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La Máquina de Corriente Contínua Operando como Generador y Determinar la Eficiencia del Grupo Motor-Generador

LA MÁQUINA DE CORRIENTE CONTÍNUA OPERANDO COMO GENERADOR Y DETERMINAR LA EFICIENCIA DEL GRUPO MOTOR-GENERADOR 1. OBJETIVO Aplicar la tecnología estudiada para hacer funcionar a la máquina de corriente continua como generador, identificando cada uno de sus terminales y aplicar una carga para calcular la eficiencia del sistema.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO En esta parte analizaremos las características de un generador con derivación porque este fue el que utilizamos en nuestra practica por esos daremos su curva de magnetización y explicaremos con es que funciona su autoexcitación CURVA DE MAGNETIZACIÓN El esquema de la conexión se puede ver en la siguiente figura:

Donde se varía la corriente del inductor con el reóstato conectado en serie. Si se tiene la relación:

E=Re I e Donde Re es la resistencia del circuito de excitación. Para poder tener la curva de magnetización tendremos que utilizar la característica en vacío de la maquina junto con la característica del inductor, obteniendo así una recta de pendiente:

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tan ( α )=R e =

E Ie

Donde se tendrá un fem final la cual estará en el punto P de la siguiente gráfica:

Como se puede ver para cada valor de la resistencia del circuito de excitación se tendrá una pendiente diferente que con la intersección con la curva de vacío se determinara la fem resultante, como se puede ver si la resistencia llega a un valor critico el cual es cuando la resistencia Re se dirige hacia el origen por la curva de vacío, donde no habrá excitación.

Re =R cr Para poder explicar el proceso de la construcción de la curva de magnetización, se considera que la resistencia del circuito inductor es ‘Re’, definida por un Angulo α. Cuando el circuito se encuentra en vacío, toda la corriente del inducido pasa por el inductor por lo que se tendrá:

I e =I i Pero esta corriente es pequeña por lo que podemos considerar que la caída de tensión del inducido como la propia reacción del inducido, de modo que la tensión entre los puntos M y N del circuito son iguales a la fem generada, ahora si consideramos que la resistencia del reóstato mas la resistencia del devanado de campo son Re tendremos:

E=V MN =Re I e + L

dI e dt

Pero como se tiene que la corriente Ie es cero para un caso inicial, entonces se tendrá que una tensión generada que será la Er, la cual se debe al magnetismo remanente de los polos y que está entre los puntos OA de la curva de remanencia, en el momento que Ie=0 se cumple que:

E R=L

dI e dt

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Como el valor de Er es positivo la derivada también lo será y la corriente de excitación comenzara a aumentar hasta alcanzar el valor entre los puntos OB, lo que provoca un aumento en la fem llegando a estar entre los puntos BC, y teniendo encuenta que:

E−Re I e =L

dI e dt

Se puede ver que la primera parte de la resta entre E y Re*Ie es la diferencia entre la curva de vacío y la recta de la resistencia del inductor, el cual será un valor positivo y como la curva de vacío esta encima de la recta de la resistencia esto provocara un aumento de la corriente el cual alcanzara un valor entre los puntos OD, la cual producirá un aumento en la tensión entre FD y así sucesivamente ira aumentando Pero cuando al recta intersecte la curva, entonces:

0=L

dI e dt

Lo que provoca que no siga subiendo la tensión y también la corriente, cumpliéndose así:

E=Re I e En la siguiente grafica se puede ver como son las ciadas de tensión en el circuito:

EFICIENCIA Para poder conocer la eficiencia, primero tendremos que saber las potencias de entrada y salida de la maquinas por lo que tendremos que la eficiencia será:

ƞ=

P salida P entrada

Y donde la diferencia entre estas se representaran las pérdidas que existen en la máquina.

∆ P=Pentrada−P salida Estas pérdidas se representan como:

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PÉRDIDAS MECÁNICAS Se ocasionan por la fricción en los rodajes, por la fricción en el sistema de ventilación y por la fricción en los carbones. PÉRDIDAS MAGNÉTICAS EN EL HIERRO Son las que se producen en el material ferromagnético debido al ciclo de histéresis y las corrientes parasitas. PÉRDIDAS EN EL COBRE Son las ocasionadas por el efecto Joule y son ocasionadas por:     

Pérdidas en el arrollamiento de la armadura. Pérdidas en el arrollamiento de campo. Pérdidas en los interpolos. Pérdidas en los arrollamientos de compensación. Pérdidas en los carbones o escobillas.

PÉRDIDAS DISPERSAS Estas se originan en el corto circuito de la conmutación, las originadas por efecto skin en los conductores y pérdidas por el flujo de reacción MÁXIMA EFICIENCIA Para poder hallar la máxima eficiencia tendremos que realizar ensayos a diferentes Resistencia para así hacer una curva y determinarla, pero también se puede con una ecuación:

α=

√

Pérdidas Fijas Pérdidas Variables

Si el valor de α=1 entonces en ese punto tendremos un eficiencia máxima que es cuando las perdidas variables son iguales a las perdidas fijas.

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3. ELEMENTOS A UTLIZAR Para este ensayo se utilizaran los siguientes instrumentos:    

   

Multímetros Resistencias de 5kΩ y 220Ω Rectificador de tensión Variac

2 Máquinas de corriente continúa Cables Amperímetros analógicos Voltímetro analógico

4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN a) Reconocer e identificar los terminales de los contactores, pulsadores y de los motores. Primero para poder determinar las conexiones de los terminales del contactor, estos de encuentraran en la base en la que el contactor esta montado, asi que no hay problema en determinar sus terminales. Pero en la amquina de corriente continua tenemos primero que armar el siguiente circuito el cual esta en forma de diagramas para poder determinar los terminales:

Para determinar los terminales de entrada de campo y armadura, primero conectamos el voltiemtro entre los terminales de armadura y luego conectamos los terminaes de armadura de salida (AA) con un terminal de campo, cualquiera a que no sabes que terminal sera (entrada o salida), pero ojo no se debe conectar el terminal de entrada de aramdura con el otro terminal campo que sobra ya que cuando energicemos al motorn, y este mueva el eje del generador y se conecte el terminal sobrante se conecte es posible que aumente la tension esto es debido a que cuando se conecte el punto A y F la corriente circulara por el circuito de campo y producira un flujo el cual se combinara con el flujo del circuiot de armadura y asi aumentara el flujo total aumentando por defecto la tension, si es que se conecto A con FF este proceso no sucedera y en cambio en el voltimetro detectara un bajada de la tension.

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Despues de realizar el proceso podemos comprobar que los terminales escritos en la base de la maquina a la cual esta montada es corracta.

b) Elaborar el esquema de conexiones de los componentes del circuito aplicando las reglas estudiadas en la práctica No. 2. El primer circuito se utilizo para determinar los terminales F y FF para poder verificar que los valores en la base de las maquinas era correcto.

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El segundo circuito se utilizo para determinar la curva de magnetixacion de la maquinas.

Por ultimo el ultimo circuito sse utilizo para poder determinar la eficiencia del grupo MotorGenerador y apreciar como funciona su frenado.

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c) Utilizando las herramientas y materiales adecuados realizar el montaje del circuito de fuerza de instalación del motor de corriente contínua.

d) Montar el circuito de control del generador, siguiendo las instrucciones e insertar una resistencia variable en el circuito de excitación, verificar la remanencia del sistema de generación. Se conectó la resistencia variable para poder controlar la curva de magnetización y asi poder construir su gráfica, antes de energizar el sistema de verifico la tensión de remanencia la cual fue: V de Remanencia (V)

0.86

e) Arrancar al motor de accionamiento y manteniendo su velocidad nominal constante, accionar el sistema de excitación e incrementar la tensión de salida del generador desde 05V hasta la tensión nominal con incrementos de 05 en 05 voltios, con la información establecer la curva característica de magnetización del generador.

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Como se ve en la figura se mantuvo la velocidad constante y se varió la resistencia para poder así tomar los valores lo cual nos dio:

V1 (V)

Iex (mA)

5

22

10

45

15

67

20

108

25

131

30

160

35

198

40

250

42

269

45

284

50

325

Como se puede ver en la parte roja nos indica que se aumentó la tensión de la fuente para poder forzar a que en la parte del generador se alcance 50V por lo que hay que tener cuidado con esta parte. f) Hacer funcionar al sistema manteniendo la tensión nominal en el generador y aplicarle:  el 20% de su carga y determinar la eficiencia del sistema.

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 el 30% de su carga y determinar la eficiencia del sistema  el 40% de su carga y determinar la eficiencia del sistema  el 50% de su carga y determinar la eficiencia del sistema Para el circuito de carga, aplicar una resistencia de 180 ohms Des pues de conectar el circuito como se puede ver en la siguiente figura:

Obtuvimos los siguientes datos: V1(V)

I1(Amp)

P1(Watt)

V2(V)

I2(Amp)

P2(Watt)

Ƞ(%)

45

0.67

30.1500

41.4

0

0

0

43

0.84

36.1200

31.2

0.2

6.2400

17.2757

43

0.93

39.9900

27.8

0.3

8.3400

20.8552

43

1.03

44.2900

24.4

0.4

9.7600

22.0366

43

1.14

49.0200

20.82

0.5

10.4100

21.2362

43

1.24

53.3200

17.82

0.6

10.6920

20.0525

5. CUESTIONARIO 5.1

Describa la importancia de la remanencia del material magnético de los generadores de corriente continua y grafique (V-Iex) del ensayo.

La importancia de la remanencia en la máquina de corriente continua es para que la propia maquina pueda autoexitarse y no requiera de una fuente extra para que este pueda funcionar.

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V1 (V)

Iex (mA)

5

22

10

45

15

67

20

108

25

131

30

160

35

198

40

250

42

269

45

284

50

325

Como se puede ver en la parte roja nos indica que se aumentó la tensión de la fuente para poder forzar a que en la parte del generador se alcance 50V por lo que hay que tener cuidado con esta parte. Curva de Magnetizacion 50 45

Tension en la Armadura (V)

40 35 30 25 20 15 10 5

0

50

100 150 200 250 Corriente de exitacion (Amp)

11

300

350

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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.

V1(V)

I1(Amp)

P1(Watt)

V2(V)

I2(Amp)

P2(Watt)

Ƞ(%)

45

0.67

30.1500

41.4

0

0

0

43

0.84

36.1200

31.2

0.2

6.2400

17.2757

43

0.93

39.9900

27.8

0.3

8.3400

20.8552

43

1.03

44.2900

24.4

0.4

9.7600

22.0366

43

1.14

49.0200

20.82

0.5

10.4100

21.2362

43

1.24

53.3200

17.82

0.6

10.6920

20.0525

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La Máquina de Corriente Contínua Operando como Generador y Determinar la Eficiencia del Grupo Motor-Generador Eficiencia del grupo M-G a diferentes valores de cargas 25

Eficiencia del grupo M-G (%)

20

15

10

5

0

0

10

20

30 40 Carga aplicada (%)

50

60

5.3

Siguiendo las normas del Código Eléctrico Nacional elabore el diagrama completo del sistema trabajado.

5.4

Si se tendría que implementar un sistema de frenado eléctrico en el circuito del motor, ¿cómo lo implementaría? Describir y detallar el circuito propuesto.

Para el frenado se tendrá que cambiar con un conmutador del circuito de potencia al frenado como se puede ver en la siguiente figura.

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Y así poder controlar la velocidad con un resistencia variable (reóstato), pero hay que tener cuidado al momento de variar la resistencia la cual puede ocasionar una absorción de la corriente anormal en la máquina. En el circuito e puede ver que la variar la resistencia, la fem que se genero puede cambiar debido al variar la corriente que circula por este circuito y así producir un torque electromagnético lo cual reducirá la velocidad usándose como un freno.

6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES  Se pudo notar que para poder saber las polaridades el circuito de campo, se tiene que primero conectar como es debido y utilizar el instrumento de medida de tensión para apreciar el valor que nos indique e interpretarlo para para poder saber cuáles son los terminales correctos.  Para tomar los datos que necesitaremos en la construcción de la curva magnetización, tuvimos que forzar la tensión en la parte del motor para que así podamos llegar a la tensión nominal del generador dc, lo cual hay que tener cuidado debido a la superación de la tensión nominal del motor dc.  Al momento de la conexión de carga en la parte del generador, se vio que no se necesita conectar los terminales de campo.  Pudimos notar que la momento de construir la gráfica de carga vs eficiencia, que la eficiencia máxima se tenía cerca del 40% de la carga, por lo que si la carga es más que este la eficiencia decaerá.  Para el frenado primero se tiene que cambiar el circuito con un conmutador para poder pasar al circuito de frenado con una resistencia variable la cual provocara un torque electromagnético para que el vehículo disminuya su velocidad.

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 Se pudo ver que en el momento de frenar, cuando se varía muy bruscamente la resistencia, esta provoca que la corriente tanto en la parte generadora como motora del circuito aumente anormalmente lo que puede ocasionar un aumento en la temperatura lo que puede ocasionar una perforación en el aislamiento.  En el mal manejo del frenado, la parte que tendrá que ser reemplazada es el interpolo debido a que este es el más fácil de cambiar que los demás, pero esto no significa que será fácil cambiarlo, sino que es la más fácil de cambiar que sus otras parte las cuales tomarían mucho más tiempo.  Se pudo ver que la eficiencia en el equipo motor-generador se pudo conseguir en la gráfica y se obtuvo cuando se trabajó a un 40%.  Se pudo comprobar la generación en CD del generador el cual fue movido por el motor y así determinar sus parámetros.

7. BIBLIOGRAFIA Máquinas Eléctricas - Jesús Fraile Mora Máquinas Eléctricas y Transformadores – Bhag S. Guru Máquinas Eléctricas – Stephn J. Chapman http://html.rincondelvago.com/generadores-y-motores-de-corriente-continua.html

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