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Universidad Nacional Mayor de San Marcos ---- Fiee

Experiencia N°1 ---- Maquinas Eléctricas III Página 1

Máquinas Especiales de Corriente Continúa

I. OBJETIVO

Conocer el concepto de metadinas y amplidinas.

Dar a conocer el funcionamiento y descripción de estos tipos de maquinas especiales.

Describir las partes fundamentales de estos tipos de maquinas.

II. FUNDAMENTO

Estas maquinas especiales de corriente directa, son usualmente empleadas para fines de control u algunas otras aplicaciones en las que se requiere obtener un control deseado para tal fin de su aplicación. Las aplicaciones más comunes que tienen estas maquinas por su función se encuentran específicamente en servomecanismos. La posibilidad de colocar dos juegos de escobillas en una máquina de corriente continua, una en el eje d y otra en el eje q permite el estudio y fabricación de algunas máquinas especiales. Estas máquinas se pueden utilizar como transductores o servomecanismo en los procesos de control. También se pueden construir fuentes de corriente o amplificadores de gran ganancia. El estudio de estos convertidores se puede realizar mediante la transformación a coordenadas αβdq. La familia de máquinas con doble juego de escobillas se denomina las metadinas o metadinamos. El prefijo griego meta- indica algo que va más allá y por lo tanto las metadinas o metadinamos son algo más que dinamos o generadores convencionales de corriente continúa. De la familia de las metadinas se estudiaran en esta sección dos representantes a manera de ejemplo, el primero será la metadina transformador que permite convertir una tensión constante en una corriente constante y el segundo ejemplo será la amplidina o amplificador rotativo, muy utilizada hasta hace unos años como excitatriz de las máquinas sincrónicas, debido a su elevada ganancia y gran velocidad de respuesta. La metadina transformador es un máquina de campo cruzado (d,q) que no posee devanados en el estator. En la figura 106 se muestra un diagrama de la máquina en consideración.



Las ecuaciones que rigen el comportamiento de esta metadina son: ...I

Como la máquina es totalmente simétrica en el eje d y en el eje q y se asume un acoplamiento perfecto, es decir, se desprecia el flujo de dispersión:

…II En régimen permanente y de acuerdo con las ecuaciones I y II se obtiene:

…III Si se alimenta el eje d con una fuente de tensión V y se coloca una carga resistiva en el eje q se obtienen las siguientes ligazones: …IV

Sustituyendo las condiciones IV en el sistema de ecuaciones III se obtiene después de algunas manipulaciones algebraicas:

…V Si la resistencia R de los devanados d y q es muy pequeña, se puede despreciar las



Caídas resistivas en estos devanados:

…VI De la ecuación 8.69 se puede despejar la corriente Iq: …VII La ecuación VII indica que si se desprecian las caídas en las resistencias de los devanados de armadura, la metadina transformador convierte la tensión V aplicada en el eje d en una corriente constante en el eje q. La corriente del eje cuadratura depende sólo de la velocidad de la máquina. La amplidina posee un devanado de compensación de la reacción de armadura que se diseña para reducir el valor de las inductancias propias y mutuas. De esta forma se incrementa la velocidad de respuesta en los procesos transitorios. La ganancia de corriente de armadura a tensión de campo también es muy grande en las amplidinas. La configuración típica de una amplidina se ilustra en la figura inferior. Las ecuaciones de tensión para una amplidina son:

…VIII



Para la amplidina que se está analizando se cumple:

…IX Sustituyendo las condiciones IX en el sistema de ecuaciones V se obtiene:

…X

La amplidina se diseña de tal forma que:

… XI Con las condiciones XI el sistema X queda:

… XII En régimen permanente el operador p tiende a cero y se obtiene:

…XIII

…XIV



De las ecuaciones XIII y XIV se puede observar que a velocidades altas la ganancia V/Vβ aumenta

considerablemente. Es importante destacar que la velocidad de respuesta a una perturbación es muy

alta ya que las únicas inductancias involucradas son las de campo y la de armadura del eje d, ya que las

otras inductancias han sido eliminadas mediante el diseño apropiado de la bobina de compensación de

la reacción de armadura. Por estas razones la amplidina se utilizó frecuentemente como excitatriz de

las máquinas sincrónicas, pero en la actualidad ha perdido vigencia debido a las excitatrices estáticas

basadas en puentes rectificadores controlados.

III. EQUIPO Y/O INSTRUMENTOS A UTILIZAR

1. amperímetro

2. voltímetro

3. fuente DC

4. cables

5. tacometro

6. reóstato

7. focos

8. motorgenerador



IV. DATOS

Sin carga

Voltaje de remanencia=12.6V Voltaje de Excitación DC

(V) Corriente de Excitación DC

(mA) Voltaje Generado AC

(V) Por el “rotor” Por el “rotor” En el “Estator”

10 10 45.42 20 23 83.2 30 35 128.6 40 50 174.6 50 60 222.3 60 72 265.3 70 80 307.9 80 100 351.2

Voltaje de remanencia=9.3V Corriente de Excitación DC

(mA) Voltaje Generado AC

(V) Por el “estator” Por el “rotor”

40 74.1 70 179.2 90 209.2

100 220.4 110 230.1

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 20 40 60 80 100 120

Vge

ner

ad

o (V

)

Iexcitacion (mA)

Iexcitacion VS Vgenerado



Con carga

Corriente de Excitación DC (mA)

Voltaje Generado AC (V) Carga

Por el “rotor” Por el “estato” Resistiva 75 220 Sin carga 75 172 1° 80 221 1° 80 149 1°+2°

100 219 1°+2°

0

50

100

150

200

250

300

0 1 2 3 4 5 6

Vge

ne

rad

o (

V)

Iexcitacion (mA


0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120

Vge

ne

rad

o (V

)

Iexcitacion (mA)


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