2.generador con exitación independiente.pdf

U.P.T.C. Área de formación básica profesional Facultad Seccional Duitama Máquinas eléctricas I Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020705-02

194

PRACTICA DE LABORATORIO 2

GENERADOR CON EXCITACION INDEPENDIENTE

INTRODUCCION

Las dinamos DC actuando como generadores requieren de un estudio detallado, dentro de

este estudio se debe incluir el tipo y la manera por la cual se hace la excitación. Distintos

métodos de excitación suponen distinta alimentación y diferentes características de

funcionamiento, traduciéndose esto en ventajas y desventajas de unos métodos de

excitación frente a otros, siendo esto finalmente un factor de aplicabilidad en la vida

ingenieril.

1. OBJETIVOS

• Determinar la característica interna: )( et IfE = , Constante=n , 0=aI

• Determinar la características externa: )( ct IfE = , Constante=eR , Constante=n

• Determinar la características de regulación )( ec IfI = Constante=tE , Constante=n

2. GENERALIDADES

2.1. EXCITACION

Excepto los casos de generadores pequeños (magnetos), todos los demás generadores están

provistos de electroimanes (bobinas excitadoras) que se encargan de la excitación,

brindadose la posibilidad de regular la intensidad del campo variando la corriente que

circula por las bobinas.


195

Cuando el mismo generador es quien suministrará la corriente de excitación se dice que es

autoexcitado, mientras que si la corriente excitación es suministrada por un generado

externo se dice que la máquina tiene excitación independiente.

2.2 CARACTERISTICAS DE LAS DINAMOS

Las características de las dinamos son curvas que relacionan los diferentes parámetros que

se presentan cuando la máquina está en funcionamiento, siendo estos parámetros, la fuerza

electromotriz ( oEfem= ), la diferencia de potencial entre los bornes o tensión terminal

( tE ), la corriente excitación (eI ), la corriente de carga o de línea (cI ) y la velocidad de

rotación (n). Al combinar estos parámetros se generan tres curvas de especial importancia.

2.2.1 Característica en vacío. )( et IfE = . Conocida también como curva de saturación en

vacío, representa la relación existente entre la fem de la máquina y la corriente de

excitación cuando la carga está en circuito abierto ( 0=cI ) y manteniendo constante la

velocidad. Indica el estado de saturación del circuito magnético para una corriente de

excitación conocida y además permite comprobar si la máquina esta o no bien proyectada.

Figura 1. Característica en vacío.


196

2.2.2 Característica externa o en carga. )( ct IfE = . Representa el valor entre la tensión de

las terminales y la corriente de carga para una velocidad y una corriente excitación

constantes (ver figura 2). A partir de esta curva se puede determinar la regulación de

tensión para una carga determinada.

100%Regulación 0 ×−=t

t

E

EE (Ec. 1)

La diferencia de tensión existente entre 0E y tE se debe a la caída de tensión en el

inducido y a la caída de tensión debida a la reacción del inducido, para la caída de tensión

en el inducido

aaa RIV = (Ec. 2)

Donde aV es la caída de tensión en inducido, aI la corriente de armadura o de inducido y

aR .es la resistencia de armadura o inducido. La medida de la caída de tensión debida a la

reacción del inducido se obtiene de la diferencia de tensión y la caída óhmica del inducido.

Esta caída de tensión se origina por los flujos magnéticos opositores al flujo de excitación.

Figura 2. Característica externa.


197

2.2.3 Característica de regulación. )( ec IfI = . Representa la relación entre la corriente de

carga y la corriente excitación. Manteniendo constante la velocidad y la tensión entre los

terminales.

Figura 3. Característica de regulación.

2.3 GENERADOR CON EXCITACION INDEPENDIENTE.

El circuito del generador con excitación independiente presentado en la figura 4, está

excitado a través del devanado shunt. shR es la resistencia del devanado shunt y aR es la

resistencia de la armadura, en ésta el devanado serie no se conecta.

Figura 4. Generador con excitación independiente, campo en derivación.


198

Una variación de este montaje se hace conectando el devanado serie, como se ilustra en la

figura 5. Las características del generador pueden emplearse para conocer el

comportamiento en servicio de la máquina, sobre todo la característica exterior.

Figura 5. Generador con excitación independiente, campo en derivación y operación

compuesta.

Para el caso del generador con excitación independiente la característica exterior (ver figura

6) es poco inclinada, pudiendo llegar casi a ser recta si la caída de tensión debida a la

reacción del inducido se anula por medio de polos de conmutación.

Figura 6. Característica externa para un generador con excitación independiente.


199

Al construir las características del generador con excitación independiente se pueden

observar ciertas condiciones de servicio, dentro de estas están:

• La tensión en bornes es casi independiente de la carga de la máquina y de su

velocidad. Esta se puede regular separadamente por medio del regulador de tensión

hasta un valor límite dado por la saturación magnética del material.

• Durante el funcionamiento bajo carga del generador, cualquier variación de la carga

conlleva una variación en la tensión en bornes.

• La maniobra del regulador de tensión debe hacerse gradualmente para evitar

fluctuaciones de tensión en los aparatos consumidores

• La carga del generador no debe superar cierto límite para el cual fue construida la

máquina.

• La máquina nunca debe trabajar en cortocircuito, pues se corre el riesgo de averiarla

• La cualidad más importante del generador con excitación independiente es su

estabilidad de marcha, sugiriéndose la utilidad en alimentación de motores en los

cuales la variación de esfuerzos sea muy alta y por tanto se necesitan tensiones que

varíen entre límites muy amplios.

• El mayor inconveniente en la aplicabilidad del generador con excitación

independiente es el de hacerse necesaria una fuente externa para alimentar el

circuito de excitación.

2.4. PRECAUCIONES

Se deben seguir los requisitos de seguridad expuestos en la práctica de laboratorio 1.

2.4.1 Puesta en marcha. Para la puesta en marcha, antes que nada debe excitarse el

generador por lo cual se realizan las siguientes maniobras:

• Se coloca la resistencia máxima del regulador de tensión.

• Se cierran los interruptores del circuito de excitación.


200

• Después se pone en marcha la máquina motriz hasta que alcance el valor de la

velocidad de régimen. Ahora ya está el generador en disposición de conectarse al

circuito exterior.

Nota: En todo caso antes de energizar revise minuciosamente las conexiones

2.4.2 Parada. La parada se efectúa con los mismos cuidados prescritos para la puesta en

marcha.

• Nunca se debe abrir el interruptor general de la máquina cuando ésta se encuentra

todavía en carga. Esto a causa de la elevada extra corriente de ruptura que se

produciría, lo que provocaría formación de chispas en el interruptor y en el colector

del generador, y una variación brusca de esfuerzos mecánicos que puede ocasionar

averías en los elementos mecánicos de la máquina.

Por lo tanto la descarga de la máquina se hace gradualmente maniobrando lentamente el

regulador de tensión, e intercalando resistencias. Se observarán las indicaciones del

amperímetro y cuando la carga se aproxime a cero, se abrirá el interruptor general de la

máquina. Ahora la máquina esta descargada pero no desexcitada, para desexcitarla se cierra

el circuito de excitación sobre sí mismo y simultáneamente se abre su conexión.

2.5 AUTOEXAMEN

a. ¿A qué se debe el magnetismo remanente?

b. ¿En qué consiste el efecto desmagnetizante?

c. Describa los tipos de devanados y la aplicabilidad en las máquinas.

d. ¿Para qué tipo de devanado sólo existen dos de trayectorias paralelas a lo largo de

un devanado completo, independientemente del número de escobillas o polos que se

usen?


201

e. ¿Existe alguna relación entre el número de segmentos del conmutador y los

devanados de la armadura?, si existe, ¿cuál es y en qué consiste?

f. Para una dinamo con excitación independiente ¿a que se debe que la tensión en los

bornes disminuya mientras la corriente suministrada por el generador aumenta?

g. Es necesario invertir el sentido de giro de un generador excitado independiente, sin

invertir la polaridad del generador,¿Cómo se hace?

3. MATERIALES Y EQUIPOS

3.1 DESCRIPCION DE MATERIALES Y EQUIPOS

3.1.1 Banco de carga. Es un dispositivo conformado por un conjunto de cargas, estas se

pueden adicionar para fines de la práctica por medio de seccionadores. La naturaleza de

estas cargas puede ser resistiva o inductiva y es necesario observar la placa de

especificaciones de cada banco antes de realizar las prácticas con el fin de determinar sus

valores nominales.

Figura 7. Banco de carga.

Localización: Laboratorio de máquinas eléctricas U.P.T.C Duitama.


202

Tabla 1. Equipos. Cantidad Elemento Observación

1 Fuente de tensión continua 0-115 V / 50 A

1 Amperímetro 0-50 A D.C.

1 Voltímetro 0-150 V D.C.

1 Amperímetro 0-5 A D.C.

1 Tacómetro

Tabla 2. Materiales.

Cantidad Elemento Observación

1 Generador de CC 4 kW, 110/115 V,1800 rpm

1 Motor trifásico 3.8 kVA, 220/380 V,1800 rpm, 60 Hz

1 Reóstato de excitación

1 Carga resistiva variable

4. PROCEDIMIENTO

4.1 CARACTERISTICA EN VACIO

1) Monte el circuito de la figura 8. Ponga en funcionamiento el motor trifásico y sin

conectar aún el campo, tome la primera lectura de la tensión en terminales.

Figura 8. Circuito para la determinación de la característica en vacío.


203

2) Conecte la excitación y por medio del reóstato varíe la corriente cI , hasta que la fem

en los terminales tE supere en un 20 o 25% de la tensión nominal.

3) Disminuya la corriente excitación eI desde el valor máximo obtenido y tome de nuevo

los valores de tE . Consigne los valores en la tabla 3.

4.2 CARACTERISTICA EXTERNA

1) Monte el circuito de la figura 9. Asegúrese que la carga esté desconectada antes de

poner en marcha el conjunto. Fije la corriente excitación hasta que la tensión en

terminales sea 110 V.

2) Conecte la carga progresivamente y tome los valores de corriente de carga cI , de

tensión tE y de velocidad n. Consigne los resultados en la tabla 4.

Figura 9. Circuito para la determinación de la característica externa y de regulación.

4.3 CARACTERISTICA DE REGULACION


204

1) Con la carga desconectada ponga en marcha el conjunto. Por medio del reóstato

aumente la corriente excitación eI hasta que la tensión entre las terminales sea 110 V.

2) Aumente progresivamente la carga, ajustando a cada paso el reóstato de campo para

mantener tE constante. Consigne los valores medios en la tabla 5.

5. TOMA DE DATOS

Tabla 3 Característica en vacío.

n (rpm)=

)(AI e )(VEt

Creciente Decreciente

Tabla 4 Característica externa.

velocidad nominal n (rpm)=

)(AI e )(' VEt n’ (rpm) 'nnk = )(' VkEE tt =

Tabla 5 Característica de regulación.

=)(VEt n (rpm)=

)(AI c )(AI e n’ (rpm) 'nnk = )(' VkEE tt =


205

6. CARACTERISTICAS A OBTENER

1) Con los datos de las tablas 3, 4 y 5 construya. Las tres características para el

generador, y aplique la regresión lineal en cada caso y obtenga las ecuaciones de

las curvas.

2) Para la característica externa determine la curva de caída de tensión.

3) Calcule el reóstato necesario para regular la tensión entre 0 y 110 V.

4) Obtenga el valor de la tensión generada gE .

7. CUESTIONARIO

1. ¿Por qué razón la característica en vacío no es igual al hacerla disminuyendo la

corriente excitación después de haberla hecho aumentándola?

2. ¿Por qué razón la máquina de corriente continua genera tensión sin tener aún

conectada la excitación?

3. ¿Dentro de que límites las ordenadas de la característica externa son proporcionales a

la velocidad?

4. Al graficar carga vs velocidad ¿qué se puede decir acerca de esta curva?,¿Tiene algún

tipo de aplicabilidad?

BIBLIOGRAFIA

CHAPMAN, Stephen J. Máquinas Eléctricas. 2 ed Mexico : McGraw-Hill,1993.

HERNANDEZ, Ramón. Prácticas de electricidad. Murcia, España. Universidad de

Murcia, secretariado de publicaciones. 1990.


206

HIGERA, Ricardo. PUERTO, Edgar Fernando. TRISTANCHO, William. Elaboración y

normalización de guías para la realización de prácticas de Ingeniería Electromecánica.

Duitama, 1988. 4v. Trabajo de grado (Ingeniero electromecánico). Universidad pedagógica

y tecnológica de Colombia. Facultad Seccional Duitama. Escuela de Ingeniería

Electromecánica.

KOSOW, Irving L. Maquinas eléctricas y transformadores. 2 ed. Mexico : Prentice Hall

Hispanoamericana, 1991. 704p.

MONTOYA V, José Lucinio. Guías de laboratorio de electricidad II. Pereira, Colombia :

Universidad tecnológica de Pereira, Facultad de Ingeniería eléctrica.1997.

SERRANO, Llamas Esteban. Prácticas de laboratorio de electricidad. Barcelona, España :

Universidad de León, 1994.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Medidas eléctricas básicas (Técnicas de

medición eléctrica). Bogotá, Colombia : Universidad Nacional de Colombia, Facultad de

Ingeniería, 1998.

2.generador con exitación independiente.pdf

Documents