informe maquinas electras; generador

UNIVERSIDAD CATLICA DE SANTA MARIA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIASFSICAS Y FORMALES

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERAMECNICA, MECNICA-ELCTRICA Y MECATRNICA

CURSO:

LABORATORIO DE MQUINAS ELCTRICAS

TEMA:

LA MQUINA DE CORRIENTE CONTNUA OPERANDO COMOGENERADOR Y DETERMINAR LA EFICIENCIA DEL GRUPO MOTOR-GENERADOR

PROFESOR:

ING LUIS A. CHIRINOS

ALUMNO:

CARLOS ANDR GUZMN TELLO

AREQUIPA PERU

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y FORMALES PROGRAMAPROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA, MECANICA ELECTRICA Y MECATRONICAGUIA DE LABORATORIO N 9

LA MQUINA DE CORRIENTE CONTNUA OPERANDO COMO GENERADOR Y DETERMINAR LA EFICIENCIA DEL GRUPO MOTOR-GENERADOR.

1.- OBJETIVOS:

Aplicar la tecnologa estudiada para hacer funcionar a la mquina de corriente contnua como generador y aplicar una carga para calcular la eficiencia del sistema.

2.- MARCO TEORICO:

MOTORES Y GENERADORES ELCTRICOSGrupo de aparatos que se utilizan para convertir la energa mecnica en elctrica, o a la inversa, con medios electromagnticos. A una mquina que convierte la energa mecnica en elctrica se le denomina generador, alternador o dnamo, y a una mquina que convierte la energa elctrica en mecnica se le denomina motor.GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA Si una armadura gira entre dos polos de campo fijos, la corriente en la armadura se mueve en una direccin durante la mitad de cada revolucin, y en la otra direccin durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en una direccin, o continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolucin. En las mquinas antiguas esta inversin se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura.Las dos mitades del anillo se aislaban entre s y servan como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbn se mantenan en contra del conmutador, que al girar conectaba elctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posicin en el momento en el que la corriente inverta su direccin dentro de la bobina de la armadura. As se produca un flujo de corriente de una direccin en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial ms alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 V. En algunas mquinas ms modernas esta inversin se realiza usando aparatos de potencia electrnica, como por ejemplo rectificadores de diodo. Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran nmero de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del ncleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador mltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentar y disminuir dependiendo de la parte del campo magntico a travs del cual se est moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a travs de un rea de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prcticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o ms polos electromagnticos que aumentan el tamao y la resistencia del campo magntico. En algunos casos, se aaden interpolos ms pequeos para compensar las distorsiones que causa el efecto magntico de la armadura en el flujo elctrico del campo. Los generadores de corriente continua se clasifican segn el mtodo que usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del mismo. Un generador de excitado en serie tiene su campo en serie respecto a la armadura. Un generador de excitado en derivacin, tiene su campo conectado en paralelo a la armadura. Un generador de excitado combinado tiene parte de sus campos conectados en serie y parte en paralelo. Los dos ltimos tipos de generadores tienen la ventaja de suministrar un voltaje relativamente constante, bajo cargas elctricas variables. El de excitado en serie se usa sobre todo para suministrar una corriente constante a voltaje variable. Un magneto es un generador pequeo de corriente continua con un campo magntico permanente. MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA En general, los motores de corriente continua son similares en su construccin a los generadores. De hecho podran describirse como generadores que funcionan al revs. Cuando la corriente pasa a travs de la armadura de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas por la reaccin magntica, y la armadura gira. La accin del conmutador y de las conexiones de las bobinas del campo de los motores son exactamente las mismas que usan los generadores. La revolucin de la armadura induce un voltaje en las bobinas de sta. Este voltaje es opuesto en la direccin al voltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ah que se conozca como voltaje inducido o fuerza contra electromotriz. Cuando el motor gira ms rpido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequea, y la velocidad del motor permanecer constante siempre que el motor no est bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecnico que no sea el requerido para mover la armadura. Bajo carga, la armadura gira ms lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en la armadura. El motor puede as recibir ms potencia elctrica de la fuente, suministrndola y haciendo ms trabajo mecnico. Debido a que la velocidad de rotacin controla el flujo de la corriente en la armadura, deben usarse aparatos especiales para arrancar los motores de corriente continua. Cuando la armadura est parada, sta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de funcionamiento normal, se producir una gran corriente, que podra daar el conmutador y las bobinas de la armadura. El medio normal de prevenir estos daos es el uso de una resistencia de encendido conectada en serie a la armadura, para disminuir la corriente antes de que el motor consiga desarrollar el voltaje inducido adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce gradualmente, tanto de forma manual como automtica. La velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo magntico que acta sobre la armadura, as como de la corriente de sta. Cuanto ms fuerte es el campo, ms bajo es el grado de rotacin necesario para generar un voltaje inducido lo bastante grande como para contrarrestar el voltaje aplicado. Por esta razn, la velocidad de los motores de corriente continua puede controlarse mediante la variacin de la corriente del campo.

GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA

Esta mquina est conformada por dos partes, de las cuales una es fija o estator sobre la cual se montan bobinas alimentadas con corriente continua, las que producen el campo magntico de excitacin, tal cual se muestra en la figura.El estator se construye de material macizo, ya que en el mismo no se producen prdidas de tipo magntico. En la figura se observan dos bobinas, las cuales se conectan en serie y producen el campo magntico necesario. El consumo de energa de las mismas es pequeo con respecto a la que producir como generador.

Dentro del estator se ubica el rotor o armadura, el cual montado sobre un eje, puede efectuar un movimiento de rotacin.Esta parte de la mquina se construye con chapas magnticas, ya que la corriente que circula en el mismo es alterna y aparecen la prdidas en el hierro analizadas con anterioridad.A los efectos del anlisis de la mquina separemos el estator del rotor reemplazando el estator por el flujo magntico que se origina en las bobinas del mismo, teniendo en cuenta que el mismo tiene un valor que depende de la corriente continua que hagamos circular en dichas bobinas. Coloquemos en el rotor una espira, cuyos lados estn alojados en ranuras paralelas al eje, tal como se muestra en la figura, y cuyos terminales estn unidos a lo que llamaremos delgas. Estas delgas estn elctricamente aisladas del eje del rotor y entre si.

Si mediante una mquina impulsora (Motor diesel, etc.), hacemos girar el rotor a velocidad angular w constante, la espira concatenar un flujo que estar variando en el tiempo, lo cual inducir en la mencionada espira una fuerza electromotriz tambin variable en el tiempo, tal como si fuera un generador de tensin alterna senoidal (aproximadamente), y esta forma de onda se ver reflejada entre ambas delga, tal como se observa en la figura.

FORMAS DE ONDA DEL FLUJO MAGNTICO CONCATENADO POR LA ESPIRA ROTRICA Y LA FUERZA ELECTROMOTRIZ ENTRE DELGAS

Si ahora colocamos dos carbones o escobillas que hagan contacto con ambas delgas, pero estos se montan fijos, de forma tal que durante el giro del rotor los carbones se deslicen sobre dichas delgas, pasemos analizar que tensin aparece en los mismos.

De acuerdo al sentido de giro antihorario, y al flujo magntico originado por el estator, la fuerza electromotriz inducida es saliente en el conductor superior y entrante en el inferior, segn lo indicado en la figura. Esto hace que el terminal conectado al carbn superior tenga polaridad positiva, y el inferior polaridad negativa. A medida que el rotor gira el carbn tiene la misma polaridad que la delga sobre la que desliza

MQUINA AUTOEXCITADA

EXCITACIN EN DERIVACIN

La mquina autoexcitada alimenta su bobina de excitacin, con la propia tensin que genera, o bien con la tensin con la que se alimenta en el caso de motor.En la figura estn representados los circuitos equivalentes, tanto para generador como motor.

De acuerdo a la configuracin mostrada, las ecuaciones que ligan a las mquinas son:U = E IA .RiCOMO GENERADORE = U IA .RiCOMO MOTORA la cada de tensin en la resistencia interna se le deber agregar la cada de tensin en las escobillas por su resistencia y la que ofrece por contacto, lo cual se puede estimar en 1 V por cada escobilla.Se debe tener en cuenta que el generador, en el momento de arranque en el cual la tensin generada vale cero, la excitacin se logra mediante el flujo magntico remanente que tiene la mquina, el cual origina una fem pequea que alimenta el campo de excitacin, aumentando el flujo, el cual a su vez aumenta la tensin generada, hasta llegar a su punto de funcionamiento.A tales efectos en la figura se muestra la forma en que vara la fuerza electromotriz inducida en funcin de la corriente de excitacin.

Dado que la tensin de salida y la fuerza electromotriz generada es prcticamente igual, dicho valor se obtiene por dos caminos:

A travs de la armadura en la cual la tensin en bornes depende de la corriente de excitacin, por la curva de la figura anterior. A travs del inductor en el cual la tensin en bornes es igual a la corriente de excitacin multiplicada por la resistencia total (propia de la bobina ms la resistencia adicional para variar la corriente), siendo esta la ecuacin de una recta.

El punto de funcionamiento del generador es aquel en el cual se cumplen simultneamente ambos valores o sea en la interseccin de ambas curvas. Esto se observa en la figura

Es importante tener en cuenta que la excitacin est bien conectada, ya que en caso contrario, si el flujo originado por la corriente se opone al magnetismo remanente, la mquina se desmagnetiza y la misma no levanta tensin.En este caso la corriente de armadura y la de excitacin son iguales, siendo su esquema el de la figura

De acuerdo a la configuracin mostrada, las ecuaciones que ligan a las mquinas son:

U = E IA . (Ri + Rexc) COMO GENERADORE = U IA . (Ri + Rexc) COMO MOTOR

La resistencia de excitacin comprende la resistencia propia de la bobina ms la resistencia adicional para poder regular la corriente.

EXCITACIN COMPUESTA

En este caso la excitacin surge de tener ambas excitaciones simultneamente, o sea derivacin y serie, pudiendo ser el campo originado en las mismas adicional diferencial, con lo cual se logran distintas caractersticas de la mquina en cuestin.En la figura se muestra la forma de conexin para un motor de este tipo.

FLUJO DE POTENCIALas prdidas que presentan estas mquinas son las siguientes:

Prdidas en el cobre de la excitatriz Prdidas en el cobre del inducido o armadura Prdidas por la resistencia de las escobillas Prdidas por frotamiento en las escobillas Prdidas por frotamiento en los cojinetes Prdidas por frotamiento con el aire del rotor Perdidas por ventilacin Prdidas en el hierro (Histresis y Foucault)

Al conjunto de las prdidas por frotamientos las llamaremos prdidas mecnicas que sumadas a las prdidas en el hierro, llamaremos prdidas rotacionales.Luego un diagrama del flujo de potencia en esta mquina se diagrama en la figura

En el diagrama la nomenclatura utilizada representa:

Pab = T. [W] La potencia entregada por la mquina impulsora en el caso del generador travs del eje (Cupla[N.m] . velocidad angular [r/s])

Pab = U. I [W]La potencia absorbida desde la red elctrica

Pi = E. IA [W]Es la potencia interna de la mquina es la potencia til ms las prdidas rotacionales en el caso del motor, o bien la potencia absorbida menos las prdidas rotacionales en el caso de generadorpCuind. Son las prdidas en el inducido o armadura en las resistencias de las bobinas principales y de conmutacin pCuexc Son las prdidas en las resistencias del circuito de excitacin (Resistencia de la bobina + resistencia para regular la corriente de excitacin)

Si se mantiene la excitacin y la tensin constantes, la ecuacin anterior es una recta, tal cual se muestra en la figura dado que la resistencia interna de la mquina es muy pequea, el segundo trmino es pequeo, lo cual hace que la velocidad de este tipo de motor tenga muy poca variacin con la cupla.

3.- ELEMENTOS A UTILIZARMultmetro

Pulsadores

Contactores

Motores DC

Ampermetros

4.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCION:

a.-Reconocer e identificar los terminales de los contactores, pulsadores y de los motores.

b.- Elaborar el esquema de conexiones de los componentes del circuito aplicando las reglas estudiadas en la prctica No. 2.

c.- Utilizando las herramientas y materiales adecuados realizar el montaje del circuito de fuerza de instalacin del motor de corriente contnua.

d.- Montar el circuito de control del generador, siguiendo las instrucciones e insertar una resistencia variable en el circuito de excitacin, verificar la remanencia del sistema de generacin.

e.- Arrancar al motor de accionamiento y manteniendo su velocidad nominal constante, evaluar la tensin remanente del generador y luego accionar el sistema de excitacin e incrementar la tensin de salida del generador desde 05V hasta la tensin nominal con incrementos de 05 en 05 voltios, sobresaturar al generador hasta un 20% para efectos de la confeccin de la curva caracterstica de magnetizacin del generador.

f.- Hacer funcionar al sistema manteniendo la tensin nominal en el generador y aplicarle:

I- el 20% de su carga y determinar la eficiencia del sistema.II- el 30% de su carga y determinar la eficiencia del sistemawwwwwIII- el 40% de su carga y determinar la eficiencia del sistemaIV- el 50% de su carga y determinar la eficiencia del sistema

En todos los casos considere el 5 % de la potencia de entrada como prdidas rotacionales en el sistema y en ambas mquinas el 2% de la tensin registrada como cada de tensin en los carbones.

Ei(mA)

10

527

1055

1585

20119

25152

30189

35240

40280

45300

V1A1P1V2A2P2n

47.40.942.6638.800

46.80.9443.9934.910%3.49

46.71.0147.1628.220%5.64

46.61.1352.6627.630%8.28

46.51.1955.3324.440%9.76

46.31.2658.3321.450%10.7

5.- CUESTIONARIO:

5.1.- Describa la curva de magnetizacin del circuito ensamblado, considerando la remanencia del material magntico del generador y grafique (V-Iex) del ensayo.

5.2.- Considerando la potencia total de entrada graficar la eficiencia del sistema y estimar cuando se consigue la mejor eficiencia del conjunto. Eje vertical eficiencia y eje horizontal la carga.

5.3.- Siguiendo las normas del Cdigo Elctrico Nacional elabore el diagrama completo del sistema trabajado.

5.4.- Discriminando las prdidas rotacionales determinar y tabular la potencia neta de ingreso al motor y la potencia neta de salida del generador en el sistema utilizado.

5.5.- Si se tendra que implementar un sistema de frenado elctrico utilizando un motor elctrico DC que trabaja en accionamiento, cmo lo implementara? Detallar el circuito propuesto.

Se le podra instalar un freno regenerativo el cual permite reducir la velocidad de un motor transformando parte de su energa cintica en energa elctrica. Esta energa elctrica es almacenada para un uso futuro. De esta manera aprovechamos el sistema que implementamos en el motor para frenar.

6.- OBESERVACIONES Y CONCLUSIONES:

Para saber cul de los puertos en el motor dc es la armadura o el campo lo podemos hacer por medio de un voltmetro y un puenteo el voltmetro nos ayudara a encontrar los puertos de la armadura donde el valor mayor ser el positivo y el menor ser negativo. Con la conexin hecha y puenteando en el campo haciendo un pequeo toque con el multmetro podemos saber cul es el polo positivo y polo negativo del campo. La armadura mantiene la remanencia. Las maquinas dc son muy aplicadas para la funcin de motores y generadores por su exelente torque y su facilidad de control. los motores de corriente continua son similares en su construccin a los generadores. De hecho podran describirse como generadores que funcionan al revs. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos.7.- BIBLIOGRAFIA: http://www.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/Apuntes_EyM/Capitulo_10_Maquina_de_CC.pdf http://www.monografias.com/trabajos36/maquinas-electricas/maquinas-electricas2.shtml www.unicrom.com/Tut_GeneradorCC.asp http://www.terra.es/personal/lermon/cat/articles/evin0324.htm