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• Claudio Toledo Burgos

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8 de Mayo del 2015

Universidad de Concepción

Laboratorio de Conversión Electromecánica de la Energía

Sección 2: Viernes Grupo 3 Ciclo Nº2: Maquina de Corriente Continua

Integrantes:

Felipe Gutiérrez Claudio Toledo Camilo Riffo

Profesores:

Rubén Peña Leonardo Palma

Carrera: Ingeniería Civil Eléctrica Fecha de entrega: 08/05/2015

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OBJETIVOS  Obtener curva de excitación y parámetros de la máquina de corriente continua, para de esta forma tener un modelo circuital de las máquinas y así entender mejor el funcionamiento de esta.  Obtener la característica de carga, es decir, la respuesta de las variables internas de la máquina (corrientes y voltajes tanto de armadura, como de campo) para distintas configuraciones de la máquina de corriente continua, en particular para la conexión shunt y Compound largo acumulativo. 

Experimentar mecanismos de control de velocidad, comparando sus ventajas en la operación de la máquina, además los posibles riesgos de usar cada método de control.

 Obtener experimentalmente los distintos tipos de pérdidas de potencia y analizar el origen de las pérdidas y las posibles mejoras en el diseño para disminuir estos valores.

Listado de Instrumentos CANTIDAD 4 2 2 1 2 1 1 1 1 2 1 2 2

NOMBRE Voltímetro DC Amperímetro DC Amperímetro DC Switch de dos posiciones Switch Monofásico Osciloscopio Digital Sonda Diferencial Tensión Sonda Diferencial Corriente Puente Wheastone Banco Resistencias Tacómetro Digital Reóstato (Partida y Serie) Reóstato de Campo

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ESCALA 0-300-600[V] 0-1-3-10[A] 0-2-5-20-50[A]

0-4[kW] 25 Ω - 10 [A] 347 Ω / 1-1.7 [A]

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Sesión: Motor de Corriente Continua (MCC-1) Objetivos principales:   

Obtener curva de excitación y parámetros de la máquina de corriente continua. Obtener la característica de carga para distintas configuraciones de la máquina de corriente. Experimentar mecanismos de control de velocidad.

Procedimiento: Actividades previas al laboratorio: 1. Identificar Freno Prony y sus características de funcionamiento. Tomar nota de la longitud del brazo y los pesos que se puede utilizar. Tabular los distinto torque que se pueden aplicar al motor con este sistema. El Freno Prony es un mecanismo adosado al eje del motor compuesto por una barra de 60 cm de largo, por cada lado, que permite medir diferentes niveles de torque dependiendo de la carga. El eje del motor tiene en su extremo un disco sobre el cual el freno ejerce presión según se gira la manivela que posee en la parte superior. Además posee en su centro una barra con un peso en el extremo que se eleva hasta que la barra queda completamente horizontal, ese es el momento en el cual la carga en el eje es igual a la fuerza del peso por el largo de la barra. Las características del freno Prony se puede ver en la tabla 1. Tabla 1. Características del Freno Prony Largo

120 [cm]

Peso Total

7.8 [kg]

Peso Agregado

7.157 [kg]

Figura 1. Imagen real del freno Prony

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Por otro lado tenemos que el torque en el eje se calcula de la siguiente manera:

𝑇 = 𝐹 ⋅ 𝑑 = (𝑚 ⋅ 𝑔) ⋅ 𝑑

Dónde: T = Torque en el eje. F= Fuerza ejercida por el peso añadido. d = distancia desde el peso al eje central. m = masa del peso añadido. g = Constante de gravedad.

2. Obtener los datos de placa del grupo motor-generador de corriente continua.

Tabla 2. Características del Freno Prony

 Fabricante Nº de serie Potencia nominal Corriente nominal de armadura Corriente nominal de exitación Tensión nominal de armadura Tensión nominal de excitación Velocidad nominal Nº de polos Nº de interpolos Nº de escobillas Rotor Refrigeración Aislación Colector Carcaza

Generador CC Siemens-Schubertwerce EO225785-30002 4.7[kW] 20.4[A]

Motor CC Siemens-Schubertwerce EO225785-31002 6.8[kW] 33-38.5[A]

1.2[A] 230[Vdc] 100[Vdc] 1450[rpm] 4 4 4 Bobinado Ventilación natural Tipo B Anillos Semiblindada de fierro fundido

0.17-1.6[A] 230[Vdc] 12.5-115[Vdc] 1450[rpm] 4 4 4 Bobinado Ventilación natural Tipo B Anillos Semiblindada de fierro fundido

    

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

En la siguiente figura se puede apreciar el panel de control de la MCC.

Figura 2. Panel de control MCC De la Figura 2 se puede observar que la armadura de la MCC está compuesta por la conexión GA-HB, el devanado de campo shunt J-K y el campo serie E-F.

Trabajo de laboratorio 1. Parámetros y curvas de excitación a) Medir los valores de las resistencias de armadura, de interpolos y de los campos del motor en ensayo para distintas posiciones del motor. Completar la siguiente tabla. Primero que todo se comenzó midiendo tanto la resistencia de armadura como la de los campos del motor a través de un Puente de Wheastone. Cabe recalcar, que la medición de resistencia de armadura incluye la resistencia en los interpolos de cada máquina, por lo tanto, se midió la posición del rotor en 4 ángulos distintos; para así posteriormente determinar el valor promedio de estas. Para las resistencias de shunt y campo serie se midieron directamente en sus terminales, sin ninguna particularidad. 

Las mediciones registradas se resumen en las siguientes tablas. Tabla 3. Mediciones de resistencias. Resistencia (Ω)

De armadura (0 grados) De armadura (90 grados) De armadura (180 grados) De armadura (270 grados) De campo principal (shunt) De campo serie

0,602 (Ω) 0,594 (Ω) 0,592 (Ω) 0,630 (Ω) 66,13 (Ω) 0,061 (Ω)

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Obtener las inductancias de armadura, del campo principal y serie.

Para la medición de inductancias, se registraron mediante un Puente Universal, la cual fue conectada directamente en los terminales de la armadura, campo shunt y posteriormente el campo de serie.

i) Con un instrumento. Tabla 4. Mediciones de inductancias. Inductancia (mH) De armadura De campo principal (shunt) De campo serie

5,1 (mH) 3,44 (H) 0,021 (mH)

Nota: Se tiene que los valores realizados con el Tester no son muy precisos para el caso del campo shunt, por lo que se aleja del valor físico real; por ello se aplicara el siguiente método obteniendo la respuesta transitoria de la corriente al aplicar un escalón de voltaje y así llegar a un valor mas adecuado. ii) Para el caso del campo shunt, obtenga la inductancia obteniendo la respuesta transitoria de la corriente al aplicar un escalón de voltaje. Tenga cuidado de aplicar un voltaje de magnitud aplicado. Registre los valores de corriente y voltaje transitorios y explique. Incluya en el pre-informe cómo obtendrá la inductancia en el campo. Para el caso del campo shunt, para obtener su inductancia se aplicó un escalón de voltaje que se calculó con la corriente nominal de campo y el valor de la resistencia. Así se tiene que el voltaje aplicado es 105,81 [V]. Luego con una sonda de corriente se va a tomar la imagen que se aprecie en el osciloscopio una vez que se aplique la tensión. La imagen se puede ver en la figura 3.

 Figura 3. Corriente que se obtiene al aplicar un escalón de tensión.

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En el mismo osciloscopio se calculó el “tau” de esta señal de corriente, donde de los cálculos se tiene:

𝜏=

𝐿 𝑅

→ 𝐿 =𝜏∗𝑅

Así:

𝐿 = 0,76 ∗ 66,13 𝐿 = 50,26 [𝐻]

c) Obtenga las curvas de excitación en vacío a la velocidad nominal y a 70% de la velocidad nominal, usando el campo shunt. Utilice valores crecientes de corriente de campo y luego valores decrecientes. Varíe la corriente de cero a nominal. Complete tablas como la siguiente.

Para este experimento el motor se empleará como generador y el generador como motor. Para el motor se usará conexión shunt y para el generador conexión independiente con el campo shunt. Con la resistencia de partida del generador y la resistencia de campo a sus valores máximos, se obtiene una corriente inicial reducida. Se procedió a energizar la máquina con la precaución de dejar el interruptor sw1 abierto. Primero, se ajustó la resistencia de campo del generador “Rc” para lograr un valor de corriente nominal de 1.2 [A] y, una vez logrado esto, se cerró el interruptor y se ajustó la resistencia de partida “Rp” para lograr la velocidad nominal de 1450 [rpm]. Al tener ambas máquinas girando a velocidad nominal, se alimentó el campo del motor en conexión independiente y se ajustó la resistencia de campo “Rf” para lograr obtener los puntos para la prueba de excitación. Es necesario medir la corriente A3 y la tensión en V3. Para el 70% de la velocidad nominal el procedimiento de arranque de la máquina es el mismo que ya se detalló en el apartado anterior. Una vez que esta alcanza la velocidad nominal, se procede a disminuir el voltaje que alimenta a la MCC hasta que la velocidad de giro del motor sea de 1015 [rpm], la cual se verifica con el tacómetro. La conexión que se debe realizar para esta prueba y los datos obtenidos se muestran en el anexo máquina de corriente continua.

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 Las curvas que se obtuvieron para cada una de las velocidades son:

Figura 4. Curvas de excitación para el 100% y el 70% velocidad nominal

Comentarios: De la gráfica se puede observar claramente que ambas curvas de excitación tanto creciente como decreciente tienen una gran similitud en su forma, lo único que varía entre ellas es la amplitud, que sabemos es directamente proporcional a la velocidad de rotación de la máquina. Además, de las curvas que se obtuvieron se puede apreciar que para una mayor velocidad de rotación de la máquina la tensión que se induce en los terminales del estator es mayor. Cuando se disminuye la corriente de excitación las tensiones que se logran obtener para la misma corriente aplicada en la prueba creciente son mayores. Esto se debe a que el núcleo se encuentra magnetizado. Por otro lado, tenemos que el voltaje en el campo shunt es más elevado, esto es debido a que aporta un mayor flujo de campo a la máquina, producto de la baja corriente que circula por él. En cambio, para el campo serie, la corriente es superior, por lo tanto, aporta un menor flujo a la máquina.

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Universidad de Concepción 2. Características de carga

a) Para motor en conexión shunt determinar las variaciones de la velocidad, corriente de armadura, torque en el eje y eficiencia en función de la carga a voltaje nominal. Para ello, cargar el motor con el freno Prony. Ajustar inicialmente la excitación del motor para tener corriente nominal en el campo. Tomar valores para 20%, 40%, 60%, 80% y 100% de carga. Verificar, previo a cada medición, que la tensión de armadura sea la nominal. Completar una tabla como la siguiente: En esta prueba se utiliza al motor de corriente continua como motor. Se ajusta Rf para que fluya corriente nominal (1,2 [A]). Se cierra el SW, el motor arranca y se debe disminuir Rp a su valor mínimo. Luego de lo anterior, se procede a cargar el motor con el freno Prony, ubicando el peso a 0 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm y 60 cm, manteniendo la tensión nominal de armadura. Nota: Las conexiones y tablas que se realizaron se muestran en el anexo de MCC.  A continuación presentaremos las curvas pedidas:

Figura 5. Grafico Velocidad v/s Torque

Se puede ver de la figura, que al disminuir la velocidad (por acción del freno), aumenta el torque necesario en la máquina para seguir provocando el movimiento. Lo interpretamos como que la maquina requiere de más “esfuerzo” para intentar mantener el movimiento de giro.

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Figura 6. Grafico Corriente de armadura v/s Torque.

Se puede ver que la maquina requiere más corriente a medida que se le aplica aumenta el torque, ya que necesita más fuerza de torsión. A medida que la armadura aumente desde vacío a plena carga, el torque debe aumentar velocidad), de manera tal que la fuerza contra electromotriz disminuya para ecuación en balance. 𝐸𝑡 = 𝐸𝑐 + 𝑅𝑎 𝐼𝑎

Dónde:

𝑬𝒕 = Voltaje en los terminales de la armadura. 𝑬𝒄 = Fuerza Contra-electromotriz. 𝑰𝒂 = Corriente de armadura. 𝑹𝒂 = Resistencia de armadura.

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el freno y se corriente de (también la mantener la

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Figura 7. Grafico Velocidad v/s Potencia. Sabemos que la potencia de salida es proporcional a la carga en el eje, lo cual se ve reflejado en la gráfica al notar que para una disminución de la velocidad, la potencia de salida aumenta (ya que la carga aumenta también). Además, de la teoría sabemos que la potencia de entrada debiera ser parecida a la potencia de salida, por lo que al aumentar la corriente de armadura, se aumenta la potencia de entrada, y por lo tanto disminuye la velocidad en el eje y así se mantiene la “equivalencia” de potencias, salvo por las pérdidas que pudieran producirse.

Figura 8. Grafico Corriente de armadura v/s Potencia de salida.

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Como se mencionó anteriormente, se debe mantener la relación directa entre la potencia de entrada (eléctrica) con la de salida (mecánica en el eje), por lo cual, sabiendo que el aumento de la carga produce mayor potencia de salida, se requiere más corriente de armadura para compensar ese cambio. Esto se ve claramente reflejado en la gráfica, ya que es un aumento casi lineal en ambos tipos de conexiones.

Figura 9. Grafico Torque v/s Potencia de salida.

Aquí se nota el mismo concepto anterior, pues es justamente el torque el que produce el aumento en la potencia de salida, esto porque ambas variables están directamente relacionadas por la velocidad. Al disminuir la velocidad, es el torque el encargado de mantener la igualdad siguiente: 𝑃𝑜 = 𝑤 ∙ 𝑇

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Figura 10. Grafico Eficiencia v/s Potencia de salida. Observamos que en la práctica los valores de eficiencia no son muy elevados como quizás pudieron serlo alguna vez en la teoría. Además notamos (a grandes rasgos) que para potencias de salida bajas la configuración shunt es ligeramente más eficiente, en cambio para valores de potencia de salida más elevados, se nota que la configuración shunt comienza a sacar gran ventaja en cuanto a eficiencia.

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Universidad de Concepción 3. Estudio de mecanismo de variación de la velocidad.

Para la máquina en ensayo conectada como motor en excitación independiente realice los ensayos considerando: a) Variación de la tensión de armadura: Manteniendo la corriente de armadura en 50 %, obtener la velocidad del motor en función de la tensión de armadura al operar con corriente de excitación constante, igual a la nominal. Ajustar para tensiones de 25%, 50%, 75% y 100%. Para una tensión del 50 %, determinar la regulación de velocidad entre vacío y plena carga. Tal como se aprecia, el motor y generador se implementaron en conexión independiente del campo shunt, para variar la tensión de entrada se utilizó un variac trifásico el cual tenía en la salida un rectificador, además se agregó una carga resistiva RL para ajustar la corriente en la armadura. Para arrancar la maquina primero se debió ajustar el campo, para ello dejamos el switch abierto y todas las resistencias en su máximo (Rp, Rf y Rc), luego se procedió a alimentar con el variac en 230 V (100%), ajustando las resistencia Rf y Rc para que pasara una corriente de 1.6 y 1.2 A respectivamente, que corresponden a las corrientes nominales del campo del motor y generador. Teniendo el campo ajustado se cerró el switch y la resistencia Rp se llevó hasta alcanzar su valor mínimo, posteriormente se regulo la carga RL para limitar la corriente de armadura a un 50%(16.5 A) de su valor nominal. Finalmente se registraron velocidad, corriente de armadura y campo para los distintos valores de voltaje de armadura, cabe mencionar que para cada variación de tensión que realizamos se debieron hacer todos los pasos nuevamente teniendo el cuidado al apagar la mcc, ya que primero se debe apagar la armadura y luego el campo. 

A continuación se presenta una imagen que ilustra los resultados obtenidos de la experiencia de laboratorio:

Figura 10. Gráfico de Variación de velocidad variando la tensión de armadura

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Al aumentar el voltaje en la armadura, la velocidad, al tener una relación directamente proporcional, también aumenta. Lo cual queda demostrado de la relación

𝐸𝐴 = 𝐾𝜑𝜔 Cabe mencionar que por cuestión de tiempo no se pudo determinar la variación de velocidad para una tensión de 25%. Para la regulación de velocidad se determinó la velocidad en vació para una tensión del 50% la que nos dio 773 rpm, dándonos una regulación de 3.75% Comentario: Nos pareció un método bastante útil, ya que el variac nos permite variar directamente la tensión de armadura y además tiene un gran rango de variación.

b)

Uso de resistencia externa en circuito de armadura: Repetir 3.a) regulando ahora la tensión en la armadura por medio de un reóstato en serie. Ajustar los mismos valores de tensión de armadura usados en 3.a).

La forma de encender la maquina es la misma que la anterior, una vez ya ajustado el campo, cerramos el switch y regulamos la corriente de armadura. La diferencia está en la forma de variar la tensión de armadura. Para esta actividad manipulamos una resistencia externa conectada en la armadura , la cual fuimos aumentando para reducir la tensión inducida y reducir la velocidad de la máquina, manteniendo el voltaje de entrada fijo en 230V.  A continuación se muestra la imagen correspondiente a esta prueba:

Figura 11. Gráfico de variación de velocidad con el uso de resistencia externa. Para el cálculo de la regulación de velocidad se ocupó el mismo valor de velocidad en vació anterior, 773 rmp, por lo tanto la regulación de tensión es 7.6%: Comentario: si comparamos ambos métodos de variación de la tensión de armadura, este resulta ser peor al anterior, ya que nos limita las velocidades alcanzables por el rango de variabilidad que presenta el reóstato.

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Universidad de Concepción c)

Variación de la corriente de excitación (Operación a flujo debilitado): Dejando constante la tensión de armadura en su valor nominal y ajustando la carga de modo que la corriente de armadura sea un 50 %, obtener la característica de velocidad del motor en función de la corriente de excitación. Ajustar la corriente de excitación a 100%, 90%,80%,70%,60% y 50%. Para una corriente de excitación del 50 %, determinar la regulación de velocidad entre vacío y plena carga.

El procediendo de partida de la maquina es el mismo realizado en las actividades anteriores. Para ajustar la velocidad de la mcc fuimos ajustando la corriente de campo, manipulando la resistencia Rf mostrada en el circuito presentado en el anexo. 

El grafico obtenido se muestrea a continuación:

Figura 12. Gráfico de variación de velocidad debilitando el flujo. Para este caso tenemos una relación inversamente proporcional de la velocidad con respecto a la corriente de campo, es decir a medida que aumentamos la corriente de campo la velocidad ira disminuyendo como es posible apreciar en el gráfico. Cabe destacar que se tuvo un especial cuidado con no subir demasiado la resistencia Rf debido a que la corriente de campo disminuye y esto pude producir que la maquina se embale. Esto lo podemos demostrar por ley de voltajes:

𝑉 − (𝑅𝐴 + 𝑅𝑝 )𝐼𝐴 − 𝐸𝐴 = 0 Donde 𝐸𝑎 = 𝐾𝜑 𝜔 , si remplazamos y despejamos 𝜔 , nos queda:

𝜔=

𝑉 − (𝑅𝐴 + 𝑅𝑝 )𝐼𝐴 𝐾𝜑

Así la velocidad tendería a infinito para un valor de flujo muy pequeño. Para la regulación de velocidad, la velocidad en vació nos dio 1902, así la regulación nos dio 4.44% Comentario: No nos pareció un buen método, si bien para disminuir la velocidad de la maquina aumentando la corriente de campo no presenta problemas, al aumentar la velocidad se debe disminuir la corriente de campo teniendo el cuidado de no bajarla en demasía debido a que puede provocar grandes daños en la máquina.

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Universidad de Concepción 4. Pérdidas y rendimiento

Utilizando el método de desaceleración, efectuar las medidas necesarias para obtener por separado, las pérdidas mecánicas (roce y ventilación), pérdidas en el fierro y pérdidas en los enrollados de la máquina de C.C. trabajando en condiciones nominales. Suponer que todas las pérdidas debidas a los reóstatos son asignadas a la instalación general de la que forma parte la máquina, y no a ésta misma. Se nos pide calcular los distintos tipos de pérdidas presentes en una máquina de corriente continua. Para eso se utiliza el método de desaceleración, este método consiste en frenar la máquina de distintas maneras, y de cada una de estas se obtendrán las mediciones necesarias para calcular las pérdidas por roce y ventilación, las pérdidas en el fierro y las pérdidas en el cobre. En general, se implementará el circuito que se mostrará más adelante y con una sonda de voltaje se medirá esta curva de desaceleración, midiendo el voltaje inducido en la armadura del generador y se usara la relación directa que tiene éste con la velocidad.  El circuito utilizado en las tres pruebas es el siguiente:

Figura 11. Circuito utilizado para las pérdidas y rendimiento. 

A continuación explicaremos el procedimiento utilizado para cada una de las pruebas.

Pérdidas por roce y ventilación:

 Manteniendo Sw2 cerrado y Sw1 abierto, en conjunto con Rf y Rp en su valor máximo, procedemos a alimentar el circuito con los 230 Vdc, al igual que en actividades anteriores, procedemos a ajustar Rf hasta obtener valor de corriente nominal en el campo shunt. Una vez conseguido esto, se cierra Sw1 y se ajusta Rp hasta obtener la velocidad nominal de la máquina.  Una vez alcanzada esta velocidad nominal, procedemos a desconectarla, esto es, abrir Sw1 y Sw2, manteniendo Sw3 en la posición 1. Con esto ya podemos medir el diferencial de desaceleración de la máquina (dEa/dt), utilizando la sonda de voltaje y el osciloscopio. En definitiva, se obtiene la curva de Ea v/s t, pero se divide por el factor 𝑘𝜙 y así obtenemos la curva

𝑑𝑤 . 𝑑𝑡

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Universidad de Concepción  Finalmente, las pérdidas se calculan como sigue:

𝑃𝑟+𝑣 = −𝐽 ∙ 𝑤𝑛𝑜𝑚 ∙



∆𝑤1 ∆𝑡1

La curva obtenida en el laboratorio se muestra a continuación:

Recalcar que la velocidad a la que llevamos la máquina fue en definitiva de 1413 rpm. La pendiente de la gráfica se calcula a continuación:

𝜋 1413 ∙ 30 ∆𝑤1 𝑟𝑎𝑑 =− = −8.455 2 ∆𝑡1 17.5 𝑠

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Universidad de Concepción Pérdidas en el fierro:

 Lo primero se repite en comparación a la parte anterior, se lleva a velocidad nominal mediante el mismo procedimiento anterior.

 Luego se abre el Sw1, se mantiene Sw2 cerrado y Sw3 en la posición 1, de ésta manera mientras la maquina desacelera se mantiene alimentado el campo.  Recordemos que las pérdidas por roce y ventilación siguen presentes, por lo tanto la relación para esta caso es:

𝑃𝐹𝑒 + 𝑃𝑟+𝑣 = −𝐽 ∙ 𝑤𝑛𝑜𝑚 ∙



∆𝑤2 ∆𝑡2

A continuación se muestra la gráfica obtenida en este caso:

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Universidad de Concepción Y el diferencial estará dado por:

𝜋 1413 ∙ 30 ∆𝑤2 𝑟𝑎𝑑 =− = −4.773 2 ∆𝑡2 31 𝑠

Pérdidas en el cobre:  Siguiendo el procedimiento de los casos anteriores llevamos la maquina a velocidad nominal.  Luego se coloca el Sw3 en la posición 2, se abre el Sw1 y se deja cerrado el Sw2.  Como dijimos, se mantiene en todo momento las pérdidas por roce y ventilación, pero además en este punto se suman las perdidas en el cobre por calor.

 La relación correspondiente a este punto es:

𝑃𝐹𝑒 + 𝑃𝑟+𝑣 + 𝑃𝐶𝑢 = −𝑗 ∙ 𝑤𝑛𝑜𝑚 ∙



La gráfica que se obtuvo se muestra a continuación:

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∆𝑤3 ∆𝑡3

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Y el diferencial es:

𝜋 1413 ∙ 30 ∆𝑤3 𝑟𝑎𝑑 =− = −7.71 2 ∆𝑡3 19.2 𝑠

Ahora, a partir de las tres ecuaciones mostradas anteriormente y con la que se mostrará a continuación, se llega a:

𝑃𝐶𝑢 = (𝑅𝑠 + 𝑅𝑎𝑟𝑚 )𝐼𝑎 2

𝐽=−

(𝑅𝑠 + 𝑅𝑎𝑟𝑚 )𝐼𝑎 2 ∆𝑤 ∆𝑤 𝑤𝑛𝑜𝑚 [ ∆𝑡 3 − ∆𝑡 2 ] 3 2

Reemplazando nuestros datos, se tiene que:

𝐽 = 11.3

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CONCLUSIONES GENERALES Como conclusión podemos mencionar que siempre es conveniente usar reóstatos al implementar los circuitos y mantenerlos inicialmente en su valor máximo para limitar la corriente de partida de la máquina. Además se debe tener especial cuidado con la corriente de campo en la máquina, para evitar velocidades excesivas y/o embalamiento de la máquina, pues esto podría ocasionar un daño permanente. Otro punto importante a mencionar, es que los parámetros del circuito interno de la máquina varían mucho con la temperatura, es por eso que es conveniente realizar las mediciones a la temperatura de trabajo, es decir, luego de haber hecho todas las otras actividades pedidas en la guía. En cuanto a las pérdidas en la máquina, se puede mencionar que las de roce y ventilación están siempre presentes, independiente del tipo de conexión. Aprendimos los métodos de desaceleración usados para calcular los tres tipos de pérdidas más importantes en la MCC. Por ende, se concluye que éste tipo de motores presenta una gran versatilidad en cuanto a las posibles configuraciones de conexión, como lo son conexión separada, serie o derivación (shunt), lo que les da un amplio rango de volt-ampere o velocidad-torque tanto para operación en estado estable como dinámica.

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Anexo maquina corriente continua Parámetros y curvas de excitación: Parte (1C)

 Curvas de excitación: A continuación presentaremos el circuito con el que se trabajó en este ítem:

Figura 1. Circuito para la prueba curvas de excitación. Tablas curvas de excitación  Tablas para velocidad nominal 100% y 70% de la velocidad nominal. Tabla 1. Para velocidad Nominal n=?

Corriente de campo (A)

1,6 [A] 1,4 [A] 1,2 [A] 1,0 [A] 0,8 [A] 0,7 [A] 0,6 [A] 0,5 [A] 0,4 [A] 0,3 [A]

Tensión inducida (V) para corriente de campo creciente 70 [V] 85 [V] 109 [V] 120 [V] 139 [V] 150 [V] 170 [V] 182 [V] 188 [V] 209 [V]

Tensión inducida (V) para corriente de campo decreciente 208 [V] 199 [V] 188 [V] 177 [V] 152 [V] 140 [V] 125 [V] 108 [V] 88 [V] 70 [V]

Nota: Para ambos casos, los datos obtenidos en la tensión inducida se obtuvieron tomando la corriente de armadura de forma creciente como decreciente.

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Universidad de Concepción Tabla 2. Para 70% de la velocidad Nominal n=?

Corriente de campo (A)

1,6 [A] 1,4 [A] 1,2 [A] 1,0 [A] 0,8 [A] 0,7 [A] 0,6 [A] 0,5 [A] 0,4 [A] 0,3 [A]

Tensión inducida (V) para corriente de campo creciente 50 [V] 59 [V] 70 [V] 81 [V] 101 [V] 109 [V] 111 [V] 121 [V] 129 [V] 133 [V]

Tensión inducida (V) para corriente de campo decreciente 133 [V] 129 [V] 121 [V] 115 [V] 105 [V] 96 [V] 88 [V] 75 [V] 61 [V] 49 [V]

Nota: Para ambos casos, los datos obtenidos en la tensión inducida se obtuvieron tomando la corriente de armadura de forma creciente como decreciente.

Características en carga: Parte (2a)

 Características en carga: A continuación presentaremos los circuitos con los que se trabajaron: Para la prueba con el campo shunt tenemos:

Figura 2. Circuito para la prueba carga conexión shunt. Para calcular el torque: 𝑇 = 𝐹 ⋅ 𝑑 = (𝑚 ⋅ 𝑔) ⋅ 𝑑 Dónde: 𝑔 = 9,8 𝑚⁄𝑠 2 m = 7,157 kg Así se tiene que el torque para las distancias de 0, 10, 20, 30, 40, 50 y 60 cm es 0, 7.01, 14.03, 21.04, 28.05, 35.07 y 42.08 [Nm], respectivamente.

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 los datos que se obtuvieron en las pruebas son las siguientes: Corriente de armadura (A) Velocidad (rpm) Distancia ( brazo del freno Prony) Voltaje de armadura Corriente de campo

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1366

1329

1306

1267

1230

1201

10 [cm]

20 [cm]

30 [cm]

40 [cm]

50 [cm]

60 [cm]

205 [V]

201 [V]

200[V]

193 [V]

192 [V]

190 [V]

1,58 [A]

1,56 [A]

1,52 [A]

1,50 [A]

1,48 [A]

1,46 [A]

Tabla 3. Datos obtenidos para la prueba conexión shunt.

Corriente de armadura (A) Velocidad (rad/s) Torque (Nm) Voltaje de armadura Potencia de entrada (W) Potencia de salida (W) Eficiencia

0% 2.00

20% 6.4

40% 12.2

60% 18.8

80% 20.9

100% 27.6

143.05

139.17

136.76

132.68

128.8

125.77

0

7.014

14.03

21.042

28.056

35.07

205 [V]

201 [V]

200[V]

193 [V]

192 [V]

190 [V]

410

1286.4

2440

3628.4

4012.8

5244

0.0

976.14

1955.67

2791.8

3613.61

4410.75

0

0.76

0.802

0.77

0.9

0.84

Tabla 4. Valores calculados para la prueba de conexión shunt.

 Para la regulación de velocidad tenemos que:

𝑅𝑒𝑔𝑣𝑒𝑙 (%) =

𝑣𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 − 𝑣𝑝𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 143.05 − 125.77 = ∙ 100 = 13.7% 𝑣𝑝𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 125.77

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8 de Mayo del 2015

Universidad de Concepción Para la prueba con el campo serie tenemos:

Figura 3. Circuito para la prueba de carga conexión compuesta larga acumulativa  Datos que se obtuvieron para un motor en conexión compuesta: Corriente de armadura (A) Velocidad (rpm) Distancia ( brazo del freno Prony) Voltaje de armadura Corriente de campo

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1363

1326

1305

1265

1225

1197

10 [cm]

20 [cm]

30 [cm]

40 [cm]

50 [cm]

60 [cm]

205 [V]

201 [V]

200[V]

193 [V]

192 [V]

190 [V]

1,58 [A]

1,56 [A]

1,52 [A]

1,50 [A]

1,48 [A]

1,46 [A]

Tabla 5. Datos obtenidos para la prueba conexión compuesta larga acumulativo.

Corriente de armadura (A) Velocidad (rad/s) Torque (Nm) Voltaje de armadura Potencia de entrada (W) Potencia de salida (W) Eficiencia

0% 2.00

20% 6.5

40% 11.3

60% 16.6

80% 22.40

100% 26.00

142.733

138.858

136.65

132.47

128.28

125.35

0

7.014

14.03

21.042

28.056

35.07

205 [V]

201 [V]

200[V]

193 [V]

192 [V]

190 [V]

410

1306.6

2260

3203.8

4300.8

4940

0.00

974.14

1917.20

2787.43

3599.02

4396.02

0.00

0.745

0.848

0.87

0.84

0.89

Tabla 6. Valores calculados para la prueba de conexión shunt.

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8 de Mayo del 2015

Universidad de Concepción  Para la regulación de velocidad tenemos que: 𝑅𝑒𝑔𝑣𝑒𝑙 (%) =

𝑣𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 − 𝑣𝑝𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 142.733 − 125.35 = ∙ 100 = 13.87% 𝑣𝑝𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 125.35

 Estudio de mecanismos de variación de la velocidad. Circuito utilizado para esta actividad:

Figura 6. Circuito para la prueba de variación de velocidad.

Para la prueba de variación de tensión de armadura:  Datos obtenidos de la variación de la velocidad variando la tensión de armadura: Voltaje armadura

100%

75%

50%

Velocidad (rpm)

1424

1121

745

Corriente de armadura (A)

19.5

11

11

Corriente de campo (A)

1.51

1.51

1.51

Tabla 7. Variación de velocidad variando la tensión de armadura

 Para la regulación de velocidad:

𝑅𝑒𝑔𝑣𝑒𝑙 (%) =

𝑣𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 − 𝑣𝑝𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 773 − 745 𝑥100 = 𝑥100 = 3.75% 𝑣𝑝𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 745

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8 de Mayo del 2015

Universidad de Concepción

Uso de resistencia externa en circuito de armadura:  Datos obtenidos de la variación de la velocidad con el uso de la resistencia externa Voltaje de armadura Velocidad (rpm)

100%

75%

50%

25%

1328

1132

680.3

450

Corriente de armadura (A)

19

19

19

19

Corriente de campo (A)

1.51

1.51

1.6

1.56

Tabla 8. Variación de velocidad con el uso de una resistencia externa.

 Para la regulación de velocidad:

𝑅𝑒𝑔𝑣𝑒𝑙 (%) =

𝑣𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 − 𝑣𝑝𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 773 − 680.3 𝑥100 = 𝑥100 = 7.6% 𝑣𝑝𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 680.3

Variación de la corriente de excitación (Operación a flujo debilitado):  Datos obtenidos de la variación de la velocidad debilitando el flujo: Corriente de armadura Velocidad (rpm) Voltaje de armadura (V) Corriente de campo (A)

19

20

20

18.5

17.5

18

1312

1338

1408

1500

1630

1821

195

196

199

200

200

200

1.6

1.44

1.28

1.12

0.96

0.8

Tabla 9. Variación de velocidad debilitando el flujo

 Para la regulación de velocidad:

𝑅𝑒𝑔𝑣𝑒𝑙 (%) =

𝑣𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜 − 𝑣𝑝𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 1902 − 1821 𝑥100 = 𝑥100 = 4.44% 𝑣𝑝𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 1821

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