LABORATORIO Nº 4 CARACTERÍSTICA EXTERNA DE LA DINAMO 1. Objetivos. Conocer la característica externa de una dinamo en paralelo o derivación. Determinar las variables de operación que permita corregir el voltaje terminal, por variaciones de carga. Conocer en forma práctica, como se realiza la regulación de tensión en las dinamos en paralelo o derivación. Determinar la curva de comportamiento del voltaje terminal en dinamos bajo carga, en función a la corriente que circula en la carga. 2. Marco Teórico.Una dinamo es una maquina eléctrica que produce energía eléctrica en forma de corriente continua aprovechando el fenómeno de inducción electromagnética. Para ello está dotada de un armazón fijo (estator) encargado de crear el campo magnético en cuyo interior gira un cilindro (rotor) donde se crearan las fuerzas electromotrices inducidas. Para el comportamiento de la característica externa de una dinamo, se efectuara la misma considerando una dinamo en paralelo o derivación, que constituye un generador de corriente continua con un campo en paralelo. Siendo la dinamo en derivación una maquina auto-excitada, empezara a desarrollar su voltaje partiendo de magnetismo residual tan pronto como el inducido empiece a girar. Después a medida que el inducido va desarrollando voltaje este envía corriente del inductor aumentado el número de líneas de fuerza y desarrollando voltaje hasta su valor nominal. La corriente del inducido de la maquina alimenta tanto al circuito de campo como a la carga conectada a la maquina. Entonces para la prueba de carga se tiene la siguiente relación de las corrientes. 𝐼𝑎 = 𝐼𝑓 + 𝐼 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐼 ≠ 0 A consecuencia de las caídas de tensión en las dinamos, la tensión entre terminales baja, por lo que se debe proceder a corregir la tensión a su valor nominal, elevando la corriente de campo. En el siguiente grafico se muestra este comportamiento. Curva característica de vacío 𝑓(𝐼𝑓 ) 𝑉 = 𝑓(𝐼) Curva bajo carga (característica externa) 𝐸 = Donde: ∆𝑉1=Caída de tensión por contacto de escobilla. ∆𝑉2=Caída de tensión por resistencias de armadura. ∆𝑉3=Caída de tensión por reacción de armadura. Considerando la Ley de voltajes de Kirchoff, se tiene la siguiente reacción: 𝐸 − ∆𝑉1 − ∆𝑉2 − ∆𝑉3 − 𝑉 = 0 𝐸 − 𝐼𝑎 𝑅𝑎 − ∆𝑉1 − ∆𝑉3 − 𝑉 = 0 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝐼𝑎 = 𝐼𝑓 + 𝐼 𝐸 − (𝐼𝑓 + 𝐼)𝑅𝑎 − ∆𝑉2 − ∆𝑉3 = 𝑉 Donde: I=Corriente por la carga Así mismo, la regulación de tensión es igual al cociente entre la diferencia del voltaje de vacío menos el voltaje de carga de la maquina, dividido entre el voltaje de carga, teniendo la siguiente relación: ∆𝑉 𝑉 𝐸0 − 𝑉 𝑅= 𝑉 𝐸0 − 𝑉 𝑅% = ∗ 100% 𝑉 𝑅= Donde: R=Regulación 3. Equipo e instrumental para laboratorio.Para el presente laboratorio, se utilizara el siguiente equipo, instrumental y material. Una dinamo con autoexcitación en paralelo o derivación, que tiene las siguientes características. o Tensión nominal: 𝑉𝑛 = 230 [𝑉] o Corriente nominal: 𝐼𝑛 = 19,6[𝑉] o Velocidad nominal: 𝑊𝑛 = 1430 [𝑟𝑝𝑚] o Potencia nominal: 𝑃𝑛 = 4,5 [𝑘𝑊] Una maquina motriz. Instrumentos de medición: voltímetros, amperímetros. Un tacómetro. Resistencias variables. Cables para conexión. 4. Circuito para el laboratorio.- 5. Descripción del laboratorio. Realizar el circuito de laboratorio, como se indica en el punto 4. Hacer funcionar la máquina motriz y la dinamo, hasta alcanzar la velocidad nominal con el interruptor de carga abierto. Posteriormente, excitar el campo de la dinamo, hasta obtener en terminales voltaje nominal, constituyendo la misma primera lectura. Proceder a cerrar el interruptor de carga, anotar las diferentes lecturas empezando con un valor lo más bajo posible de corriente y posteriormente incrementando la corriente de campo hasta llegar a su valor nominal. Se debe corregir el voltaje de la dinamo, accionando la corriente de campo, hasta obtener el voltaje nominal entre terminales. Finalmente reducir la corriente de carga, tomando las lecturas correspondientes, hasta llegar ala corriente de carga cero, anotar esta última lectura. Cabe indicar que debe mantenerse la velocidad de la maquina constante. Si el ensayo se realiza a distinta velocidad, será necesario modificar los valores de tensión generada por la dinamo, con la siguiente relación: 𝑉= 𝜔 ∗ 𝑉𝑙 𝜔𝑙 Donde: 𝜔 =Velocidad nominal 𝜔 ´=Velocidad variable registrada 6. Lecturas obtenidas en el laboratorio.Lectura Nº 𝝎´ rpm 𝑰𝑭 𝑰 (A) 𝑰𝒂 (A) 𝑽´ (A) (V) 𝑽 (V) 1492 0,43 0 0,43 211,5 202,711126 2 1485 0,41 2,35 2,76 200,3 192,881481 3 1480 0,39 4,61 5 188,8 182,421622 4 1475 0,37 6,51 6,88 178,1 172,666441 5 1464 0,57 7,89 8,46 215,3 210,299863 6 1471 0,6 5,61 6,21 227,9 221,547927 7 1480 0,62 2,86 3,48 242,1 233,920946 8 1489 0,64 0 0,64 255,8 245,664204 REGULAMOS 1 7. Cálculos y Gráficos.En todos los cálculos del presente laboratorio, solo se realizarán con un dato y para los demás datos solo se mostrará el resultado en la correspondiente tabla. - Realizando el cálculo de la corriente de armadura 𝑰𝒂 : 𝑰𝒂 = 𝑰𝑭 + 𝑰 𝑰𝒂 = 𝟎, 𝟒𝟑 + 𝟎 = 𝟎, 𝟒𝟑 [𝑨] - Realizando el cálculo de la tensión de la carga 𝑽: 𝑽= 𝑽= 𝝎 ∗ 𝑽𝒍 𝒍 𝝎 𝟏𝟒𝟑𝟎 ∗ 𝟐𝟏𝟏, 𝟓 = 𝟐𝟎𝟐. 𝟕𝟏 [𝑽] 𝟏𝟒𝟗𝟐 -Graficando la curva bajo la carga en función del voltaje V y la corriente I Curva bajo carga 300 250 V (V) 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 I (A) 6 7 8 9 TABLERO DE LA DINAMO: Circuito de la dínamo con autoexcitación en paralelo o derivación Resistencia variable (Carga del circuito) Máquina de corriente continua en funcionamiento MEDIDOR DE VELOCIDAD DE LA MAQUINA DE C.C 8. Análisis de resultados.1.-¿ que es la regulación y caída de tensión en una maquina de c.c.? R.- En lo que concierne a la regulación de la velocidad de rotación, los motores de continua poseen una serie de ventajas sumamente valiosas, que, en toda una serie de casos, han hecho que éstos sean insustituibles. Aquí se tendrá principalmente en cuenta los límites de regulación de la velocidad y la economía de la operación de regulación. La fórmula de la velocidad de un motor ele continua obtenida a partir de la ecuación de las tensiones en el circuito de la armadura suministra información más que suficiente acerca de las posibilidades con que se cuenta para controlar la velocidad de estos motores: De esta fórmula se desprende que la velocidad de rotación de los motores de continua se puede regular: -variando la tensión de la red VI ; -variando la caída de tensión en el circuito del inducido la· fa; Y -variando el flujo de excitación El primer procedimiento es posible de realizar sólo en instalaciones especiales que permiten la regulación de la tensión VI' 113 Los dos últimos procedimientos son posibles en las instalaciones comunes de tensión constante en la red. Regulación de la velocidad del motor variando la ex-citación 2.-¿En que influye la corriente de campo y armadura en la regulación ? R.- 3.-¿para que se regula una máquina de corriente continua? R.-. Las técnicas de control de motores de corriente continua son herramientas que se utilizan para controlar la velocidad, el par y el suministro de potencia de los motores de corriente continua. El control de motores puede llevarse a cabo mediante tiristores y un conocimiento básico de electrónica de potencia. La mayoría de motores utilizados en la industria se conectan directamente a las líneas de distribución eléctrica, y se alimentan con corriente alterna o corriente directa. Las terminales de los devanados del motor se conectan directamente a las líneas de suministro eléctrico, y sus características de operación se mantienen inalterables, al tener una tensión de entrada constante. El motor trabaja en condiciones nominales cuando se alimenta con la tensión indicada en la placa de operación, entregando potencia constante a la carga conectada en el eje. La naturaleza de la carga que se acopla al eje del motor define el comportamiento de esta máquina. Para el caso de una carga liviana, el motor desarrollara una velocidad relativamente alta y un par de giro bajo. Por el contrario, si se dispone de una carga pesada o difícil de mover, el motor se moverá a una velocidad menor y entregara más par, pues una mayor carga lo exige. Sin embargo, si la carga se mantiene constante, la operación del motor también se mantendrá constante, sin posibilidades de controlar la velocidad debido a que la tensión de suministro no se ve modificada. Existen casos en la industria que requieren el manejo de las características de operación de los motores. Este control se suele hacer mediante tiristores. La combinación del motor, los tiristores de control y demás componentes electrónicos asociados son conocidos como el sistema de control de velocidad, sistema de accionamiento o sistema de excitación de motor. 9. Documentos de referencia. Guia de laboratorio de máquinas eléctricas Flores Maquinas eléctricas Ing. Victor Hugo IRVING KOSOW
