Dínamo Autoexcitada En Serie

8/2/2019 Dínamo Autoexcitada En Serie

http://slidepdf.com/reader/full/dinamo-autoexcitada-en-serie 1/17

Universidad Pedagógica Y Tecnológica De Colombia

Seccional Duitama MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Escuela De Ingeniería Electromecánica

INTRODUCCIÓN

Los ensayos de laboratorio se efectúan para obtener las curvas características que

relacionan magnitudes tales como la tensión en bornes, la corriente de excitación o la

suministrada por el inducido. Entre las curvas características objeto de estos ensayos,destacamos: Característica de vacío: representa la tensión en vacío en función de la

corriente de excitación, para una velocidad constante; Característica exterior: representa

la tensión en bornes en función de la corriente suministrada por la dínamo, para una

corriente de excitación y una velocidad constantes.






OBJETIVOS

Determinar la característica interna: E o = f(I e )

Determinar la característica externa: E t = f(I e )

FUNDAMENTO DE LAS DÌNAMOS

Un generador eléctrico transforma la energía mecánica que recibe en su eje desde unelemento motor, en energía eléctrica que va a los bornes de salida, que suministra a unacarga o circuito eléctrico en utilización.

El principio de funcionamiento de estas máquinas, es el siguiente:

Su eje recibe energía mecánica de un elemento que le proporciona este giro; acopladas almismo se encuentran una serie de espiras en forma de bobina. Este bloque de bobinas seencuentra asociado al eje y bajo la acción de un campo magnético creado por algún imánpermanente o electroimán. Al girar estas bobinas en el interior del campo magnético, ysometidas por lo tanto a una variación de flujo, en virtud del principio de inducciónelectromagnética de Faraday, se induce en ellas una fuerza electromotriz que seráproporcional a la intensidad del campo magnético, la velocidad con que se mueve laespira en el interior del campo y el número de espiras existentes en cada bobina.






DÍNAMO

Una dínamo es un generador electromecánico de corriente continua.

Su funcionamiento se basa en el giro dentro de un campo magnético de una espirametálica, por lo general de cobre, aunque para aumentar el rendimiento, se recurre al usode varias espiras en forma de bobina. Debido a los fenómenos de inducciónelectromagnética en la bobina aparece una corriente eléctrica que se recoge medianteunas escobillas también metálicas o de carbón en el colector.

Como la corriente ofrecida por una sola bobina tendría una componente ondulatoria muyelevada (es decir, que el voltaje suministrado variaría continuamente dentro de unoslímites en ocasiones muy poco admisibles) se recurre a añadir más bobinas hasta llegar amontajes de gran complejidad.

EXCITACIÓN EN UNA DÍNAMO

La excitación en una dinamo, es la producción del campo magnético por una corrienteeléctrica que circula por el devanado inductor. Dependiendo de la procedencia de lacorriente de excitación existen varios tipos de dinamos con propiedades y aplicacionesdiferentes, tales como la excitación independiente y la autoexcitación, siendo esta ultima ala que va enfocado este informe.

AUTOEXCITACIÓNLa autoexcitación significa que la corriente continua que excita las bobinas inductorasprocede de la misma máquina generatriz. Para obtener la autoexcitación de la máquina,es preciso que exista un pequeño flujo en el circuito magnético, flujo que es posibleproducir y mantener gracias al fenómeno de histéresis magnética. Debido a este flujoremanente, al hacer girar el inducido se inducirá en él una pequeña f.e.m. que aplicada alcircuito inductor, con la polaridad conveniente, genera una débil corriente que refuerza elmagnetismo remanente y la f.e.m. inicial debida al flujo remanente se incrementará. Amayor f.e.m., corresponderá mayor corriente, con el refuerzo consiguiente del flujo, luegose produce un nuevo aumento de la f.e.m. y así sucesivamente hasta alcanzar unequilibrio o estabilidad de la tensión en bornes que se traducirá en una constancia de lacorriente de excitación y por tanto del flujo. A esta estabilidad se llega por causa de otrapropiedad característica de los materiales magnéticos, la de saturación.

Según como se conecte el devanado inductor respecto al inducido surgen tres tipos dedinamos autoexcitadas: dinamo con excitación en derivación (shunt), dinamo conexcitación en serie y dinamo excitación compuesta (compound).






Para nuestra práctica vamos a dedicarnos a evaluar el comportamiento de una dinamoserie.

DINAMO SERIE

En este tipo de máquina, las bobinas inductoras están conectadas en serie con elinducido y la carga. El bobinado inductor suele estar compuesto de alambre o platina decobre muy gruesos, de modo que pueda soportar sin recalentarse la corriente de cargaplena.Si no hay ninguna carga conectada a la línea, será imposible que pase ninguna corrientepor el arrollamiento inductor en serie y que por consiguiente, la dínamo no podrádesarrollar voltaje. Por lo cual, para que un dínamo serie desarrolle voltaje cuandoarranca es preciso que haya alguna carga conectada al circuito de línea.El devanado inductor se conecta en serie con el inducido, de tal forma que toda lacorriente que el generador suministra a la carga fluye por igual por ambos devanados.Dado que la corriente que atraviesa al devanado inductor es elevada, es necesarioconstruirlos con pocas espiras y una gran sección en los conductores.

Tiene el inconveniente de no excitarse al trabajar en vacío. Así mismo se muestra muyinestable por aumentar la tensión en bornes al hacerlo la carga, por lo que resulta pocoútil para la generación de energía eléctrica.

Para la puesta en marcha es necesario que el circuito exterior esté cerrado, a partir deuna tensión máxima, el aumento de intensidad hace decrecer la tensión en bornes. Ello esdebido a que la reacción de inducido empieza a ser importante, las caídas de tensión van

aumentando y, sobre todo, los polos inductores se van saturando con lo que el flujo nocrece en la misma proporción que la intensidad.Como en el resto de las máquinas autoexcitadas, se necesita un cierto magnetismoremanente que permita la creación de corriente en el inducido al ponerse en movimientolos conductores, el sentido de giro de la máquina siempre ha de ser tal que el campocreado refuerce al del magnetismo remanente, de lo contrario, lo anularía y la dinamo nofuncionará.

El rendimiento de la dinamo es mayor cuanto menos sean las perdidas por efecto Joule(fenómeno por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energíacinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con losátomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo) en

el inductor, por lo que este tiene pocas espiras y mucha sección, es decir, bajaresistencia.






MARCO TEÓRICO

Variac

Un variac es una bobina con núcleo toroidal de chapa magnética y con un cursor, quepermite tomar parte de la tensión producida por autoinducción en la misma. Se trata de unautotransformador de regulación continua.






Banco de carga

Los bancos de prueba son dispositivos diseñados para proporcionar cargas eléctricas quesirven para probar fuentes de potencia tales como generadores.

AmperímetroEl amperímetro es un aparato o instrumento que permite medir la intensidad de corrienteeléctrica, presentando directamente sobre su escala calibrada las unidades empleadaspara ello denominadas amperios o bien fracciones de amperios, la medida deseada.






Voltímetro

Es un instrumento que se utiliza para medir la deferencia de tensión entre dos puntos deun circuito eléctrico. Existen varios tipos, dependiendo de su rango, exactitud, capacidad,etc., y de si son digitales o análogos.El voltímetro, siempre debe colocarse en paralelo con respecto a los elementos que semiden para efectuar una medición correcta.

Dínamo

Una dínamo es un generador eléctrico destinado a la transformación de flujomagnético en electricidad mediante el fenómeno de la inducción electromagnética,generando una corriente continua.Uno de los principales usos de la dinamo es la utilización de la energía hidroeléctrica, de

esta forma el agua hace rotar las turbinas conectadas al eje de la dinamo, produciendoelectricidad y aprovechando esta fuente de energía inagotable.






Motor

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energíaeléctrica continua en mecánica, provocando un movimiento rotatorio. Esta máquina decorriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición,paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones decontrol y automatización de procesos.La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular lavelocidad desde vacío a carga plena.






DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA

CARACTERISTICA INTERNA

Para la realización de la práctica lo primero que se hizo fue un esquema guía para teneren cuenta a la hora de la conexión entre los diferentes elementos ya explicados en elmarco teórico. El esquema mencionado anteriormente es el siguiente:






Después de ya haber hecho la conexión se hace revisar por parte del encargado de lapráctica en este caso el ingeniero. Al darnos el visto bueno energizamos el conjunto y con

ayuda del tacómetro medimos la velocidad de la dinamo, luego procedemos a hallar lacaracterística interna.Manipulando la perilla del variac se hace variar la corriente de autoexcitación, desde cerohasta el máximo admisible. Con la precaución de que siempre sea de valor creciente.Para cada valor de autoexcitación dada por el amperímetro se anota la correspondientetensión marcada por el voltímetro. Luego de este se dispone a tomar los valoresdescendentes tomando el valor de la corriente de autoexcitación máxima mostrada hastacero, y apagamos. Así tomando n valores de datos, posteriormente graficamos yobtenemos la curva voltaje vs corriente de la dinamo.

Prueba en vacío

Una vez comprobado que se genera tensión se procederá a confeccionar la curva devacío, por lo que iremos anotando las tensiones generadas.






CARACTERISTICA INTERNA

VELOCIDAD 1795 rpmASCENDENTE DESCENDENTE

Ie (A) Et (V) Ie (A) Et (V)

0 6,2 47 136,2

0,5 8,2 45 134,2

2,6 13,3 43 131,4

3,5 16,8 40 127,3

5 23 37 123

6 27,6 33,6 118,2

7,5 33 31 113,4

9 38,8 27,5 105,6

11,5 48,6 24,5 98,9

13 55,8 22,5 93

16 66,2 20 85,5

19 76,4 17,5 77,8

22,5 87,3 15 69,4

25,6 96,3 12 58

29 104 10,5 50

32 110,3 8,5 42,7

35 117,5 6 33,1

39 123,8 4 24,4

42,5 129,3 2,5 17,1

45,5 134,4 1 11,6

49 138 0 6,9






CARACTERÍSTICA EXTERNA

Luego de haber desconectado apagado en el ejercicio anterior nos disponemos a hallarla característica externa.






Ya para esta parte del laboratorio vamos a hacer un cambio a la producción de lacorriente y cambiaremos el uso del variac para utilizar el banco de carga resistivo.

También conectaremos como parte complementaria la dínamo. De la misma maneracomo lo hicimos en la característica interior hacemos revisar la conexión y luegoenergizamos. Para ello se tomarán datos de la tensión y corriente generadas paradiferentes valores de la resistencia de carga. tomando las medidas correspondientessimultaneas de corriente y tensión hasta llegar al máximo admisible. Como parte posteriorgraficamos.

Prueba con carga

Un ligero aumento de la intensidad suministrada provoca un fuerte incremento de latensión en bornes. Conforme disminuye la resistencia de carga, aumenta la corriente y la

tensión, hasta alcanzar ésta un valor máximo. Si sigue disminuyendo la carga, la tensióndesciende hasta anularse y la corriente aumenta hasta alcanzar el valor defuncionamiento del generador en cortocircuito, por lo cual su funcionamiento es inestable.

CARACTERÍSTICA EXTERNA

VELOCIDAD 1800 rpm

Ie (A) Et (V)

0 6,2

0,25 4,93

0,72 5,7

1,25 6,2

2,85 10,8

5,25 18,6

7,75 23,9

9,5 30,2

13,4 44,9

17,9 59

29,6 84,937,2 98

45,4 107,1






CARACTERÍSTICAS DE TENSIÓN

Para el trazo de la curva correspondiente a la caída de tensión en el inducido es precisohacer los siguientes cálculos:

Resistencia del devanado 0,039 Ω

Resistencia del inducido 0,38 Ω

Resistencia Total 0,419 Ω






R [Ω] Ie [A] Ie*R [V] Et [V] Et + Ie*R

0,419 0 0 6,2 6,2

0,419 0,25 0,10475 4,93 5,034750,419 0,72 0,30168 5,7 6,00168

0,419 1,25 0,52375 6,2 6,72375

0,419 2,85 1,19415 10,8 11,99415

0,419 5,25 2,19975 18,6 20,79975

0,419 7,75 3,24725 23,9 27,14725

0,419 9,5 3,9805 30,2 34,1805

0,419 13,4 5,6146 44,9 50,5146

0,419 17,9 7,5001 59 66,5001

0,419 29,6 12,4024 84,9 97,3024

0,419 37,2 15,5868 98 113,58680,419 45,4 19,0226 107,1 126,1226






CONCLUSIONES

Cuando la dinamo está en carga el flujo del inductor se distorsiona debido al flujomagnético creado por la corriente del inducido, disminuyendo por tanto la f.e.m encarga EC respecto a la f.e.m en vacío EV.

La reacción en el inducido presenta los siguientes inconvenientes:

Disminución de la f.e.m en carga Et

Disminuye indirectamente el rendimiento, pues se ha de aumentar la corriente deexcitación para compensar el efecto anterior.

Crea peligro de chispas en el colector.

Aumento de la temperatura y pérdidas por el efecto Joule en el inductor, por lo quetiene pocas espiras y el calibre del alambre es alto.

Aumenta las dificultades para realizar una buena conmutación.

Cuando aumenta mucho la corriente de carga, también lo hace el flujo inductor,por lo que la tensión en los bornes de la dínamo se eleva; esto hace que estegenerador sea muy inestable en su funcionamiento y por lo tanto es muy poco útilpara la generación de energía eléctrica.

El campo remanente de un generador autoexcitada es fundamental para elfuncionamiento ya que produce una f.e.m inicial con la cual aparece una pequeñacorriente de línea que a su vez produce un flujo adicional en el inductor que apoyaal remanente y así sucesivamente.

El nivel de saturación magnética del inductor es una ventaja en el generadorautoexcitada ya que define un nivel en el cual la tensión se estabiliza ya que elflujo ha llegado a su máxima intensidad.






BIBLIOGRAFÍA

ELECTROTECNIA: Fundamentos Teóricos Y Aplicaciones Prácticas, ALEXANDERGRAY, G.A. WALLACE. Edición española, Aguilar ediciones s.a. 1967

MÀQUINAS ELÈCTRICAS - Stephen J. Chapman tercera edición.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS - Electrotecnia - Pablo Alcalde San Miguel cuarta edición.

http://www.phy6.org/earthmag/Mdynamos.htm

http://www.tuveras.com/maquinascc/dinamo/excitaciondinamo.htm

http://www.ual.es/~jmruiz/PRACTICA5.pdf

Dínamo Autoexcitada En Serie

Documents

Transcript of Dínamo Autoexcitada En Serie