3er y Ult Inf de Makinas

8/3/2019 3er y Ult Inf de Makinas

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INFORME FINAL: LAB 3 (GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA)

NOMBRES: Novoa Oliveros, Erland Fernando. Villegas Tamara. Fredy Nelson.

FACULTAD:Facultad de Ingeniera Mecnica (FIM)

CICLO:Quinto Ciclo (2009 I)

CURSO:Mquinas Elctricas (ML202)

PROFESOR:Ing. Murillo Manrique, Jess Hber.

UNIVERSIDAD:Universidad Nacional de Ingeniera (UNI)


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1. INTRODUCCINEn este tercer laboratorio se experiment el funcionamiento de un

generador de corriente continua (con excitacin independiente), utilizando como

motor primo un motor de induccin (motor AC asncrono trifsico). Para esto se

procedi a medir la potencia del motor de induccin (para saber cul es la

potencia con la cual es alimentada el generador), as como tambin los voltajes y

corrientes en el generador DC tanto en vaci como para distintas cargas.

Lamentablemente no se pudo analizar la funcin de esta mquina DC al

ser utilizada como motor, ya que no se contaba con un freno que proporcione

una carga en el eje; sin embargo, en laboratorio se observ su funcionamiento

como motor operando en vaco.


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2. OBJETIVOS Interpretar paso a paso cada prueba realizada en laboratorio, haciendo ver cules

fueron las limitaciones que se tuvo en cada ensayo.

Detallar como se hizo las conexiones para hacer funcionar el motor de induccincomo motor primo del generador DC (de excitacin independiente).

Mediante los ensayos realizados obtener grficas importantes como son, la curvade magnetizacin o curva de caractersticas internas (Eg vs If) y la curva de

caractersticas externas (VL vs IL), entre otras grficas ms.

Encontrar relaciones (mediante grficas) de la potencia de entrada y la corrienteque pasa por la armadura (que es la misma corriente que pasa por la carga).

Finalmente encontrar la regulacin de tensin de la mquina DC para saber sirealmente es correcto su uso como generador DC.


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3. EQUIPOS Y MQUINAS ELCTRICAS UTILIZADAS El siguiente instrumento digital es capaz de medir voltajes y corriente (en AC y

DC), tambin mide la potencia activa, potencia reactiva y potencia aparente con

su respectivo factor de potencia.

Mquina rotativa DC (utilizada como generador DC)

Mquina rotativa AC asncrona (utilizado como motor primo)


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Megohmetro (para medir el aislamiento)


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4. REALIZACIN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIOPRUEBA DE RESISTENCIA

Se procedi a medir las resistencias en los terminales de los devanados

del motor de induccin, para ello se hizo uso de un ohmmetro; sin embargo

sabemos que para mayor precisin se debi usar un voltmetro y un ampermetro

para luego aplicar ley de ohm y encontrar el valor de la resistencia.

Para el motor de induccin:

Para el generador DC:

Al igual que para el motor de induccin para el generador de DC tambin

se le hizo su prueba de resistencia usando simplemente el ohmmetro.

Con esto hemos medido la resistencia en devanado inductor y lasresistencias de los devanados de compensacin.


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A pesar de lo anterior aun tendramos problemas ya que el motor de induccin

no trabaja con corriente continua sino con corriente alterna, por eso la resistencia

al trabajar con corriente alterna va ha ser mayor que la resistencia en DC, debido

a que el rea transversal del cable por donde pasa la corriente AC es menor que

el rea transversal por donde pasa la corriente con DC. A este fenmeno se le

conoce como EFECTO SKIN.

Como se dijo anteriormente a menor rea transversal, mayor es la

resistencia, por eso estas consideraciones deben ser tomadas cuando se desee

mayor precisin en los clculos.

En nuestro caso obviamos estas consideraciones, y nos limitamos a medirutilizando simplemente el ohmmetro, con corriente DC.

PRUEBA DE AISLAMIENTO

Para esta prueba se hizo uso de un Megohmetro, el cual es capaz de

medir resistencias elevadas, para saber que tan bueno es el aislamiento que

existe entre dos conductores.

Procedimos a medir la resistencia entre cada terminal de los devanados

de la mquina AC y la masa de la misma, notando que al hacer esto el

Megohmetro no era capaz de medir esta resistencia, la razn es porque el motor

con el que trabajamos era nuevo y se encontraba en ptimas condiciones, y

debido a que el Megohmetro es capaz de medir resistencias de hasta 2000M,

entonces era obvio que el aislamiento entre las lneas de los devanados del motor

y la masa del motor superaban estos 2000M.


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La figura anterior muestra como se midi el aislamiento entre un

devanado y masa, lo mismo se hizo con los dems devanados obtenindose el

mismo resultado.

Es importante saber que un motor presenta tres estados operativos debido

al grado de aislamiento entre sus devanados con su propia masa; a continuacin

se muestra ello en la siguiente tabla.

Estado del motor AC

R>50M Buen estado

R


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Motor de induccin:

Se aliment cada uno de los tres terminales (conexin en Y) del motorcon una tensin alterna de 220v, y se le hizo trabajar en vaco (sin un torque

opositor en su eje), obteniendo los siguientes datos.

V (V) Io (A) Pot (W) Cos

371,5 0,46 52,22 0,31

Hallando el voltaje de remanencia (Er):

Para encontrar el voltaje de remanencia, se conectan los ejes del motor de

induccin con el del generador, y no se alimenta de voltaje a los terminales del

devanado inductor (devanado del estator) y tampoco se coloca carga a los

terminales del generador.


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Con esto hemos encontrado el voltaje de remanencia:

Er = 4.444v

Datos para la curva de magnetizacin (Eg vs If):

Para este caso si alimentaremos con corriente el devanado inductor, a

esta corriente la nombramos como If y la iremos variando poco a poco; como en

los terminales del generador no hay carga, este voltaje de vaco ser igual al

voltaje generado (Eg) por el campo inductor.

Al hacer esta prueba obtuvimos los siguientes datos., adems agregamos

el Eg cuando If=0, es decir agregamos el Voltaje de remanencia.

If (A) Eg (V)

0,01 101,4

0,02 121,8

0,03 132,5

0,04 153

0,05 161,3

0,06 174,3

0,07 179,3

0,08 187,2

0,09 190,8

PRUEBA CON CARGA

Para esta prueba se hace funcionar el generador con carga entre sus

terminales, y lo que se mide es la corriente que pasa por esta carga y el voltaje

entre esos terminales, con esto obtendremos la curva (VL vs IL), de dondetambin podremos hallar la regulacin de voltaje del generador. Tener en cuenta


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que tanto la velocidad angular en el eje y la corriente en el devanado de campo

se mantiene constante.

De esta prueba obtuvimos los siguientes resultados:

Motor induccin (motor primo) Generador DC de excitacin

independiente

V (V) I (A) Pot (W) Cos VL (V) IL (A) Pot L (W)

372,7 0,43 119,23 0,743 178,3 0,21 37,68

373 0,45 135,76 0,801 173,5 0,37 64,86

373,1 0,47 149,62 0,858 168,4 0,5 85,07

372,6 0,52 180,03 0,923 157 0,8 126,13

372,1 0,56 194,07 0,939 150,4 0,96 143,9

370,8 0,61 216,03 0,966 139,9 1,19 170


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5. CUESTIONARIO

i. Enumere y defina las caractersticas de funcionamiento nominales delGCC. Tome los datos de placa del generador de C.C. utilizados en sus

ensayos.

FREDY

ii. De los ensayos de vaco graficar Eg vs If.Para este ensayo, se tom los siguientes datos:

De donde obtenemos la siguiente grfica, la cual es llamada curva

de magnetizacin o curva de caracterstica interna de la mquina DC:


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iii. Del ensayo con carga graficar las siguientes curvas.Va vs Ia, Pot vs Wm, EF vs Wm, EF vs Pot, Pot vs Ia, Ia vs Ra*Ia

Para este ensayo se cumple que los terminales de la armadura

coinciden con los terminales de la carga, por lo tanto, el voltaje en la

armadura es igual al voltaje en la carga y la corriente en la armadura es elmismo que la corriente en la carga (por ser generador DC de excitacin

independiente). Estas consideraciones la tendremos en el desarrollo de

este informe.

Va = VL

Ia = IL

Por lo tanto la grfica Va vs Ia es:


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Las grficas Pot vs Wm y EF vs Wm, no son posibles realizarlas

debido a que no se puedo medir las RPM del eje debido a la ausencia de

un freno.

Grfica EF vs Pot:

De los siguientes datos tomados para el motor de induccin y para

el generador DC.

Motor induccin (motor primo) Generador DC de excitacin

independiente

V (V) I (A) Pot in(W) Cos VL (V) IL (A) Pot L (W)

372,7 0,43 119,23 0,743 178,3 0,21 37,68

373 0,45 135,76 0,801 173,5 0,37 64,86373,1 0,47 149,62 0,858 168,4 0,5 85,07

372,6 0,52 180,03 0,923 157 0,8 126,13

372,1 0,56 194,07 0,939 150,4 0,96 143,9

370,8 0,61 216,03 0,966 139,9 1,19 170

Obtendremos la eficiencia, mediante la siguiente frmula:

Con lo cual podemos hallar la eficiencia en cada punto y

compararla con la potencia de salida (Pot L).

Con estos datos podemos graficar la eficiencia vs la potencia, y

podemos notar como vara la eficiencia con la potencia, tal como muestra

la siguiente grfica:

Pot in(W) Pot L (W) EF

119,23 37,68 31,60

135,76 64,86 47,78

149,62 85,07 56,86

180,03 126,13 70,06

194,07 143,90 74,15

216,03 170,00 78,69


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Vemos que la grfica es creciente, sin embargo esto indica que la

cantidad de datos tomados no fue suficiente, ya que no es visible donde

es el punto ptimo para la mxima eficiencia.

Grfica Pot vs Ia

Para encontrar la forma de esta grfica, utilizaremos los siguientes

datos:

Pot in(W) IL (A)

119,23 0,21

135,76 0,37

149,62 0,5

180,03 0,8

194,07 0,96

216,03 1,19

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00

Eficiencia

Potencia entrada (Pot in)

EF


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Notamos que a mayor potencia de entrada (potencia entregada por

el motor primo) mayor es la corriente en la armadura del generador DC.

Grfica Ia vs Ia*Ra

En la prueba de resistencia, hallamos que Ra=17.4, sin embargo

sabemos que para mayor precisin deberamos considerar que la

resistencia varia al trabajar con corriente alterna, por el objetivo de dicha

grfica era notar la variacin de la resistencia al trabajar con corriente

alterna. Pero debido a que hacen falta algunos datos adicionales, no

podemos hacer dicha grfica tal como debera ser. Por eso a continuacin

presentaremos la grfica tomando que Ra es constante e igual a 17.4.

Ia Ia*Ra

0,21 3,65

0,37 6,44

0,50 8,70

0,80 13,920,96 16,70

1,19 20,71

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 50 100 150 200 250

Corrienteenlaarmadura(IL=Ia)

Potencia de entrada (Pot in)

IL (A)


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iv. De las pruebas con carga determine el rango de regulacin de velocidad(zona de trabajo estable) del GCC.

Esta grfica no es posible debido a que no se pudo medir las RPM

en el eje del generador DC. Pero lo que podemos encontrar es la

regulacin de tensin del motor, a partir de la grfica hallada

anteriormente y que pondremos nuevamente a continuacin.

Como en el dato de placa menciona que la corriente nominal es

1A, entonces podremos hallar la regulacin de tensin, mediante la

siguiente frmula:

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0.00 0.50 1.00 1.50

Caidadetensinene

ldevanadode

armadura

(V)

Corriente en la armadura

Ia*Ra


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Reemplazando con los datos observados en el grfico, obtenemos:

34.3%

Con esto vemos que el generador no tiene buena regulacin (ya

que no es menor del 5%), por lo tanto no es correcto su funcionamiento

como generador.

v. Qu sucede en el GCC cuando se invierte el sentido de giro de su motorprimo? Demuestre analticamente los cambios encontrados.

FREDY

vi. Cmo verificara si el sistema de escobillas est calibradocorrectamente haga un esquema. En caso de no estar bien calibrado, este

efecto, como afectara en el trabajo normal del GCC? Explique

detalladamente sus respuestas.

FREDY


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6. CONCLUSIONES

Se pudo ver que hubo varias limitaciones en la realizacin de cada ensayo, comoson: la ausencia de un freno para medir las RPM y la potencia en el eje, la

medicin de las resistencias con ohmmetro DC obviando el efecto SKIN, la

falta de datos tomados para hallar el punto donde la eficiencia es mxima al

variar la potencia de entrada.

Se observo mediante grficos y dibujos como se hizo las conexiones para hacerfuncionar el sistema de: Motor de induccin como motor primo del generador

DC.

Se obtuvo dos grficos importantes, el primero fue la curva de magnetizacinobtenido mediante el ensayo de vaco y el segundo fue la curva de caractersticas

externas obtenida mediante el ensayo con carga.

Mediante la grfica de potencia de entrada vs corriente en la carga, se comprobque a mayor potencia de entrada mayor es la corriente en la carga.

El ltimo clculo que se hizo demostr que la regulacin del generador DCsuperaba el 5% (%r=34.3%), por lo tanto su uso como generador no es correcto

debido a su alta regulacin.

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