Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Laboratorio de Conversión Electromecánica de Energía GR3-2.
Trabajo Preparatorio de la Práctica N.º 07 TEMA: MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA COMO GENERADOR FECHA: martes, 23 de agosto del 2022 ESTUDIANTE: Marlon Jahir Hualpa Vivanco I.
DESARROLLO DE LAS PREGUNTAS
1.- Explique el significado de curva de magnetización en máquinas de corriente continua. Se conoce que todos los materiales electromagnéticos comparten la característica de que cuando tienen corriente circulante, en un primer instante aumenta la corriente, y por consecuencia, el flujo concatenado también aumenta, pero cuando llega a un cierto punto, el flujo concatenado deja de crecer, por más que la corriente siga aumentando, y el mismo se mantendrá a un valor constante. A esto es lo se le suele denominar saturación magnética, la cual puede trazarse debido a los valores tomados en practicas de laboratorio o simulación computarizada en base a condiciones de los materiales. Para la elaboración de dicha curva de saturación magnética en vacío se debe de tomar los datos de corriente de campo y del voltaje en los terminales de la armadura a una cierta velocidad constante. Dado que la máquina está conformada de materiales magnéticos sujetos al efecto de saturación, se tiene que la curva no seguirá un comportamiento lineal. La norma recomienda un intervalo de valores que pueden tomar los parámetros eléctricos, en lo posible la corriente de campo deberá de empezar en un valor de cero hasta obtener un voltaje en los terminales de la armadura del 125% del voltaje nominal. El motor de la máquina debe ser conectado como un generador, por lo tanto, necesita ser excitado mecánicamente por una máquina motriz que necesariamente deberá hacerlo a la velocidad nominal.
Figura 1. Curva de magnetización en una máquina de corriente continua.
2.- Explicar y dibujar, incluyendo la disposición de los equipos de medida, el circuito necesario para obtener la curva de magnetización en generadores de c.c con conexión en excitación independiente. Se debe seguir el siguiente procedimiento: 1) Aplicar la fuerza motriz desarrollada por un motor de corriente directa en conexión shunt. 2) Medir el valor del voltaje residual, a través de aplicar un voltímetro de corriente continua en los terminales de salida. 3) Conectar la fuente de alimentación al campo. 4) Se debe revisar el valor de la velocidad de la máquina, debido a que la misma deberá proporcionar el valor nominal de giro del generador de corriente continua.
5) Se debe de tomar los datos de corriente de campo y de voltaje de armadura. Esto desde que la corriente de campo es cero, hasta obtener un voltaje de 125% del voltaje nominal. 6) Finalmente, para trazar el gráfico, se debe de colocar en el eje de las abscisas los valores correspondientes a la corriente de campo, y en el eje de las ordenadas, los valores del voltaje de armadura. Nótese que el procedimiento previamente mostrado consiste en la determinación de la curva de magnetización en forma ascendente. Sin embargo, si se desea obtener dicha curva en forma descendente, se deberá de empezar con el valor máximo de voltaje en la armadura e ir decreciendo hasta que la corriente de campo sea cero. Se deberá de realizar a velocidad constante, y además de colocar una resistencia en el motor para limitar la velocidad.
Figura 2. Esquemático para obtener la curva de saturación magnética.
3.- Indicar detalladamente el significado del efecto de reacción de armadura en generadores de corriente continua. Condiciones sin carga Se conoce que cuando no existe corriente en el devanado de la armadura, el flujo que produce tal devanado esta distribuido uniformemente sobre las cargas polares. Luego, la fuerza electromagnética inducida en una bobina que se encuentra en el plano perpendicular al flujo en el devanado de campo es cero.
Figura 3. Distribución del flujo debido al devanado del campo.
Condiciones con carga: Se sabe que la máquina bipolar se pondrá en movimiento debido a una máquina impulsora en sentido horario, esta operará como generador, por lo cual, la distribución de flujo de la armadura debido a la fuerza electromotriz igualmente se encuentra presente.
Figura 4. Distribución de flujo debido a la fmm de la armadura.
Nótese que el eje magnético del flujo de la armadura es perpendicular al eje magnético del flujo del devanado de campo, como ambos flujos ocurren al mismo tiempo en que la armadura esta en condiciones de carga el flujo resultante se distorsiona.
Figura 5. Distribución de flujo debido al devanado del campo y la fmm de la armadura.
A este efecto de la fuerza electromotriz sobre la distribución del campo se lo denomina reacción de armadura, la cual tiene un efecto desmagnetizado en la máquina. La reducción del flujo debido a la reacción en la armadura sugiere una perdida significativa en la fmm aplicada por polo de la máquina 4.- Explicar y dibujar, incluyendo la disposición de los equipos de medida, el circuito necesario para obtener la característica de carga del generador de c.c con conexión shunt auto-excitado. Se conoce que un generado en derivación es aquel que tiene conectado el devanado de campo en paralelo con la armadura, tal y como se muestra a continuación:
Figura 6. Circuito equivalente de un generador en derivación.
Donde: • • • • • • • • • • •
𝑅𝐿 : 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟. 𝑉𝐿 : 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎. 𝐼𝐿 : 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎. 𝐸𝑎 : 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎. 𝑅𝑎 : 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑟𝑜𝑙𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎. 𝐼𝑎 : 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎. 𝑉𝑎 : 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎. 𝑅𝑐 : 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑟𝑜𝑙𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜. 𝐼𝑐 : 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑟𝑜𝑙𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜. 𝑛: 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟, 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑎 𝑚á𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎 𝑚𝑜𝑡𝑟𝑖𝑧 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎. 𝑅𝑟 : 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎 𝑎 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟.
Sabiendo que la característica de carga de tal generador explica el crecimiento del voltaje en la máquina. Donde siempre que quede un voltaje residual en los polos del campo, existirá in incremento del voltaje en los terminales. Debido a que esta conectado en paralelo con la armadura, se envían corrientes pequeñas a la armadura, lo que aumenta proporcionalmente el flujo y este conectado apropiadamente, apoya al flujo residual, lo cual genera más voltaje inducido y genera más corriente. Esto sucede solo hasta alcanzar el límite de saturación, donde la line a de resistencia de campo se toca con la curva de magnetización.
Figura 7. Característica de carga de un generador en derivación.
Por otra parte, la resistencia del campo ayuda a aumentar la pendiente de aumento del voltaje inducido. Donde si la resistencia es más alta, el voltaje tiende a ser constante, luego, si la resistencia disminuye el incremento de voltaje inducido, este poseerá mayor pendiente. Se sabe que para que exista crecimiento de voltaje, se debe de cumplir que la fuerza electromotriz del devanado del campo deberá seguir al voltaje residual, y además, al resistencias del circuito de campo debe ser menor a la resistencia crítica.
II.
BIBLIOGRAFÍA
[1]
Fitzgerald A. E., et al; "Electric Machinery"; 6ta edición; McGraw Hill; USA, NY; 2003
[2]
GURU, Bhag S., et al. Maquinas eléctricas y transformadores. Oxford University Press, 2003.