Download Sistema componible por maquinas eléctricas DL 10280.

DL 10280
Giovanni Ricciarelli, MEE
SISTEMAS DIDACTICOS PARA LA EXCELENCIA EDUCATIVA
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DL 10280
6. MAQUINAS SINCRONAS
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Las máquinas síncronas son máquinas eléctricas rotantes, cuando el paso de rotación n (min ) está
definida como una constante en función del número de polos y de la frecuencia (Hz), de acuerdo a la
siguiente relación.
f
n ≈ 60 p
Donde p el número de polos pares de excitación del circuito.
Las máquinas síncronas son máquinas reversibles y estas pueden ser usadas como generadores
síncronos o alternadores, (transformar la energía mecánica de un motor a energía eléctrica).
Las máquinas síncronas están compuestas con circuitos inductores ( generalmente puestos en el
motor ) que emplean corrientes direccionales, produciendo un campo magnético constante y un circuito
inductivo o armadura ( generalmente puesto en el estator ) cuando el fenómeno de inducción
electromagnética ocurre.
En el caso del alternador, la armadura puede ser conectada a la carga (interconexión del alternador)
o de la alimentación principal (operación en paralelo con frecuencia y voltaje constante del sistema). Para
que la energía eléctrica no logre operar la máquina síncrona como motor, debe conectarse adecuadamente
a la fuente principal de alimentación de energía.
6.1 ALTERNADOR TRIFÁSICO
Cuando el flujo magnético Φ producido por la fuente en las poleas del rotor cuando es puesto en
rotación, el valor efectivo o fuerza electromotriz f. e. m. Generada en el estator en circuito abierto por el
relativo movimiento es descrito por la siguiente relación (ver la sección 2.2.1 cuando la máquina emplea un
polo externo y se varían los polos en el estator
E 0 = kfΦ
Cuando k es una constante dependiendo del tipo de construcción del alternador.
El voltaje derivado sin carga E0 depende de la excitación de corrientes y del paso de rotación: Pero
cuando se trabaja con la frecuencia puede ser estabilizado el paso o velocidad cuando se es constante.
Si ahora las terminales del estator son conectadas a una carga externa, en la corriente de armadura se
producen considerables efectos magnéticos. Esto es debido a fallas de fabricación, también se observan
caídas de voltaje en la armadura (ver sección 2.3.1) cuando estos efectos dependen de la carga y el factor
de potencia.
a) Carga resistiva, cosϕ = 1
El campo magnético en la armadura produce una distorsión en el flujo útil, pero sin reducir el valor
integral.
b) Carga capacitiva, cosϕ = 0
El campo magnético de la armadura produce una acción magnética que puede producir un flujo fuerte.
c) Carga inductiva, cosϕ = 0
El campo magnético de la armadura produce un efecto de desmagnetización que reduce el flujo útil.
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6.2 VARIACION DEL VOLTAJE
Normalmente los voltajes en las terminales del alternador pueden tener un remanente constante
debido a la variación de las cargas y estos pueden ser obtenidos revisando la variación del voltaje E0
cuando el valor puede ser susceptible a variar por la fuente de excitación, corriente IE en la máquina.
Entre los numerosos métodos indirectos, mas o menos aproximados, usados para determinar como
reacciona la armadura modificando los voltajes en las terminales pueden ser considerados para simplificar el
método Behn-Eschenberg’s o método de impedancia síncronas, son usados en algunos casos para conocer
las cualidades de orden de los valores involucrados.
Considerando el circuito equivalente de un alternador de una fase de acuerdo al método de BehnEschenberg’s se muestra en la figura.
Donde E0 , es la fuerza electromotriz generada sin carga, RS es una resistencia omica de la
armadura cuando Xd es la reactancia síncrona, una gran cualidad que propone la reactancia de la senoide se
considera como el efecto de reacción de armadura.
La impedancia síncrona es calculada con la siguiente relación:
Zd = EON =
IKO
X d2 + Rs2
Donde EoN es el valor de voltaje obtenido sin carga cuando la excitación de corriente IEo y Iko es el parámetro
de corriente en corto circuito correspondiente a la excitación de corriente IEo.
Desde la resistencia ohmica RS es normalmente insignificante con respecto a la reactancia Xd, de
simplificación siguiente resulta: Zd = Xd.
Esto es por lo tanto posible cuando se usa el siguiente circuito equivalente simplificado de un
alternador de una fase con una carta resistiva R y por lo tanto cosϕ = 1, cuando es supuestamente
conectada.
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Cuando el alternador entrega una corriente I es posible determinar el valor de la f.e.m., Eo del
diagrama vectorial, donde el generador tiene un voltaje generado Es en la carga.
El resultado numérico es:
E o = E s2 + ( X d I ) 2
Por el contrario si ahora la carga es caracterizada por una inductancia general o capacitancia, el
factor de potencia en el diagrama vectorial se muestra en la siguiente figura:
Los resultados numéricos:
a) cosϕ ind
E o = ( E s cos ϕ ) 2 + ( E sen ϕ + X d I ) 2
b) cosϕ cap
E o = ( E s cos ϕ ) 2 + ( E S sen ϕ − X d I ) 2
Después de haber calculado el valor de la f.e.m, Eo correspondiente a la carga particular
considerada, determinaremos el correspondiente valor de la corriente de excitación IE¿ sobre la característica
de magnetización.
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La regulación característica IE = (fI) con una constante cosϕ por lo tanto ahora la excitación de la
corriente puede ser variada manteniendo constante el voltaje en las terminales.
La regulación característica puede ser por lo tanto un valor normal para cosϕ, con valores de cosϕ =
1 y cosϕ = 0.8 inductivo, los cuales son determinados: el cosϕ = 0.8 capacitivo es un valor interesante que
decrece por la magnetización de los efectos de los campos producidos.
6.3 REPRESENTACION DEL ALTERNADOR
La representación del alternador está subrayado por las características de magnetización (la relación
entre del voltaje entre las terminales de una armadura de circuito abierto y la corriente de excitación del paso
de rotación), por la característica de permanente corto circuito (relación entre corriente en la armadura en
corto circuito y la excitación de corriente en el paso de rotación o valores tan pequeños menores que 0.2 en
el rango medido) y por las características de regulación (relación entre corrientes de excitación y corriente en
la carga con un voltaje constante en las terminales).
Finalmente la eficiencia del alternador está definida por una relación entre la potencia eléctrica P y la
potencia mecánica Pin correspondiente a la absorbida en los ejes, puede ser determinada por un método
directo por la evaluación de la potencia Pd equivalente a la perdida total, de lo que resulta la siguiente
relación
η=P = P
P in P + Pd
La perdida total Pd puede ser considerada como la suma de las siguientes perdidas:
1. Perdidas en la excitación
PE = R E I E 2
2. Perdidas eléctricas en el rozamiento
Para cualquier rozamiento de cierta polaridad existe una pérdida de voltaje que se supone igual Ib =
1v (rozamiento de grafito o carbón.
V = 0.3 volts (rozamiento metal-carbón)
De estas perdidas eléctricas por rozamiento resulta
Pb=2 IE (rozamiento de grafito o carbón)
Pb= 0.6 IE (rozamiento metal-carbón)
3. Perdida constante P0 (mecánica y calentamiento)
Estas perdidas pueden ser determinadas por medio de pruebas sin cargas
4. RI4 Perdidas en el embrollamiento de armadura
5. Perdidas adicionales Pad
Estas pérdidas pueden ser deducidas mediante pruebas de corto circuito
Nota
A menos que exista una prescripción contraria, todas las perdidas por efecto Joule pueden ser
referidas a una temperatura de 75 grados centígrados, usando la siguiente fórmula:
R75 = Rta
309.5
234.5 + ta
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Cuando ta es la medición de la temperatura de ta resistencias Rta.
En particular, si ta es = a 20 grados centígrados nosotros tenemos
R75 = 1.22 Rta
6.4 SENTIDO DE ROTACION
El sentido de rotación del alternador es impuesto por el arranque del motor.
El tiempo del sentido de rotación ( o arranque correcto ) corresponde a la rotación de la máquina en
el sentido horario o de reloj, cuando observen que la máquina se encuentra en oposición con el conmutador.
6.5 CONECCION EN PARALELO CON LA ALIMENTACIÓN PRINCIPAL
Un alternador puede ser conectado en paralelo con la fuente principal cuando las siguientes condiciones
son satisfechas al mismo tiempo:
1. Que el paso de rotación que genera la f.e.m., la frecuencia generada por el alternador sea igual al de
la fuente principal.
La frecuencia de la alimentación principal es constante y normalmente tiene los valores de 50 ó 60
hertz, la frecuencia del alternador puede ser variada modificando la velocidad del motor.
La frecuencia del alternador puede ser medida con un frecuencimetro o medidor de velocidad
empleando la relación n=a 60 f/p
2. El voltaje en las terminales del alternador debe ser igual al de la alimentación principal.
El voltaje del alternador puede ser medido por un volmetro y puede ser ajustado variando la corriente
de excitación IE hasta que sea del mismo valor que la fuente principal, que se supone constante
3. Sincronizar las fases con la alimentación principal
La suceción de fases puede ser cambiada invirtiendo 2 fases, el sincronismo puede ser medido
fácilmente empleando un sistema de lámparas, esto se muestra en la siguiente figura:
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Las tres lámparas se colocan en los vértices de un triángulo equilátero (en particular) y cada fase es
conectada en el cruce o esquina de las terminales para tener cada cruce conectado a una terminal de un
interruptor paralelo.
Los vectores OA, OB y OC (particularmente b) representan los voltajes de la alimentación principal
cuando OA’, OB y OC representan los voltajes del alternador: El voltaje en la lámpara 1 es BB’, cuando CA’
AC’ son los voltajes de las lámparas 2 y 3.
Si la frecuencia es diferente del alternador, los 2 vectores terminan en diferentes pasos y si el
alternador es mas rápido el vector A’, B’, C’ giran en sentido contrario del reloj con respecto a A, B, y C
cuando el paso corresponde a las diferencias en frecuencias.
En un instante la lámpara 1 tiende a 0 cuando AC’ tiende al máximo valor y CA’ de la lámpara 2 está
pasando por el máximo valor: la lámpara tiene su máxima intensidad luminosa en la frecuencia 2/3/1 ó
1/2/3. Por otro lado si el alternador es lento, la rotación del vector, A’ B’ C’ gira en sentido horario y las
lámparas tienen su máxima intensidad luminosa en la frecuencia 2/1/3 ó 1/3/2. El momento exacto cuando
es posible conmutar el interruptor para la conexión en paralelo, es cuando dos de los vectores se encuentran
en fase. Cuando la lámpara 1 está apagado y la lámpara 2 y 3 están iluminadas.
Nota:
Cuando el orden de la sucesión critica de las fases de la alimentación principal no correspondan con
las del alternador, las 3 lámparas estarán encendiendo y apagando en forma rítmica dependiendo de la
variación de frecuencia: en este caso, antes de conectar en paralelo, es necesario hacer el intercambio
entre 2 cables de la alimentación principal o alternador.
Al final desconecte el alternador de la alimentación principal y observe las siguientes características:
a) Reducción de la potencia del motor, con la potencia derivada del alternador resulta nulo (nulo o
mínimo indicado en el amperímetro)
b) Abra el interruptor de paralelo
c) Detenga el motor
d) Desenergice el alternador
6.5.1 RESPUESTA DE LA CONECCION EN PARALELO DEL ALTERNADOR
Antes de conectar el alternador con la alimentación principal, que se supone puede ser de potencia
infinita, la generación de f.e.m., E es igual y opuesta al lenguaje principal B, y el alternador está fuera y no
recibe energía: el alternador opera sin carga pero es necesario en cualquier caso una carga o torque que
compense la resistencia pasiva.
Si ahora el alternador es excitado se incrementa la generación de f.e.m. E (E >V) y por lo tanto la
f.e.m., ER resultante es puesta en fase con E, que hace que una corriente I0 = E/Zd fluya, prácticamente y
defasamiento de 90 grados con respecto a E, esto debe prevalecer para una rectancia síncrona Xd en la
resistencia del estator.
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El alternador genera solamente potencia reactiva Eio que es derivada principalmente de la
alimentación principal (VIo) y particularmente absorbida por el circuito de armadura ( ER Io )
En una vía similar si la excitación decrece en tal vía se tiene como resultado E < V, tenemos una
corriente en 0 pero un atraso de 90 grados con respecto a E, y el alternador absorbe solo la potencia
reactiva.
El alternador puede hacer que tome la carga solo por incrementos en el torque solo si el grupo motor
alternador tiende a acelerarse.
Cuando la f.e.m., E avanza por el ángulo α con respecto al voltaje principal V, la fase resultante de la
f.e.m., ER produce una corriente I.
La ecuación vectorial para los resultados del generador son:
E = V + ER
Y el componente activo de la corriente derivada está en fase con el voltaje E
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En estas condiciones el alternador genera potencia activa positiva, directa hacia la línea.
Pg = EI cosψ
Y entrega esta potencia hacia la alimentación principal.
P = EI cosϕ = VI cosϕ
Usando la ya empleada hipótesis Zd =Xd tenemos también que ψ = ϕ = ½ α por lo tanto la potencia generada
es igual que la que entrega
Pg = P = VI cos 12 α
Obteniendo el resultado:
I = ER = 2V sen 12α
Xd
Xd
Finalmente obtenemos:
P = V sen α
Xd
2
Por lo tanto la potencia entregada es proporcional a senα, cuando α es el ángulo de la carga.
Cuando el ángulo α se incrementa la potencia generada se incrementa, esto es posible hasta el
límite del valor α< 90° porque si este valor sobrepasa la potencia generada se decrementa y el alternador se
vuelve inestable y hay pérdidas de velocidad.
Resumiendo cuando es conectado en paralelo un generador con la alimentación principal de potencia
infinita:
a) La frecuencia y voltaje del generador son controlados por la fuente principal:
b) La potencia activa del generador depende únicamente del torque;
c) La potencia reactiva del generador depende de la corriente de excitación
6.6 MOTOR SINCRONO
Si antes teníamos la salida del alternador en paralelo conectada con la alimentación principal como
suponemos que esto nulifica el torque, el rotor tiende a volverse mas lento, y la f.e.m., E se encuentra fuera
de fase del ángulo α con respecto al voltaje principal V. En esta condiciones resulta que la f.e.m. ER produce
una corriente I con componentes activos en oposición a la fase con respecto al voltaje E y por lo tanto deriva
potencia negativa.
Sin este instante de tiempo negativo derivada de la potencia, la potencia positiva absorbe el
equivalente, la ecuación vectorial que describe al motor en forma.
V = E + ER = E + X d • I
Por lo tanto el siguiente diagrama vectorial se obtiene
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Fig. pag 9
En estas condiciones el alternador gira en sentido del motor con velocidad síncrona y por esto es
llamado motor síncrono.
6.6.1 OPERACIÓN CON DIFERENTES EXCITACIONES
En condiciones estables el motor síncrono depende del torque aplicado y el inducido f.e.m. E, que
puede ser variado por la alimentación principal de la excitación de la máquina.
El estudio de estabilidad de operación con un torque resistivo constante es posible empleando una
representación vectorial cuando el voltaje en las terminales V es considerado constante porque este es
impuesto por la alimentación principal, el componente activo de la corriente en fase con el voltaje V es
constante por la potencia de salida por un periodo constante por el efecto de corriente de manifestación, la
f.e.m. E inducida y cuando la fase con el voltaje varia.
Esto es consecuencia de los dos, de la intensidad y de la fase desplazada, de la corriente absorbida
cuando varia.
Cuando la potencia es constante el segmento A’C’, A’’C’’ y A’’’C’’’ pueden tener un cambio cuando la
f.e.m. E varía. En los siguientes casos de operación resulta:
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a) Excitación correcta (E= E’)
Para una excitación correcta la corriente absorbida es mínima, y es necesario preestabilizar una
potencia constante.
La corriente I de la fuente principal con cosϕ = 1 y el motor trabaja en las máximas condiciones
eléctricas de eficiencia.
b) Baja excitación (E=E’’)
Con una corriente de excitación baja que la corriente absorbida es mayor que la permitida, logrando
un desgaste de la fase con respecto al voltaje V y cosϕ < 1
El motor absorbe, la potencia activa preestablecida y la potencia reactiva también.
c) Sobre excitación (E=E’’’)
Con una corriente de excitación mayor que la adecuada se observa una corriente I’’ que mayor que
la mínima y que está fuera de fase con respecto al voltaje V y cosϕ< 1
El motor absorbe, la potencia activa preestablecida, y la potencia reacitiva capacitiva
La relación entre la corriente absorbida I y la corriente de excitación IE se observa en el dibujo como
una curva que muestra un valor constante de la potencia de salida: para este caso particular son llamadas
curvas “V” o curvas de Mordey, esto se muestra en el siguiente diagrama
Fig. pag 10
Cuando la potencia P = 0 y se trabaja sin carga, el vértice de la curva V muestra en el eje de las
abscisas una característica particular e interesante cuando el motor sincrono es usado con un factor de
potencia capacitivo en su instalación. Una forma de hacer que el motor trabaje en sobre excitación consiste
en el empleo de trabajarlo en presencia de cargas inductivas.
La unión de los vértices de las curvas representa la operación cuando cosϕ = 1 y marca los límites
de operación entre la baja excitación y la sobreexcitación.
Finalmente la curva V está limitada en el estado de baja excitación por un valor mínimo de f.e.m. E y
también de una corriente de excitación IE , bajo estas condiciones el motor muestra estabilidad en su límite y
pérdidas en el paso.
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EXPERIMENTO No. 29
RESISTENCIA DE ENROLLAMIENTO
Propósitos
•
Medición de la resistencia de enrollamiento del estator y rotor del alternador
Componentes:
•
•
•
1 máquina de AC con rotor bobinado.
1 DL 10281 Módulo de alimentación
1 DL 10282 Módulo de mediciones
Diagrama eléctrico:
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EXPERIMENTO No. 29.1 RESISTENCIA DE ARMADURA
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Procedimiento
Ensamble el estator del alternador completando la máquina de corriente con el rotor y escobillas.
Arme el circuito mostrado en el diagrama topográfico anterior.
Ponga la fuente del módulo DL 10281 para un voltaje directo de 0.8 volts/12A (elector “c0d” en la
posición d) y el control nov en la posición 0.%.
Ponga el módulo de mediciones DL 10282 el amperímetro y el volmetro para medición de corriente
directa y cuida la polaridad ( terminal roja positiva ).
Active el módulo de alimentación y alimente el circuito de armadura con los valores mostrados en la
tabla y tome los diferentes valores de medición de voltaje en las terminales del estator en secuencia para
obtener varias mediciones entre las terminales.
Antes de realizar las mediciones mida la temperatura ambiente y escriba los valores en la tabla.
ta = .......°C
Fases
I(A)
UV
U (V)
R (Ω)
U (V)
R (Ω)
U (V)
R (Ω)
VW
WU
1
2
3
4
Calculando la resistencia con la formula
R=U
I
Y escribiendo los valores en la tabla
Calculando aritméticamente los valores de las resistencias en las terminales
RUV ( av ) =
ΣRUV
= ........(Ω)
4
RVW ( av ) =
RWU ( av ) =
ΣRUV
........(Ω)
4
ΣRWU
= ........(Ω)
4
De los valores anteriores se obtiene:
R( av ) =
RUV ( AV ) + RVW ( av ) + RWU ( av )
= ........( Ω)
3
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Al arrancar el motor conecte la resistencia de la armadura, para cualquier temperatura ambiente es igual a:
Rs = 1 R(av ) = ........Ω
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Refiriéndose a la expresión anterior de la resistencia de la base para una temperatura convencional de 75
grados centígrados
Rs 75 = RS
309.5 = ........( Ω)
234.5 + ta
Resultado típico
Rs 75 = 0.3Ω
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DL 10280
EXPERIMENTO 29.2 RESISTENCIA DE CAMPO
Procedimiento
Arma el circuito mostrado en el diagrama topográfico anterior.
Ponga el módulo de la fuente DL 10281 para un voltaje directo de 0.8 volts/12A ( selector “c0d” en la
posición d ) y el control nov en la posición 0%.
Coloque el módulo de medición DL 10282 en voltímetro y amperímetro para medición de corriente
directa y cuide al polaridad (terminal roja positiva).
Active el módulo de activación y alimente el circuito del campo con los valores mostrados en la tabla
y posteriormente mida el voltaje en las terminales para una conexión de volmetro directo.
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DL 10280
Antes de realizar las mediciones tome la temperatura ambiente y posteriormente escriba los valores
obtenidos en la tabla.
ta = °C
I
(A)
U
(V)
R
(Ω
Ω)
1
2
3
4
5
Calculando la resistencia empleando a formula:
R=U
I
Y escribiendo el valor en la tabla:
Determinando en forma aritmética el valor de la resistencia del campo a temperatura ambiente:
RE = ΣR = ........( Ω)
5
Y colocando en éste valores convencionales a una temperatura de 75°C si tiene
RE 75 = RE
309.5 = ........(Ω)
234.5 + ta
Resultado tipico
RE 75 = 0.433Ω
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EXPERIMENTO No. 30 PRUEBA SIN CARGA
Propósitos
•
•
Determinar las perdidas mecánicas y eléctricas del alternador
Reconocer las características magnéticas
Componentes:
•
•
•
•
•
1 marca de AC con rotor bobinado y escobillas conectadas
1 máquina CD con rotor conmutable y escobillas conectadas
1 DL 10281 módulo de alimentación
1 DL 10282 módulo de medición
1 DL 10283 carga y reostatos
Diagrama eléctrico
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EXPERIMENTO No. 30 PRUEBA SIN CARGA
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DL 10280
Procedimiento
Ensamble el estator de la máquina de corriente completando con el rotor de anillos y conectando
escobillas.
Ensamble el estator de la máquina de corriente directa completando con el rotor conmutador y
escobillas.
A continuación NO ACOPLE el motor CD con el alternador: este está alimentado y debe estar en
fase solamente con el motor para ser trabajado.
Coloque el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo 42V/10A ( selector “a0v” en la
posición B y el interruptor L+/L- en la posición 0 ) y para un voltaje directo variable de 0 a 8V/12A ( selector
“c0d” en la posición d y el control knob en 0% ).
Coloque el módulo de medición DL 10282, el voltímetro y el amperímetro conectado en la armadura
del motor de CD y el amperímetro en serie conectado con el circuito del rotor del alternador para mediciones
de corriente directa ( terminal roja positiva ) y el voltímetro en la terminal del estator del alternador para
mediciones de corriente alterna.
Coloque el módulo DL 10283, el reostato de arranque RA con la máxima resistencia ( control knob en la
posición b ) y la exitación RF con la mínima resistencia ( control knob en la posición a ).
1. Pérdidas mecánicas de un motor de CD.
Coloque en corto circuito el amperímetro conectado a la armadura del motor CD y haga la medición
con el motor trabajando.
Active el módulo de alimentación y arranque el motor de CD colocando el interruptor selector L+/Len la posición 1.
Gradualmente varía el reostator de arranque RA (control knob en la posición a) y posteriormente
remueva el puente de corto circuito del amperímetro.
Ajuste cuidadosamente la corriente de excitación del motor de CD empleando el reostator RF
empleado para ajustar la velocidad del motor n= 3000 min-1 del alternador.
Antes de colocar la velocidad del motor adecuadamente mida las condiciones de operación midiendo
el voltaje y corriente absorbida por el motor.
UM=.......(V)
IM=........(A)
Las perdidas mecánicas de un motor de CD son seguidas por la potencia absorbida por el motor
PMm = UM • IM = .........(W)
Detenga el motor colocando el interruptor L+/L- en la posición 0
Reestablezca las condiciones máximas de resistencia del reostator RA y la mínima de resistencia del
reostator de excitación RF
2. Pérdidas mecánicas del alternador.
Acople el alternador al motor de CD.
Coloque un puente para poner en corto el amperímetro conectado a la armadura del motor de CD
correspondiente al grupo motor alternador antes de excitar el motor.
Active el módulo de alimentación y arranque el grupo empleando el interruptor L+/L- en la posición
“1”.
Gradualmente coloque el reostator de arranque RA (control knob en la posición “a”) y posteriormente
remueva el puente de corto circuito del amperímetro.
Ajuste cuidadosamente la excitación de corriente del motor de CD con el reostator Rf empleada para
variar la velocidad del motor y que esta sea igual a n= 3000 min-1 del alternador.
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DL 10280
Cuando el motor ha sido puesto en las condiciones de trabajo mida el voltaje-corriente absorbidas
por el motor
UMo=.......(V)
IMo =........(A)
Calculando la potencia absorbida por el motor
PMo= UMo • IMo = ........(w)
Las pérdidas mecánicas del alternador se obtienen mediante la siguiente diferencia.
PGm= PMo - PMm = ........(w)
3. Pérdidas del entrehierro del alternador
Para lograr que el grupo de rotación esté en el rango de velocidad del alternador, excite el rotor del
alternador para lograr una generación de voltaje igual a un voltaje UN = 42V.
La corriente de excitación del alternador es variado con el control knob de la fuente variable de
voltaje de 0.8V con la cual velocidad de rotación del grupo puede ser controlada empleando el
reostator de excitación RF del motor de CD.
Cuando las condiciones
n = 3000 min
-1
UN = 42 V
Una vez colocado en marcha y a la velocidad adecuada, mida el voltaje y la corriente absorbida por
el motor de CD
UMe = ........(V)
IMe = .......(A)
Calculando la potencia absorbida por el motor
PMe= UMe • IMe = ........(w)
Las perdidas del entrehierro del alternador se obtienen por la diferencia
PGFe= PMe - PMo = ........(w)
4. Perdidas sin carga del alternador
El rango de voltaje y velocidad de las perdidas sin carga del alternador son
PGo= PGm + PGFe = ........(w)
Este remanente es una constante de la diferencia de cargas.
5. Características de magnetización
Finalmente las característica de magnetización son derivadas del voltaje US derivada del alternador
mantiene un rango de velocidad constante en correspondencia con los valores de excitación de la
corriente IE que se muestra en la siguiente tabla.
Con la excitación de corriente IE = 0, emplea adecuadamente el rango del volmetro, mida el voltaje
del residuo magnético también.
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DL 10280
n
(min-1)
IE
(A)
3000
3000
3000
3000
3000
3000
3000
3000
3000
0
1.5
3
4.5
6
7.5
9
10.5
12
Us
(V)
Detenga el grupo con el interruptor L+/L- en la posición “0” y descenergice el alternador colocando el
selector ”c0d” en la posición “0” de nuevo.
Dibuje el diagrama derivado del voltaje en función de la corriente de excitaci{on IE
Determine en el diagrama la corriente de excitación correspondiente a la armadura con un rango de
voltaje UN = 42 V
IEo = .....(A)
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DL 10280
Resultados típicos
Perdidas del alternador
PGm = 50 W (Mecanica)
PGFe = 20 W (Entre hierro=
PGo = 70 W (Sin carga)
Características de magnetización
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DL 10280
EXPERIMENTO No. 31
CARACTERÍSTICAS DE CORTO CIRCUITO
Propósitos:
•
•
•
Registrar las características permanentes de corto circuito.
Determinar la impedancia síncrona
Determinación del corto circuito
Componentes:
•
•
•
•
•
1 Estator de máquina de AC con rotor de anillos y escobillas conectadas.
1 Estator de máquina de CD con rotor conmutado y escobillas conectadas.
1 DL 10281 módulo de alimentación
1 DL 10282 módulo de medición
1 DL 10283 cargas y reostatos
Diagrama eléctrico
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DL 10280
EXPERIMENTO No. 31 CARACTERISTICAS DE CORTO CIRCUITO
Procedimiento:
Ensamble el grupo alternador-motor de CD para usar el estator de la maquina de corriente alterna
completando con el rotor de anillos y conectando las escobillas y el estator de la maquina de corriente
directa con el rotor conmutable y escobillas.
Arma el circuito mostrado previamente el diagrama topográfico.
Coloque la fuente del modulo DL 10281 para un voltaje de 42 V/10 A (selector “a0b” en la posición
“b” y el interruptor L+/L- en la posición “0”) y para un voltaje directo de 0 a 8 mV/12ª ( selector “c0d” en la
posición “d” y control knob en 0%).
Coloque él modulo de medición DL 10282 el amperímetro conectado en serie con el rotor del
circuito del alternador para mediciones de corriente directa (terminal roja +) y el amperímetro del estator en
la terminal del alternador para mediciones de corriente alterna.
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DL 10280
Coloque el modulo Dl 10 283, el reostato de arranque RA en la resistencia máxima ( control knob en
la posición “b”) y el reostato de excitación RF en la mínima resistencia ( control knob en la posición “a”)
Gradualmente encienda el interruptor e inicie el reostato de arranque RA Control knob en la
posición “a”) y ajuste la corriente de excitación del motor de CD para ajustar el reostato RF y ajustar la
velocidad igual al rango del alternador.
Inicia exitando el alternador con un voltaje variable 0 a 8 V asta alcanzar los valores de exitación de
corriente IE mostrados en la siguiente tabla y mida las variaciones de corrientes IK derivados del corto
circuito del estator, antres mida la temperatura ambiente ta.
Ta = __________________
IE
IK
(A)
(A)
1.5
3
4.5
6
7.5
9
10.5
Notas:
a) No es necesario tener una exitacion de la velocidad exactamente constante.
b) Si las mediciones del amperimetro del estator son afectadas con oscilaciones, registre el primer valor.
Detenga el equipo colocando el interuptor L+/L- en la posición “0” y desenergise el alternador colocando el
selector “c0d” en la posición “0” de nuevo.
Dibuje en el fdiagrama la vcorrienye IK derivada del corto circuito en funcion de la corriente de exitación IE.
26
DL 10280
determine en el diagrama la corriente IK de corto circuito corespondiente a la corriente de exitación IE0 (ver
esperimento No. 30) que en condiciones sin carga genera el voltaje UN:
IKO = ___________________(A).
Y calculando la impedancia sincrona con la formala
Zd =
UN
= ______(Ω)
3I KO
porque el estator esta conectado.
Determine el el diagrama la corriente de exitación IEK que se genera en corto circuito el rango de corriente
(asumir IN = 2.5 A).
IEK =__________(A).
Calculando el radio de corto circuito:
KK =
IE0
= __________
I EK
resultados
caracteristicas de corto-circuito permanente
fig. pag 29
27
DL 10280
Impedancia sincrona Zd = 5.2 Ω (ta= 20 ° C).
Radio de corto-circuito KK =1.89.
PRUEBA DE CORTO CIRCUITO
Proposito:
♦ Determinar las perdidas de acoplamiento del estator y perdidas adicionales de el alternador
Componentes:
♦ 1 estator de mauina de CA con rotor bobinado y conectar las escobillas.
♦ 1 Maquina de CD con rotor conmutable y escobillas conectadas.
♦ 1 DL 10281 Fuente de alimentación
♦ 1 DL10282 Modulo de mediciones.
♦ 1 DL10283 Cargas y reostatos.
Diagrama electrico
Fig. pag 31
Experimento No. 32 PRIEBA DE CORTO CIRCUITO.
Fig. pag. 32.
Procedimiento:
Ensamble el grupo motor CD- alternador para ser usado en el estator de el alternador de la maquina colpleta
con rotor y conecte las escpbillas de el estator de la maquina de corriente diresta completa con rotor
conmutable.
Arme el circuito mostrado en el diagrama topografico previo.
28
DL 10280
Coloque el modulo de alimrentación Dl 10281 para un voltaje directo de 42 V/10 A ( selector “a0 b” en la
posición “b” y el interuptor L+/L- en la posición “0”) y para un voltaje directo de 0-8 V/12 A ( selectror “c0d” en
la posición “d” y el control Knob en 0%).
Colocar el modulo de medición DL 10282 el volmetro y amperimetro conectado en la armadura del motor
de CD para una medicion de corriente directa (+ es la terminal roja) y el amperimetro de la terminal del
estator para mediciones de corriente directa.
COLOQUE EL MODULO Dl 10283 , el reostatp de arranque Ra con la máxima resistencia ( contro knob en
la posición “b”) y la excitación RF con la mínima< resistencia ( control knob en la posición “a”).
Corto circuite el amperímetro que se encuentra conectado en serie con la armadura del motor de CD.
Active el modulo de alimentación y haga que el grupo de rotación trabaje colocando el interruptor L+/L- en la
posición (1)
Gradualmente el interruptor apague del reostato de arranque RA (control knob en la “a”) y ajuste la corriente
del excitación del motor CD empleando el reostato RF del grupo de velocidad que es igual al rango del paso
o velocidad del alternador.
Excite el alternador con la fuente variable de voltaje 0-8 V el cual hace que fluya una corriente de corto
circuite que es igual al rango de corriente IN =2.5 V
Notas:
a) Eventualmente la conexión del paso o velocidad puede ser cambiado por el reostato de excitación
RF de el motor de CD
b) Si la indicación del amperímetro del estator puede ser afectada con oscilaciones en algunos valores
medidos.
Cuando el grupo a alcanzado las condiciones adecuadas, después de esto, remueva el puente de corto
circuito del amperímetro, mida el voltaje y la corriente absorbidas por el motor:
UMK = ........(V)
IMK = .........(A)
Calcule la potencia absorbida por el motor
PMK = UMK IMK · I ........(W)
Detenga el grupo colocando el interruptor L+/L- en la posición “0” y desenergice el alternador colocando el
selector “c0d” en la posición “0” de nuevo.
El alternador con el estator en corto circuito absorbe, en un rango de corriente y velocidad la potencia:
PGK = PMK - PMm = ........(W)
Donde PM representa las perdidas mecanicas del motor (ver el experimento No 39)
29
DL 10280
Las perdidas por acoplamiento del alternador resultan:
PGCu = PGK - PGm = ........(W)
Donde PGm representa las perdidas mecánicas del alternador (ver experimento No. 30) desde las perdidas
por calentamiento del estator y perdidas de acoplamiento son iguales a:
PsCu = 3 Rs IN2 = ........(W)
Donde RS es la resistencia del estator (ver el experimento No. 29) esto es posible calculando las perdidas
adicionales del alternador con la siguiente relacion.
Pad = PGCu - PsCu = ........(W)
Esto corresponde a la resistencia equivalente
Rad =
Pad = ........(Ω)
I2N
El proposito de calcular la suma de perdidas de acoplamiento y perdidas convencionales de temperatura de
75°C determinamos que la resistencia equivalente total se obtiene con la relacion
R75 = 3 Rs75 + Rad = ........(W)
Donde Rs75 es la resitencia del estator a una termperatura convencional (ver el experimento No. 29)
Donde Rad no varia con la temperatura.
El equivalente de la perdida total resulta
PsCu = R75 • IN
2
= ........(W)
Resultados tipicos
Potencia absorbida en corto circuito PGK = 57.5 W
Perdidas de acoplamiento del estator PGCu = 7.5 W
Perdidas adicionales Pad = 2.8 W
Perdidas totales a temperatura convencional PsCu75 = 4.7 W
EXPERIMENTO No. 33
METODO DE BEHN-ESCHENBERG’S
Propósitos:
Recordar en forma indirecta las caracteristicas de regulación del alternador
30
DL 10280
Recordar los resultados tipicos de la prueba anterior
Experimento No. 29
Resistencia Ohmica de una fase del estator
Rs = 0.25 Ω (ta = 20°C)
Rs75 = 0.3 Ω (t = 75°C)
Experimento No. 30
Características de magnetización
Experimento No 31
Impedancia sincronía
Zd = 5.2 Ω (ta = 20°C)
Procedimiento
Para ilustrar el m{etodo de Behn-Eschenberg’s con ejemplos numericos los resultados obtenidos de algunas
pruebas previas seran usados.
1. Triangulo de impedancias sincronas
En el experimento No. 31 la impedancia sincronía fue determinada a una temperatura a la cual fue
de 75°C.
Calculando la reactancia sincronía a esta temperatura
Xd =
Z d2 − Rs2 = 5.22 − 0.252 = 5.19Ω
La reactancia sincronía no varia con la temperatura , la reactancia sincronía a una temperatura convencional
de 75°C resulta:
Z d 75 = Rs275 + X d2 = 0.32 + 5.192 = 5.198Ω
Esto es posible dibujando el triangulo de impedancia sincronía:
31
DL 10280
32
DL 10280
Fig. pag 38
Si nosotros usáramos el ángulo δ tiende a 90°
tg δ =
Xd
= 5.19 = 17.3
Rs 75
0.3
δ = 86.7°
Esto, simplifica el cálculo que nosotros habíamos visto en la sección 6.2, usualmente consideramos
Z d 75 = X d = 5.19Ω
2. Características de regulación cuando cosϕ = 1
Usando la formula (ver sección 6.2)
2
Eo = EsN
+ ( X d °I s )2
Calculando el f.e.m. E0 necesaria para obtener el rango de voltaje EsN = UN/ 3 = 24.27V en la carga en las
diferentes variaciones de corriente Is. Para poder evaluar es necesario determinar la f.e.m. Us (nosotros
sabemos que Uos =
3 = E0. porque el estator esta conectado), para el uso de características de
magnetización determinaremos la respectiva corriente de excitación IE.
Determinando los valores serán escritos en la siguiente tabla:
Is
(A)
Eo
(V)
Uso
(V)
IE
(A)
0
0.265
1.25
1.875
24.27
24.82
25.13
26.15
42
42.95
43.5
45.25
7
7.1
7.2
7.5
33
DL 10280
2,5
3.125
27.52
29.19
47.62
50.5
8.3
9
3. Características de regulación con cosϕ =0.8
Para usar la formula (ver sección 6.2)
E o = E sN cos ϕ + X d °I s ) 2
Repitiendo el procedimiento mostrado en el punto 2
Is
(A)
Eo
(V)
Uso
(V)
IE
(A)
0
0.265
1.25
1.875
2,5
3.125
24.27
26.34
28.64
31.1
33.7
36.4
42
45.6
49.5
53.8
53.3
63
7
7.7
8.8
9.9
11.5
13
4. Características de regulación
Dibujando en un diagrama simple como la corriente de excitación IE. Varia en funcion de las variaciones
de corriente Is. Para dos factores de potencia se muestra en los puntos 2) y 3) con el propósito de
obtener un voltaje constante en las terminales del alternador
34
DL 10280
El método de Behn-Eschenberg’s excede en los resultados con respecto a la operación de la máquina real,
con lo cual alcanza la saturación
EXPERIMENTO No. 34
PRUEBA DE CARGA
35
DL 10280
Propósitos
ü
ü
Recordar las variaciones de voltaje en las terminales del alternador para diferentes cargas
Analizar el efecto de reacción de la armadura
Componentes
ü
ü
ü
ü
ü
1 maquina de CA con rotor bobinado y escobillas conectadas
1 maquina de CD con rotor conmutado y escobillas conectadas
1 DL 10281
Modulo de alimentación
1 DL 10282
Modulo de medición
1 DL 10283
Cargas y reostatos
Diagrama eléctrico: Pruebas de cargas
36
DL 10280
EXPERIMENTO No. 34
37
DL 10280
38
DL 10280
Procedimiento
Ensamble el grupo motor de CD-alternador usando el estator del alternador en la máquina completa con
rotor bobinado y conectando las escobillas y el estator de la maquina de corriente directa completa con las
escobillas del rotor conmutado
Arme el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo.
Coloque el modulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo de 42 V/10ª (selector “a0b” en la
posición “b” y el interruptor L+/L- en la posición “0”) y para un voltaje directo de 0-8 volts/12ª (selector “c0d”
en la posición “d” y el control knob en 0%).
Coloque el modulo de selección DL 10282, el volmentro y el amperímetro conectados al estator del
alternador para mediciones de corriente alterna y el amperímetro de excitación del alternador para
mediciones de corriente directa ( + terminal roja)
Coloque el modulo DL 10283 el reostator de arranque RA. con la máxima resistencia (control knob en la
posición “b”) y la resistencia de exitacion RF con la mínima resistencia (control knob en la posicion “a”);
coloque el sector R y C de la resistencia trifásica y carga capacitiva en la posición “0” (máximo sentido de
rotación)
Active el modulo de alimentación y haga que el grupo de rotación inicie colocando el interruptor L+/- en la
posición “1”
Gradualmente ajuste el reostato de arranque RA. (control knob en la posición “a”) y ajuste la corriente de
excitación del motor de CD con la ayuda del reostato RF. Para determinar el rango de velocidad del reactor.
Excite el alternador con un voltaje variable de 0-8 volts el cual se aplica sin carga en el rango de velocidad
adecuado para obtener un voltaje uN.= 42 V
Posteriormente modifique los valores de la corriente de excitación conectando carga trifásica, esto se
muestra en la siguiente tabla y recuerde los valores del voltaje Us.y de corriente Is derivados del alternador
en esta velocidad.
Carga
n
-1
(min )
∞
C123
C123/R123
R123
3000
3000
3000
3000
IE
(A)
Us
(V)
I
(A)
42
0
39
DL 10280
Notas
a)
b)
La eventual corrección de la velocidad del grupo de rotación puede ser modificado con el
reostator de excitación RF del motor
Las indicaciones de los instrumentos empleados en el alternador pueden ser afectadas
con oscilaciones en algunos valores de medición.
Detenga el grupo colocando el interruptor L+/L- en la posición “0” y desenergice el alternador colocando el
selector “c0d” en la posición “0” otra vez
Resultados tipicos
Cuando la carga el capacitiva (C123) la armadura reacciona magnetizándose y el voltaje en las terminales
es grande sin carga:
U s = 47, I E = A, I s = 0.7 A
Cuando la carga es resistiva (R123) el voltaje en las terminales es bajo que la carga produce perdidas en la
armadura
U s = 38V , I E = 7 A, I s = 1.4 A
EXPERIMENTO No. 35
EFICIENCIA CONVENCIONAL
Propósitos
ü
Determinar la eficiencia convencional del alternador a diferentes factores de potencia.
Recordar datos típicos de pruebas previas
Experimento No. 29
Resistencia de excitación del bobinado
RE75 = 0.433 Ω (t = 75°C)
Experimento No. 30
Perdidas mecanicas
PGo = 70 W
Experimento No. 32
Resistencia equivalente de acoplamiento y perdidas adicionales
R75 = 0.75 Ω (t =75°C)
Experimento No. 33
Características de regulación para determinar la corriente de excitación
Procedimiento
Para ilustrar el calculo directo del método de la eficiencia del alternador con ejemplos numéricos de
resultados obtenidos en pruebas previas que serán usadas.
40
DL 10280
El procedimiento de calculo de la eficiencia se sintetiza en las siguientes tablas, donde las escobillas son
consideradas de carbón metal y la potencia Ed representa la suma de todas las pérdidas.
U s = 42V
Carga I (A)
cosφ
P = 3U S I cos φ (W )
PGo(W)
PsCu 75 = R75 I (W )
2
IE(A)
PE = R E 75 I E 2 (W )
0
1
0
0.625
1
45
1.25
1
90
1.875
1
135
2.5
1
180
3.125
1
225
70
0
70
0.29
70
1.17
70
2.64
70
4.69
70
7.32
7.1
7.2
7.5
21.82 22.45 24.35
8.3
29.83
9
35
5
5.4
289.5
289.5
62.2
342.7
342.7
65.6
7
21.2
Pb = 0.6 I E ( w)
4.2
Pd (W)
Pin = P + Pd (W)
95.4
95.4
0
η=
100 P
%
Pin
n = 3000 min
4.3
4.32
4.5
141.4 187.9 236.5
141.4 187.9 236.5
31.8
47.9
57.1
-1
Repitiendo el procedimiento para otro factor de potencia
U s = 42V
Carga I (A)
cosφ
n = 3000 min
0
0.8
0
0.625
0.8
36
1.25
0.8
72
1.875
0.8
108
2.5
0.8
144
3.125
0.8
180
0
0
36
0.29
72
1.17
108
2.64
144
4.69
180
7.32
7
21.2
7.7
25.7
8.8
33.5
9.9
42.4
11.5
57.3
13
73.2
Pb = 0.6 I E ( w)
4.2
4.6
5.3
5.9
6.9
7.8
Pd (W)
Pin = P + Pd (W)
95.4
95.4
0
100.6
136.6
26.4
110
182
39.6
121
229
47.2
139
283
50.9
158
338
53.2
P = 3U S I cos φ (W )
PGo(W)
PsCu 75 = R75 I (W )
2
IE(A)
PE = R E 75 I E 2 (W )
η=
100 P
%
Pin
-1
Esto es ahora posible dibujando un diagrama simple con la eficiencia η y las perdidas totales Pd varian en
funcion de la potencia de salida P, para dos valores del factor de potencia
41
DL 10280
DATOS DE PLACA
En base a las características típicas es posible suponer las cualidades mecánicas y eléctricas en un rango
de operación
Alternador trifásico dos polos
Potencia aparente = S = 180 VA
Rango de voltaje U = 42 YY
Rango de corriente I = 2.5 A YY
Factor de potencia cosϕ = 1
Corriente de excitación IE = 8.3 A
Paso n = 3000 min -1
42
DL 10280
EXPERIMENTO No. 36
CONEXIÓN EN PARALELO DEL ALTERNADOR CON LA LINEA
Propósitos
ü
ü
Encontrar las condiciones en las cuales se puede realizar la conexión en paralelo del alternador con
la línea.
Analizar el cambio en la actividad y potencia reactiva entre el alternador y línea.
Componentes:
ü
ü
ü
ü
ü
ü
ü
1 máquina de CA con motor bobinado y escobillas conectadas
1 máquina de CD con rotor conmutado y escobilas conectadas
1 DL 10281 módulo de alimentación
1 DL 10282 módulo de medición
1 DL 10283 cargas y reostatos
1 DL 10310 sincronoscopio de luces rotantes
2 FEWC 15-2 wattimetros 5-10 A/30-60V
Diagrama eléctrico
43
DL 10280
EXPERIMENTO No. 36
CONEXIÓN EL PARALELO DEL ALTERNADOR CON LA LINEA
44
DL 10280
Procedimiento
Ensamble el grupo alternador motor CD usando el estator del alternador completo con rotor bobinado y
conectando las escobillas y el rotor de la maquina de corriente directa completa con el rotor conmutado y
escobillas.
Arme el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo.
Coloque el módulo de alimentación para un voltaje directo de 42 V/10 A y voltaje alternado 42 V/10 A (
selector “a0b” en la posición “b” y interruptor L+/L- y L1/L2/L3 en la posición “0”) y para un voltaje directo de
0-8 V/12 A (selector “c0d” en la posición “d” y control knob en 0%)
Coloque el módulo de medición DL 10282 el volmetro y el amperímetro conectados en el estator del
alternador para mediciones de corriente alterna y el amperímetro en serie con el rotor del alternador para
mediciones de corriente directa (terminal roja +).
Coloque el módulo DL 10283, el reostato de arranque RA con la máxima resistencia (control knob en la
posición “b”) y el reostato de excitación RF con la mínima resistencia (control knob en la posición “a”).
Coloque el módulo DL 10310 en paralelo con el interruptor en la posición de apagado y el selector
volumétrico L1-L2/U-V en la posición L1-L2
Active el módulo de alimentación coloque el interruptor L1/L2/L3 en la posición “1” y mida el voltaje principal:
U = ......(V)
La frecuencia de línea se supone debe ser igual a 60 Hz
Coloque el grupo de rotación a funcionar colocando el interruptor L+/L- en la posición “1”: gradualmente
mueva el reostato de arranque RA (control knob en la posición “a”) y ajuste la corriente de excitación del
motor de CD para que con el reostato RF se pueda ajustar la velocidad y se genere la frecuencia de línea
(velocidad de rotación 300 min-1)
Coloque el selector volumétrico L1-L2/U-V a la posición U-V y excite el alternador con un voltaje directo
variable de 0-8 V hasta que el voltaje obtenido del alternador sea el mismo que el de la línea.
Una vez obtenida la igualdad entre la frecuencia de línea y la generada por el alternador el sincronoscopio
indicara en forma luminosa los resultados:
a) Las lámparas tienen una máxima iluminación en secuencia rápida en secuencia H1-H2-H3
(alternador rápido) o lenta H1-H3-H2 (alternador lento)
El orden de la sucesión cíclica de las fases es hacia la derecha y el alternador puede ser conectado
en paralelo a la línea.
b) La iluminación de las lámparas que están apagadas y se tienen cambios frecuentes de potencia.
El orden de la sucesión cíclica de las fases no es correcta: antes de conectar en paralelo las dos
fases del alternador es necesario intercambiarlas
Después de verificar la correcta conexión de las fases ajuste la excitación del motor de CD cuando la
iluminación es muy rápida, para producir un cambio lento en la iluminación de las lámparas y en su
dirección.
45
DL 10280
Cuando la lámpara H1 junto con las lámparas H2 y H3 tienen igual luminosidad cierre el interruptor de
paralelo (posición “on”): el alternador ha sido conectado en paralelo con la línea y la linea impone las
condiciones de velocidad y voltaje.
Después de la conexión en paralelo puede ajustar cuidadosamente la velocidad del motor de CD para
observar los cambios entre el alternador y la línea que deben ser nulos (los 2 Wattmetros pueden indicar
esto)
En estas condiciones las indicaciones de la corriente de excitación IE ., de la corriente de armadura Is y de
los 2 wattmetros W1 y W2
IE =...........(A)
P21 = ……(W)
Is = ...........(A)
P31 =……..(W)
La potencia activa intercambiada entre el alternador y la línea es igual a:
P = P23 + P31 = ………..(W)
La potencia reactiva es igual a:
Q = 3 ( P23 − P31 ) = ...........(VAR)
(Revise las conexiones de los wattmetros para evitar dañar la bobina cuando se presenten lecturas
negativas).
Variando la velocidad del motor los instrumentos mostrarán las respectivas variaciones de la corriente de
excitación, IE mostrado en la siguiente tabla y obtenga la variación con el voltaje directo de 0-8 volts.
IE
(A)
Is
(A)
P21
(W)
P23
(W)
P
(W)
Q
(VAR)
6
9
Verifique en esta si hay variación en la corriente de excitación y modifique solo la potencia reactiva variando
la potencia activa entre la línea y al alternador.
Ajuste la corriente de excitación IE del alternador de nuevo con los valores determinados en las condiciones
de conexión en paralelo con potencia activa nula y ahora incremente la velocidad reduciendo
cuidadosamente la resistencia de excitación RF del motor. La velocidad de la rotación es impuesta por la
frecuencia de la linea y no se dan cambios: redusca la resistencia excitación RF hasta que la corriente en el
estator resulte Is = 1.5 A. Recuerde las indicaciones previas para los instrumentos y escriba los resultados
en la tabla.
IE
(A)
Is
(A)
P21
(W)
P31
(W)
P
(W)
1.5
46
DL 10280
Verifiq ue el incremento del torque derivado de la potencia activa.
Finalmente desconecte el alternador de la conexión paralelo siguiendo las siguientes indicaciones.
a) Reduzca la alimentación derivada del alternador ajustando la velocidad del motor de CD del cual
debe resultar una corriente Is mínima
b) Coloque el interruptor de paralelo en la posicion “off” y posteriormente coloque el interruptor
L1/L2/L3 en la posición “0”.
c) Detenga el grupo colocando el interruptor L+/L- en la posición “0” y desenergice el alternador
colocando el selector “c0d” en la posición “0” de nuevo.
Resultados típicos
Condiciones de paralelo
IE = 7.2 A
Is = 1 A
P21 = -17 W
P=0W
Potencia activa con excitación variable
P=0W
Potencia reactiva con excitación variable
IE = 6 A Q = -121 VAR
IE = 9 A Q = +26 VAR
Potencia activa con manejo de torque
IE = 7.2 A
Is = 1.5 A
P = 80 W
EXPERIMENTO No. 37
ALTERNADOR Y MOTOR SINCRONO
Propósitos:
ü
ü
Conexión en paralelo del alternador con la línea
Recordar la curva del voltaje de un motor síncrono
Componentes:
ü
ü
ü
ü
ü
ü
ü
1 maquina de CA con rotor bobinado y escobillas conectadas
1 máquina de CD con rotor conmutado y escobillas conectadas
1 DL 10281
Modulo de alimentación
1 DL 10282
Módulo de medición
1 DL 10283
cargas y reostatos
1 DL 10310
Sincronoscopio de luces rotantes
2 FEWC 15-2 Wattmetros 5-10 A/30-60 V
47
DL 10280
Diagrama eléctrico
EXPERIMENTO No. 37: ALTERNADOR Y MOTOR SINCRONO
48
DL 10280
Procedimiento
Ensamble el grupo alternador motor CD usando el estator del alternador completo con rotor bobinado y
conectando las escobillas y el rotor de la maquina de corriente directa completa con el rotor conmutado y
escobillas.
Arme el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo.
Coloque el módulo de alimentación para un voltaje directo de 42 V/10 A y voltaje alternado 42 V/10 A (
selector “a0b” en la posición “b” y interruptor L+/L- y L1/L2/L3 en la posición “0”) y para un voltaje directo de
0-8 V/12 A (selector “c0d” en la posición “d” y control knob en 0%)
49
DL 10280
Coloque el módulo de medición DL 10282 el volmetro y el amperímetro conectados en el estator del
alternador para mediciones de corriente alterna y el amperímetro en serie con el rotor del alternador para
mediciones de corriente directa (terminal roja +).
Coloque el módulo DL 10283, el reostato de arranque RA con la máxima resistencia (control knob en la
posición “b”) y el reostato de excitación RF con la mínima resistencia (control knob en la posición “a”).
Coloque el módulo DL 10310 en paralelo con el interruptor en la posición de apagado y el selector
volumétrico L1-L2/U-V en la posición L1-L2
Active el módulo de alimentación coloque el interruptor L1/L2/L3 en la posición “1” y mida el voltaje principal:
U = ......(V)
La frecuencia de línea se supone debe ser igual a 60 Hz
Coloque el grupo de rotación a funcionar colocando el interruptor L+/L- en la posición “1”: gradualmente
mueva el reostato de arranque RA (control knob en la posición “a”) y ajuste la corriente de excitación del
motor de CD para que con el reostato RF se pueda ajustar la velocidad y se genere la frecuencia de línea
(velocidad de rotación 300 min-1)
Coloque el selector volumétrico L1-L2/U-V a la posición U-V y excite el alternador con un voltaje directo
variable de 0-8 V hasta que el voltaje obtenido del alternador sea el mismo que el de la línea.
Una vez obtenida la igualdad entre la frecuencia de línea y la generada por el alternador el sincronoscopio
indicara en forma luminosa los resultados:
c) Las lámparas tienen una máxima iluminación en secuencia rápida en secuencia H1-H2-H3
(alternador rápido) o lenta H1-H3-H2 (alternador lento)
El orden de la sucesión cíclica de las fases es hacia la derecha y el alternador puede ser conectado
en paralelo a la línea.
d) La iluminación de las lámparas que están apagadas y se tienen cambios frecuentes de potencia.
El orden de la sucesión cíclica de las fases no es correcta: antes de conectar en paralelo las dos fases del
alternador es necesario intercambiarlas
Después de haber verificado la correcta conexión de las fases en orden, ajuste con precaución la excitación
del motor de CD, si el señalamiento de las lámparas es muy rápido debe producirse un cambio para que
este sea lento.
Cuando la lámpara H1 y las lámparas H2 y H3 están igual iluminadas coloque el interruptor de paralelo en la
posición “on”, el alternador está conectado con la línea y esta impone las condiciones de velocidad y
frecuencia y está sujeto al voltaje del mismo.
Después de haber hecho la conexión en paralelo, con precaución ajuste la velocidad del motor de CD y
observará que no existe ningún cambio (los dos Watmetros podrán indicar esto) coloque el interruptor de la
fuente de alimentación del motor de CD en la posición “off” y coloque el interruptor L+/L- en la posición “0”.
El rotor del motor de CD opera como motor sincrono, y es ahora alimentado por la línea y opera bajo
condiciones sin carga.
Mida la corriente del estator y recuerde las indicaciones de los 2 wattmetros W1 y W2 (recuerde la conexión
adecuada para no dañar las bobinas de los wattmetros) en correspondencia de los valores de la corriente de
excitación que se muestran en la siguiente tabla y se logran ajustando el voltaje directo de 0-8 V.
IE
(A)
Is
(A)
P21
(W)
P23
(W)
P
(W)
Q
(VAR)
3
4.5
50
DL 10280
6
7.5
9
10.5
Nota:
Con los valores de la corriente de excitación que deben ser menores a 3 A es posible que el motor sincrono
se estabilice en estos límites.
Calculando la potencia activa
P = P21 + P31
Y la reactiva también
Q = 3 ( P21 − P31 )
Y escribiendo los valores obtenidos en la tabla
Dibuje en el siguiente diagrama la corriente del estator Is y potencia reactiva Q en función de la corriente de
excitación
51
DL 10280
Resultados típicos
Fig. pag 60
Cuando el motor sincrono es subexcitado la corriente absorbida se retraza con respecto al voltaje de linea
entonces el motor presenta una carga inductiva; en el estado inverso la corriente del motor se adelanta y se
considera una carga capacitiva.
7. GENERADOR DE CORRIENTE DIRECTA
52
DL 10280
El generador de corriente directa o dinamo son máquinas rotantes que transforman la energía mecánica que
proviene de un motor en energía eléctrica a través de una inducción electromagnética (ver sección 2.2.1) en
el rotor bobinado, o armadura, se logra la rotación por los campos magnéticos logrados por los polos de
arranque.
La f.e.m. alternante se induce en el circuito de la armadura y se transforma en una f.e.m. cursante por la
alimentación de los segmentos de la conexión de las escobillas (ver sección 2.3).
Para un dínamo bipolar la f.e.m., E0 (V) generada en condiciones de no carga en las terminales de la
armadura depende del flujo por polo φ(Wb) (y se refiere a la corriente de excitación Ie) y el paso de rotación n
(min-1) de acuerdo con la relación.
E o = n φz
60
Donde z es el número total de conductores en la armadura
Cuando el dinamo es cargado, i.e. con una carga externa en sus terminales el circuito absorbe corriente, el
voltaje U en las terminales puede resultar obviamente mas bajo que la f.e.m. E0 generadas en condiciones
de no carga y esto puede suceder por las siguientes causas.
1. Caída de voltaje en el enrollamiento del dínamo
2. Reacción de armadura (ver sección 2.3.1) producida por un flujo.
3. eventual caida en el manejo del rotor
7.1 SISTEMAS DE EXCITACION
El campo magnético es producido por la alimentación de la excitación de un circuito compuesto de los polos
principales donde la excitación en la bobina fluye directamente una corriente.
La potencia es necesaria para la excitación del dinamo puede provenir en diferentes formas en base a las
características de operación de la máquina.
Cuando la potencia de excitación proviene de una fuente externa se tiene que separar la excitación, con el
generador que esta provisto de autoexcitación la que está en turno puede ser en serie, shunt o de tipo
compuesto
7.2 REPRESENTACION DEL DINAMO
La representación de un generador de corriente directa está determinado por las características de
magnetización (el modo de variación sin carga del voltaje es una función de la corriente de excitación: esto
puede ser un indicador del grado de saturación del circuito magnético), y por las características externas
(modo de variación del voltaje en las terminales cuando varia la carga) y por las características de regulación
(modo de variación de la corriente de excitación cuando varia la carga y esto deriva en un voltaje constante).
Finalmente la eficiencia del generador, está definida por la relación entre la variación eléctrica potencia P y
potencia mecánica Pin correspondiente a la absorbida por los ejes, puede ser determinada con un método
directo evaluando el total de las perdidas Pd del generador
η=
P = P
Pin P + Pd
Las pérdidas totales Pd puede ser considerado como la suma de las siguientes pérdidas:
53
DL 10280
2
1. Pérdidas en la excitación del circuito RI
2. Perdidas constantes Po (mecánicas y metálicas)
Estas pérdidas pueden ser determinadas por la operación del dínamo cuando es separada de la
excitación del motor con un rango de voltaje y velocidad (método de Swinburne)
La potencia electrica total Pin absorbida por el motor, decrementan las pérdidas RI2 en el circuito
inductivo, proveído de pérdidas constantes
Po = Pin − RI 2
Generalmente esto es posible debido al efecto Joule que provoca pérdidas en la armadura, esto es,
Pin = P0
2
3. Pérdidas en el circuito de armadura RI
En estas pérdidas se debe incluir la compensación e interpolación de enrollamiento
4. Pérdidas electricas Pb en las escobillas.
Por siempre las pérdidas de voltaje supuestas son igual a:
Ub = 1 V (escobilla de carbón o grafiti)
Ub = 0.3 V (escobilla de metal-carbón
Después de esto las pérdidas en las escobillas resultan
Pb = 2Ia (escobilla de carbón o grafiti)
Pb = 0.6I a (escobilla de metal carbón)
Donde Ia es la corriente de armadura
5. Pérdidas adicionales Pad
Asumimos que estas perdidas varian con la corriente y estas se asumen igual a:
Pad = 1% P (maquinas no compensadas)
Pad = 0.5%P (máquinas compensadas)
Nota:
A excepción de una prescripción contraria todas las perdidas RI2 tienen que ser referidas a una temperatura
de 75°C para usar la siguiente formula:
R75 = Rta
309.5
234.5 + ta
Donde ta es la temperatura medida en la resistencia Rta
En particular, si ta = 20°C esto resulta
R75 = 1.22 Rta
7.3 SENTIDO DE ROTACION
El sentido de rotación del generador es impuesto por el sentido del motor.
El sentido horario de rotación (o sentido de arranque) corresponde a la rotación de la máquina en el sentido
de las manecillas del reloj, cuando observe cambios en el estado de la máquina de forma que el final está en
oposición del conmutador
7.4 EXCITACIÓN SEPARADA DEL DINAMO
La potencia necesaria para excitar el generador proviene de una fuente externa.
54
DL 10280
Este metodo es usado en los casos cuando se requiere un control completo de la corriente de excitación
necesaria.
El voltaje en las terminales del generador y en la carga RL resulta
U = Eo – Ri I - Ub
Donde Ri representa la resistencia interna del generador (resistencia típica Ra de la armadura cerca de la
eventual Rw de la interpolación del enrollamiento) y Ub de voltaje en escobillas.
La caida de voltaje en el generador puede ser compensada incrementando la corriente de excitación, de
acuerdo al ajuste de voltaje que se muestra en la siguiente figura.
La eficiencia convencional del generador es determinada por la evaluación separada de las siguientes
pérdidas:
55
DL 10280
1. Perdidas en el circuito de excitación
Pe = Re Ie
2. Pérdidas constantes Po
3. Pérdidas en el circuito de armadura
2
Pa = Ra Ia
4. Perdidas en las escobillas
Rb = 0.61a
5. Perdidas adicionales
Pad = 1% P
7.5 EXCITACIÓN SHUNT DEL DINAMO
La potencia necesaria para la excitación de un generador proviene de una máquina, que recibe la excitación
por efectos de magnetismo residual: el circuito de excitación shunt es conectado en la armadura.
El voltaje en las terminales del generador y en la carga RL resulta:
U = Eo – Ra Ia-Ub – Rw I
Donde la corriente Ia = I + Ie .
Cuando el generador libera corriente en las terminales el voltaje se decrementa, debido a las perdidas
internas de voltaje y la reacción de armadura, de esto resulta que la f.e.m., se reduce porque la excitación de
corriente se decrementa, ahora depende del voltaje de la armadura.
Si la resistencia de carga se reduce en exceso es probable que el voltaje no se mantenga constante, esto es
debido a la corriente analógica, por lo tanto el dinamo se desenergiza con un rápido decremento en las
terminales: en condiciones de corto circuito el voltaje en las terminales es cero pero las corrientes presentes
derivadas son diferentes de cero dependiendo unicamente del magnetismo residual. El dinamo con
excitaci{on shunt en este caso puede soportar el corto circuito.
La caida de voltaje en el generador puede deberse a un incremento de la corriente de excitación de acuerdo
al voltaje constante de ajuste, esto se observa en la curva de la siguiente figura.
56
DL 10280
La eficiencia convencional del generador esta determinada por la evaluación separada de las siguientes
pérdidas:
1. Pérdidas en el circuito de excitaci{on
Pe = Ue Ie
Porque se tiene que considerar el reostator RF también
2. Pérdidas constantes Po
3. Pérdidas en el circuito de armadura
2
Pa = Ra Ia
4. Perdidas en los interpolos
2
P w = Rw I
5. Perdidas en las escobillas
Pb = 0.61a
6. Perdidas adicionales
Pad = 1 %P
7.6 EXCITACIÓN SERIE DEL DINAMO
El generador con excitación serie tiene circuitos series conectados en la armadura del embobinado, y
presenta corriente en la carga, esto puede deberse al acarreo en una gran sección y esto puede presentarse
57
DL 10280
en ocasiones futuras la fuerza mecánica depende de la corriente en turno, nosotros podemos observar como
es posible obtener esta fuerza mecánica empleando algunos métodos de reducción de corriente (ver el
experimento No. 40) y ver los efectos con alta corriente (ver experimento No. 41)
El voltaje en las terminales del generador, y en la carga RL resulta
U =Eo - Ri I - Ub
Donde Ri representa la resistencia interna del generador (Ra resistencia típica de la armadura, Rs resistencia
de la excitación serie del bobinado y eventualmente Rw de la interpolación de bobinados) y Ub perdidas del
voltaje en las escobillas.
Una baja carga en las terminales incrementa el voltaje rápidamente esto deriva en una alta corriente antes
de saturar el circuito magnético, el voltaje en la terminal se decrementa: con el generador con excitación en
serie el cual provee un voltaje constante y este puede ser prácticamente usado. Si el generador es
conectado en serie con una línea de f.e.m., proporcional al circuito se pueden presentar caidas de voltaje en
la línea.
La eficiencia convencional del generador está determinada por la evaluación separada de las siguientes
pérdidas:
1. Pérdidas en el circuito de excitación
Ps = Rs I2
2. Pérdidas constantes Po
3. Pérdidas en el circuito de armadura
2
Pa = Ra Ia
2
P w = Rw I
4. Perdidas en las escobillas
Pb = 0.6 I
5. Perdidas adicionales
Pad = 1 %P
7.7 EXCITACIÓN COMPUESTA DEL DINAMO
58
DL 10280
El generador con excitación compuesta, presenta dos circuitos de excitación una es shunt y la otra es serie,
esto decrementa la variación del voltaje, característica de la excitación shunt, es compensada, con ciertos
límites por los correspondientes incrementos producidos por la excitación serie.
La excitación compuesta del generador es llamada “short shunt” cuando la excitación shunt en el bobinado
es directamente conectada a las escobillas y se llama “long shunt” cuanto por el contrario es conectada a las
terminales de la carga.
El voltaje en las terminales de la carga resulta:
U = Eo - Ra Ia - Rk I - Ub (short shunt)
U = Eo - Ra Ia - Rk Ia -Ub (long shunt)
Donde Ra es la resistencia de la armadura Rk es la serie de excitación del alambrado y Ub es la caida del
voltaje en las escobillas para Ia = I + Ie
In la practica pueden ser usados normalmente el corto shunt.
Cuando el flujo producido por dos excitaciones se agrega en la operación como un compuesto acumulativo
de excitación y puede operar en tres casos, esto se muestra en el siguiente diagrama de un reporte de
características externas.
59
DL 10280
1. Compensación normal
Idealmente las características de alineamiento en paralelo se realizan sobre el eje de las absizas.
En la práctica la compensación solamente se realiza en la corriente IN para una carga derivada igual
a un comportamiento de no carga cuando esta se decrementa en compensación de los excesos.
2. Baja compensación
A una carga total el voltaje es bajo que cuando no hay carga.
El efecto de la excitación serie es atenuada
3. Hiperconpensación
En algunos casos, por ejemplo cuando hay perdidas de voltaje en la línea puede ser remplazada por
el dínamo, el efecto de la excitación serie puede ser más marcado cuando hay carga total que
cuando no hay carga.
Cuando se produce un flujo contrario por dos excitaciones que son discordantes resulta una
excitación compuesta diferencial
4. Compensación contabilizada
El voltaje en las terminales del dinamo se decrementa muy rápido cuando la corriente derivada se
incrementa.
Este sistema de excitación es usado solamente en algunos casos particulares, como por ejemplo, en
las máquinas para soldar.
La eficiencia convencional del generador es determinada por la evaluación separada de las siguientes
perdidas:
1. Pérdidas en el circuito de excitación shunt
Pe = Re Ie2
2. Pérdidas constantes Po
3. Pérdidas en el circuito de armadura
2
Pa = Ra Ia
60
DL 10280
4. Perdidas en el circuito serie de excitación
2
Pk = Ra I (short shunt)
Pk = Ra I2 (long shunt)
5. Perdidas en la interpolación de bobinados
2
P w = Rw I
6. Perdidas en las escobillas
Pb = 0.6I a
7. Perdidas adicionales
Pad = 1 %P
EXPERIMENTO No. 38
RESISTENCIA DEL BOBINADO
Propósitos
ü
Medir la resistencia eléctrica de los bobinados de las máquinas de corriente eléctrica.
Componentes
ü
ü
ü
1 máquina CD con rotor conmutado y escobillas conectadas
1 DL 10281módulo de alimentación
1 DL 10282 módulo de medición
diagrama eléctrico
61
DL 10280
62
DL 10280
EXPERIMENTO No. 38: BOBINADO DE LA ARMADURA
63
DL 10280
Procedimiento
Ensamble la máquina de corriente directa completa con motor conmutado y escobillas.
Arme el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo.
Coloque el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo variable de 0-8 V/12 A (selector “c0d”
en la posición “d” y control knob en 0%)
Coloque el módulo de medición DL 10282 el volmetro y el amperímetro para una medición de corriente
directa y observe la polaridad (terminal roja +)
Active el módulo de alimentación con los valores de corriente mostrados en la tabla y mida el voltaje de
armadura U conectando un volmetro entre las terminales de las escobillas.
Antes de realizar este experimento realice la medición de la temperatura y regístrela en la tabla.
Ta = ........°C
I
(A)
U
(V)
R
(Ω)
1
2
3
4
5
Calculando la resitencia mediante la formula
R =..................
U
I
Y escribiendo el valor en la tabla
Determine en forma aritmética la resistencia a la termperatura ta:
R = ..................(Ω)
Y coloque este valor convencional a temperatura de 75°C de nuevo
Ra = R
309,5
= ............(Ω)
234,5 + ta
64
DL 10280
EXPERIMENTO No. 38.2: INTERPOLACIÓN DE BOBINADOS Y SERIE
Procedimiento
Arma el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo.
65
DL 10280
Coloque el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo variable de 0-8 V/12 A (selector “c0d”
en la posición “d” y el control knob en 0%)
Coloque el modulo de medicion DL 10282 el volmetro y el amperímetro para una medición de corriente
directa y observe la polaridad (terminal roja +)
Active el módulo de alimentación y alimente en circuito compuesto con la excitación compensada D1-D2,
serie D3-D4 e interpole los bobinados B1-B2, con los valores mostrados en la tabla y mida el voltaje en las
terminales de los 3 bobinados, empleando el volmetro.
Después mida la temperatura y escriba el valor medido en la siguiente tabla:
ta = ................°C
I
(A)
UD12
(V)
RD12
(Ω)
UD34
(V)
RD34
(Ω)
UB12
(V)
RB12
(Ω)
1
2
3
4
5
Calcule la resistencia mediante la formula:
R=
U
I
Y escriba los valores en la tabla
Determine posteriormente los valores aritméticos a diferentes temperaturas de la resistencia de los
bobinados
RD12 =…………….(Ω)
RD34 = ……………(Ω)
RB12 =…………(Ω)
Y coloque estos valores a una temperatura convencional de 75°C de nuevo.
Rk = ……………(Ω)
Rs = ......................(Ω) Rw = …………..(Ω)
66
DL 10280
EXPERIMENTO NO. 38.3 INDUCCION DEL BOBINADO
Procedimiento
Arma el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo.
67
DL 10280
Coloque el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo variable de 0-40 V/5 A (selector “c0d”
en la posición “c” y el control knob en 0%)
Coloque el modulo de medición DL 10282 el volmetro y el amperímetro para una medición de corriente
directa y observe la polaridad (terminal roja +)
Active el modulo de alimentación para la excitación separada de los bobinados F12+F56 los valores de
corriente se muestran en la tabla para realizar las mediciones de voltaje U en las terminales de los
bobinados.
Después mida la temperatura y escriba los valores medidos en la siguiente tabla:
Ta = ........°C
I
(A)
U
(V)
R
(Ω)
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0.90
Calculando la resistencia mediante la formula
R=
U
I
Y escribiendo el valor en la tabla
Determine en forma aritmética la resistencia a la termperatura ta:
R = ..................(Ω)
Y coloque este valor convencional a temperatura de 75°C de nuevo
Re = ..................(Ω)
Resultados tipicos
68
DL 10280
Los valores referidos a la resistencia a la temperatura convencional de 75°C son:
Resistencia del bobinado de la armadura.
Ra = 0.32 Ω
Compensación de la resistencia del bobinado
Rk = 0.06 Ω
Resistencia serie del bobinado
Rs = 0.245 Ω
Resistencia de interpolación del bobinado
Rw = 0.3 Ω
Resistencia de excitación separada del bobinado
Re = 44 Ω
EXPERIMENTO No.39
PRUEBA DEL MOTOR SIN CARGA (SWINBURNE)
69
DL 10280
Propósitos :
• Determinar las pérdidas mecánicas y de acerodel dínamo por medio del método de Swinburne : el
dínamo opera como motor sin carga.
Componentes:
• 1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.
• 1 Módulo de alimentación DL 10281
• 1 Módulo de medición DL 10282
• 1 Módulo de cargas y reóstatos 10283
Diagrama eléctrico :
EXPERIMENTO No.39 : PRUEBA DEL MOTOR SIN CARGA (SWINBURNE)
70
DL 10280
71
DL 10280
Procedimiento
Ensamble el estator de la máquina de corriente directa completo con rotor conmutador y escobillas.
Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo.
Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo fijo de 42 V/10 A (selector “a0b” a
la posición “b” e interruptor L+/L- a la posición “0”) y ponga el selector “c0d” a la posición “c” con la perilla de
control a 0%.
Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetros para mediciones de corriente
directa y observe las polaridades (+ en la terminal roja).
Establezca en el módulo DL 10283 el reóstato de excitación RF = 80 Ω con la mínima resistencia (perilla
de control a la posición “a”).
Active el módulo de alimentación y alimente el circuito de excitación separado moviendo el interruptor L+/La la posición “1”: verifique que la máquina este excitada.
Ahora ponga también el módulo DL 10281 para un voltaje directo variable 0÷40 V/5 A : selector “c0d” a la
posición “c”.
Lentamente disminuya el voltaje de armadura U por medio de la perilla de control hasta que la máquina
sea puesta en rotación.
Ajuste el voltaje de armadura a 20 V y así mismo reduzca la corriente de excitación Ie por medio del
-1
reóstato RF hasta que la velocidad resulte alrededor de 3000 min .
Ajuste al mismo tiempo el voltaje de armadura y la corriente de excitación hasta obtener una velocidad de
-1
3000 min con un voltaje de armadura de 20 V.
Mida la corriente de armadura Ia y la corriente de excitación Ie y escriba estos valores en la siguiente tabla
n
(min-1)
3000
3000
3000
3000
3000
U
(V)
20
25
30
35
40
Ia
(A)
Ie
(A)
P0 = U Ia
(W)
Ahora incremente al mismo tiempo el voltaje de armadura U y la corriente de excitación Ie de tal manera
que obtenga los otros valores de voltaje mostrados en la tabla, con velocidad constante : para cada valor de
voltaje que se muestra mida la corriente de armadura y de excitación.
Pare la máquina reestableciendo el voltaje de armadura y moviendo el selector “c0d” a la posición “0”.
Desenergice la máquina moviendo primero el interruptor L+/L- a la posición “0” y después el selector
“a0b” a la posición “0”.
Dibuje en el mismo diagrama la corriente de armadura Ia, la corriente de excitación Ie y la potencia
absorbida P0 , correspondiente a la suma de las pérdidas mecánicas y de acero , como función del voltaje de
armadura U.
Diagramas típicos
72
DL 10280
EXPERIMENTO No.40
F.E.M. SIN CARGA
73
DL 10280
Propósitos:
• Registrar el voltaje sin carga generado por un dínamo en velocidad constante y excitación separada.
• Verificar la dependencia del voltaje sin carga de la velocidad.
Componentes:
• 1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.
• 1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.
• 1 Módulo de alimentación DL 10281
• 1 Módulo de medición DL 10282
• 1 Reóstato de arranque y sincronizador
Diagrama eléctrico:
EXPERIMENTO No.40
F.E.M. SIN CARGA
74
DL 10280
Procedimiento
Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna
completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor
conmutador y escobillas.
Para el motor síncrono nos referimos al experimento no.21.
Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo.
Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24 V/14 A : (selector “a0b” a
la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”) y mueva el selector “c0d” a la posición “0” con la perilla
de control a 0%.
Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente
directa (+ en la terminal roja).
Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de
control de la fuente directa a 80% : alimente el módulo.
Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”.
75
DL 10280
Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las
posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira
ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo.
Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última
posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira
con le velocidad síncrona.
Utilizando el rango más apropiado del vóltmetro verifique que hay un voltaje entre las terminales A1-A2
del generador debido al magnetismo residual :
Ur = . . . . . . . (V)
Establezca el módulo de alimentación DL 10282 aún para un voltaje directo variable 0÷40 V/5 A (selector
“c0d” a la posición “c”).
Registre la característica de magnetización midiendo el voltaje U entregado por el generador en
correspondencia de los valores de corriente de excitación Ie obtenidos operando la perilla de control y
mostrados en la tabla, haga primero las mediciones con la corriente incrementandose y luego con la
corriente decrementándose, evite llevar acabo manipulaciones en sentido opuesto ( por ejemplo, si durante
el registro de la característica ascendente un valor muy alto de corriente se estubiese manejando , entonces
es incorrecto hacerlo en sentido opuesto porque tendríamos un punto fuera de la curva debido a la histéresis
magnética: en este caso tendríamos que comenzar desde el principio)
n
(min-1)
3000
Característica
ascendente
Ie
(A)
0
0.15
0.3
0.45
0.6
0.75
0.9
1
U
(V)
Característica
descendente
Ie
(A)
U
(V)
1
0.9
0.75
0.6
0.45
0.3
0.15
0
Dibuje en un diagrama el voltaje entregado U como función de la corriente de excitación Ie a velocidad
constante registrada para las dos características y asuma la característica promedio como la característica
de magnetización.
76
DL 10280
Verifique además cómo el voltaje entregado sin carga depende de la velocidad de rotación si el flujo
inductivo se mantiene constante.
Ajuste la corriente de excitación del dínamo a Ie = 0.6 A y varíe la velocidad de rotación del motor de
inducción, pasando en secuencia desde la operación síncrona a la operación asíncrona con ajuste de
velocidad mediante el reóstato del rotor: para cada valor de velocidad que se lleve acabo mida el voltaje
entregado correspondiente :
Reóstato
corto circuito
R3A
R2A
R1A
Ie
(A)
0.6
0.6
0.6
0.6
n
-1
(mín )
U
(V)
Le aconsejamos hacer sus mediciones con cierta cautela debido a que en el reóstato del rotor se disipa
algo de energía.
Pare el grupo moviendo el interruptor L1/L2/L3 a la posición “0” y desenergizando el dínamo moviendo el
selector “c0d” a la posición “0” otra vez.
Dibuje en un diagrama la tendencia del voltaje entregado como función de la velocidad con corriente de
excitación constante.
77
DL 10280
Resultados típicos.
Voltaje residual Ur = 0.7 ÷ 0.8 V
Característica de magnetización
Característica U = f(n) a Ie constante
78
DL 10280
EXPERIMENTO No.41
CARACTERÍSTICA DE EXCITACIÓN
Propósitos:
• Registrar la característica de magnetización de un generador con excitación serie.
Componentes:
• 1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.
• 1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.
• 1 Módulo de alimentación DL 10281
• 1 Módulo de medición DL 10282
• 1 Reóstato de arranque y sincronizador DL 10125
Diagrama eléctrico:
79
DL 10280
EXPERIMENTO No.41: CARACTERÍSTICA DE EXCITACIÓN
80
DL 10280
Procedimiento
Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna
completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor
conmutador y escobillas.
Para el motor síncrono nos referimos al experimento no.21.
Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo.
Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24 V/14 A : (selector “a0b” a
la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”) y mueva el selector “c0d” a la posición “0” con la perilla
de control a 0%.
Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente
directa (+ en la terminal roja).
Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de
control de la fuente directa a 80% : alimente el módulo.
Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”.
Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las
posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira
ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo.
Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última
posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira
con le velocidad síncrona.
Utilizando el rango más apropiado del vóltmetro verifique que hay un voltaje entre las terminales A1-A2
del generador debido al magnetismo residual :
81
DL 10280
Ur = . . . . . . . (V)
Establezca el módulo de alimentación DL 10282 aún para un voltaje directo variable 0÷40 V/5 A (selector
“c0d” a la posición “c”).
Registre la característica de magnetización midiendo el voltaje U entregado por el generador en
correspondencia de los valores de corriente de excitación Ie obtenidos operando la perilla de control y
mostrados en la tabla, haga primero las mediciones con la corriente incrementandose y luego con la
corriente decrementándose, evite llevar acabo manipulaciones en sentido opuesto ( por ejemplo, si durante
el registro de la característica ascendente un valor muy alto de corriente se estubiese manejando , entonces
es incorrecto hacerlo en sentido opuesto porque tendríamos un punto fuera de la curva debido a la histéresis
magnética: en este caso tendríamos que comenzar desde el principio)
n
(min-1)
3000
Característica
ascendente
Ie
(A)
0
1.5
3
4.5
6
7.5
9
10.5
12
U
(V)
Característica
descendente
Ie
(A)
U
(V)
12
10.5
9
7.5
6
4.5
3
1.5
0
Pare el grupo pasando en secuencia de la operación síncrona del motor a la asíncrona y moviendo el
interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”.
Desenergice el dínamo moviendo el selector “c0d” a la posición “0” otra vez.
Dibuje en el mismo diagrama el voltaje entregado U como función de la corriente de excitación Ie a
velocidad constante registrada para las dos características y asuma la característica promedio como la
característica de magnetización.
82
DL 10280
Resultados típicos.
Voltaje residual Ur = 0.6 ÷ 0.8 V
Característica de magnetización
EXPERIMENTO No.42
DINAMO CON EXCITACIÓN SEPARADA
Propósitos:
• Registrar la característica externa.
• Registrar la característica de regulación.
• Determinación de la eficiencia convencional.
Componentes:
• 1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.
• 1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.
• 1 Módulo de alimentación DL 10281
• 1 Módulo de medición DL 10282
• 1 Módulo de cargas y reóstatos DL 10283
• 1 Reóstato de arranque y sincronizador DL 10125
Diagrama eléctrico:
83
DL 10280
EXPERIMENTO No.42: DINAMO CON EXCITACIÓN SEPARADA
84
DL 10280
Procedimiento
Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna
completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor
conmutador y escobillas.
Para el motor síncrono nos referimos al experimento no.21.
Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo.
Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24 V/14 A : (selector “a0b” a
la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”) y mueva el selector “c0d” a la posición “0” con la perilla
de control a 0%.
Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente
directa (+ en la terminal roja).
Mueva el selector R del módulo DL 10283 a la posición “0” y la perilla de ajuste del reóstato RA = (1Ω +
2Ω) a la posición “b” (máxima resistencia).
85
DL 10280
Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de
control de la fuente directa a 80% : alimente el módulo.
Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”.
Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las
posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira
ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo.
Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última
posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira
con le velocidad síncrona.
Ahora establezca el módulo de alimentación DL 10282 aún para un voltaje directo variable 0÷40 V/5 A
(selector “c0d” a la posición “c”).
Registre la característica externa del generador midiendo el voltaje U en las terminales como función de
la corriente de carga I=Ia con corriente de excitación constante Ie.
Por medio de la perilla de control ajuste la corriente Ie = 1 A: este valor tiene que permanecer constante
durante toda la obtención de la característica externa. Después de haber medido el voltaje sin carga, mida el
voltaje para cada valor de la corriente de carga entregada por el generador, obtenida ajustando
apropiadamente el selector R y el reóstato de carga RA.
En la tabla los valores de corriente aproximados muestran que puede ser llevado acabo combinando
apropiadamente el selector de pasos R y el reóstato RA.
Carga
∞
R1+RA
R12+ RA
R12+ RA
R123+ RA
R123+ RA
R123+ RA
Ie
(A)
1
1
1
1
1
1
1
I
(A)
0
2
3.5
4
4.5
5
5.5
U
(V)
86
DL 10280
Dibuje en un diagrama el voltaje entregado U como función de la corriente de carga Ι.
Pág. 96
Ahora registre la característica de regulación midiendo la corriente de excitación que es necesaria para
mantener el voltaje constante en las terminales del generador en función de la corriente de carga.
Con carga nula (Ι=0) ajuste la corriente de excitación Ie de tal manera que el voltaje entregado sea igual a
U = 35 V: con carga nula la corriente de excitación asume el valor mínimo.
Para cada condición de carga mostrada en la tabla ajuste al mismo tiempo la corriente de excitación Ie y
la carga de manera que haga los valores de corriente aaproximados en la siguiente tabla y registre la
corriente de excitación.
Carga
Ie
I
U
87
DL 10280
∞
R1+RA
R12+ RA
R12+ RA
R123+ RA
R123+ RA
R123+ RA
(A)
35
35
35
35
35
35
35
(A)
0
2
3.5
4
4.5
5
5.5
(V)
Pare el grupo pasando en secuencia de la operación síncrona del motor a la asíncrona y luego moviendo
el interruptor L1/L2/L· a la posición “0”.
Desenergice el dinamo moviendo el selector “c0d” a la posición de “0” otra vez.
Dibuje en un diagrama la corriente de excitación Ie como función de la corriente de carga Ι.
88
DL 10280
Finalmente, en base a los resultados previos, podemos determinar la eficiencia convencional del dinamo
suponiendo una corriente promedio igual a 5 A con voltaje entregado de 35 V: la corriente de excitación Ie =
-1
1 A y n = 3000 min .
El procedimiento de cálculos está sintetizado en la siguiente tabla.
Carga I(A)
U (V)
P = UI (W)
Ie (A)
Pe= ReIe2(W)
P0 (W)
Ia (A)
Pa= RaIa2(W)
2
Pw=RwIa (W)
Pb=0.6Ia2(W)
Pad=1%P(W)
Pd (W)
Pin=P+Pd(W)
η=100P/Pin
0
0
1.25
2.5
3.75
1
44
40
0
0
0
0
0
84
84
0
1
44
40
1.25
1
44
40
2.5
1
44
40
3.75
5
35
175
1
44
40
5
8
7.5
3
1.75
104.2
279.2
62.7
6.125
1
44
40
6.125
Los valores de resistencia son los determinados en el experimento no.38 y referidos a 75º C de nuevo.
Las pérdidas constantes P0 son las determinadas en el experimento no.39 en correspondencia de U = 35
V.
A partir de una examinación visual las escobillas son de metal-carbon.
La potencia Pd representa la suma de todas las pérdidas.
Dibuje en el mismo diagrama la potencia Pd y la eficiencia η como función de la potencia de salida P.
Resultados típicos.
89
DL 10280
Característica externa
Característica de regulación.
90
DL 10280
Curva de eficiencia
91
DL 10280
DATOS DE PLACA
En base a las características típicas es posible suponer las cantidades eléctricas y mecánicas del motor .
Dinamo con excitación separada
Potencia promedio P = 175 W
Voltaje promedio U = 35 V
Corriente promedio I=5A
Corriente de excitación Ie = 1 A
Velocidad n = 3000 min-1
EXPERIMENTO No.43
DINAMO CON EXCITACIÓN EN PARALELO
Propósitos:
• Registrar la característica externa.
• Registrar la característica de regulación.
• Determinación de la eficiencia convencional.
Componentes:
• 1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.
• 1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.
• 1 Módulo de alimentación DL 10281
• 1 Módulo de medición DL 10282
92
DL 10280
• 1 Módulo de cargas y reóstatos DL 10283
• Reóstato de arranque y sincronizador DL 10125
Diagrama eléctrico:
Nota: Para permitir un buen ajuste de la corriente de excitación los devanados F1-F2
conectados en paralelo.
y F5-F6 están
EXPERIMENTO No.43 : DINAMO CON EXCITACIÓN EN PARALELO
93
DL 10280
Procedimiento
Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna
completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor
conmutador y escobillas.
Para el motor síncrono nos referimos al experimento no.21.
Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo.
Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24 V/14 A : (selector “a0b” a
la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”).
Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente
directa (+ en la terminal roja).
94
DL 10280
Mueva el selector R del módulo DL 10283 a la posición “0” y la perilla de ajuste del reóstato RA = (1Ω +
2Ω) a la posición “b” (máxima resistencia); ponga también la perilla de ajuste de la perilla de excitación RF =
(80 Ω) a la posición “b” (máxima resistencia).
Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de
control de la fuente directa a 80% : alimente el módulo.
Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”.
Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las
posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira
ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo.
Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última
posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira
con le velocidad síncrona.
Autoexcite el dínamo reduciendo la resistencia del reóstato RF de tal manera que obtenga un voltaje sin
carga de alrededor de 30 V.
Registre la característica externa del generador midiendo el voltaje U en las terminales como función de
la corriente de carga I:también mida la corriente de excitación Ie y el voltaje de excitación Ue.
Con el reóstato RA en la posición “b” ponga el selector R en la posición R123: ajuste al mismo tiempo el
reóstato RA y el de excitación RF de tal manera que el dinamo entrege una corriente de 6 A con voltaje en las
terminales de U = 20 V.
ADVERTENCIAS
(1) Este ajuste tiene que ser hecho cuidadosamente recordando que un incremento en la corriente de
carga tiene que corresponder a un incremento en la corriente de excitación de manera que sea capaz de
obtener el valor establecido de voltaje.
(2) Durante esta prueba el reóstato de carga RA y el de excitación RF resultan en una sobrecarga y éstos se
calientan : le aconsejamos hacer la prueba con cautela para evitar dañarlos.
Sin modificar la posición del reóstato de excitación RF , medimos el voltaje en las terminales y el voltaje y
corriente de excitación para cada valor de la corriente de carga entregada por el generador, obtenida
ajustando apropiadamente el selector R y el reóstato de carga RA : escriba los valores medidos en la tabla.
Pág. 103
En la tabla los valores aproximados de corriente están escritos de manera que pueden ser efectuados
combinando apropiadamente el selector de pasos R y el reóstato RA
Carga
R123+ RA
R123+ RA
R12+ RA
R12+ RA
R1+RA
R1+RA
∞
Ie
(A)
20
I
(A)
6
5.7
4.2
3.6
3
2.7
0
U
(V)
Dibuje en un diagrama el voltaje entregado U y la corriente de excitación Ie como función de la corriente
de carga Ι.
95
DL 10280
Ahora registre la característica de regulación midiendo la corriente de excitación que es necesaria para
mantener el voltaje constante en las terminales del generador en función de la corriente de carga.
Con carga nula (Ι=0) ajuste la corriente de excitación Ie de tal manera que el voltaje entregado sea igual a
U = 20 V: con carga nula la corriente de excitación asume el valor mínimo.
Para cada condición de carga mostrada en la tabla ajuste al mismo tiempo la corriente de excitación Ie y
la carga de manera que haga los valores de corriente aaproximados en la siguiente tabla .
Carga
∞
R1+RA
R12+ RA
R123+ RA
R123+ RA
Ie
(A)
20
20
20
20
20
I
(A)
0
2.1
3
6
6.6
U
(V)
Pare el grupo pasando en secuencia de la operación síncrona del motor a la asíncrona y luego moviendo
el interruptor L1/L2/L· a la posición “0”.
Dibuje en un diagrama la corriente de excitación Ie como función de la corriente de carga Ι.
96
DL 10280
Finalmente, en base a los resultados previos, podemos determinar la eficiencia convencional del dinamo
suponiendo una corriente promedio igual a 6 A con voltaje entregado de 20 V: la corriente de excitación Ie =
1.1 A y n = 3000 min-1.
El procedimiento de cálculos está sintetizado en la siguiente tabla.
Carga I(A)
U (V)
P = UI (W)
Ue (V)
Ie (A)
Pe= ReIe2(W)
P0 (W)
Ia=I+Ie (A)
Pa= RaIa2(W)
2
Pw=RwIa (W)
Pb=0.6Ia2(W)
Pad=1%P(W)
Pd (W)
Pin=P+Pd(W)
η=100P/Pin
0
0
1.5
3
4.5
37
37
37
37
0
84
0
6
20
120
21
1.1
23.1
37
7.1
16.1
10.8
4.3
1.2
92.5
212.5
56.5
Los valores de resistencia son los determinados en el experimento no.38 y referidos a 75º C de nuevo.
97
DL 10280
Las pérdidas constantes P0 son las determinadas en el experimento no.39 en correspondencia de U = 20
V.
A partir de una examinación visual las escobillas son de metal-carbon.
La potencia Pd representa la suma de todas las pérdidas.
Dibuje en el mismo diagrama la potencia Pd y la eficiencia η como función de la potencia de salida P.
Resultados típicos.
Característica externa
98
DL 10280
Característica de regulación
99
DL 10280
Curva de eficiencia
100
DL 10280
DATOS DE PLACA
En base a las características típicas es posible suponer las cantidades eléctricas y mecánicas en
operación normal.
Dinamo con excitación en paralelo
Potencia promedio P = 120 W
Voltaje promedio U = 20 V
Corriente promedio I=6A
Corriente de excitación Ie = 1.1 A
-1
Velocidad n = 3000 min
Pág. 108
EXPERIMENTO No.44
DINAMO CON EXCITACIÓN EN SERIE
Propósitos:
• Registrar la característica externa.
• Determinar de la eficiencia convencional.
Componentes:
• 1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.
• 1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.
• 1 Módulo de alimentación DL 10281
101
DL 10280
• 1 Módulo de medición DL 10282
• 1 Módulo de cargas y reóstatos DL 10283
• Reóstato de arranque y sincronizador DL 10125
Diagrama eléctrico:
EXPERIMENTO No.44 : DINAMO CON EXCITACIÓN EN SERIE
102
DL 10280
Procedimiento
Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna
completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor
conmutador y escobillas.
Para el motor síncrono nos referimos al experimento no.21.
Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo.
Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24 V/14 A : (selector “a0b” a
la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”) y ponga el selector “c0d” a la posición “0” con la perilla
de control a 0%.
Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente
directa (+ en la terminal roja).
Mueva el selector R del módulo DL 10283 a la posición “0” (es utilizado como interruptor de línea) y la
perilla de ajuste del reóstato RA = (1Ω + 2Ω) a la posición “b” (máxima resistencia).
103
DL 10280
Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de
control de la fuente directa a 80% : alimente el módulo.
Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”.
Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las
posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira
ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo.
Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última
posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira
con le velocidad síncrona.
Registre la característica externa del generador midiendo el voltaje U en las terminales como función de
la corriente de carga I.Después de haber medido el voltaje sin carga utilizando el rango más apropiado del
vóltmetro, prenda el interruptor R (conectado a la posición “1”) y mida el voltaje para cada valor de la
corriente de carga entregada por el generador , obtenida ajustando cuidadosa y apropiadamente el reóstato
RA
ADVERTENCIA
Durante esta prueba el reóstato de carga RA resulta en una sobrecarga y se calientan : le aconsejamos
hacer la prueba con cautela para evitar dañarlo.
Pág. 111
Los valores de corriente aproximados que están en la tabla son los que le aconsejamos que haga.
Carga
∞
RA
RA
RA
RA
RA
RA
RA
RA
RA
Ι
(A)
0
1.5
3
4.5
6
7.5
9
10.5
12
13.5
U
(V)
P=UI
(W)
Calcule la potencia entregada P y escriba los valores en esta tabla.
En un diagrama muestre el voltaje entregado U y la potencia P como función de la corriente de carga Ι.
104
DL 10280
Pare el grupo pasando en secuencia de la operación síncrona del motor a la asíncrona y luego moviendo
el interruptor L1/L2/L· a la posición “0”.
Finalmente, en base a los resultados previos, podemos determinar la eficiencia convencional del dinamo
suponiendo una corriente promedio igual a 10 A con voltaje entregado de 15 V. El procedimiento de cálculos
está sintetizado en la siguiente tabla.
Carga I(A)
U (V)
P = UI (W)
Ps= RsI2(W)
P0 (W)
2
Pa= RaIa (W)
2
Pw=RwIa (W)
2
Pb=0.6Ia (W)
Pad=1%P(W)
Pd (W)
Pin=P+Pd(W)
η=100P/Pin
0
0
0
35
0
0
0
0
35
35
0
2.5
5
7.5
35
35
35
10
15
150
24.5
35
32
30
6
1.5
129
279
53.8
12.5
35
105
DL 10280
Los valores de resistencia son los determinados en el experimento no.38 y referidos a 75º C de nuevo.
Las pérdidas constantes P0 son las determinadas en el experimento no.39 en correspondencia de U = 15
V.
A partir de una examinación visual las escobillas son de metal-carbon.
La potencia Pd representa la suma de todas las pérdidas.
Dibuje en el mismo diagrama la potencia Pd y la eficiencia η como función de la potencia de salida P.
Resultados típicos
Característica externa
106
DL 10280
Curva de eficiencia
107
DL 10280
DATOS DE PLACA
En base a las características típicas es posible suponer las cantidades eléctricas y mecánicas en operación
normal.
Dinamo con excitación en serie
Potencia promedio P = 150 W
Voltaje promedio U = 15 V
Corriente promedio I=10A
-1
Velocidad n = 3000 min
EXPERIMENTO No.45
DINAMO CON EXCITACIÓN COMPUESTA
Propósitos:
• Registrar la característica externa de dínamo en paralelo corto.
• Registrar la característica de regulación.
• Determinar la eficiencia convencional.
Componentes:
• 1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.
• 1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.
• 1 Módulo de alimentación DL 10281
• 1 Módulo de medición DL 10282
• 1 Módulo de cargas y reóstatos DL 10283
• Reóstato de arranque y sincronizador DL 10125
Diagrama eléctrico:
108
DL 10280
EXPERIMENTO No.45 : DINAMO CON EXCITACIÓN COMPUESTA
109
DL 10280
Procedimiento
110
DL 10280
Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna
completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor
conmutador y escobillas.
Para el motor síncrono nos referimos al experimento no.21.
Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo.
Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24 V/14 A : (selector “a0b” a
la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”) y ponga el selector “c0d” a la posición “0” con la perilla
de control a 0%.
Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente
directa (+ en la terminal roja).
Mueva el selector R del módulo DL 10283 a la posición “0” (es utilizado como interruptor de línea) y la
perilla de ajuste del reóstato RA = (1Ω + 2Ω) a la posición “b” (máxima resistencia).
Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de
control de la fuente directa a 80% : alimente el módulo.
Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”.
Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las
posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira
ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo.
Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última
posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira
con le velocidad síncrona.
Registre la característica externa del generador midiendo el voltaje U en las terminales y la corriente de
excitación Ie como función de la corriente de carga I.Después de haber medido el voltaje sin carga mida el
voltaje para cada valor de la corriente de carga entregado por el generador, obtenida ajustando cuidadosa y
apropiadamente el reóstato RA y el selector R
ADVERTENCIA
Durante esta prueba el reóstato de carga RA resulta en una sobrecarga y se calientan : le aconsejamos
hacer la prueba con cautela para evitar dañarlo.
Los valores de corriente aproximados que se pueden llevar acabo combinando el selector de pasos R y el
reóstato RA se muestran en la tabla.
Carga
∞
R1+RA
R12+ RA
R123+ RA
R123+ RA
R123+ RA
R123+ RA
I
(A)
0
3
4.5
8.1
9
10.5
12
U
(V)
Ie
(A)
Dibuje en un diagrama el voltaje entregado U y la corriente de excitación Ie como función de la corriente
de carga Ι.
111
DL 10280
Ahora registre la característica externa con excitación serie diferencial : después de haber puesto el
dínamo en operación sin carga de nuevo las conexiónes que cambian entre éstas son las conexiones del
devanado D1-D2 (vea en especial : diferencial compuesto). Para cada valor aproximado de la corriente de
carga mostrado en la tabla registre como en las páginas previas tanto el voltaje entregado U y la corriente de
exitación en paralelo Ie.
Carga
∞
R1+RA
R12+ RA
R12+ RA
I
(A)
0
2.1
2.4
2.7
U
(V)
Ie
(A)
Pare el grupo pasando en secuencia de la operación síncrona del motor a la asíncrona y luego moviendo
el interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”.
Dibue en un diagrama el voltaje entregado y la corriente de excitación en paralelo Ie como función de la
corriente de carga Ι.
112
DL 10280
Finalmente, en base a los resultados previos, podemos determinar la eficiencia convencional del dinamo
suponiendo una corriente promedio igual a 10 A con voltaje entregado de 25 V. El dínamo esta claramente
descomensado.
El procedimiento de cálculo es sintetizado en la siguiente tabla.
Carga I(A)
U (V)
P = UI (W)
Ie (A)
2
Ps= RsI (W)
P0 (W)
Ia (A)
2
Pa= RaIa (W)
2
Pk=RkI (W)
2
Pw=RwI (W)
Pb=0.6Ia2(W)
Pad=1%P(W)
Pd (W)
Pin=P+Pd(W)
0
32.5
0
0.78
26.8
37.5
0.78
0.19
0
0
0.468
0
65
65
2.5
5
7.5
37.5
37.5
37.5
10
2
250
0.7
21.56
37.5
10.7
36.64
6
30
6.42
2.5
140.6
391.6
12.5
37.5
113
DL 10280
η=100P/Pin
0
64
Los valores de resistencia son los determinados en el experimento no.38 y referidos a 75º C de nuevo.
Las pérdidas constantes P0 son las determinadas en el experimento no.39 en correspondencia de U = 25
V.
A partir de una examinación visual las escobillas son de metal-carbon.
La potencia Pd representa la suma de todas las pérdidas.
Dibuje en el mismo diagrama la potencia Pd y la eficiencia η como función de la potencia de salida P.
Resultados típicos
Característica externa
114
DL 10280
Característica externa con operación diferencial
115
DL 10280
Curva de eficiencia
116
DL 10280
DATOS DE PLACA
En base a las características típicas es posible suponer las cantidades eléctricas y mecánicas en operación
normal.
Dinamo con excitación compuesta, paralelo corto.
Potencia promedio P = 250 W
Voltaje promedio U = 25 V
Corriente promedio I=10A
Corriente de excitación Ie = 0.7 A
-1
Velocidad n = 3000 min
APENDICES
APÉNDICE A1
LISTA DE COMPONENTES
No.1 DL 10280 Sistema modular para máquinas eléctricas rotatorias.
No.1 DL 10281 Módulo de alimentación
No.1 DL 10282 Módulo de medición
No.1 DL 10283 Módulo de cargas y reóstatos.
117
DL 10280
No.1 DL 10284 Adaptador auxiliar.
No1. DL 10285 Sistema de bloqueo y rotación
No.1 DL 10116 Arrancador estrella-delta
No.1 DL 10300A Freno electromagnético con brazos y pesas
No.1 DL 10310 Sincronoscopio de luz giratoria
No.2 FEWC15-2 Wattmetro 5-10 A/30-60 V
No.1 DL 2026 Tacómetro digital
No.1 Osciloscopio de doble trazo, 20 Mhz
APÉNDICE A2
PUNTA MAGNÉTICA
La punta magnética le permite desplegar el campo magnético mostrando la tendencia tridimensional . La
punta está compuesta de un pequeño imán suspendido en una armadura de gimbal.
El soporte, la agarradera y los baleros de pivote no influencían la indicación del imán.
La punta puede ser utilizada en cualquier posición u orientación dentro del campo magnético bajo prueba.
La dirección del campo magnético se muestra por el pequeño imán cuyo polo norte está en color rojo.
APÉNDICE A3
PRUEBA DE EJECUCIÓN
Las pruebas que se llevan acabo fuera de la máquina eléctrica tienen el propósito de determinar el
comportamiento de lo mismo en condiciones de trabajo, o de deducir con cálculos sus comportamiento en
condiciones de operación.
118
DL 10280
Las mediciones se hacen operando máquinas en ciertas condiciones (carga, sin carga, en corto circuito,
voltaje o corriente variable.... ) variando una de las cantidades implicadas y registrando las variaciones
correspondientes de las otras cantidades.
Los valores de las cantidades involucradas se registran por medio de instrumentos y son escritas en las
tablas correspondientes y apartir de éstos valores a menudo algunos otros se deducen (por ejemplo, en un
circuito de corriente directa la potencia se calcula multiplicando el voltaje aplicado y la corriente; en un
circuito trifásico la potencia se calcula como la suma algebraica de las indicaciones de dos wattmetros en
conexión de Aron).
Después de haber obtenido todos los valores que pueden ser deducidos de las lecturas las pruebas
tienen que ser presentadas en diagramas, de tal manera que se pueda juzgar de un vistazo le regularidad de
la aproximación de los resultados mejor que la tendencia real del fenómeno.
A3.1 Método directo
Las pérdidas y la eficiencia efectiva de una máquina se determinan con el métodod directo cada vez que
la máquina sea operada con su carga efectiva.
Todas las mediciones tienen que ser hechas despúes de que la máquina haya alcanzado un
calentamiento suficiente.
A3.2 Método indirecto
Las pérdidas convencionales y eficiencia de una máquina se determinan con el método indirecto cada
vez que por medio de algunas pruebas sea posible evaluar las pérdidas y registrar la información que
permita calcular cuál es el comportamiento de la máquina en diferentes condiciones de carga, sin embargo
sin operar ésta con la carga efectiva.
Las pérdidas que se manifiestan en las máquinas rotatorias son :
- pérdidas de hierro (histéresis).
- pérdidas mecánicas (fricción y ventilación).
- pérdidas de cobre (efecto Joule)
- pérdidas de contacto (escobillas y conmutador).
- pérdidas adicionales (corrientes parásitas).
APÉNDICE A4
MEDICIÓN DE LA POTENCIA MECÁNICA
La potencia mecánica de salida P de una máquina rotatoria es normalmente determinada midiendo la
-1
velocidad de rotación n (min ) y el torque mecánico M (Nm) desarrollados por la máquina bajo condiciones
de prueba según la siguiente relación :
P=
2π
60
nM = 0.1047nM (W )
La velocidad de rotación n se mide por medio de un tacómetro y el torque mecánico M por medio de un
freno, que puede ser electrodinámico o magnético, capaz de disipar la potencia desarrollada por una
máquina bajo prueba.
El marco del freno es libre de oscilar alrededor de su eje y está integrado por dos brazos, uno que está
graduado y el otro está equipado con un nivel de agua, donde la medición del peso G y las pesas de balance
g pueden ser deslizadas. La posición del brazo depende de la velocidad de la flecha de rotación como se
muestra en la figura.
119
DL 10280
Antes de hacer las mediciones es necesario balancear el freno con un freno de motor girando y un freno
desenergizado.
Después de que el motor ha alcanzado su velocidad normal con el peso G en cero de la escala graduada
y el freno de balance mueva el peso de balance g en el otro brazo hasta que el nivel de agua muestre la
posición horizontal.
Bloquee además la pesa de balance g que no tiene que ser movida durante las pruebas.
Después de haber balanceado el freno hacemos que el motor gire y realizamos las operaciones
moviendo el peso G una distancia b1 correspondiente al torque M1 = G b1 que queremos hacer y luego
ajustamos la corriente de excitación del freno hasta que el freno por sí mismo regrese a la condición de
balance.
Generalmente el torque es medido en (Nm) de manera que el peso G tiene que estár en (N( y el brazo b
en (m):
M ( Nm) = G(N) b(m).
APÉNDICE A5
TOLERANCIAS
En las siguientes líneas una parte del estándard CEI 2-3 (IEC 34-1) se muestra donde las tolerancias
están especificadas en las cantidades principales que aparecen entre las características promedio de una
máquina eléctrica que tienen que ser garantizadas durante la fase de oferta, con la excepción de diferentes
argumentos.
Le recordamos que cuando la tolerancia es especificada solo en un sentido, el valor no tiene límites en el
otro sentido.
A5.1 Eficiencia
(a) Determinada como la razón entre los valores medidos de la potencia de salida y la potencia absorbida :
∆η = -10%(1-η)
Ejemplo numérico
El motor probado en el experimento no.11 presenta η=56% a una potencia promedio de P = 200W (curva
de eficiencia típica ).
La tolerancia en la eficiencia resulta:
120
DL 10280
∆η = -0.1 (1-0.56) = 0.044
y por lo tanto durante la aceptación la mínima eficiencia garantizada tiene que ser η = 51.6%
121
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