Ensayo de Máquinas de Corriente Continua

UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA
CARRERA:
INGENIERÍA ELÉCTRICA
CÁTEDRA:
MAQUINAS ELÉCTRICAS I
PROFESOR:
A.T.P.:
Ing. Roberto WULF
Ing. Sergio ROATTA
Ing. Pablo YORNET
CURSO/AÑO:
Q – 3051
2014
GRUPO Nº:
INTEGRANTES
LEGAJO
RESPONSABLES
TRABAJO PRÁCTICO Nº 4
ENSAYO DE MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA
FECHA DE PRESENTACIÓN
CALIFICACIÓN
1ra
Presentación
OBSERVACIONES:
T.P.Nº4 - Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 1 de 12
TRABAJO PRACTICO Nro. 4
ENSAYO DE MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA
1ro) ALCANCE
La presente guía corresponde a los ensayos a realizar sobre la Máquina de Corriente
Continua funcionando como motor o generador, y el alcance pretendido es verificar los conceptos
desarrollados teóricamente por la cátedra.
2do) OBJETIVO
Orientar al alumno en la determinación de los parámetros característicos de la Máquina de
C.C., y a partir de ensayos indirectos prever el funcionamiento en estado permanente.
Luego, y con fines didácticos, se compararán los resultados esperados con los datos obtenidos de
ensayos directos a fin de desarrollar las conclusiones correspondientes.
ro
3 ) REFERENCIA:
El alumno deberá tomar como referencia para el desarrollo del presente T.P. las clases
teóricas y prácticas, así como también la bibliografía recomendada por la cátedra.
to
4 ) DESCRIPCION DE LOS ENSAYOS A REALIZAR EN LABORATORIO Y PROCEDIMIENTO DE
CALCULO
4.1 GRUPO GENERADOR - MOTOR C.C. (SISTEMA WARD-LEONARD).
Se denomina así al grupo de máquinas formada por un generador de corriente continua
impulsada por un motor asincrónico trifásico de rotor bobinado.
La tensión así generada y controlada a voluntad se aplica a un motor de corriente continua,
con el objeto de controlar la velocidad del mismo. El generador de C.C., que gira a velocidad cte.
impuesta por el Motor de C.A., tiene distintas posibilidades de excitación (independiente, derivación,
compuesta aditiva y compuesta diferencial).
Este grupo se utilizará también para conectarse a una resistencia de carga en lugar del
Motor de C.C.
Esquema de Conexión:
Ver “Esquema de Conexión 1” de la página 10.
Características de las Máquinas Utilizadas:
MAGNITUD
Potencia [KW]
U [V]
Uexc [V]
Iexc [A]
Velocidad
Marca
Gen. C.C.
Motor C.C.
Maq. de
Impulso
T.P.Nº4 - Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 2 de 12
Instrumentos Utilizados:
MAGNITUD
INSTRUMENTO
MARCA
ALCANCES
CLASE
NUMERO
Ia
Iexc-g
Iexc-m
V
r.p.m. Mca
r.p.m. Mcc
Osc.
Autotransf.
otros
4.1.1
Generador Excitación Independiente:
a) Obtener la característica de magnetización o característica de vacío E= f (I f) para n= cte.
Se obtendrán cinco valores entre 0 y 80% de U n, y siete valores entre el 80 y el 130 % U n variando
la excitación.
N° de Med.
E [V]
If [A]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
T.P.Nº4 - Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 3 de 12
a) Trazar la característica E = f (If) (en escala y papel milimetrado)..
b) Observar el efecto de invertir el sentido de giro y/o de la corriente de excitación.
Justificar analíticamente lo observado.
c) Se observará el fenómeno transitorio de crecimiento de tensión entre escobillas del colector
cuando con velocidad constante y sin carga (Ia = 0), se aplica bruscamente plena tensión al
circuito de excitación.
d) Obtener la característica externa U=f(Ia), para lo cual haremos girar el rotor a velocidad constante
y con un valor de corriente de excitación constante tal que en vacío dé lugar a la tensión nominal.
En estas condiciones se obtendrá 5 valores de tensión entre el 0 y el 100 % de In.
N° de Med.
U [V]
Ia [A]
1
2
3
4
5
4.1.2
Generador Excitación Derivación y Compuestos.
a) Explicar el fenómeno de auto excitación en un generador derivación y como lograr la inversión de
polaridad sin invertir el sentido de giro. Observar el fenómeno de auto excitación en vacío.
b) Observar el efecto de invertir el sentido de giro y/o conexiones del arrollamiento de excitación
derivación. Justificar analíticamente.
c) Ajustar la corriente de excitación en el arrollamiento derivación para obtener la tensión nominal
en vacío. En estas condiciones se obtendrá 5 valores de tensión entre el 0 y el 100 % de In.
Derivación
N° de Med.
U [V]
Ia [A]
1
2
3
4
5
a)
T.P.Nº4 - Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 4 de 12
a) Sin alterar las condiciones de excitación establecidas en el punto “c”, conectar el arrollamiento
serie para obtener excitación compuesta adicional. En estas condiciones se obtendrá 5 valores
de tensión entre el 0 y el 100 % de In.
Compuesto adicional
N° de Med.
U [V]
Ia [A]
1
2
3
4
5
b)
a)
b)
c)
b) Sin alterar las condiciones de excitación establecidas en el punto “c”, conectar el arrollamiento
serie para obtener excitación compuesta diferencial. En estas condiciones se obtendrá 5 valores
de tensión entre el 0 y el 100 % de In
Compuesto diferencial
N° de Med.
U [V]
Ia [A]
1
2
3
4
5
c)
d)
e)
f)
g)
h) Levantar en un mismo gráfico las mediciones obtenidas U=f(Ia) en cada conexión,
independiente, derivación y compuestas, (en escala y papel milimetrado)..
i) Justificar para la In las diferencias de tensión de salida que existen entre los distintos tipos de
excitación.
4.1.3
Grupo Ward-Leonard.
a) Describir las maniobras y precauciones a tener en cuenta para arrancar un motor de C.C.
b) Describir los distintos métodos de regulación de velocidad en una máquina de C.C.
c) Con el generador excitado independientemente y girando a velocidad constante, realizar las
maniobras de arranque del motor, a tensión de armadura reducida.
d) Observar las maniobras necesarias para invertir el sentido de giro del motor conducido.
e) En el motor conducido observar el fenómeno de frenado por el método de recuperación de
energía. Explicar que se entiende por “frenado con recuperación de energía”.
T.P.Nº4 - Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 5 de 12
f) Trazar la curva n= f (Umotor) para If= cte., n= f (If) y para U= cte. sin carga en el eje del motor.
N° de Med.
n [r.p.m.]
U [V]
1
2
3
Característica n=f (Umotor)
4
If= cte. En vacío
5
6
7
8
g) Obtener la curva n= f(If motor) para U=Un= cte y sin carga en el eje del motor.
N° de Med.
n [r.p.m.]
If [A]
1
2
3
Característica n=f (If motor)
U = Un = cte. En vacío
4
5
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
T.P.Nº4 - Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 6 de 12
4.2
MOTOR SERIE CORRIENTE CONTINUA
Se realizará un ensayo directo de un motor serie acoplado a una balanza electrodinámica.
La balanza electrodinámica es una máquina de C.C. cuyo estator está montado sobre cojinetes, de
tal forma que la cupla o par que el mismo produce es trasmitido a su anclaje por intermedio de un
dispositivo de medida (dinamómetro). El par de reacción del estator sobre el anclaje se obtiene
multiplicando la fuerza leída en el dinamómetro por la longitud del brazo de aplicación. Este par de
reacción es el equilibrante del par electromagnético (T=K n) producido por esta máquina de C.C. y
de los otros pares correspondientes a las pérdidas por fricción y pérdidas en hierro que siempre se
oponen a su rotación.
Esquema de conexión:
Ver “Esquema de Conexión 2” de la página 12.
Características de las Máquinas Utilizadas:
MAGNITUD
Potencia [KW]
U [V]
Uexc [V]
Iexc [A]
Velocidad
Marca
MARCA
ALCANCES
ALCANCE
USADO
CLASE
NUMERO
Gen. C.C.
Motor Serie
Instrumentos Utilizados:
MAGNITUD INSTRUMENTO
Ia [A]
Irp []
U [V]
Banco de
Prueba
4·2 1. Motor Serie. Característica Magnética en Carga.
a) Observar las maniobras de arranque a tensión nominal y con resistor serie, cuya función es la de
reducir la corriente de arranque. Para evitar el embalamiento del rotor se deberá arrancar con la
balanza conectada (Justificar). Cuando el rotor llega a velocidad nominal se desconectará el
resistor serie.
b) Observar y describir las maniobras necesarias para invertir el sentido de giro.
c) Obtener la característica de magnetización en carga E= f(If) para n=cte. (sin resistor serie).
Recordemos que en la máquina serie:
If= Ia
E= U - Ia Ra.
T.P.Nº4 - Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 7 de 12
El ensayo, básicamente consiste en alimentar al motor con tensión variable, y variar la carga en el
eje de tal forma de mantener la velocidad constante. Se obtendrán así 11 valores entre el 10 y el
120 % Un (La característica magnética así obtenida tiene en cuenta los efectos de la reacción de
armadura).
N° de Med.
E [V]
If=Ia [A]
1
2
3
4
Para n = nnominal = Cte.
5
Mediciones de E entre 10 y 120% de Un
6
7
8
9
10
11
d) Trazar en el gráfico anterior la constante voltimétrica K
=f (If); K
= E/n
4.2.2. Motor Serie. Característica en Carga para 100 % U n.
Obtener la característica de velocidad (n= f (Ia)), y la de cupla (T= f (Ia)) para 100 % de Un,
variando la carga mecánica en el eje del motor. Se obtendrán 5 valores entre el 120 % de T n y un
valor de cupla mínimo tal que no supere la velocidad máxima.
N° de Med.
T [Kgm]
n [r.p.m.]
Ia [A]
1
2
Mediciones de T entre 120% de Tn hasta
Tmín
3
4
No debe superarse n
MAX
5
6
T.P.Nº4 - Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 8 de 12
4.2.3
Motor Serie. Característica en Carga para 50 % U n.
Ídem 4.2.2. pero para 50% Un
N° de Med.
T [Kgm]
n [r.p.m.]
Ia [A]
1
2
3
4
5
6
4.2.4
Motor Serie. Característica en Carga para 100 % U n y resistor serie.
Idem 4.2.2 pero con resistor serie.
N° de Med.
T [Kgm]
n [r.p.m.]
Ia [A]
1
2
Resistor serie conectado
3
Rs =
Ω
4
5
6
4.2.5
Motor Serie. Característica en Carga para 100 % U n y resistor paralelo.
Idem 4.2.2. pero con resistencia en paralelo con el arrollamiento de excitación.
N° de Med.
T [Kgm]
n [r.p.m.]
Ia [A]
1
2
3
Resistor paralelo conectado
Rs =
Ω
4
5
6
T.P.Nº4 - Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 9 de 12
4.2.6
Trazar en un mismo gráfico la características de velocidad según 4.2.2; 4.2.3; 4.2.4 y 4.2.5.
n=f (If)
4.2.7
Trazar en un mismo gráfico la característica de cupla según 4.2.2; 4.2.3; 4.2.4 y 4.2.5.
T=f (Ia)
4.2.8
Trazar en un mismo gráfico la característica mecánica según 4.2.2; 4.2.3; 4.2.4 y 4.2.5.
T=f (n)
4.2.9
Trazar en un mismo gráfico la característica de rendimiento según 4.2.2; 4.2.3; 4.2.4 y 4.2.5.
4·2·10 Describir y justificar el arranque por resistencias, además las precauciones que se deben
tener con relación al embalamiento.
4.2.11 Dibujar el esquema eléctrico con la denominación de los bornes normalizados. Explicar el
efecto de invertir la polaridad de la fuente y la forma de invertir el sentido de giro.
4.2.12 Calcular analíticamente para la corriente nominal un punto de la característica mecánica
para las condiciones indicadas en 4.2.2; 4.2.3; 4.2.4; 4.2.5.
4.2.13 Justificar discrepancias entre las magnitudes medidas y las calculadas.
4.3
DETERMINACION DE LAS PERDIDAS DE LA MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA
Se realizarán los ensayos para determinar las perdidas en el cobre, en escobillas, en el hierro y
mecánicas de un motor con excitación independiente.
4.3.1 Perdidas en el cobre del inducido.
4.3.2 Perdidas en escobillas.
4.3.3 Perdidas en el hierro.
4.3.4 .Perdidas mecánicas.
T.P.Nº4 - Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 10 de 12
ESQUEMA DE CONEXION 1
Grupo Generador - Motor C.C. (Sistema Ward-Leonard).
I armadura
A
A
A
Bobinado
Derivación
M
G
CA
cc
C
Bobinado Serie
D
E
CARGA
F
I exit.
H
V
A
R S T
cc
R
C
D
A
H
A
LL 2
Exitación
M
LL c
Bobinado de
I exit.
V
LL 3
LL s
CA
LL 1
T.P. Nº4 Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
CA
Página 11 de 12
ESQUEMA DE CONEXION 2
Balanza Electrodinámica
T (cupla)
balanza
Motor Serie
rpm
I arm.
A
M
G
cc
cc
Carga
V
Exit. Generador
T.P. Nº4 Ensayo de Máquinas de Corriente Continua
Página 12 de 12