Subsecretaría de Educación Superior Tecnológico Nacional de México Instituto Tecnológico de Orizaba PRÁCTICA No. 4 Maquinas Síncronas y de CD LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Generador auto excitado de CD Compuesto PROFESOR: ING. Marco Alfonso Herrera Díaz PLAN DE ESTUDIO NOMBRE DE LA ASIGNATURA CLAVE DE ASIGNATURA PLAN 2009-2014 Maquinas Síncronas y de CD ELC-1007 GRUPO 18:00-19:00 6d3A UNIDAD PRÁCTICA NOMBRE DE LA PRÁCTICA FECHA REALIZADA FECHA DE ENTREGA 4 4 Generador autoexcitado de CD Compuesto corto 28/04/2023 02/05/2023 LUGAR DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA OBJETIVO DE LA PRACTICA Para esta práctica tendremos en cuenta que es una Maquina Síncrona, observando cómo funciona respecto a transformar una corriente mecánica a una corriente eléctrica y para qué sirven sus partes de la maquina síncrona o como están conformadas. COMPETENCIA LA PRACTICA Comprender el funcionamiento de las maquinas síncronas COMPETENCIAS ESPECIFICAS DE LA PRACTICA ANALIZAR Y COMPRENDER EL PROBLEMA PLANTEADO. EQUIPO BUSCAR Y ANALIZAR FUENTES DE INFORMACIÓN. TRABAJAR EN EQUIPO. NOMBRE DE LOS INTEGRANTES (MAX. 5) RESPONSABLE Candia López Fátima. 19010845 EQUIPO CALIFICACION DE LA EVALUACION INTRODUCCIÓN Generador autoexcitado de CD Compuesto corto Para un generador eléctrico considerado como un amplificador de potencia, la autoexcitación empieza con una extrema- damente pequeña entrada; por ejemplo el magnetismo remanente, hasta alcanzar la completa potencia en la salida. La amplificación obviamente es alcanzada a cuenta de la energía mecanica provista por el motor primo. El modelo lineal de la teor´ıa de las maquinas electricas considera que la estructura del hierro tiene una permeabilidad infinita, de manera que los campos magnéticos que establecen los devanados son funciones lineales de las corrientes que circulan por ellos. Sin embargo, ninguna autoexcitación puede ser concebida sin la saturación magnetica, dado que no se obtendria estabilidad de tensión ni de corriente. Sin la saturación, el flujo magnetico y consecuentemente la tension se incrementaria excesivamente de modo que la maquina se “quemaria”. Debido a esto, es necesario modificar el modelo para poder estudiar la auto- excitación en el generador DC. El objetivo de este articulo es proveer las herramientas necesarias para poder entender el fenomeo de la autoexcitación en el generador DC, ademas de encontrar un modelo apropiado que sea capaz de modelar la autoexcitación. EQUIPO LABORATORIO DE ING. ELÉCTRICA. MATERIAL Multímetro, caimanes, fusibles, reóstato, caja de portafusibles DESARROLLO Figura 3: Autoexcitación de la maquina DC En un generador autoexcitado, el flujo inicial es provisto por el magnetismo residual del núcleo. Entonces es inducida una pequeña corriente en el inducido, la corriente es la que pasa por la resistencia de la armadura y del campo comose aprecia en la figura derecha anterior; al estar en vac´ıo, las corrientes en la armadura y campo son iguales. Esta corriente inducida reforzara el flujo quea su vez inducirá un mayor corriente en el inducido obteniéndose una retroali- mentación positiva como se puede observar en la figura. Figura 4: Retroalimentación positiva de la maquina DC Este proceso se repetirı́a indefinidamente de no ser por la saturación de la ma- quina en donde el proceso se termina cuando se interceptan la curva de magnetización junto con la recta if = e/(rf + ra ) . De no existir la saturación estas curvas nunca se interceptarı́an y el sistema se tornarı́a inestable, induciéndose grandes corrientes hasta que se produzca el deterioro de la maquina. Modelo del Generador DC Autoexcitado Una vez descritas las carencias del modelo DC previamente estudiado, el si- guiente paso es implementar estas carencias en el modelo para poder obtener los resultados esperados. Según lo estudiado en el apartado anterior, se necesita implementar dos puntos no tomados en cuenta por el modelo DC normal, estas son: La tensión remanente de la máquina. La saturación de la máquina. La tensión remanente depende exclusivamente del material del núcleo, y de la velocidad del rotor , se sabe que a mayor velocidad mayor tensión remanente. Entonces a partir de lo anterior podemos suponer una relación lineal entre la tensión remanente y la velocidad del rotor. Entonces se tiene que: eremanente = kr · ω (5) Por otro lado, la saturacion puede modelarse de varias formas, puede ser linealizada por tramos, se pueden ajustar polinomios de interpolación para representar la curva, etc. En el modelo desarrollado en este art´ıculo se modelara la satura- ción de la siguiente forma Figura 5: Modelo de saturación propuesto Se observa que se incluye la tensión remanente en la caracterı́stica de magnetizacion de la maquina. Con los supuestos anteriores es posible modificar el modelo DC para modelar la autoexcitación en el generador DC, para ello la ecuación (3) debe modificarse para incluir a la tensión remanente: e = ω · Gaf · if + kr · ω (6) Dado que vf = va y if = ia se tiene lo siguiente: dia e = (ra + rf ) · ia + (La + Lf ) dt (7) Por ultimo si el rotor alcanza una velocidad constante ω = ωo: dia (8) e = ωo · Gaf · if + kr · ωo = (ra + rf ) · ia + (La + Lf ) dt Finalmente simplificando se tiene que: dia (La + Lf ) + (r + rf — ωo · Gaf ) · ia = kr · ωo a dt (9) Además es conocido el hecho que ra + rf < ωo Gaf , por l·o que se tiene que el sistema es inestable, la solución de la ecuación esta dada por: G −r −r Donde τ = ωo af f a L f a − if ωo k r (t) = (eτ 1) (10)ωoGaf − rf − Desarrollo de la práctica El método de excitación, es decir, el modo de alimentar el bobinado inductor, da origen a una clasificación de los generadores de continua. Así se tiene que los generadores dc continua pueden ser de excitación 61 independiente o separada (requieren de una fuente exterior o de imanes para funcionar) y también de excitación propia o autoexcitados (para funcionar, no requieren de una fuente exterior). Los generadores con excitación independiente pueden ser, a su vez, generadores excitados por una fuente de corriente continua exterior o generadores con imanes permanentes.Puesto que los últimos son de poca importancia, en io sucesivo, se tendrá en cuenta sólo los primeros. Los generadores autocxcitados se dividen, atendiendo al método de conexión de los arrollamientos de excitación, en generadores shunt, derivación o paralelo (el circuito del campo se conecta en paralelo con el de la armadura), generadores serie (el embobinado del campo se conecta en serie con el de la armadura) y generadores compone, mixto o compuesto (llevan un embobinado de campo en paralelo y otro embobinado de campo en . serie con el de la armadura, ambos ubicados en los mismos polos). CONCLUSION El generador de inducción autoexcitado entrega tensiones y frecuencias variables, esto se debe a que al generador se le inyectan velocidades variables, siendo este el gran problema de este trabajo, ya que no se puede conectar a la red directamente o alimentar cargas. Una máquina de inducción trifásica puede funcionar como un generador auto-excitado, cuando una máquina motriz hace girar su rotor a una velocidad apropiada, y la excitación necesaria para establecer el campo magnético giratorio en el entrehierro es suministrada conectando a los terminales del estator un banco trifásico de capacitores La fuerza electromotriz y las corrientes inducidas en los devanados se incrementarán hasta alcanzar un punto de equilibrio debido a la saturación magnética en la máquina. El magnetismo residual en el rotor establece el voltaje inicial, el cual se incrementa con la corriente del capacitor lo que provoca un incremento continuo del voltaje. Como resultado de esta acción y de la saturación magnética, se establece un voltaje de estado estacionario en los terminales del generador