Maquinas eléctricas
description
Transcript of Maquinas eléctricas
Máquinas Eléctricas
INTRODUCCIÓN
Las máquinas eléctricas corresponden a una de las más importantes
demostraciones de la utilización del electromagnetismo en la vida del hombre. Estas
máquinas tienen la importante función de transformar la energía mecánica en energía
eléctrica y viceversa, de acuerdo a su utilización reciben distintos nombres, Motor
(Energía Eléctrica a Energía Mecánica) o Generador (Energía Mecánica a Energía Eléctrica).
En cuanto a los motores de CC, las principales ventajas que presenta su uso en
aplicaciones de potencia, se sustentan en la facilidad con que puede controlarse su
velocidad, la posibilidad de alcanzar grandes velocidades y los elevados torques de
arranque.
Los motores de C.C. tipo shunt o los de excitación independiente, a corriente de
campo constante, operan con ligeras variaciones de velocidad para aumentos de carga;
por intermedio de la corriente de campo, de la tensión de armadura o de ambos, puede
controlarse la velocidad en un amplio rango. Los motores compound acumulativo tienen
características intermedias entre los dos anteriores y se obtienen esencialmente las
ventajas de uno y de otro.
Por otro lado los generadores de C.C., los que tienen aplicación práctica son los de
excitación independiente, los shunt o auto excitados y los del tipo compound (compuesto)
acumulativo.
El generador C.C. de excitación independiente tiene una característica de tensión
decreciente con la corriente de carga. No obstante, permite un amplio rango de tensiones
de salida controlables con la corriente de excitación y/o con la velocidad.
El generador shunt también tiene una característica de carga decreciente, pero
más acentuada que el anterior, e inestable cuando las corrientes de carga son demasiado
elevadas.
El generador auto excitado compound acumulativo puede producir una
característica de tensión de salida plana, o bien creciente con aumento de carga.
En esta experiencia se ensayará un generador de C.C. de excitación independiente.
En particular se verá el comportamiento del mismo en vacío (curva de magnetización) y
con carga.
MARCO TEORICO
Una máquina eléctrica es un dispositivo que puede convertir energía mecánica en
energía o energía eléctrica en energía mecánica. Cuando este dispositivo es utilizado para
convertir energía eléctrica en energía mecánica, se denomina motor, cuando es utilizado
para convertir energía mecánica en energía eléctrica, se denomina generador. Algunos de
los motores eléctricos son reversibles, es decir, pueden convertir energía mecánica en
energía eléctrica, funcionando como un generador.
Puesto que pueden convertir energía mecánica en eléctrica o viceversa, una
máquina eléctrica puede utilizarse como un motor o un generador. Casi todos los motores
o los generadores útiles convierten energía de una a otra forma a través de la acción de un
campo magnético.
Los campos magnéticos son el mecanismo fundamental para convertir
la energía de corriente continua en energía de corriente alterna, o viceversa, en motores y
generadores, para el primero, un conductor que porta corriente en presencia de un
campo magnético experimenta una fuerza inducida sobre él, para el segundo, un
conductor eléctrico que se mueva en presencia de un campo magnético tendrá un voltaje
inducido en él.
Una máquina eléctrica de corriente continua (motor o generador) consta de dos
partes: el estator o parte estacionaria de la máquina y el rotor o parte rotante de la
máquina. La parte estacionaria de la máquina consta de una estructura que proporciona el
soporte físico y las piezas polares, las cuales se proyectan hacia dentro y proveen el
camino para el flujo magnético en la máquina. Los extremos de las piezas polares
cercanos al rotor se extienden hacia afuera, sobre la superficie del rotor, para distribuir el
flujo uniformemente sobre la superficie del rotor. Estos extremos son llamados zapatos
polares. La superficie expuesta de una zapata polar se llama cara polar y la distancia entre
la cara polar y el rotor se llama entrehierro.
En una máquina de corriente continua hay dos devanados principales: los
devanados del inducido (armadura) y los devanados del campo. Los devanados del
inducido están definidos como aquellos en los cuales es inducido el voltaje, y los
devanados del campo están definidos como aquellos que producen el flujo magnética
principal en la máquina. En una máquina de corriente, los devanados del inducido están
localizados en el rotor y los devanados están localizados en el estator. Debido a que los
devanados del inducido están localizados en el rotor, el rotor de una máquina es llamado
a veces armadura.
En la siguiente figura se encuentra el circuito equivalente de un motor, el circuito
del inducido está representado por una fuente ideal de voltaje EA y una resistencia RA,
esta representación es el equivalente Thevenin de la estructura total del rotor, incluidos
las bobinas del rotor, los interpolos y los devanados de compensación, si los hay. La caída
de voltaje en la escobilla está representada por V esc opuesta a la dirección de corriente de
la máquina. Las bobinas de campo que producen el flujo magnético en el generador están
representadas por la inductancia LF, y la resistencia RF. La resistencia separada Radj
representa una resistencia exterior variable utilizada para controlar la cantidad de
corriente en el circuito de campo.
a) Circuito equivalente de un motor. b) Circuito equivalente simplificado de un motor.
En la siguiente figura se encuentra el circuito equivalente de un generador, ambos
son similares a los circuitos equivalentes de un motor, excepto que la dirección del flujo
de corriente y las pérdidas en las escobillas se invierten.
a) Circuito equivalente de un generador. b) Circuito equivalente simplificado de un generador.
Existen cinco tipos principales de motores de corriente continua de uso general:
motor de excitación separada, motor con excitación en derivación, motor de imán
permanente, motor serie y motor compuesto.
Existen cinco tipos principales de generadores de corriente continua de uso
general, clasificados de acuerdo con la manera de producir su flujo de campo: generador
de excitación separada, generador con excitación en derivación, generador en serie,
generador compuesto acumulativo y generador compuesto diferencial.
PROCEDIMIENTO
Primera Parte
Se realiza el montaje del motor y generador como se ve en el circuito mostrado.
=Amperímetro.
=voltímetro.
Vf= voltaje del campo
Rf= resistencia del campo
Lf = inductancia del campo
Motor de inducción
Eg = Generador
Se variara la resistencia del campo para ver la tensión generada por la variación del
campo tomando 14 lecturas y generando la curva de magnetización.
A
V
Segunda Parte
Para la segunda parte se realiza el montaje adicional agregando una carga y un
amperímetro según el circuito mostrado.
Se varía la carga para ver como cae la tensión con respecto a la carga tomando 7 lecturas
del mismo y generando la curva de caída de tensión
RESULTADOS
Datos del primer montaje en donde aumentábamos la corriente de campo para observar
como variaba la tensión producida por el generador.
If V
0,00 11,00
0,06 28,00
0,12 63,00
0,20 100,00
0,28 139,00
0,32 170,00
0,42 196,00
0,48 214,00
0,54 228,00
0,60 239,00
0,68 250,00
0,74 258,00
0,80 264,00
0,90 270,00
Datos del segundo montaje en donde aumentábamos la carga al generador para observar
como se ve afectada la tensión producida por el mismo,
Il V
0,00 220
0,30 218
0,40 216
0,60 212
0,90 208
1,55 197
2,10 186
ANÁLISIS DE RESULTADOS
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.000.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
Curva de Magnetizacion
V
Corriente de Campo
Tens
ion
Prod
ucid
a
En el grafico se observa la curva de magnetización, que no es más que delinear la
corriente del campo y la tensión generada, analizando dicha grafica así como los datos nos
damos cuenta de que a pesar de tener una corriente de campo Igual a 0 hay una tensión
producida esto debido a las cargas remanentes, otro factor a tener en cuenta es que se
observan claramente las 3 zonas de la curva de magnetización que son la zona reversible
esto quiere decir que si retiramos el campo la densidad de flujo también desaparece, esta
zona esta delimitada hasta donde la corriente de campo tiene un valor de 0.12A, de este
valor a 0.7A tenemos la zona irreversible y de 0.7ª en adelante tenemos la zona de
saturación.
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50160
170
180
190
200
210
220
230
Caida de Tension Por Carga
V
Corriente de Linea
Tens
ion
Prod
ucid
a
En este grafico observamos como la tensión va disminuyendo a medida que aumenta la
corriente de línea esto es lógico ya que la potencia (P=V*I) generada es la misma, esto nos
da confirma que la corriente de línea es inversamente proporcional a la tensión producida
(I=P/V).
CONCLUCIONES
Al iniciar esta práctica encontramos que energizando el sistema, es decir dando las
condiciones iniciales de 0 A, el voltaje para ese momento es de 11 V en el inducido, esto
se debe al flujo remanente que se generó en los polos del generador esto ocurre por la
histéresis magnética del material de los polos del generador, este fenómeno permite al
material conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado,
esto importante al momento de diseñar motores, dado que con este remanente se puede
par mecánico.
En principio se determinó la relación de corriente y voltaje, al ir aumentado
progresivamente la corriente, el voltaje aumentaba casi linealmente en el primer
régimen, posteriormente al llegar al voltaje nominal, se comenzó a saturar el sistema, y
los cambios de voltaje a medida que se aumentaba la corriente, eran menores,
concluyendo que el sistema se encontraba ya en régimen de saturación, es importante
conocer el valor nominal que puede alcanzar , ya que permite establecer las mediadas
máximas a la cuales puede ser sometido el equipo sin que sufra daños permanentes. El
fenómeno anterior se debe a que dentro del nucleó de hierro, hay pequeñas regiones
llamadas dominós magnéticos, cuando aplicamos un campo magnético externo al hierro,
lo dominios orientados con el campo exterior crecen y al orientarse con el campo
magnético, se incrementa el flujo magnético en el hierro, cuando todo los dominios el
núcleo del hierro está saturado con el flujo, por lo que el campo magnético no crece.
Pudimos apreciar en el segunda parte que al energizar el sistema, el voltaje se
encuentra a un valor nominal o constante de 220 V con una corriente de 0 A, esto se debe
a que la corriente de excitación y el flujo son constantes el voltaje que se aprecia es el
voltaje inducido Eg, esto se debe a que no posee carga, y la caída de voltaje en la
resistencia en la armadura es cero, al conectar un carga la corriente resultante a través
de la resistencia(carga) ocasiona que la diferencia de voltaje entre lo terminales es menor
al inducido por Eg, al ir amentado la carga este voltaje ira disminuyendo gradualmente.
RECOMENDACIONES
Se debe realizar un proceso de chequeo y revisión del cableado utilizado en
laboratorio, ya que muchos de ellos no poseen los conectores utilizados. Establecer una
planificación de mantenimiento y revisión de los equipos utilizados, con la finalidad de
mantener el funcionamiento de los mismos.
Algunas recomendaciones que el alumno deberá tener en cuenta cuando proceda
al montaje del circuito en el laboratorio para comprobar físicamente su correcto
funcionamiento son las siguientes:
- Elegir para cada conexión el cable más adecuado: aquel que no sea mucho más largo de
lo que se necesita.
- Marcar las conexiones sobre el esquema como ya realizadas a medida que se vayan
realizando.
De este modo no se olvidará ninguna.