Lorenzo Conversion

LABORATORIO UNILAB

GENERADOR CC AEXCITACION COMPOUND

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s.r.l. Viale Romagna, 20 - 20089 Rozzano (Milano) Italy - Tel. ++39 02 8254551 - Fax ++39 02 8255181 - E-mail: [email protected]

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DE LORENZOSistemas para laformación técnica II

INDICE

Caracteristicas nominales Pag. 1

1 Maquinas a corriente continua Pag. 3

2 Motor a corriente continua Pag. 7

3 Reacción de armadura Pag. 11

EJERCICIOS PRACTICOS

Datos de placa Pag. 15

Prueba Nº 1 : Medida de la resistencia delos devanados Pag. 17

Prueba Nº 2 : Determinación de lacaracteristica demagnetización Pag. 23

Prueba Nº 3 : Pruebas al vacío Pag. 29

Prueba Nº 4 : Caracteristica externas Pag. 39

Prueba Nº 5 : Caracteristica de regulación Pag. 45

Prueba Nº 6 : Cálculo del rendimentoconvencional Pag. 49

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DE LORENZOSistemas para laformación técnica III

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DE LORENZOSistemas para laformación técnica IV

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DE LORENZOSistemas para laformación técnica 1

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1 . C A R A C T E R I S T I C A S N O M I N A L E S

Antes de comenzar las pruebas, es conveniente controlar, el conjunto de las caracte-rísticas nominales de la máquina que se está probando.

Estos datos indicados en la placa, constituyen la "carta de identidad", que todos losconstructores ponen en las máquinas, ésto con la finalidad de que el usuario sepacuales son las características principales de funcionamiento.

Estos valores nominales son el resultado de pruebas que el constructor ha efectuadoen ciertos prototipos al inicio de la producción en serie; cada máquina fabricada va-riará ligeramente de estas prestaciones de tipo standard, ésto es debido a las toleran-cias de construcción.

Efectuar la prueba de verificación significa, controlar, si las prestaciones standardseñaladas en la placa, han sido respetadas, y relevar las características de funciona-miento particular que puedan tener algún interés.


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2 . M A Q U I N A S D E C O R R I E N T E C O N T I N U A

Para tener un par que sea unidireccional de corriente continua, se utiliza un conmu-tador mecánico giratorio llamado colector a láminas.En las máquinas de corriente continua, los devanados de campo son fijos, mientrasque el conjunto de los conductores y conmutadores son giratorios.Para comprender el funcionamiento del conmutador considérese la siguiente figura:

En el instante indicado la fuerza electromotriz de la bobina esta disminuyendo ypara ωt = π/2 la fuerza electromotriz es nula, y la bobina está en corto circuito porlas escobillas.Un instante después, el conductor inferior comienza a cortar el flujo y la fuerzaelectromotriz inducida cambia de sentido; en el mismo instante se conmuta sobre laescobilla negativa y la polaridad de la tensión de salida permanece invariable.De esta forma el conmutador se comporta como un rectificador sincrónico de ondacompleta.En la realización constructiva los conductores de armadura son ensamblados en unrotor cilíndrico de hierro, mientras que los devanados del estator generan una induc-ción elevada y casi uniforme dentro del entre hierro.E pag. 72 se ilustra la situación al momento ta, y la correspondiente f.e.m. inducidaen el conductor número 1, mientras que en un istante posterior el conductor número1 deja el polo S.

Partiendo por escobilla negativa y recorriendo el circuito, los conductores número 1,2, 3 y 4 resultan conectados en serie: la suma completa de cada fuerza electromotrizse presenta en la escobilla positiva.

e

Bfq

i

o

ωt

πωt

e


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e1 + e2 + e3 + e4 TENSION RECTIFICADA

ta

e1

0

e

t

ωte3

e2e1

e

Partiendo por escobilla negativa, y siguiendo la dirección contraria, los otros con-ductores N. 5, 6, 7 y 8 resultan conectados en serie y por lo tanto en el devanado setienen 2 circuitos paralelos.


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Cuando la armadura roda haciendo girar el colector, el conductor n.1 se conmuta deun circuito al otro y el conductor N. 8 toma su posición.

En una máquina real hay muchos conductores y muchos segmentos de conmuta-ción:a cada instante muchas bobinas están conectadas en serie entre las escobillas ysolamente pocas de éstas resultan cortocircuitadas, cuando son conmutadas de uncircuito al otro.

Cuando una bobina esta en conmutación, hay una caída de tensión momentánea enla salida que produce una ondulación de conmutación; este efecto es indiferente conrespecto al efecto total producido por las númerosas bobinas puestas en serie en elmismo istante.

Indicando con (+) la corriente entrante para todos los conductores que se muevenhacia arriba y con (.) la corriente saliente para el conductor que se mueve hacia aba-jo, el resultado total de todas las corrientes será un vector inducción dirigido haciaarriba.Cuando la armadura gira este vector inducción permanece fijo en el espacio con unangolo de par óptimo δ = 90 grados.

El par que resulta está dirigido en sentido horario y en un generador debe ser equili-brado por la fuente de la potencia mecánica.

Peró, si a través de las escobillas se introduce una corriente generada por una fuenteeléctrica, se desarrolla un par unidireccional y constante y de esta forma la máquinafuncionará como un Motor.

Siendo constante la inducción en el entrehierro, resulta que la constante mecánica esigual a la eléctrica, es decir:

Γ EKM = = KE =

I ω

En la fórmula estan indicados con las mayúsculas los valores instantáneos o mediosde par Γ, de la corriente de armadura I, de la fuerza electromotriz E y de la veloci-dad angular ω.

Si el flujo total del polo ϕ es variable por causa de la corriente de campo y por lotanto de la inducción, las expresiones para el par y para la fuerza electromotrizserán :

Γ= K ϕ I

E = K ϕ ω

de esta forma resulta el modelo en regimen estacionario de la máquina a colector.


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En régimen estacionario los términos relativos a la acumulación de energía no sonconsiderados; solamente es consideradaLa fricción mecánica debida a la rotación DR y a la resistencia eléctrica R.

El valor de K depende de la construcción de la máquina y de las conexiones eléctri-cas.

Γ

ω+DR

KϕI +

Kϕω

R I

V+


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3 . M O T O R D E C O R R I E N T E C O N T I N U A

El estator o "campo" de un motor en corriente continua está constituido por un cier-to número de pares de polos magnéticos dispuestos a lo largo de la circunferenciaque se alternan de norte a sur.La generación de estos polos magnéticos se obtienecon una una corriente continua que recorre los devanados de campo.

El rotor o "armadura" está compuesto por un núcleo cilíndrico de hierro que llevalos conductores situados en un canal y conectado a las láminas de los colectores.La corriente continua es enviada a la armadura por las escobillas fijas que arrastransobre el colector.El colector conmuta automáticamente los conductores en forma que la corriente enel motor sea permanente y unidireccional.La posición en la cual están colocadas las escobillas asegura una angulación de parδ de 90 grados.La fuerza electromotriz generada en cada conductor puede ser calculada con la rela-ción

e = B l v

La fuerza electromotriz total está determinada por el número de conductores en serieen cada instante.

CONMUTADOR

POLO INDUCTOR

ARMADURA


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El par desarrollado en cada conductor se expresa con la seguiente fórmula

τd = B l i r

el par total está dado por la contribución de los simples conductores.Para una máquina en corriente continua a régimen las formulas fundamentales sonlas siguientes:

E = K ϕ ωΓd = K ϕ IA

donde

E = Fuerza electromotriz (V)ϕ = Flujo por polo en el entrehierro (Wb)ω = Velocidad angular (rad/seg)Γd = Par (Nm)IA = Corriente de armadura (A)K = Constante máquina

Las relaciones fundamentales se refieren al entrehierro: la tensión a los bornes di-fiere de la fuerza electromotriz debido a la caída de tensión en la resistencia de ar-madura; el par del árbol del motor, se diferencia del par, debido al rozamientomecánico.

La máquina en corriente continua constituye un convertidor bilateral de energía, yaque en el entrehierro la potencia mecánica es igual a la potencia eléctrica:

Γdω = E IA

La potencia en el entrehierro representa solamente la parte reversible de la conver-sión electromecánica de energía.Para un motor en corriente continua con régimen estacionario es válido el siguientemodelo de circuital.

RL

Γ

ω+D

KϕIA

RF

VF+

IF

+Kϕω

RA

IA

V+


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En condiciones de régimen las corrientes y las velocidades son constantes o varíanmuy lentamente, por lo tanto no se consideran ni las variaciones de energíamecánica ni las de energía magnética. Esto significa que la inercia de rotación y dela inductancia eléctrica no están presentes en el modelo.

La resistencia del campo RF debe ser tomada en consideración en los cálculos derendimiento.

En el modelo linear el término D que indica la resistencia mecánica representa todaslas perdidas por rotación. Estas pueden ser calculadas midiendo la potencia de entra-da al vacío con la máquina funcionamento a velocidad nominal y a la tensión nomi-nal, y por lo tanto con un flujo nominal en el entrehierro.

Las pérdidas pueden tener las siguientes orígenes:

- roce en los cojinetes y en las escobillas- roce con el aire (ventilación)- pérdidas en el núcleo debido a la histéresis y a las corrientes parásitas en las zo-

nas de flujo magnético variable.

El término RA es una resistencia equivalente que tiene cuenta de la resistencia encorriente continua del devanado de armadura, del efecto de la distribución no uni-forme de la corriente dentro de los conductores de armadura, de las perdidas de con-tacto de las escobillas, de la resistencia de devanados auxiliares en los circuitos dearmadura, cuando están presentes.

En el modelo del circuito indicado se supone que D, RA RF y K son constantes y porlo tanto el modelo es linea.

Las características eléctricas de la máquina se definen con la siguiente fórmula:

V = E - IA RA = k ϕω - IA RA

y en ciertas condiciones, suponemos también que el circuito magnético sea lineal, esdecir que el flujo sea proporcional a la corriente de campo, de esta forma se ob-tiene:

V = K' I F ω - IA RA


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4 . R E A C C I O N D E A R M A D U R A

Obteniendo las relaciones fundamentales para un conductor móvil dentro de un cam-po magnético suponemos que el campo debido a la corriente circulantes por el con-ductor mismo sea despreciable.

En práctica la corriente de armadura produce un campo magnético que se aprecia encuadratura respecto al campo impreso y por lo tanto se obtiene una distorsión en ladistribución del flujo.

Las consecuencias prácticas de la reacción de armadura son:

a) La conmutación se agrava porque la posición del conductor debido a la fuerzaelectromotriz nula queda desplazada en la dirección de rotación con referenciaa la posición ideal relativa a la ausencia de reacción armadura.En ciertas máquinas la posición de las escobillas puede ser modificada por lacarga para evitar de poner en corto circuito los conductores con una fuerzaelectromotriz apreciable.Comunmente entre los polos del inductor se conectan pequeños devanadosauxiliares que son recorridos por la corriente de armadura que se opone y anu-la la reacción de la armadura.Otra solución práctica consiste en situar los conductores sobre las caras de lospolos de los inductores atravesados por la corriente de armadura (devanados decompensación).

b ) La fuerza electromotriz resulta reducida por causa de la distribución de la den-sidad media del flujo.


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EJERCICIOS PRACTICOS


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D A T O S D E P L A C A

GENERADOR CC EXCITACIO COMPUESTA DL 1024

- Devanado inducido : (armadura) A1 - (A2)- Polos auxiliaries : (B1) - B2- Devanado de excitación en serie : D1 - D4 or D3 - D4- Devanado de excitación en paralelo : E1 - E2

A1 B2(A2)

(B1)G

E1 E2

D1 D2

Codigo del motor

Tensión generada

Clase de aislamiento Grado de protección

Corriente- G

DAHLANDERVelocidad (min -1)

Potencia nominal

Tensión deexcitación

Corriente de excitación


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P R U E B A N º 1

MEDIDA DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS

La finalidad de la prueba es determinar la resistencia de los devanados inducidos yde los polos auxiliares ademas que de el de excitación derivada.La medida debe ser efectuada con la màquina parada y fría es decir inactiva desdealgunas horas para estar seguros que cada parte de la màquina este a temperaturaambiente.En tal caso, si el método no provoca recalentamientos particulares, los valores de re-sistencia obtenidos podran ser considerados a temperatura ambiente (fácilmente me-dible con un termómetro normal).Existen numerosos métodos, pero el mas aconsejado es el volt-amperimétrico

Esquema eléctrico Nº 1.A

V1= Resistencia del devanado de excitación en serie

I1

V2= Resistencia del devanado inducido

I1

V3= Resistencia del devanado de los polos auxiliares

I1

N o t a : Para la medida es suficiente un único voltímetro que se deberà mover su-cesivamente en las posiciones V1 - V2 - V3.

I1

+

-

D4

A1

V1

A

GV2

V3

A2B1

D3

B2

CC Variable


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ESQUEMA PRACTICO Nº 1.A

+ -

SALICA CC VARIABLE

1.5V

2A

1.5V3V

+ -

A

+ -

V2

+ -

V1 V3


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LISTA DE OPERACIONES

Una vez que se haya construido el circuito siguiendo las lineas se deben efectuar lassiguientes operaciones :

1. Preparar los comandos de los módulos :

SALIDA CC VARIABLE : Interruptor abierto.Variador roteado completa-mente en senso antihorario

2. Activar la alimentación continua variable.

3. Regular el variador de la continua y el reostato aprox. 1,5 A.

4. Conectar al voltímetro un par de terminales de medida e introducirlos entre lasbornes D3 - D4; relevar la caída de tensión V1 en el devanado de excitación enserie.

5. Conectar al voltimetro dos conectores con puntas de medidas y conectarlo al seg-mento de conmutación sobre las escobillas "a" y "b" (para acceder al conmutadorremover la tapa de protección de la ventanilla de inspección del motor)

6. Conectar el terminal negativo del voltimetro al terminal B2 y buscar con el otroterminal el relativo polo de excitación.La conexión que visualizará una pequeña tensión hará referencia a la escobillaB1 y, por supuesto, será la correcta.

7. Abrir el interruptor de alimentación.

TABLA DE RELEVACIONES :

VR =

I

N

1

2

3

I(A)

V(V)

divK(A/div)

div R (Ω)

NOTAK(V/div)

SERIE

ARMADURA

POLOAUXILIAR

Amperimetro Voltimetro


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ESQUEMA ELECTRICO Nº 1.B

V= Resistencia del devanado de excitación derivada

I

ESQUEMA TOPOGRAFICO Nº 1.B

+

-

G

A

V

E1

E2CC Variable

SALIDA CC VARIABLE(EXCITACION)

0.3A200V

+ -

A

+-

V


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Después de que se ha construido el circuito siguiendo las lineas efectuar las si-guientes operaciones :


SALIDA CC VARIABLE Interruptor abierto.(Excitación) Variador roteado completa-

mente en senso antihorario

No conectar el voltímetro.

2. Cerrar el interruptor de la alimentación continua variable.

3. Regular la salida CC del alimentador hasta obtener una corriente de aprox. 0,1 A.

4. Conectar el voltímetro y relevar las medidas.

5. Desconectar el voltímetro y abrir el interruptor de alimentación.

TABLA DE DATOS RELEVADOS

Temperatura de medidas : °C

VR =

I

I(A)

V(V)

divK(A/div)

div R (Ω)

K(V/div)

Amperimetro Voltimetro

N

1


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P R U E B A N º 2

CARACTERISTICAS DE MAGNETIZACION

La caracteristica de magnetización de un generador c.c. es el diagrama que rapresen-ta el flujo en salida de los polos inductores en función de la fuerza magnetomotrizde excitación.En el lenguaje técnico usual, todavía, está llamado con el mismo nombre también eldiagrama Vo = f(i) que tiene el mismo desarrollo y que es mucho más fácil para po-nerlo en evidencia.

ESQUEMA ELECTRICO

N O T A : Por las medidas mencionadas, el generador cc debe ser mantenidoconstantemente a su velocidad nominal.

+

-

M

Re

Ra

A1

B2

G V

A

E1

E2

+

-


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ESQUEMA TOPOGRAFICO

+ -

a b

K1

Reostato de excitación

Medidor de velocidad

SALIDA CC VARIABLE(EXCITACION)

Reostato de arranque

300V 0.5A

Transductoroptico

rpm

K2K1

K2

PROTECCIONSOBRE

VELOCIDAD

-+

V

+ -

A

-+

V

300V

+ -

SALIDA CC VARIABLE


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Después de que se ha construido el circuito siguiendo las lineas efectuar las si-guientes operaciones :


SALIDA CC VARIABLE Interruptor abierto.Salida con aprox. 200V

SALIDA CC VARIABLE Interruptor abierto.(Excitación) Variador roteado completamen-

te en sentido anti-horario

REOSTATO DE EXCITACION : Min resistencia

REOSTATO DE ARRANQUE : Max resistencia

2. Cerrar el interruptor de la alimentación continua variable.

3. Regular el botón del reostato hasta obtener una corriente de aprox. 0,1 A.

4. Observar que, mientras el amperímetro indica una corriente de excitación nula,el voltímetro pone en evidencia la existencia de una pequeña tensión. Esta ten-sión se debe al magnetismo residual de los polos y su señal depende de las pola-ridades magnéticas residuas.Si el funcionamiento del generador cc está rodando en la dirección exacta, el vol-tímetro indicará una tensión residual con polaridad positiva al borne B2 y negati-va al borne A1.En caso contrario hay que establecer de nuevo las exactas polaridad magnéticashaciendo circular, en pocos segundos y en el sentido correcto, una corriente deexcitación igual más o menos a la de placa.

5. Puesto en evidencia el valor de la tensión residual, obtener después diferentescorrientes de excitatión crecientes, hasta cerca del 20 ÷ 30% más del valor deplaca. Por cada valor de corriente de excitación, anotar las correspondientes indi-caciones del voltímetro.


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6. Alcazando el máximo valor de magnetización, repetir las lecturas reduciendo pro-gresivamente la corriente de excitación hasta 0.

7. Abrir el interruptor general causando la parada del grupo.

N o t a : a) Durante la ejecución de la prueba con magnetización creciente, hayque tener cuidado de no reducir nunca la corriente de excitación. Seevitará así de formar ciclos de histéresis parciales que darían lugara un movimiento "dentado" de la característica. Por la mismarazón, los datos con magnetización decreciente deben ser ejecutadosregulando la corriente de excitación siempre en disminución.

b ) La característica de magnetización está puesta en evidencia comopuntualizado, a la velocidad de placa de el generador.Si esto no se pudiera realizar, la medida puede ser efectuada igual-mente pero teniendo cuidado de llevar nuevamente a la velocidadnominal de datos los resultados de prueba.El valor correcto se realizará por medio de una simple proporción:

nVo = V'o

n'


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TABLA DE DATOS

GRAFICO

Vo

(V)

Media

Vo

Iexc

n = …… rpm

Iexc

(A)V'o(V)

n'(rpm)

Caracteristica ascendiente

0

Vo

(V)Iexc

(A)V'o(V)

n'(rpm)

Caracteristica descendiente

0


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OBSERVACIONES

1) Obteniendo en el diagrama los valores de prueba, se obtienen dos curvas, leve-mente distantes, que están llamadas respectivamente, característica de magneti-zación ascendiente; y característica de magnetizacion descendiente.La característica descendiente resulta ligeramente más "alta" por efecto delmagnetismo residual del circuito magnético de la dínamo.En el diagrama se individua gráficamente una curva media entre las dos rele-vadas; esta curva es la que luego está considerada para la análisis del funcio-namiento de la dínamo.

2 ) Una primera observación importante que se debe hacer después de la análisisde la curva de magnetización es el calculo de la resistencia critica del circuitode excitación: esta representa el valor de resistencia maxima que el circuito decampo no deberá superar a fin de que sea posible el fenómeno de la autoexci-tación.

Esta resistencia crítica es la que tiene la característica de la curva voltamperi-metrica y que está indicada en el mismo diagrama con la curva de magnetiza-ción, coincidente con la sección de la parte inicial (practicamente rectilínea)de la característica misma.Claramente hay que tener la resistencia del circuito de excitación notablementedebajo de este valor crítico para evitar una erogación instable de la dinamo.De la curva de la característica de magnetización, conociendo la resistencia decampo del enrollamiento, se puede determinar gráficamente el maximo valorde tensión energizable por la dínamo en funcionamiento autoexcitado. Estevalor máximo es determinado por el encuentro entre la característica de ma-gnetización y la característica voltampere del circuito de excitación.

Vo

Iexc

P

Rc Iexc Re Iexc

Vmax


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P R U E B A N º 3

P R U E B A S A L V A C I OMETODO DE FUNCIONAMIENTO CON MOTOR A VACIO

Durante el funcionamiento del motor se verifican en su interior las perdidas de po-tencia que son originadas por diferentes causas. Es necesario conocer el valor nume-rico de éstas perdidas de potencia en las varias condiciones de carga, para determi-nar la curva de rendimiento de la maquina. A continuación se describe una pruebade verificación que permita medir el valor de las seguientes pérdidas:

a) Perdidas mecánicasRepresentan la potencia perdida por la parte rotante por fricción de los sopor-tes y por ventilacìon. Esta potencìa esta unìda exclusivamente a la velocidadde rotaciòn y no cambia apresiablemente cuando la máquina pasa de vacio acarga (solamente con màquinas de gran dimensión se puede verificar, en elcambio a carga, una pequena varación de las pérdidas por fricción en conse-cuencia de los diferentes valores de fuerzas en los soportes y al aumento inevi-table de vibraciones.

b ) Perdidas del hierroEl circuito magnético del motor esta excitado con corriente continua y estáatraversado en su parte fija (estador) por un flujo constante que no da lugar ala pérdida. El hierro del rotor, por efecto de la rotaciòn, es atraversado por unamagnetización ciclicamente variable, obteniendose perdidas de potencìa poristeresis magnética y por corrientes parasitarias de Foucault. Esta potencìa dis-ipada constituye la perdida del hierro del motor; esta es evidentemente ligadaal valor suministrado por los polos y a la velocidad, mientras es largamente in-dependiente de la carga.


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N O T A : El analisìs de las perdidas en el hierro es más vàlida en la primera apro-ximaciòn. En realidad hay que tener presente que:

1 - Aunque en el circuito magnético estatorico ocurren pequeñas perdi-das por isteresis y corrientes parasitarias; estas se encuentran enlas extremidades de las expanciònes polares, como consecuencia del"pincelamiento" de los dientes del rotor en movimiento.Tales pérdidas en el hierro estatòrico son de todos modos mas mo-destas que las rotoricas y se suma indivisiblemente con estas ùlti-mas porque de ellas nace el correspondìente freno del rotor. La me-dida de la perdida del hierro a ejecutarse incluirá por lo tanto sealas relativas al estator que al rotor.

2 - Con el pasaje a carga se verifica en el interno del generador una al-teraciòn de la distribuciòn del flujo de los polos consecuente a lareacción de la armadura. Esta alteraciòn, muy modesta en los gene-radores de grande tamaño y que estan provistos de enrollamientos conpensatorios, es sensible en generadores que non están provistos;esta es la causa de una pequeña variación en la perdida en el hierroen el pasaje a carga. De este hecho, todavia, se debe considerar, queen el pasaje a carga, nacen unas "perdidas àdicionales" que son pro-porcionales a su misma carga y evaluadas convencionalmente.


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+

-

Re

E1

E2

Ra

VM

A1

B2

A2

A1

ESQUEMA ELECTRICO 3.1

Perdidas a vacío del motor de arrastre

El motor de arrastre funciona a vacío (el generador cc debe ser mecanicamente desa-coplado) a la velocidad nominal del generador cc: la potencia absorbida es

PM = VM IM

dondeVM = voltaje de armaduraIM = corriente de armadura

y esto representa la perdida a vacío del motor de arrastre, excluidas las perdidas deexcitación.


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a b

K1



SALIDA CC VARIABLE

Reostato de arranque 300V

0.5A5A

Transductoroptico

rpm

K2K1K2

PROTECCIONSOBRE

VELOCIDAD

+ -

V

+ -

A2

+ -

A1

ESQUEMA TOPOGRAFICO


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Después del haber montado el motor, realizar todas las conexiónes de acuerdo aldiagrama en anexo y programar como sigue:

1. Preparar los comandos de los módulos:

SALIDA CC VARIABLE : Interruptor abiertoSalida con aproximadamente220V



2. Shuntar las bobinas Amperométricas de los instrumentos (conexión siguiendo lalinea punteada) para proteger los mismos contra los picos de corriente de arran-que.

3. Cerrar el interruptor principal permitiendo la rotación del conjunto.

4. Apagar gradualmente el Ra.

5. Remover los cables de corto-circuito desde el amperimetro A1.

6. Regular el variador de salida cc variable hasta la tensión nominal de alimenta-ción del motor y obrar sobre el Re llevando la velocidad del motor exactamenteal valor nominal del generador cc y leer las indicaciónes de medida:

P M = V M IM = …… (W)

7. Abrir el interruptor al fin de parar el motor.


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A1

B2

G V2

E2

E1

+

-

+

-

E1

E2

M

A1

B2

Re

Ra

A1

V1

A2

ESQUEMA ELECTRICO 3.2

PERDIDAS A VACIO DEL GENERADOR CC

El motor cc y el generador cc están acoplados.

En este caso se puede medir :- perdidas mecanicas del generador cc- perdidas de hierro en el generador cc


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SALIDA CC VARIABLE SALIDA CC VARIABLE(EXCITACION)

300V

0.5A

5A

rpm

K2K1


K2

K1


Transductoroptico

PROTECCIONSOBRE

VELOCIDAD

V2

300V

V1

A1

A2

ESQUEMA TOPOGRAFICO


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SALIDA CC VARIABLE : Interruptor abierto(Excitación) Variador roteado completamen-




2. Arrancar nuevamente el motor repitiendo exactamente las operaciones listadas enlos puntos 2 - 3 - 4 - 5 (prueba 3.1)

3. Obrar sobre el Re llevando la velocidad del motor exactamente al valor nominaldel generador cc y leer las indicaciónes de medida:

P 'M = V'M I'M =.....(W)

Esta es la potencia absorbida por el motor siV 'M = voltaje de armaduraI'M = corriente de armadura

Esta potencia será un poco mayor que PM medido en la prueba anterior 3.1.En efecto, el motor deberá arrastrar el generador cc, que siendo completamenteno excitado, requiere solamente sus perdidas mecanicas.Ya que el motor obra en la misma condición de la prueba anterior 3.1(mismo vol-taje de armadura, misma velocidad, corriente de armadura un poco mayor), sepuede suponer que sus perdidas siguen siendo las mismas y, por lo tanto, consi-derar:

Pm=P'M - PM = …… (W) = perdidas mecanicas del generador cc

4. Mantener la velocidad constante y regular el interruptor de la salida de excitaciónsobre ON y regular el variador así que el generador cc genera su voltaje nominalen condición de vacío.Leer las indicaciones de medida:

P" M = V"M I"M

que es la nueva potencia absorbida por el motor.


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Esta potencia es un poco superior que P'M en cuanto el motor es ahora cargadotambién con las perdidas de hierro del generador cc.Por las mismas razones mencionadas arriba, se puede presumir que las perdidasdel motor son practicamente iguales a las medidas en la prueba anterior 3.1 y porlo tanto considerar:

P hierro = P"M - P'M = …… (W)

N O T A : Como se nota claramente de la descripción arriba, toda la prueba estábasada sobre la hipotesis que las perdidas del motor de arrastre no su-fren substanciales variaciones en el pasaje desde el funcionamiento devacío al funcionamiento con la pequeña carga del eje compuesto porperdidas mecanicas en el hierro de la dinamo.

Esta hipotesis es más valida cuanto mayor es la potencia nominal re-specto al valor de la perdida del generador cc.En practica esta hipotesis es más aceptable cuanto más la potencia no-minal del motor es igual a la del generador cc.

Observación :

En el caso no se disponga de un motor de potencia suficiente, es necesario conside-rar la variabilidad de su eficiencia y por esta razon debe ser nota su curvaη = f(Pabs) .En este ultimo caso el motor, el cual es definido muy a menudo "motor tarado"puede también tener potencia reducida con respecto a la del generador cc bajo prue-ba; en efecto es suficiente que este suplisca a las perdidas de la maquina a arrastrar,cuyo valor no supera seguramente el 20 ÷ 25% de la potencia nominal.


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P R U E B A N º 4

CURVA DE LAS CARACTERISTICAS EXTERNA

La curva de las caracteristicas externas de un generador cc es el gráfico V = f(I) que pone en relación el voltaje generado y la corriente requerida por la carga. Por lotanto enfatiza en cual modo la corriente de carga produce una variación en el voltajegenerado, a través de sus efectos de caídas magneticas y ohmicas dentro del genera-dor cc.Para la curva de las caracteristicas externas para alcanzar un significato practico esnecesario presumir que algunos parametros sean constantes.En efecto, si estos parametros variaran, la curva de las caracteristicas no podrian serdeterminadas.

Resulta evidente que, por la misma corriente generada, el voltaje sobre los termina-les del generador cc depiende sea de la corriente de excitación que de la velocidadde rotación. Por lo tanto, existen dos grandes familias de caracteristicas externas: la primera estácompuesta por caracteristicas que corresponden a una misma velocidad de rotación yque se diferencian entre ellas por una diferente condición de excitación mientras quela segunda está compuesta por aquellas caracteristicas que corresponden a unamisma condición de excitación y que se diferencian entre ellas por un diferentevalor de velocidad de rotación.Ambas susodichas familias están compuestas por un numero indefinido de caracteri-sticas. La más importante entre las caracteristicas externas es, por supuesto, la quese refiere a los siguientes parametros constantes:1. Velocidad de rotación igual a la velocidad nominal2. Condición de excitación que permite la erogación de la tensión nominal cuando

la carga requiere la max. corriente nominal.Esta condición se realiza excitando la maquina con la corriente de excitación no-minal.

+

-

M

Ra

A1

B2

V1 V2 Rc

A3

G

+

-

E2

E1

Re

A4

D4D3A1

A2


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ESQUEMA TOPOGRAFICO


SALIDA CC VARIABLE SALIDA CC VARIABLE(EXCITACION)

300V

0.5A

10A

rpm

K2K1


K2

K1


Transductoroptico

PROTECCIONSOBRE

VELOCIDAD

300V

5A 0.5A

Carga resistiva

A3

V2

A4

V1

A1

A2


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SALIDA CC VARIABLE : Interruptor abierto(Excitación) Variador roteado completamen-




CARGA RESISTIVA : Posición indiferente


3. Programar el interruptor principal sobre ON y, obrando sobre el variador, regularla alimentación al valor nominal como indicado en la placa de datos puesta sobreel motor.Apagar por grado el Ra.Obrando sobre el Re regular la excitación del motor para obtener la velocidad no-minal del generador cc.

4. Regular la corriente de excitación del generador cc al exacto valor nominal.

5. Rotear el selector de cargas en sus diferentes posiciones y por cada una de ellas,después de una posible corrección de la excitación del motor mantener constantela velocidad al valor nominal y observar la lectura del instrumento.


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6. Apagar el interruptor principal para parar el motor.

Ahora el portamiento de las caracteristicas externas del generador cc puede serdetectado, sin la acción correctiva del enrollamiento de excitación serie; es sufi-ciente repetir las operaciones anteriores cuando el circuito ha sido modificado(remplazar la conexión B2-D3 con la indicada conexión B2-D4 linea esbozada).

Esta segunda secuencia de medida enfatizará algunas caídas de voltaje que sonmuy grandes; para obtener las corrientes generadas que son un poco superior alvalor de corriente nominal, será necesario regular la carga a bajos valores.

Carga Amperimetro A3 Amperimetro A4 Voltimetro V2 n(rpm)

div K(A/div)

Iout

(A)K

(A/div)K

(V/div)divdiv Iexc

(A)Vout

(V)

Carga Amperimetro A3 Amperimetro A4 Voltimetro V2 n(rpm)

div K(A/div)

Iout

(A)K

(A/div)K

(V/div)divdiv Iexc

(A)Vout

(V)


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Graficos

AB = Caída de voltaje entre carga vacia y max. (compuesta)AC = Caída de voltaje entre carga vacia y max. (derivada)OD = Corriente de corto-circuito permanente (derivada)

Vo

Is0 D I

C

B

A

Vsn = …… rpm

Excitacióncompuesta

Excitaciónderivada


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Observaciones

El analisis de los diagramas de prueba evidencia que:

a) La tensión erogada con excitación compuesta varia al variar la carga.El enrollamiento de excitación serie no logra compensar rigurosamente el efec-to desmagnetizador de la reacción de armadura por la variación de permeabili-dad del circuito magnetico de los polos; este ultimo va gradualmente saturan-dose al aumentar de la carga. En fase de proyectación se busca por lo tantouna solución de compromiso que generalmente lleva el enrollamiento de exci-tación serie a efectuar una compensación que resulta un poco abundante a lasbajas corrientes (ipercompensación): esta acción va gradualmente reduciendoseal aumentar la carga, por efecto de la progresiva saturación, hasta resultar unpoco escasa a las corrientes de cargas elevadas (ipocompensación).

b ) Al aumentar la carga la tensión erogada por un generador cc con excitaciónderivada sufre variaciones mucho más sensibles que en el caso anterior de ex-citación compuesta.Las caracteristicas son, en este caso, simpre en caida, a menos que las escobil-las no sean desplazadas fuera del llano neutro en sentido contrario a lo de ro-tación; esta condición es, de todos modos, muy rara para las graves consecuen-cias que causa sobre la conmutación.Las caidas de tensión son debidas no solamente a la resistencia de inducto y ala reacción de armadura sino a la diminución de corriente de excitación deriva-da claramente evidenciada por la prueba.En efecto, siendo alimentado por la tensión erogada por el generador cc, el en-rollamiento de excitación absorbe corrientes que van reduciendose con el pro-gresivo aumento de las caidas de tensión ocasionadas por la carga.Esta limitación de excitación debilita el flujo de los polos y disminuye el valorde la fuerza electromotriz inducida: esto determina una ulterior disminución dela tensión a los bornes y puede cebarse un fenomeno de demagnetización pro-gresiva capaz de llevar al anulamiento de la tensión erogada.Practicamente, hasta cuando la corriente de excitación tiene valores tales parahacer trabajar el circuito magnetico, además de la lengueta de saturación, ladisminución de flujo resulta ser muy "ablandada" y el fenomeno de demagneti-zación no se ceba.

Con corrientes de carga muy elevadas, la diminución de excitación lleva el cir-cuito magnetico en condiciones de pre-saturación a la cual corresponde unaproporcionalidad casi lineal entre flujo y corriente de excitación: esto causasin duda el fenomeno de demagnetización citado.Con el generador cc del laboratorio UNILAB se puede llevar el relieve de lacaracteristica externa hasta casi el cebo de la desexcitación (curva de raya con-tinua).La raya esbozada puede ser calculada en forma experimental insertando losbajos valores de la resistencia de carga Rc y con eventualmente en paralelo unreostato externo de adecuadas caracteristicas.


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P R U E B A N º 5

CURVAS DE LAS CARACTERISTICAS DE REGULACION

Las curvas de las caracteristicas de regulación del generador cc se evidencian en eldiagrama que enseña como regular la corriente de excitación (en nuestro caso el en-rollamiento de la corriente derivada) para mantener constante el voltaje generadocuando varia la corriente requerida por la carga.Este diagrama, por lo tanto, anfatiza como obrar para compensar, con una variacióndel flujo generado por los polos, la caída de voltaje producida por la corriente decarga.

Siendo el generador cc de excitación compuesta, la compensación de caida deberáser automaticamente producida por el circuito de excitación serie, sin necesidad porlo tanto de ninguna otra operación externa para mantener constante el voltaje gene-rado. Como nosotros ya hemos verificado en la prueba anterior Nº 4, esta compensa-ción automatica no es perfecta. Sin embargo, cuando el voltaje debe ser mantenidoverdaderamente constante es necesaria una pequeña variación en la corriente de ex-citación, sea demasiado debil que fuerte, respectivamente.

Resulta evidente que, como ya visto para las curvas de las caracteristicas externaspara cada generador cc existe un infinido numero de curvas de las caracteristicas deregulación, cadauna correspondiente a un diferente voltaje constante generado.En la pagina siguiente, se evidencia como medir tres curvas de las caracteristicas deregulación que se refieren al voltaje generado cerca del voltaje nominal.

CABLEADO Y DIAGRAMAS PRACTICOS

El circuito de prueba es exactamente igual a lo ya encontrado para la medición de lacurva de las caracteristicas externas (prueba anterior Nº 4). También los rangos delos instrumentos quedan iguales.


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SALIDA CC VARIABLE : Interruptor abierto(Excitación) Variador completamente rotea-

do en sentido antihorario



CARGA RESISTIVA : Posición indiferente


3. Programar el interruptor principal sobre ON y apagar gradualmente el Ra para ar-rancar el motor; remover la excitación derivada.Obrando sobre el Re regular la excitación del motor para obtener la velocidad no-minal del generador cc.

5. Rotear el selector de cargas en sus diferentes posiciones y por cada una de ellas,después de una posible corrección de la excitación del motor mantener constantela velocidad al valor nominal y observar la lectura del instrumento.

6. Repetir las operaciónes Nº 4 y 5 para un voltaje un poco inferior al voltaje nomi-nal de salida, e.g. V 2n - 5 V.

7. Repetir las operaciónes Nº 4 y 5 para un voltaje un poco superior al voltaje no-minal de salida, e.g. V2n + 5 V.

8. Apagar el interruptor principal para parar el motor.


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TABLA DE LOS RESULTADOS

n = ...............(rpm) constante

GRAFICO

IsI

Iexc

n = …… rpm V = V n + 5V

V = V n

V = V n - 5V

Carga Amperimetro A4 Amperimetro A3 Notas

V out =

= V2n =

= const.

V out =

= V2n + 5V == cost.

V out =

= V2n - 5V=

= cost.

div K(A/div)

Iexc

(A)div K

(A/div)Iout

(A)


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N O T A S : La forma de la curva de las caracteristicas de regulación confirmaexactamente lo que ya estaba previsto analizando las curvas de las ca-racteristicas externas medidas anteriormente en la prueba Nº 4.Resulta claramente que:

a ) Con cargas bajas, cuando una acción de hiper-compensación es rea-lizada por un campo serie y cuando el voltaje sobre los terminalesdeben ser mantenidos perfectamente constantes, es necesario redu-cir un poco la corriente de excitación derivada.

b ) Con altas corrientes de carga, donde la hipo-compensación es reali-zada por un campo serie, el voltaje generado por el generador ccpara ser mantenido perfectamente constante es necesario aumentarla corriente de la excitación derivada.Este incremento de excitación, para las misma corrientes de carga,debe ser mas alto en procentaje cuando el voltaje generado para sermantenido constante es mas grande. Con voltajes más altos, en efecto, flujos más grandes correspondeny, por lo tanto, una más grande saturación del circuito magnetico.


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P R U E B A N º 6

DETERMINACION DEL RENDIMIENTO CONVENCIONAL

El rendimiento de una máquina électrica puede ser determinado en dos modos:

- con el método directo- con el método indirecto

a) El método directo consiste en el funcionamiento de la máquina a las condicio-nes de carga descadas, mesurando sea la potencia absorbida que la potenciaproducida; el rendimiento, determinable con la comparación suyas, es llamadocomúnmente efectivo.Este método comporta no pocas dificultades de medida y prácticamente esaplicable sólo sobre máquinas de modesta potencia. En efecto:

sì la máquina en prueba es de tipo rotatorio, una de las dos potencias quedeben ser medidas, es mecánica; esto constituje sin duda una grave complica-ción de medìda;

sì la máquina en prueba es de potencia bastante elevada, además de la gran di-ficultad de hallar la carga mécanica o eléctrica adecuada.

En efecto, en estos casos, la potencia producida y la potencia absorbida tienenvalores en porcentaje poco diferentes entre ellos.

b ) El método indirecto, en cambio, llega a la determinación del rendimeiento sincargar efectivamente la máquina pero simplemente con una serie de medidasque permiten determinar el valor de las pérdidas de potencìa en las varias con-diciones de funcionamiento.Sì las pérdidas son conocìdas, es fácil saber el valor del rendimiento. Este mé-todo es indicado particularmente cuando la máquina en prueba es de potenciasuperior a una decena de kW y es de aplicación más fácil que lo directo. Perohay que considerar que no todas las pérdidas de potencias son determinablescon rigor y los varios procedimientos de medida pueden llevar a resultados le-vemente diversos.Por lo tanto es necesario atenerse a unas convenciones normalizadas de modoque se pueden comparar los resultados finales de diferentes pruebas de verifi-cación.

Como se sabe, el CEI (Comité Electrotécnico Italiano) he proveido a esta uni-ficación emitiendo una serie de fascículos contenientes las Normas que debenser seguidas.Como consecuencia de este procedimiento, el valor de rendimiento así deter-minado es definido convencional.


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PROCEDIMIENTO DE CALCULO

El fascículo Nº 418 de las Normas CEI establece que para al cálculo del rendimientoconvencional de un generador c.c. excitación derivada, deben ser consideradas lassiguientes pérdidas:

1 - PERDIDAS MECANICAS Y DEL HIERROEllas son valuadas a la velocidad y a la tensión de placa y deben ser conside-radas constantes col variar de la carga. (veer prueba Nº 3)

P m = …… (W)Pf = …… (W)

2 - PERDIDAS DEL COBRE(en el inducido)Son valuadas con la formula Pcu = R(tr) • I

2a

Donde:R(tr) = la resistencia de inducido llevada de nuevo a la temperatura convencio-nal de funcionamiento (75°C).

R75 = Rrt [1 + 0.004 (75 - tr)]

I = corriente de inducido correspondiente a la condición de carga descada.(Ia = Iout + Iexc)

3 - PERDIDA EN EL CONTACTO ESCOBILLAS-CONMUTADORYa que la resistencia de contacto escobillas-conmutador tiene un portamientoanómalo y produce una practica caida de voltaje constante cuando la corrientevaria, la correspondiente perdida Joule se considera convencionalmente como:

Pb = 2 Ia (W) cuando las escobillas están hechas en carbón Pb = 0.6 Ia (W) cuando las escobillas son metalicas( Ia = corriente de armadura del generador cc).

4 - PERDIDA DE EXCITACIONCorresponden a la potencia disipada en calor por el entero circuito de excita-ció (enrollamiento + eventuales reostatos).Suponendo que el generador cc funcione a tensión constante igual al valor no-minal, se obtiene

P exc = V • Iexc

Donde:V = Tensión nominal del generador ccIexc = Excitación de corriente relacionada a la carga considerada (que se

puede medir sobre la curva de las caracteristicas de regulación de laprueba anterior Nº 5).


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5 - PERDIDAS ADICIONALESLas perdidas adicionales ya han sido describidas en la prueba anterior Nº 3donde ha sido enfatizado que están relacionadas a la carga de corriente. Debi-do a su pequeña entidad y a la imposibilidad de medirlas deben ser calculada através de la siguiente formula:

P add = 0.5% x potencia generada

6. RENDIMIENTO CONVENCIONALEl total de las perdidas son:

Pl = Pm + Pir + Pcu +Pb + Pexc + Padd

así que la rendimiento

Pp

η = 1 -Pl + Pout

7. CURVA DE RENDIMIENTONormalmente, los calculos de rendimiento se realizan para las siguientes con-diciones de la corriente generada

0; 1/4 In; 2/4 In; 3/4 In; 4/4 In ; 5/4 In

El resultado de los calculos puede ser elencado en la tabla de la pagina si-guiente.


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TABLA DE LOS CALCULOS

Carga 0 1/4 2/4 3/4 4/4 5/4

Voltaje de salida(V)

Corriente de salidaIout (A)

Corriente excitaciónderivada Iexc (A)

Corriente de armaduraIout + Iexc (A)

Perdidas mecanicasPm (W)

Perdidas en el hierroPir (W)

Perdidas de excitaciónPexc (W)

Perdidas en lasescobillas Pb (W)

Perdidas en el cobrePcu (W)

Potencia de salida(W)

Perdidas adicionales Padd (W)

Rendimientoη (%)


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GRAFICO

IsIn

η

V = Vn

n = nn


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