trabajo práctico nº 10 - Facultad Regional La Plata
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL LA PLATA DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS CÁTEDRA: MÁQUINAS ELÉCTRICAS I TRABAJO PRACTICO Nº 10 ENSAYO DE REGULACIÓN DE VELOCIDAD Edición 2008 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I Ensayo de Laboratorio: Regulación de Velocidad de motores de corriente contínua CÁTEDRA: MÁQUINAS ELÉCTRICAS I ESTRUCTURA Ing. HORACIO MASCI – Profesor Asociado Ing. GABRIEL MIJALOVSKY – Jefe de Trabajos Prácticos Ing. JORGE DEL CORRO – Ayudante de Primera Ing. MARCELO MOYANO- Ayudante de Primera ALUMNO: ............................................................... COMISIÓN Nº: INTEGRANTES: ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... ............................................................... Pág. 1 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I CONTENIDO 1. Objetivos del Ensayo. 2. Circuitos de ensayo 3. Componentes: Equipos, Instrumentos, Elementos accesorios 4. Procedimiento del Ensayo. 5. Curvas y registro de valores del ensayo. 6. Conclusiones Pág. 2 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata 1. Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I Objetivos del Ensayo: General: Familiarizarse con la máquina. Tener una noción clara, según el trabajo requerido, de la elección de la misma. Importancia del mantenimiento preventivo es éstas máquinas. Particular: Ensayar los métodos de variación de velocidad en los motores de corriente contínua en sus configuraciones básicas. Realizar la comprobación de los análisis transitorios correspondientes. 2. Circuitos de ensayo: MOTOR DERIVACIÓN: A.) Resistencia en Serie con el Circuito de Excitación: Pág. 3 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I B.) Resistencia en Serie con el Circuito del Inducido: MOTOR SERIE: A.) Resistencia en Paralelo con el Bobinado de Excitación: Pág. 4 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I B.) Resistencia en Paralelo con la Armadura: 3. Componentes: Equipos, Instrumentos, Elementos accesorios - Motor Generador de CC, Nº 19128, marca BIM 1415, 220 Vcc. Motor: 220 V, Iexc = 0.05 A, ¼ CV, 1500 RPM. Generador: 220 V, Iexc = 0.175 A, ¼ CV, 1500 RPM. -Tacómetro, Nº 18532/7, marca BIM 1424. -Freno de corrientes parásitas marca BIM, Nº…………. -Voltímetro y Amperímetro, Nº 18532/14, marca BIM 1422, clase 2, IPBM, (015-30-300) Vcc (0.25-1-5) Acc. -Voltímetro y Amperímetro, Nº 19733, marca BIM 1422, clase 1.5, IPBM, (015-30-300) Vcc (0.25-1-5) Acc. -Fuente de Alimentación CA/CC, Nº19732/A, marca BIM 1408, (0-250) VCA – 3 A, (0-300) Vcc – 3 A. - Resistencia a cursor, Nº 9903/10, marca LEA 601, 10 , Imáx = 4.5 A. - Resistencia a cursor, Nº 9903/4, marca LEA 601, 100 , Imáx = 1.4 A. - Resistencia a cursor, Nº 9903/7, marca LEA 601, 1000 , Imáx = 0.45 A. - Tres Borneras Nº 30015, Nº30015 A y Nº 30015 B (4 bornes). - Interruptor unipolar a cuchilla. - conductores de conexionado. 4. Procedimiento de Ensayo: Pág. 5 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I General: Se relevará y esquematizaran las partes componentes de cada etapa de ensayo. Posteriormente, se procederá al armado del circuito de ensayo. Se solicitará al auxiliar docente a cargo la verificación de los circuitos y la autorización para alimentarlos. Debe tenerse en cuenta que las condiciones de ensayo son: tensión nominal, cupla antagónica constante menor o igual a la nominal, velocidad inicial constante, y luego variable conforme a las condiciones del ensayo. Para cada etapa, se situará al motor en éstas condiciones, registrando los valores iniciales y finales del procedimiento. MOTOR DERIVACIÓN - Resistencia en Serie con el Circuito de Excitación: Con este circuito se comprobará la variación de velocidad de éstos motores por encima de la nominal, en virtud de la disminución del flujo n, de acuerdo a la expresión de la velocidad, ésta tiende a aumentar. Analizaremos para éste caso el fenómeno transitorio que se produce en la máquina cuando intercalamos la resistencia exterior: Se producirá el arranque de la máquina por variación de su tensión de alimentación, desde cero a tensión nominal, por regulación de la fuente de CC. Una vez lograda la velocidad nominal, en vacío, se intercala la resistencia exterior Rext., en serie con el circuito de excitación, abriendo el interruptor L1. Se comprobará el siguiente análisis de la secuencia transitoria: Disminuirá la Iexc hasta un valor Iexc.1, y el flujo hasta un valor 1. De la expresión de equilibrio de los motores: U = kn + Ia Ra Surge que si el flujo disminuyó, y para seguir manteniendo en todo instante el Pág. 6 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I equilibrio de la ecuación, Ia tiene que aumentar hasta un valor Ia1, en un primer instante n no lo puede hacer porque la máquina presenta una cierta inercia mecánica. Si analizamos la expresión de la Cupla: C = K2 Ia Vemos que disminuyó e Ia aumentó, pero si Kn = 0.9 a 0.96 de U, entonces a una variación dada de flujo le corresponde una variación mas Importante de la corriente Ia. En consecuencia predomina el aumento de Ia, y en el motor aparecerá un par que lo acelerará. Al aumentar n, aumenta la fuerza contra electromotriz: E=kn Simultáneamente con éste aumento de E, se produce una disminución de la corriente Ia, hasta el instante en que la cupla motora se haga igual a la cupla antagónica, estabilizándose el motor con un nuevo valor de corriente Ia1 mayor que Ia, una velocidad n1 mayor que n, y un flujo 1 menor que . Rendimiento del motor, en éstas nuevas condiciones: La potencia eléctrica suministrada al motor, será: P1 = ( Ia + Iexc ) U Siendo la tensión y la cupla resistente constantes, aumenta en forma proporcional a Ia. La potencia: P2 = C W = C 2 n Crece proporcionalmente a la velocidad n. En consecuencia, con el aumento simultaneo de las pérdidas eléctricas y mecánicas, el rendimiento varía muy poco: = Pmec / Pelec. Pág. 7 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I - Resistencia en Serie con el Circuito del Inducido: Con éste circuito, se comprobará la variación de velocidad en éstos motores por debajo de la nominal, en virtud de la disminución del valor de Ia, debido al aumento de la resistencia del circuito de armadura. Se realizará la comprobación del análisis del fenómeno transitorio que se produce en la máquina cuando intercalamos la resistencia exterior: Consideremos que durante la regulación la tensión en la red y la corriente de excitación permanecen constantes, así como también la cupla resistente. En el régimen estacionario la corriente Ia viene expresada por: Ia = U – E = U – k n Ra Ra Al intercalar la resistencia exterior, la corriente de armadura disminuirá a un valor: Ia´= U – k n Ra+Rext Ésta disminución de la corriente de armadura Ia´<Ia, provoca un par negativo en el eje del motor, proporcional a la relación Ia´/Ia, que hará disminuir la velocidad n del motor a una nueva n1. U = k n1 + Ia´(Ra + Rext) Ésta disminución de la velocidad a n1, provoca la disminución proporcional a la fuerza contra electromotriz: E = k n1 Y para mantener en todo momento la ecuación de equilibrio, la corriente Ia deberá aumentar y lo hará hasta el valor primitivo Ia, ya que si tenemos en cuenta la ecuación de la cupla: C = K2 Ia Vemos que la cupla y el flujo son constantes, en consecuencia no hay motivo para que Ia cambie una vez finalizado el transitorio. Analizaremos el rendimiento del motor en éstas nuevas condiciones: Pág. 8 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I La potencia suministrada al motor desde la red es: Pelec = U Ia Y permanece invariable, ya que U=cte, e Ia no varió. La potencia útil del motor será: Pmec = C 2 n1 Y disminuye proporcionalmente a la variación de n; en consecuencia el rendimiento del motor disminuye: = Pmec / Pelec Las condiciones de refrigeración del motor empeoran, ya que las perdidas en el Cu del motor son constantes, y la cantidad de aire por ventilación disminuyó. MOTOR SERIE - Resistencia en Paralelo con el Bobinado de Excitación: Con éste circuito, se verificará la variación de velocidad de los motores serie por encima de la nominal, debida a la disminución del flujo en el circuito de excitación. Se realizará la comprobación del análisis del fenómeno transitorio que se produce en la máquina cuando intercalamos la resistencia exterior: Dado que la tensión y la cupla son constantes, y que se conoce el valor de Ia durante el funcionamiento del motor sin la resistencia exterior, en un primer instante Ia = Iexc. Al cerrar el interruptor L1, e intercalar la Rext., por ésta circula una cierta corriente Ie, mientras que en un primer instante la corriente que circula por el bobinado de excitación, y por lógica el flujo no cambia, en razón que el arrollamiento de excitación posee una cierta inercia electromagnética que hace que Iexc = cte, en ésta primer etapa. Como Iexc. = cte, apareció una Ie, la nueva corriente que circulará por la armadura será: Ia1 = Iexc + Ie = Ia + Ie Siendo: Ia1>Ia. Pág. 9 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I En consecuencia, teniendo en cuenta la ecuación de la cupla: C = K2 Ia1 = K2 (Ia + Ie) Vemos que aumenta, apareciendo en el eje del motor un par positivo que acelerará al motor. U = K n1 + Ia1 Ra Éste aumento de n hace que la fuerza contraelectromotriz Kn1 aumente, en consecuencia Ia comienza a disminuir, y como consecuencia ( y pasada la inercia transitoria) disminuye Iexc. y el flujo. En éstas condiciones el motor se estabilizará con un flujo menor, una velocidad mayor, y una corriente de armadura mayor. Veamos que ocurre con el rendimiento: con el aumento de la corriente de armadura Ia´, hace que la potencia eléctrica suministrada al motor aumente: Pelec = U Ia´ Aumenta también la potencia mecánica suministrada en el eje, en razón que n aumentó: Pmec = C 2 n1 En consecuencia, el rendimiento del motor casi no varía. - Resistencia en Paralelo con la Armadura: Éste circuito nos permite comprobar la regulación de velocidad de los motores serie por debajo de la nominal, debida a la reducción de la corriente de armadura. Se comprobará la validez del análisis del transitorio que se produce en la máquina cuando intercalamos la resistencia exterior: En un primer instante, antes de intercalar la Rext. resulta Iexc. = Ia Al intercalar la resistencia Rext., cerrando el interruptor L1, en un primer instante, debido a la inercia electromagnética del arrollamiento serie, la Iexc. (que es la corriente que toma el motor), permanece invariable, mientras que la corriente en la armadura disminuye en la magnitud de la corriente que se deriva en la resistencia exterior. Pág. 10 de 13 Departamento de Electrotecnia Laboratorio de Máquinas Eléctricas Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Cátedra: Máquinas Eléctricas I Ésta disminución de Ia origina un par negativo que hace disminuir la velocidad de rotación del motor. Al disminuir n, disminuye la fuerza contra electromotriz, en consecuencia comienza a aumentar la corriente Ia, y la corriente que toma de la red, por lo que, superado su transitorio, aumenta la Iexc., y el flujo. Al finalizar el proceso, la corriente en el inducido será menor que la inicial, y la corriente en el arrollamiento de excitación mayor. En consecuencia la máquina se estabiliza con: Ia1<Ia n1<n 1> Ired1>Ired En lo que respecta al rendimiento de la máquina, vemos que: la tensión es constante, la Ired aumenta, en consecuencia aumenta la Pelec consumida de la red. Mientras que si n disminuyó: Pmec. = C 2 n1 También disminuyó. Como consecuencia de esto, vemos que el rendimiento de éste tipo de máquinas: = Pmec. / Pelec. Disminuirá notablemente 5. Curvas y Registro de Valores del Ensayo, Análisis: Sobre las curvas que se presentan, los alumnos deberán volcar los valores obtenidos en el desarrollo de la Práctica, además deberán registrarse aquellas situaciones eventuales que ameriten ser analizadas posteriormente. Se realizarán los análisis correspondientes a lo explicitado en el procedimiento, en función de los valores obtenidos : Pág. 11 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I MOTOR DERIVACIÓN - Resistencia en Serie con el Circuito de Excitación: - U= …………………..CA= ………………….. - Resistencia en Serie con el Circuito del Inducido: - U= …………………..CA= ………………….. Pág. 12 de 13 Departamento de Electrotecnia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata Laboratorio de Máquinas Eléctricas Cátedra: Máquinas Eléctricas I MOTOR SERIE - Resistencia en Paralelo con el Bobinado de Excitación: - U= …………………..CA= ………………….. - Resistencia en Paralelo con la Armadura: - U= …………………..CA= ………………….. 6. Conclusiones: Se realizarán las conclusiones correspondientes a cada etapa del ensayo. Pág. 13 de 13