una máquina eléctrica es un dispositivo que puede convertir energía mecánica en energía eléctrica o energía eléctrica en energía mecánica. Cuando este dispositivo se utiliza para convertir energía mecánica en energía eléctrica se denomina generador, y cuando convierte energía eléctrica en energía mecánica se llama motor. Puesto que puede convertir energía eléctrica en mecánica o viceversa, una máquina eléctrica se puede utilizar como generador o como motor. Casi todos los motores y generadores útiles convierten la energía de una a otra forma a través de la acción de campos magnéticos. En este libro sólo se consideran las máquinas que utilizan campos magnéticos para tales conversiones. Los motores de cc se utilizan como motores y los generadores de cc se usan como generadores. La misma máquina puede operar físicamente como motor o como generador; sólo es una cuestión de la dirección del flujo de potencia que circule a través de ella.  







En las máquinas de c.c. el inductor está en el estator, que es de polos salientes, y el inducido está en el rotor. Ambos devanados se conectan a tensiones continuas, pero el devanado inducido recibe su tensión a través de un colector de delgas, por lo que la corriente que circula  por él es alterna (aunque no sinusoidal). En estas máquinas el núcleo magnético del rotor se construye apilando chapas magnéticas; pues al girar se ve sometido a un campo magnético variable y, en consecuencia, tiene pérdidas magnéticas. El circuito magnético del estator puede ser de hierro macizo, pues está sometido a un campo magnético constante por lo que carece de pérdidas magnéticas. Aún así, a veces los polos se construyen apilando chapas magnéticas. Cuando actúa como generador, en el inducido se generan corrientes alternas que son rectificadas por el colector de delgas, por lo que se suministra tensión continua al exterior. Cuando actúa como motor la interacción del campo magnético inductor con las corrientes alternas que circulan por el devanado del rotor produce el giro de éste.

4.2 Motor en serie Se designa así al motor de corriente continua cuya bobina de campo (inductor) está conectada en serie con la bobina de armadura (inducido). Al igual que en los generadores serie, las  bobinas de campo son construidas de pocas espiras y con conductor de gran sección. Este motor se caracteriza por su par de arranque elevado, ya que el par de esta máquina es directamente proporcional a la corriente de armadura al cuadrado. El problema que tiene esta máquina es que si se deja en vacío en condiciones nominales, presenta el peligro de embalarse debido al reducido valor del flujo de campo que depende de la corriente de campo. Recordando que la corriente de campo es igual que la corriente de armadura por estar conectados en serie, como la máquina se encuentra en vacío la corriente de armadura es  prácticamente cero. En consecuencia, la velocidad del motor depende totalmente de la 8

corriente de campo, por lo tanto la velocidad es baja cuando la carga es pesada y alta con cargas ligeras. El circuito equivalente de este motor se encuentra representado en la figura 2.3, en donde se puede ver que las ecuaciones de la máquina son

en donde Vt es el voltaje en las terminales, Ea es el voltaje de armadura, R a y R s  son las resistencias de armadura y serie, respectivamente, e Ia e Is son las corrientes de armadura y serie. El voltaje en las terminales de la armadura también se puede calcular a partir de

en donde k es una constante que depende de la construcción de la máquina, f es el flujo del devanado de campo serie dado en webers y w es la velocidad angular de la máquina    en rad/seg. El par que entrega la máquina entre sus terminales está dado por

en donde t es el par que proporciona la máquina en N-m y la I a es la corriente de la armadura En la figura 2.3 se pueden ver las bobinas La y Ls de forma ficticia, ya que como se sabe una bobina alimentada con una fuente de corriente directa se comporta como un cortocircuito en estado permanente creando un campo magnético fijo.

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4.3 Motor derivado o shunt El motor de c.c. en derivado es diferente del motor de serie ya que el devanado inductor está conectado en paralelo con la armadura. Puesto que el devanado inductor se conecta en paralelo al devanado del inducido, a este tipo de máquinas se le conoce como motor con excitaci ón en paralelo, o simplemente motor paralelo. Un motor en paralelo o en derivación tiene características diferentes en construcción al motor serie, ya que la bobina de campo en derivación está devanada con alambre de calibre delgado y muchas vueltas para generar un campo lo suficientemente fuerte para mantener la velocidad de esta máquina prácticamente constante. Esto significa que el motor tiene un par de arranque menor que el motor serie, pero es más estable con respecto a su velocidad de operación. Las ecuaciones que rigen a este tipo de máquina se pueden obtener a partir del circuito equivalente mostrado en la figura 2.5.

en donde V es el voltaje en las terminales de la máquina, E a  es el voltaje en las terminales de la armadura, Ia es la corriente en la armadura, Ra es la resistencia de armadura y V p es el voltaje de en paralelo o voltaje de campo paralelo. Las ecuaciones 2.2 y 2.3 se aplican de la misma forma a este tipo de máquina.

4.4 Motor compuesto o mixto Un motor compuesto combina las características de los motores serie y paralelo, ya que esta máquina tiene un devanado de campo serie y un devanado de campo paralelo. Dependiendo de la conexión de estos devanados, estas máquinas pueden clasificarse como: motor compuesto largo o motor compuesto corto, y éstas a su vez pueden ser aditivas o sustractivas. Cuando el devanado de campo serie se conecta en serie con la armadura se conoce como motor compuesto largo, cuando el devanado de campo serie se conecta en serie con la línea se le conoce como motor compuesto corto. Dependiendo de las marcas de la polaridad de las  bobinas de excitación serie y paralelo, se clasifican como aditivas y sustractivas. Si la 10

dirección de las corrientes en las bobinas serie y paralelo entran o salen por las marcas de  polaridad a esta máquina se le conoce como motor compuesto (largo o corto) aditivo, si la corriente en uno de los devanados entra por el signo de polaridad y en el otro devanado el sentido de la corriente sale por el signo de polaridad al motor se le conoce como motor compuesto (largo o corto) sustractivo. En la figura 2.7 se muestra el circuito equivalente del motor compuesto largo y corto. En esta máquina se debe de tener cuidado con la conexión respetando las marcas de polaridad, ya que si se conecta con la polaridad de los (*) los flujos internos de la máquina se suman (aditivo), y si se conectan con la polaridad de los (^) los flujo internos se restan (sustractivo).

A partir del circuito equivalente de la figura 2.7a se pueden obtener las ecuaciones del motor compuesto:

y a partir de la figura 2.7b se pueden obtener las ecuaciones

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en donde Vt es el voltaje en las terminales de la máquina, E a es el voltaje en las terminales de la armadura, Ra, Rs, Rp  respectivamente son las resistencias de armadura, serie y paralelo, V p  es el voltaje de campo paralelo, Ia es la corriente de armadura e I p es la corriente de campo paralelo.

4.5 Reóstato de campo El reostato o reóstato es una de las dos funciones eléctricas del dispositivo denominado resistencia variable, resistor variable o ajustable. La función reóstato consiste en la regulación de la intensidad de corriente a través de la carga, de forma que se controla la cantidad de energía que fluye hacia la misma; se puede realizar de dos maneras equivalentes: La primera conectando el cursor de la resistencia variable a la carga con uno de los extremos al terminal de la fuente; la segunda, conectando el cursor a uno de los extremos de la resistencia variable y a la carga y el otro a un borne de la fuente de energía eléctrica, es decir, en una topología, con la carga, de circuito conexión serie.

4.6 Curvas características de generadores de CC El comportamiento de una maquina CC que opera como generador, se puede entender mejor analizando tres curvas características: la de carga, la externa y la de regulación. La característica de carga de un generador CC nos muestra el comportamiento de la tensión en los bornes del inducido, en función de la corriente de excitación [  =  ()]; para una corriente de armadura constante y una velocidad constante. La corriente de excitación es la que circula por el devanado de campo y se utiliza para producir el flujo que, junto con el movimiento, se requiere para inducir tensión en el devanado de armadura. En el laboratorio, el movimiento necesario proviene de un motor DC autoexcitado Shunt, que se acopla al eje del generador bajo prueba. Entonces, la velocidad del generador se controlar regulando la corriente de excitación del motor Shunt. Para arrancar el motor la resistencia de arranque (resistencia variable), conectada en serie con la armadura, debe estar al máximo; mientras que la resistencia variable que permite regular la corriente de excitación, debe estar al 12

mínimo. Para obtener la característica de carga se lleva el generador a la velocidad nominal y se excita hasta alcanzar una tensión de entre el 30% y el 50% de la tensión nominal. Se coloca carga hasta llegar a la corriente de armadura para la cual se va a determinar la curva característica. Tener en cuenta que cuando se coloca carga al generador, este produce un par resistente que hace que la velocidad disminuya. Entonces, a medida que se coloca carga se va controlando la velocidad para que se mantenga constante. Con el generador a la velocidad nominal y a la corriente para la cual se va a determinar la característica de carga, se toman las lecturas de corriente de excitación y tensión en los bornes del inducido. Para obtener la característica externa se lleva el generador a velocidad nominal y se excita hasta alcanzar en vacío la tensión que será el punto de partida de la característica. Se toma la lectura de corriente de excitación y tensión en los bornes del inducid. La corriente de armadura debe ser cero. A partir de ese punto inicial, simplemente se va aumentando la carga del generador, se controla la velocidad, se verifica que la corriente de excitación del generador permanezca constante y se toman las lecturas de tensión en el inducido y la corriente de armadura; para obtener otros puntos de la característica. La característica de regulación de un generador CC nos muestra el comportamiento de la corriente de excitación en función de la corriente de armadura [ =  ()]; para una tensión en bornes del inducido constante y una velocidad constante. Para obtener la característica de regulación se lleva el generador a la velocidad nominal y se excita hasta alcanzar en vacío la tensión para la cual se va a determinar la característica. Se toma la lectura de corriente de excitación y tensión en bornes del inducido. La corriente de armadura debe ser cero. A partir de ese punto inicial, simplemente se va aumentando la carga del generador, se controla la velocidad, se aumenta cuidadosamente la corriente de excitación y corriente en la armadura;  para obtener otros puntos de la característica. Procure no devolver el reóstato que controla la corriente de excitación del generador. La figura 1 muestra la conexión de la máquina que  permite obtener las características señaladas.

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5.0 Datos obtenidos Máquina derivada excitación separada y auto excitada

Tabla No 1 T.V Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

SV 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750

V 218.4 217.2 216.7 215.5 214.1 212.7 211.4 209.9 208.1 206.2 204.6 202.8 200.9 198.8 197.0 194.9

Ie 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4

I l  2 1.5 2.5 3 4 4.8 5.2 6 6.8 7 8 8.5 9 9.8 10.3 11

SV 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750

V 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220

Ie 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5

I l  0 1 1.8 2.5 3 4 5 5.5 6 7 7.8 8.5 9 10 11

Tabla No 2 T.C Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

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Tabla No 3 T.V Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

SV 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750

V 219.5 216.5 213.8 210.9 207.7 204.3 200.6 197.1 193.4 189.2 186.0 182.0 178.1 174.2 170.2 166.5 162.2 158.5 155.2

Ie 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4

I l  0 0.8 1.2 2 2.8 3.5 4 5 5.2 6 6.2 7 7.2 7.8 8 8.5 9 9.2 10

SV 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750

V 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220

Ie 0.4 0.4 0.45 0.45 0.455 0.5 0.55 0.55 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6

I l  0 0.5 1.5 2 3 3.5 4.5 5 6 6.8 7.5 8 9 10 10.5 11

Tabla No 4 T.C Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

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Máquina serie Tabla No 5 Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

I 11 9.8 9 8 7 6 5.5 4.5 3.2 2 1 0.5 0.2 0 0 0

V 192.6 193.8 190.03 183.1 180.6 177.4 164.2 150.8 129.8 92.4 51.5 33.3 24.5 19.6 16.45 14.22

SV 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1750

Maquina mixta larga Cargas 0 1 2 3 4 5

111 148 173 189 199 20.5

I 0 0.5 1.2 2.2 3 3.5

100 136 162 178 186 186

0 0.5 1 2 2.5 3

Mixta corta 0 1 2 3 4 5

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6.0 Graficas

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6.0 Diagrama físico

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7.0 Diagrama Eléctricos Diagrama de serie

Diagrama derivado o shunt

Diagrama de motor mixto

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8.0 Hoja de observaciones

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9.0 Conclusiones Al concluir la práctica pude obtener varios resultados los cuales nos sirven para tener en cuenta al momento en el que necesitemos utilizar una máquina de corriente continua saber escoger correctamente la maquina dependiendo del tipo de aplicación en la que se vaya a utilizar la máquina, se ha podido observar que las máquinas de corriente continua son utilizadas ampliamente en lo que son aplicaciones de pequeño tamaño como son en motores de herramientas manuales ya que a estos necesitar de escobillas resultaría un elevado costo de operación y mantenimiento en aplicaciones grandes, siendo una gran desventaja ante las máquinas de corriente alterna. Una gran ventaja que poseen estas máquinas es que pueden ser utilizadas tanto como motores y generadores, lo cual significa que la maquina puede ser utilizada en diferentes aplicaciones, lo cual no limita su uso y por lo tanto equipara las desventajas ante las máquinas de CA.

10.0 Bibliografía MÁQUINAS ELÉCTRICAS QUINTA EDICIÓN, Stephen J. Chapman BAE Systems Australia( páginas de 335 a 341) http://libroweb.alfaomega.com.mx/book/806/free/data/LecturasComplementarias/Capitulo_  2_Formado.pdf  file:///C:/Users/MATRIX/Desktop/266962179-Curvas-Caracteristicas-Generadores-deContinua.pdf 

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