Máquinas Eléctricas

Máquinas Eléctricas
Guía de Laboratorio
Ensayo sobre Máquina Generalizada I
Objetivo del Ensayo
Este ensayo tiene por objetivo el anál i sis y es t udio de l os si guie nte s conc e pt os:
1-Tensiones Inducidas de Transformación y Rotación
2-Tensiones inducidas en un devanado con conmutador (Pseudoestacionario), uno bifásico y uno
trifásico cuando ellos son sometidos a la misma solicitación magnética.
3-Tensión inducida en una bobina cuando se varía el paso de la misma (W).
Descripción del Equipo
La Máquina Generalizada fue diseñada con el propósito primario de estudiar los fundamentos de
conversión electromagnética de energía e ilustrar esos principios básicos por el funcionamiento en
distintos modos según los diferentes tipos de máquinas eléctricas. Evidentemente no es
importante que su funcionamiento o respuesta sea idéntica en cada caso con el de una máquina
convencional especialmente diseñada para trabajar en un modo determinado.
El Panel Diagramático adjunto es un acompañante esencial de la máquina para conseguir el
objetivo enunciado.
Todos los arrollamientos que comprenden el conjunto se indican en el panel como si la máquina
tuviera 2 polos, aunque en realidad tiene 4, por simplicidad. La descripción siguiente también se
efectúa con esta simplificación. El rotor tiene en las mismas ranuras un arrollamiento cerrado
(conmutador) y un arrollamiento trifásico (separado) conectado en estrella. El arrollamiento
cerrado tiene 4 tomas a 90° y 3 a 120°, siendo una de ellas común. Las tomas a 90°, 120° o el
arrollamiento conectado en estrella pueden unirse a los anillos rozantes de un extremo de la
máquina según la ubicación de un disco de conexión rotórica de tres posiciones. El conmutador
lleva dos conjuntos de escobillas, cada uno con cuatro escobillas a 90°. Uno de los conjuntos es
continuamente giratorio estando conectado a cuatro anillos rozantes. Cada conjunto puede fijarse
en cualquier posición angular determinable por escalas fijas estator. El rotor tiene también un
alambre testigo, conectado entre el eje del extremo del conductor y el anillo rozante interno en el
otro extremo, a través de un fusible extraíble montado en el disco de conexión rotórica.
El estator tiene dos arrollamientos distribuidos espaciados a 90°. Cada arrollamiento está dividido
en cuatro secciones idénticas para conexión en serie, serie-paralelo o paralelo.
El estator también lleva cinco alambres testigos entre extremos de ranura espaciados desde un
paso de ranura a un paso polar. Así se puede conseguir espiras simples de un rango variado de
ancho de bobina.
El rotor de la máquina generalizada esta acoplado a una máquina de impulso de corriente
continua mediante un torquímetro. Se trata de una máquina de continua de diseño convencional.
Un pequeño motor de corriente continua derivación conduce el reductor de las escobillas
continuamente giratorias, siendo indicada su velocidad por un segundo taquímetro de corriente
continua.
Para arrancar la máquina de accionamiento se conecta un grupo de los dos juegos de resistencias
de cuatro puntos en serie con el inducido de la máquina de accionamiento a la fuente de continua
de 220 V (LOAD).
De la otra fuente de continua (GEN) con los dos grupos de resistencias de cuatro puntos en
paralelo se obtienen los 10 Amperes de continua necesarios para los distintos casos de ensayo
Para llegar a las 1500 r.p.m. (velocidad nominal) se arranca con la máxima corriente de campo. Se
intercalan las resistencias de inducido una por una los ocho puntos y luego se intercala la
resistencia de campo paulatinamente hasta llegar a la velocidad deseada.
EJECUCIÓN DEL ENSAYO
Este primer ensayo sobre la Máquina Generalizada consta de cinco partes:
Caso I:
• Asegurar que el disco de selección rotórico esté en la posición 3 y que las escobillas
rotóricas estén bajadas.
• Alimentar una fase del estator con sus cuatro secciones en serie con una corriente alterna
de 5 A produciendo de este modo en el entrehierro de la máquina un campo magnético alterno
estacionario.
• Medir las tensiones inducidas entre escobillas opuestas del conmutador sobre ambos
ejes, estando el indicador de ángulo de escobillas a 0°. Una de estas tensiones estará a su máximo
y la otra será cero. Variar el ángulo de escobillas entre 0° y 90° y registrar las tensiones entre
escobillas de un par para cada ángulo y dibujar la forma de onda: Tensión vs Ángulo de Escobillas.
• Medir tensiones entre pares de tomas a 180º y comparar valores con los medidos entre
escobillas.
• Llevar la máquina a 1500 r.p.m. con la misma corriente por estator y repetir las
mediciones entre pares de escobillas y tomas a 180º.
• Analizar tensiones inducidas por transformación y rotación.
Caso II
• Repetir el Caso I con corriente continua de 5 A.
Caso III:
• Medir las tensiones alternas bifásicas (valor efectivo) entre los dos pares de tomas
separados 180° bajo las mismas condiciones de flujo y velocidad que en el caso anterior.
CasoIV:
• Detener el equipo, ajustar el disco de selección rotórico en la posición 1 y medir las
tensiones alternas trifásicas entre cada par de tomas separadas 120° bajo las mismas
condiciones de flujo y velocidad de los casos anteriores.
Caso V:
• Detener el equipo, ajustar el disco de conexión rotórico en la posición 3, para conectar las
tomas separadas 180° a los terminales y arrancar nuevamente.
• Hacer circular una corriente continua de 5 A aproximadamente entre un par de terminales
de las tomas rotóricas separadas 180°
• Hacer girar el rotor a 1500 r.p.m. y registrar el valor de corriente, tensión y observar la forma
de onda con el osciloscopio entre los finales de:
a. Un alambre estatórico.
b. Una espira 100% diametral estatórica.
c. Una espira con paso 62,5%.
d. Una espira con paso 50%.
e. Una espira con paso 25%.
f. Uno de los arrollamientos estatóricos completo con sus cuatro secciones en serie.
CUESTIONARIO
1. Explique cualitativamente a qué se deben los valores y las variaciones de las tensiones
inducidas que se observan en los casos I y II.
2. Justifique analíticamente la relación de tensiones existentes entre los valores leídos en los
casos II y III.
3. Idem a 2 para los casos III y IV.
4. Explique por qué se mide en el caso II un valor de continua y en los casos I, III y IV valores
de alterna para la tensión inducida sobre un mismo arrollamiento.
5. Verifique gráficamente que las formas de ondas vistas en el osciloscopio eran previsibles.