Maquinas eléctricas

Máquinas Eléctricas

INTRODUCCIÓN Las

máquinas

eléctricas

corresponden

a

una

de

las

más

importantes demostraciones de la utilización del electromagnetismo en la vida del hombre. Estas máquinas tienen la importante función de transformar la energía mecánica en energía eléctrica y viceversa, de acuerdo a su utilización reciben distintos nombres, Motor (Energía Eléctrica a Energía Mecánica) o Generador (Energía Mecánica a Energía Eléctrica). En cuanto a los motores de CC, las principales ventajas que presenta su uso en aplicaciones de potencia, se sustentan en la facilidad con que puede controlarse su velocidad, la posibilidad de alcanzar grandes velocidades y los elevados torques de arranque. Los motores de C.C. tipo shunt o los de excitación independiente, a corriente de campo constante, operan con ligeras variaciones de velocidad para aumentos de carga; por intermedio de la corriente de campo, de la tensión de armadura o de ambos, puede controlarse la velocidad en un amplio rango.

Los motores compound acumulativo

tienen características intermedias entre los dos anteriores y se obtienen esencialmente las ventajas de uno y de otro. Por otro lado los generadores de C.C., los que tienen aplicación práctica son los de excitación independiente, los shunt o auto excitados y los del tipo compound (compuesto) acumulativo. El

generador

C.C.

de

excitación

independiente

tiene

característica de tensión decreciente con la corriente de carga.

una No

obstante, permite un amplio rango de tensiones de salida controlables con la corriente de excitación y/o con la velocidad.

El generador shunt también tiene una característica de carga decreciente, pero más acentuada que el anterior, e inestable cuando las corrientes de carga son demasiado elevadas. El generador auto excitado compound acumulativo puede producir una característica de tensión de salida plana, o bien creciente con aumento de carga. En esta experiencia se ensayará un generador de C.C. de excitación independiente. En particular se verá el comportamiento del mismo en vacío (curva de magnetización) y con carga.

MARCO TEORICO Una máquina eléctrica es un dispositivo que puede convertir energía mecánica en energía o energía eléctrica en energía mecánica. Cuando este dispositivo es utilizado para convertir energía eléctrica en energía mecánica, se denomina motor, cuando es utilizado para convertir

energía

mecánica

en

energía

eléctrica,

se

denomina

generador. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, es decir, pueden convertir energía mecánica en energía eléctrica, funcionando como un generador. Puesto que pueden convertir energía mecánica en eléctrica

o

viceversa, una máquina eléctrica puede utilizarse como un motor o un generador. Casi todos los motores o los generadores útiles convierten energía de una a otra forma a través de la acción de un campo magnético. Los campos magnéticos son el mecanismo fundamental para convertir

la energía de corriente continua en energía

de corriente alterna, o viceversa, en motores y generadores, para

el

primero, un conductor que porta corriente en presencia de un campo magnético experimenta una fuerza inducida sobre él, para el segundo, un conductor eléctrico que se mueva en presencia de un campo magnético tendrá un voltaje inducido en él. Una máquina eléctrica de corriente continua (motor o generador) consta de dos partes: el estator o parte estacionaria de la máquina y el rotor o parte rotante de la máquina. La parte estacionaria de la máquina consta de una estructura que proporciona el soporte físico y las piezas polares, las cuales se proyectan hacia dentro y proveen el camino para

el flujo magnético en la máquina. Los extremos de las piezas polares cercanos al rotor se extienden hacia afuera, sobre la superficie del rotor, para distribuir el flujo uniformemente sobre la superficie del rotor. Estos extremos son llamados zapatos polares. La superficie expuesta de una zapata polar se llama cara polar y la distancia entre la cara polar y el rotor se llama entrehierro. En una máquina de corriente continua hay dos devanados principales: los devanados del inducido (armadura) y los devanados del campo. Los devanados del inducido están definidos como aquellos en los cuales es inducido el voltaje, y los devanados del campo están definidos como aquellos que producen el flujo magnética principal en la máquina. En una máquina de corriente, los devanados del inducido están localizados en el rotor y los devanados están localizados en el estator. Debido a que los devanados del inducido están localizados en el rotor, el rotor de una máquina es llamado a veces armadura.

En la siguiente figura se encuentra el circuito equivalente de un motor, el circuito del inducido está representado por una fuente ideal de

voltaje

EA

y una resistencia

RA

, esta representación es el

equivalente Thevenin de la estructura total del rotor, incluidos las bobinas del rotor, los interpolos y los devanados de compensación, si los hay. La caída de voltaje en la escobilla está representada por

V esc

opuesta a la dirección de corriente de la máquina. Las bobinas de campo que producen el flujo magnético en el generador están representadas por la inductancia Radj

LF

, y la resistencia

RF

. La resistencia separada

representa una resistencia exterior variable utilizada para

controlar la cantidad de corriente en el circuito de campo.

a) Circuito equivalente de un motor. b) Circuito equivalente simplificado de un motor.

En la siguiente figura se encuentra el circuito equivalente de un generador, ambos son similares a los circuitos equivalentes de un motor, excepto que la dirección del flujo de corriente y las pérdidas en las escobillas se invierten.

a) Circuito equivalente de un generador. b) Circuito equivalente simplificado de un generador.

Existen cinco tipos principales de motores de corriente continua de uso general: motor de excitación separada, motor con excitación en derivación, motor de imán permanente, motor serie y motor compuesto. Existen cinco tipos principales de generadores de corriente continua de uso general, clasificados de acuerdo con la manera de producir su flujo de campo: generador de excitación separada, generador con excitación en derivación, generador en serie, generador compuesto acumulativo y generador compuesto diferencial. PROCEDIMIENTO Primera Parte Se realiza el montaje del motor y generador como se ve en el circuito mostrado.

=Amperímetro. A =voltímetro. V Vf= voltaje del campo Rf= resistencia del campo Lf = inductancia del campo Motor de inducción

Eg = Generador

Se variara la resistencia del campo para ver la tensión generada por la variación

del campo tomando

14 lecturas

y generando la curva de

magnetización.

Segunda Parte Para la segunda parte

se realiza el montaje adicional

carga y un amperímetro según el circuito mostrado.

agregando una

Se varía la carga para ver como cae la tensión con respecto a la carga tomando 7 lecturas del mismo y generando la curva de caída de tensión

RESULTADOS Datos del primer montaje en donde aumentábamos la corriente de campo para observar como variaba la tensión producida por el generador.

If

V

0,00

11,00

0,06

28,00

0,12

63,00

0,20

100,00

0,28

139,00

0,32

170,00

0,42

196,00

0,48

214,00

0,54

228,00

0,60

239,00

0,68

250,00

0,74

258,00

0,80

264,00

0,90

270,00

Datos del segundo montaje en donde aumentábamos la carga al generador para observar como se ve afectada la tensión producida por el mismo, Il

V

0,00

220

0,30

218

0,40

216

0,60

212

0,90

208

1,55

197

2,10

186

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Curva de Magnetizacion 300.00 250.00 200.00

Tension Producida

V

150.00 100.00 50.00 0.00 0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00 Corriente de Campo

En el grafico se observa la curva de magnetización, que no es más que delinear la corriente del campo y la tensión generada, analizando dicha grafica así como los datos nos damos cuenta de que a pesar de tener una corriente de campo Igual a 0 hay una tensión producida esto debido a las cargas remanentes, otro factor a tener en cuenta es que se observan claramente las 3 zonas de la curva de magnetización que son la zona reversible esto quiere decir que si retiramos el campo la densidad de flujo también desaparece, esta zona esta delimitada hasta donde la corriente de campo tiene un valor de 0.12A, de este valor a 0.7A tenemos la zona irreversible y de 0.7ª en adelante tenemos la zona de saturación.

Caida de Tension Por Carga 230 220 210 200 Tension Producida

V 190 180 170 160 0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

Corriente de Linea

En este grafico observamos como la tensión va disminuyendo a medida que aumenta la corriente de línea esto es lógico ya que la potencia (P=V*I) generada es la misma, esto nos da confirma que la corriente de línea es inversamente proporcional a la tensión producida (I=P/V).

CONCLUCIONES Al iniciar esta práctica encontramos que energizando el sistema, es decir dando las condiciones iniciales de 0 A,

el voltaje para ese

momento es de 11 V en el inducido, esto se debe al flujo remanente que se generó en los polos del generador esto ocurre por la histéresis magnética del material

de los polos del generador, este fenómeno

permite al material conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado, esto importante al momento de diseñar motores, dado que con este remanente se puede par mecánico. En principio se determinó la relación de corriente y voltaje, al ir aumentado progresivamente la corriente, linealmente en el primer régimen,

el voltaje aumentaba casi

posteriormente al llegar al voltaje

nominal, se comenzó a saturar el sistema, y los cambios de voltaje a medida que se aumentaba la corriente, eran menores, concluyendo que el sistema se encontraba ya en régimen de saturación, es importante conocer

el valor nominal que puede alcanzar , ya que permite

establecer las mediadas máximas a la cuales puede ser sometido el equipo sin que sufra daños permanentes. El fenómeno anterior se debe a que dentro del nucleó de hierro, hay pequeñas regiones llamadas dominós magnéticos, cuando aplicamos un campo magnético externo al hierro,

lo dominios orientados con el campo exterior crecen

y al

orientarse con el campo magnético, se incrementa el flujo magnético en el hierro, cuando todo los dominios el núcleo del hierro está saturado con el flujo, por lo que el campo magnético no crece. Pudimos apreciar en el segunda parte que al energizar el sistema, el voltaje se encuentra a un valor nominal o constante de 220 V con una corriente de 0 A, esto se debe a que la corriente de excitación y el flujo son constantes el voltaje que se aprecia es el voltaje inducido Eg, esto se debe a que no posee carga, y la caída de voltaje en la resistencia en

la armadura

es cero, al conectar un carga la corriente resultante

a

través de la resistencia(carga) ocasiona que la diferencia de voltaje entre lo terminales es menor al inducido por Eg, al ir amentado la carga este voltaje ira disminuyendo gradualmente.

RECOMENDACIONES Se debe realizar un proceso de chequeo y revisión del cableado utilizado en laboratorio, ya que muchos de ellos no poseen los conectores utilizados. Establecer una planificación de mantenimiento y revisión de los equipos utilizados, con la finalidad de mantener el funcionamiento de los mismos. Algunas recomendaciones que el alumno deberá tener en cuenta cuando proceda al montaje del circuito en el laboratorio para comprobar físicamente su correcto funcionamiento son las siguientes: - Elegir para cada conexión el cable más adecuado: aquel que no sea mucho más largo de lo que se necesita. - Marcar las conexiones sobre el esquema como ya realizadas a medida que se vayan realizando. De este modo no se olvidará ninguna.