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Generadores DC

  1. 1. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA - MÁQUINAS ELÉCTRICAS - GENERADORES DE DC - SEPTIEMBRE 2008 1 Estudio de los Generadores de Corriente Continua Luis Felipe De La Hoz Cubas, María Ilse Dovale Pérez, Fabio García Rodríguez División de Ingenierías Universidad del Norte Barranquilla Abstract— Los generadores de DC son en realidad máquinas generador compuesto acumulativo pero la diferencia es que en que son utilizadas como generadores y dependiendo a como se este sus efectos se restan. deriva el ujo de campo existen diferentes tipos de generadores, Como se mencionó antes estos tipos de generadores se los cuales tienen características de salida diferentes entre sí. Los tipos más comunes de generadores son: de excitación separada, diferencian entre sis en sus características en los terminales derivación serie, compuesto acumulativo y compuesto diferencial, (voltja y corriente), por lo tanto tienen determinados usos de en el presente informe se describe como se llevó a cabo el proceso acuerdo a la aplicación que se les de. en el laboratorio utilizando la con guración de generador en derivación y en serie, para hacer las pruebas pertinentes y así arrojar conclusiones a partir de los resultados obtenidos. A. Medida de la Resistencia de los Devanados de un Gener- ador de Corriente Continua El objetivo principal de esta prueba es identi car los difer- I. INTRODUCCION entes bobinados del generador y determinando la resistencia de Aunque actualmente los generadores de DC han sido reem- los devanados de induccion, los polos auxiliares y excitación, plazados por fuentes de potencia AC y componentes electróni- para esto se debe tener en cuenta que un generador de corriente cos de estado sólido en muchas aplicaciones, es importante el continua se induce una tencion alterna la cual es recti cada estudio de estos ya que en el pasado estas máquinas con- por el colector y llevada al exterior, cuando este es energizado, tribuyeron de manera importante al progreso industrial, es por el voltaje de alimentacion es repartido entre la caída de los esto que en este informe se pretende hacer un estudio de estos devanados del motor y una la fuerza electromotriz o FEM la dispositivos donde se medirá la resistencia de los devanados cual es la inducida en el devanado del rotor, sin embargo con de inducción, de los polos auxiliares y excitación, también la que se trabaja es con la tensión encontrada en los bornes se hará una prueba de vacío para determinar la curva de del generador en circuito abierto magnetización de un generador con excitación independiente Para la determinacion de la magnitud de la resistencia de los y por último se darán los detalles pertinentes de como se devanados de un generador de DC se utilizó el método volti- determinaron la características de varga para un generador de amperimétrico, calculando la resistencias en los devanados por corriente continua. la Ley de Ohm. En primer lugar, se identi có cada uno de los devanados II. ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE UN del generador de corriente continua. GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA El circuito con el que se hicieron las pruebas tenía en serie su devanado de excitación en paralelo y de excitación en serie, L OS generadores de corriente continua es uns máquina uti- lizada como generador, en realidad no existen diferencias entre un generador y un motor excepto por la dirección del permitiendo medir la caída de tensión en ambos devanados y la corriente que circula por dicha rama la cual fue de 1.5A. Las medidas tomadas al devanado de excitación en serie y ujo de potencia. Existen 5 tipos principales de generadores de inducción se registran en las siguientes tablas: DC clasi cados de acuerdo a la forma en como su ujo de campo es producido: 1.Generador de exitación separada: Su ujo de campo es derivado de una fuente de potencia separada independiente del generador. Tabla 1: Registro de tensión, corriente y resistencia en el 2.Generador en derivación: Su ujo de campo es derivado devanado de inducción de la conexión del circuito de campo directamente a través de los terminales del generador. 3.Generador en serie: Su ujo de campo es producido por la conexión del circuito de campo en serie con el inducido. Tabla 2: Registro de tensión, corriente y resistencia en el 4.Generador compuesto acumulativo: El campo en devanado de excitación serie. derivación y el campo en serie se encuentran presentes y sus efectos son aditivos entre estos. Hay que tener en cuenta que en el caso del devanado de ex- 5.Generador compuesto diferencial: El campo en derivación citación en paralelo, éste tiene una resistencia muy grande así y el campo en serie se encuentran presentes al igual que el que para medir dicha resistencia se energizó únicamente éste
  2. 2. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA - MÁQUINAS ELÉCTRICAS - GENERADORES DE DC - SEPTIEMBRE 2008 2 devanado para medir la caída de tensión de dicho devanado y la corriente que circula por él, para esto se hizo circular una corriente de 0.101A por el circuito. Los datos resultantes fueron los siguientes: Tabla 3: Registro de tensión, corriente, y resistencia en el devanado de excitación paralelo. Al igual que en los casos anteriores, con los generadores también es necesario referir las resistencias a 75o , para esto se utiliza la misma fórmula que se utilizó anteriormente, esta ecuación es: Tabla 4: Registro de corriente de excitación (Creciente) y R75o = R[1 + t (75 t )] tensión. Entonces tomando como t = 0:00393 y t = 24o se tiene que: a:) Resistencia referida a 75o para el devanado de inducción R75o = 8:57 b:) Resistencia referida a 75o para el devanado de ex- citación serie R75o = 1:46 c:) Resistencia referida a 75o para el devanado de ex- citación paralelo R75o = 932:49 Luego de realizadas las medidas indirectas de las resisten- cias, logramos identi car cada una de ellas, observando los resultados obtenidos, encontramos que el devanado con mayor Figura 1: Curva de magnetización aumentando la corriente resistencia era el de excitación en paralelo, esto para lograr una de excitación. corriente adecuada para la generación del ujo de la máquina. Luego repetimos esta prueba pero midiendo primero el B. Prueba de Vacío para un Generador de Corriente Con- voltaje interno generado, cuando por el circuito de campo uye tinua. la corriente nominal, y realizando decrementos del 10% hasta llegar a corriente 0.003 (que es la tensión residual) en este El objetivo en esta prueba es determinar la curva de circuito. La tabla resultante fue la siguiente, y a continuación magnetización de un generador de corriente continua con se muestra la grá ca de la curva de magnetización: excitación independiente, para esto se debe tener en cuenta que dicha curva de magnetización se extrae teniendo en cuenta la relación existente entre la fuerza electromotriz generada en el inducido y la corriente de excitación. Es normal observar una pequeña tensión en el voltímetro a pesar que se tenga una corriente de excitación nula, esta ten- sión se debe al magnetismo residual de los polos y su pequeña señal depende de las polaridades magnéticas residuales. Para este procedimiento, en primer lugar, se acopló mecáni- camente el motor DC con el generador DC, luego se llevó la velocidad del motor a la velocidad nominal del generador, luego se tomaron medidas del voltaje interno generado en el generador, primero sin tener ninguna corriente en el circuito de campo, es decir, solamente con el ujo residual de la bobina del generador, y luego aumentamos con incrementos del 10% hasta el valor nominal de la corriente del circuito de campo. La tabla resultante fue la siguiente, y a continuación se Tabla 5: Registro de corriente de excitación (Decreciente) y muestra la grá ca de la curva de magnetización: tensión.
  3. 3. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA - MÁQUINAS ELÉCTRICAS - GENERADORES DE DC - SEPTIEMBRE 2008 3 Figura 2: Curva de magnetización decrementando la corriente de excitación. Figura 3: Voltaje generado vs corriente de carga. Como se puede observar en las imágenes las curvas mues- En este caso las mediciones se hicieron con una velocidad tran un ligero cambio, esto se puede comprobar en los valores constante de 3168rpm. encontrados en las tablas, este cambio se debe a el ujo remanente que queda en las bobinas del generador. III. CONCLUSIONES Cabe resaltar que las medidas en esta prueba fueron hechas La medición de la Resistencia de los devanados consiste a 3176rpm. básicamente en la misma medición que se hizo para un motor DC, en donde lo importante aquí fue el valor de la corriente C. Determinación de las Características de Carga para un que circulaba por éste, a un valor de tensión constante. Generador de Corriente Continua Variaciones en la parte teórica son muy pocas debido a El objetivo de esta prueba es determinar la curva caracterís- que un generador DC funciona con los principios básicos tica de carga para un generador de corriente continua, para esto manejados en teoría, pero diferencias como la resistencia del se debe tener en cuenta que un generador de DC en derivación, aire y perdidas mecánicas hacen que los valores manejados en la cantidad de corriente de campo depende del voltaje en un generador real tienden a tener muchas variaciones. Una de sus terminales. Al incrementar la carga sobre el generador la las diferencias mas signi cativas en un generador DC en la corriente de carga aumenta, al igual que el voltaje del inducido, práctica y en la teoría es la gran variación de la resistencia de entonces aumenta la corriente del inducido produciendo una los devanados, la cual sufre cada vez que es encendido el gen- caída en los terminales del generador, dicha caída es más erador, esto se debe realmente a la composición del material pronunciada por que al disminuir VT también disminuye IA de los devanados, el cual es un material ferromagnético y que lo que disminuye el ujo en la máquina. además pese a sus características especiales es un material no En este procedimiento se acopló mecánicamente el motor Ohmico, por esta razón cuando encendemos en generador, el DC con el generador, en las terminales de salida del generador material es sometido a ujos magnéticos distintos hace que sus y se conectó una carga variable con un instrumento para la dominios magnéticos se reorganicen de una manera distinta y medición de la corriente que esta circulando por la carga. nalmente esto genera una particularidad en la resistencia de Luego se arrancó el motor y se llevó su velocidad a la campo y es su variación cada vez que es medida. Aunque velocidad nominal del generador, ajustando el valor de la esta diferencia no es muy grande en los generadores que se corriente del circuito de campo del generador al valor nominal. utilizaron en el laboratorio, en grandes generadores es un dato Después variamos las resistencias de carga al generador, mi- a tener en cuenta al momento de analizarlos, así como la diendo la corriente de armadura y el voltaje en los terminales. temperatura de la máquina que puede variar considerablemente La tabla obtenida en este caso fue la siguiente, y seguida si la ésta se recalienta de esta se encuentra la grá ca de voltaje generado contra Por otra parte, como sabemos en los devanados del gen- corriente: erador por su características ferromagnéticas, se presenta el fenómeno llamado histéresis, que consiste en la tendencia de algunos dominios magnéticos a permanecer en un estado excitado, esta característica ocasiona que el devanado del generador tiene características diferentes cada vez que es utilizado, lo que ocasiona que la prueba de vacío de un generador, debe ser realizada con un valor de referencia en cuanto a el historial magnético de los devanados, aunque realmente este valor no lo conocemos, pero si sabemos que si Tabla 6: Registro de resistencia, corriente y tensión de se toman las medidas de tensión con valores de corriente de armadura. excitación arbitrarios, la histéresis ocasionara una variación en
  4. 4. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA - MÁQUINAS ELÉCTRICAS - GENERADORES DE DC - SEPTIEMBRE 2008 4 los voltajes en los terminales que buscamos, por lo que hacer esta medición desde cero hasta el valor nominal aumentando cada vez el 10% del valor de la corriente es fundamental para una óptima obtención de resultados. Finalmente cabe resaltar, que en los voltajes obtenidos en cada carga, se observó como a valores de resistencia menores (Mayor demanda de corriente) el voltaje del generador tuvo la tendencia a disminuir, esto ocurre por el efecto colateral que tiene la corriente de carga en el generador, en donde el aumento de la corriente de línea IL ocasiona un aumento en la corriente de armadura (IA ) , lo que a su vez aumenta la caída de voltaje en las resistencia de armadura (RA ) y esto hace que el voltaje en terminales (VT ) disminuya también, pero si VT disminuye, entonces la corriente de campo (IF ) también disminuye, esta disminución provoca otra disminución en el ujo, y con un menor el voltaje interno generado (EA ) también será menor, y ésta disminución a su vez genera una otra disminución en VT . Esto nos ilustra el por qué de la disminución del voltaje en terminales a medida que la demanda de corriente es mayor. IV. BIBLIOGRAFIA [1].Máquinas Eléctricas, Stephen Chapman. Mac Graw Hill. [2].Maquinaria Eléctrica. Fitzgerald, Kingsley, Kusko. Mc Graw Hill. [3].Notas de Clase, Ing.Javier Guerrero.

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