Laboratorio No 3

CARACTERÍSTICA EXTERNA DE LA DINAMO

1. OBJETIVO

Conocer la característica externa de una dínamo en paralelo o derivación. Determinar las variables de operación que permitan corregir el voltaje terminal, por

variaciones de carga. Conocer en forma práctica, como se realiza la regulación de tensión en las

dínamos en paralelo o derivación. Determinar la curva de comportamiento del voltaje terminal en dínamos bajo carga,

en función a la corriente que circula por la carga. Conocer el comportamiento del voltaje terminal en función de la variación de la

corriente de carga. U=V=f (carga) Conocer las componentes de las perdidas de tención durante la obtención en

carga de los dinamos.

2. MARCO TEÓRICO

Una dinamo es una máquina 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 dínamo, se efectuara la misma considerando una dínamo en paralelo o derivación, que constituye un generador de corriente continua con un campo en paralelo.

Una dinamo compuesta es aquella maquina de corriente continua cuya fuente de origen del flujo magnético tiene dos componentes:

El primero es debido a la corriente de campo en derivación(Campo derivación) La segunda componente se debe a la corriente (de armadura o en su caso de carga

que atraviesa la bobina del campo en serie)(campo de serie)

Dos tipos de devanados Existen dos modalidades, la compuesta corta que pone el devanado derivación directamente en paralelo con el inducido.

Compuesta larga que lo pone en paralelo con el grupo formado por el inducido en serie con el otro devanado.

El devanado serie aporta solamente una pequeña parte del flujo y se puede conectar de forma que su flujo de sume al flujo creado por el devanado paralelo (aditiva) o de forma que su flujo disminuya el flujo del otro devanado (diferencial).

La caracteristica en carga de un generador excitado independientemente es una curva , FoP en la Fig. 2.1.1, que muestra la relacion entre al excitación y la tension en la bornas V de la maquina, sometida a la condicion de que tanto la velocidad como la corriente de carga I se mantenga en valores constantes. Si la corriente de carga es cero, la caracteristica en carga se convertira en la caracteristica en vacio QH.

Fig. 2.1.1 Características en carga de un generador excitado independientemente.

Supongamos que la excitación tenga un valor arbitrario OF y supongamos tambien que la resistencia exterior se ajuste hasta que la corriente de carga tenga una magnitud constante determinada de I amperios. Los amperios vuelta desmanetizantes (AT)D = FG, reduce la excitación neta a OG, por lo que GH sera la f.e.m. generada en el inducido. Deduciendo de GH la caida óhmica en el inducido (IRa= HK), la tension en bornas se convierte en GK=PF y, por lo tanto, P es un punto de la caracteristica en carga correspondiente a la supuesta corriente de la carga I. Los restantes puntos de la caracteristica en carga pueden determinarse de la misma forma, pero en todos los casos, siempre que I permanezca constante, los triangulos como HKP que

separan las dos curvas, seran iguales y el angulo β tendra el valor constante determinado por:

tg β=IRa

(AT )D=

RaαZ /360a

Fig. 2Curvas características de la tensión en terminales y de la f.e.m. inducida.

Las pérdidas se pueden cuantificar por tres factores que son los mas importantes:- contacto escobillas- la resistencia de la armadura- Reacción del inducido

Generador en derivación ( shunt )Siendo el dinamo shunt una máquina autoexitada, en pesará a desarrollar su voltaje partiendo del magnetismo residual tan pronto como el inducido empiece a girar. Después a

medida que el inducido va desarrollando voltaje este envía corriente a través del inductor aumentando él número de líneas de fuerza y desarrollando voltaje hasta su valor normal.Voltaje de las dinamos shuntPuesto que circuito inductor y el circuito de la carga están ambos conectados a través de los terminales de la dinamo, cualquier corriente engendrada en el inducido tiene que dividiese entre esas dos trayectorias en proporción inversa a sus resistencias y, puesto que la parte de la corriente pasa por el circuito inductor es relativamente elevada, la mayor parte de la corriente pasa por el circuito de la carga, impidiendo así el aumento de la intensidad del campo magnético esencial para producir el voltaje normal entre los terminales.Características del voltaje del dinamo shunt.El voltaje de una dinamo shunt variara en razón inversa de la carga, por la razón mencionada en el párrafo anterior. El aumento de la carga hace que aumente la caída de voltaje en el circuito de inducción, reduciendo así el voltaje aplicado al inductor, esto reduce la intensidad del campo magnético y por con siguiente, el voltaje del generador . Si se aumenta bruscamente la carga aplicada a un dinamo shunt la caída de voltaje puede ser bastante apreciable; mientras que si se suprime casi por entero la carga, la regulación de voltaje de una dinamo shunt es muy defectuosa debido a que su regulación no es inherente ni mantiene su voltaje constante.Se adaptan bien a trabajos fuertes, pero pueden emplearse para el alumbrado por medio de lámparas incandescentes o para alimentar otros aparatos de potencia constante en los que las variaciones de carga no sean demasiado pronunciadas.La dinamo shunt funciona con dificultad en paralelo por que no se reparte por igual la carga entre ellas.Reacciones de generador Es evidente que un generador de corriente directa tendrá inducido su voltaje útil y debe contarse con un medio excitador externo para hacer girar la armadura de modo que las espiras conductoras se muevan por las líneas de flujo desde los polos estacionarios. Sin embargo, estos conductores deben llevar corriente para que el generador sea útil y esto ocasionará fuerzas de retardo en ellos, la unidad motriz primaria debe vencer estas fuerzas.Reacciones de armaduraEfecto de magnetización cruzada. En la figura 1 se representa el campo magnético producido en el entrehierro de una máquina de dos polos por la fuerza magnetomotriz (fmm) de las bobinas principales de excitación, y la parte b representa el campo magnético producto por la fmm del devanado de armadura sólo cuando lleva una corriente de carga. Si cada uno de los conductores de armadura Z lleva Ic A, entonces la fmm entre a y b es igual a ψZIʆp Av, en donde ψ = razón de arco de polo a paso de polo.

Características internas Características externas

Se debe entender por regulación de tensión al cociente entre la diferencia del voltaje de carga respecto del voltaje en carga.

Re g%=EO ­V

V⋅100

E - Ia * Ra - ∆V1 - ∆V3 - V = 0

∆V2 V = E – (If - I ) Ra - ∆V1 - ∆V3

3. EQUIPO E INSTRUMENTAL DE LABORATORIO

Para el presente laboratorio, se utilizara el siguiente equipo, instrumental y material:

Fig 4 motor shunt

Fig 5 dinamo con autoexitacion

Re g=EO ­V

V

Una dínamo con autoexcitación compuesto acumulativa, que tiene las siguientes características:

o Tensión nominal: Vn = 230 [V]

o Corriente nominal: In = 19.6 [A]

o Velocidad nominal: ωn = 1430 [rpm]

o Potencia nominal: Pn = 4.5 [kW]

Una máquina motriz.

o Tensión nominal: V n=220/230 [V ] .o Corriente nominal: I n=34.5 [A ] .o Velocidad nominal:ωn=1410 [rpm ] .o Potencia nominal:Pn=5,5 [KW ] .o Factor de Potencia:cos (φ )=0.84 .

Instrumentos de medición:o Voltímetro "Fluke" 115.

Escala de Tensión: 200 [mV] – 750 [V]AC 200 [mV]– 100 [V] DC

o Amperímetro "Minipa" ET-2082B

Escala de Corriente: 200 [μA] – 20 [A] AC 200 [μA] – 20 [A] DC

o Un tacómetro "Mayer & Wonisch" CT 7

Rango de velocidad: 0 - 99999 rpmActualizado de la pantalla : 0.8 secs>75 rpm, tiempo de pulsos<75 rpmAccuracy: +/-0.05% +/-1 digit of readingBase de tiempo : Crystal controlled

Rango del sensor óptico: 25mm – 1m

Resistencia variable

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 dínamo, hasta alcanzar velocidad nominal

con el interruptor de carga abierto. Posteriormente, excitar el campo de la dínamo, hasta obtener en terminales voltaje

nominal, constituyendo la misma la 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 carga hasta llegar a su valor nominal.

Se debe corregir el voltaje de la dínamo, accionando la corriente de campo, hasta obtener voltaje nominal entre terminales.

Finalmente reducir la corriente de carga, tomando las lecturas correspondientes, hasta llegar a corriente de carga cero, anotar esta última lectura.

Cabe indicar que en las variaciones de corriente de campo, debe mantenerse la velocidad de la máquina constante. Si el ensayo se realiza a distinta velocidad, será necesario modificar los valores de tensión generada por la dínamo, con la siguiente relación:

E = ω * E'/ ω'

Donde: ω es la velocidad nominal.ω' es la velocidad distinta registrada.E' es el campo registrado a esa velocidad distinta

Fig6 tablero de conexion

Fig 7 viendo la rotacion del eje

6. LECTURAS OBTENIDAS EN EL LABORATORIO

Lectura nº

Carga (posición

)ω'

[rpm] IF [A] I[A] Ia[A] E' [V] E [V]1 OFF 0 1495 0.436 0 0.436 206.3 197.3

2 1 1490 0.412 2.28 2.692 193.4 185.63 2 1483 0.388 4.44 4.828 181.9 175,44 3 1480 0.369 6.33 6.699 171.6 165,85 3 1474 0.488 7.45 7.938 203 196,96 2 1479 0.501 5.25 5.751 212.5 205,47 1 1485 0.521 2.64 3.161 223.7 215,4

8 OFF 0 1494 0.538 0 0.538 235 224,9

7. GRÁFICOS Y FIGURAS

Para V: V= ωω'

∗V ' Dónde: ω=1430 [rpm]

La regulación será:

R%=E0−VV

∗100 %

R%=235−206.3206.3

∗100 %

R%=13 .912 %

Con los datos obtenidos anteriormente, obtenemos la curva bajo carga.

8. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Al aumentar la corriente de campo se ha logrado mantener constantes la tensión.Se ha comprobado que al trabajar en carga hay pérdidas por lo que disminuye la tensión. Por lo que es muy importante mantener constante para evitar daños en la máquina.

Para grandes cargas, son importantes la reacción de inducido y las caídasde tensión que crecen considerablemente, reduciendo la tensión de bornes.

Se puede observar en los gráficos que cuando la carga se aumenta el voltaje inducido reduce de forma considerable.

Al hacer variar la tensión hasta llegar a la tensión nominal con la carga y después ir disminuyendo la carga se observa un incremento en la tensión, además que esta llega por encima del valor nominal sin carga

9. DOCUMENTOS DE REFERENCIA

[1] Máquinas Eléctricas y transformadores. Irving L. Kosow. Editorial reverte.

[2] Principio de las maquinas de corriente continua /Alexander S. Langsdorf./ Sexta edición/ 140,141,142

[3] Maquina eléctricas/ Stephen J. Chapman/290, 901, 292, 293, 294