Practica 1. [PDF]

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas.

Práctica #1: Partes componentes y tipos de generadores de CD. Objetivo: El alumno conocerá el diseño y configuración del dínamo de corriente directa y además identificará los diferentes tipos de generadores de corriente directa, como el análisis de su principio de funcionamiento. Introducción Teórica: La construcción del generador de corriente directa, es idéntica a la del motor de corriente directa, ya que como se vio en la práctica anterior, el efecto motor se presenta al mismo tiempo que el efecto generador y viceversa, lo que da por resultado que un motor puede trabajar como generador y un generador puede trabajar como motor. La estructura física del dínamo de corriente directa consta de dos partes principales: el estator, carcasa o yugo que es la parte estacionaria y el rotor, armadura o inducido que es la parte giratoria. La figura siguiente muestra las partes principales de un generador de corriente directa por medio de un corte transversal de la misma.

El estator proporciona tanto el soporte físico al resto de las partes de la máquina, así como también sirve de camino de regreso al flujo, formando parte del circuito magnético. Unidas al estator, están las piezas polares que se proyectan hacia Ing. Javier Lara

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas. adentro de la máquina. Los extremos de las piezas polares que están cerca del rotor, llamadas zapatas polares, se extienden sobre la superficie del rotor para distribuir el flujo uniformemente. La superficie expuesta de una zapata polar se llama cara polar y la distancia entre la cara polar y el rotor se llama entrehierro. Las tapas, o campanas extremas, las cuales no se muestran en la figura, están conectadas mecánicamente con el estator y contienen tanto los cojinetes en los que se apoya el eje del rotor, así como las escobillas y los porta escobillas. El rotor está formado por: el eje de la armadura sobre el cual gira la máquina, el núcleo de la armadura que está fabricado con chapas laminadas de acero especial para dínamos y que proporciona un camino magnético de baja reluctancia entre los polos; el núcleo contiene ranuras axiales en su periferia para alojar el devanado de armadura, formado por bobinas cuyas terminales se conectan eléctricamente a los segmentos de cobre del conmutador. Existen dos devanados principales en la máquina de corriente directa: el devanado de armadura, también conocido como devanado de inducido, el cual se encuentra en las ranuras del rotor y se define como aquel en el que se induce el voltaje, y el devanado de campo que se coloca en el estator y que se define como aquel que produce el campo magnético principal. En cuanto a los tipos de generadores de corriente directa, existen tres tipos que se diferencian entre sí por la forma en que es alimentado su devanado de campo: el generador en derivación (shunt o paralelo), el generador en serie y el generador compuesto. Material y equipo necesario: Diferentes grupos motor-generador (Ubicados dentro del laboratorio de Eléctrica) 1. Multímetro

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas. 2. Cables de conexión Banana-Banana

Desarrollo: Primero, se comenzó el desarrollo de la práctica ingresando al laboratorio de eléctrica, debido a que el laboratorio cuenta con un gran numero de motores y generadores tanto de corriente directa como alterna. En el caso particular de la practica #1, solo son necesarios los generadores de corriente directa, los cuales se ubican por medio de una flecha tal como se muestra en la figura 1.1.

Motor

Conjunto Motor-Generador

Fuente: Mis Imágenes

Figura 1.1 Laboratorio de Eléctrica

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas. Para tomar los datos y partes del funcionamiento de un generador de corriente directa, se enfoco en el siguiente conjunto que se muestra en la figura 1.2 indicado por medio de una flecha y se muestra finalmente en la figura 1.3 con una mejor perspectiva.

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Figura 1.2 Conjuntos Motor-Generador dentro del laboratorio

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Figura 1.3 Conjunto Motor-Generador de Corriente Continua

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas. Todos los datos del motor y generador se muestran en las figuras 1.4 y 1.5, como se puede observar estos están grabados sobre una placa metálica, esto debido a que es mucho mas durable y las malas condiciones laborales.

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Figura 1.4 Placa del Motor

Dentro de los datos mas importantes a destacar se encuentran; el hecho de que el motor es 20 hp, 55.2 y 27.6 A, 230-460 volts a una frecuencia de 60hz en corriente alterna; Además de un generador de corriente continua tipo MCF 154 A, el cual produce 220 V a 50 A con un máximo de 3000 RMP a un sentido de rotación horario y potencia máxima de 11 KW.

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Figura 1.5 Placa del Generador

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas. Partes de un Generador Eléctrico Un motor eléctrico es un dispositivo que llega a transformar la energía eléctrica en mecánica. Se presenta como un tipo de máquina eléctrica que puede rotar gracias al rotor y al estator que le componen, estas partes pueden observase en la figura 1.6, donde se apúntalas por medio de flechas las partes de un generador de corriente directa, donde seguido se definirán algunos de sus conceptos.

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Figura 1.6 Partes del generador de Corriente Continua

Armadura: Situado en el interior del anillo, el cual puede girar de forma libre cuando posee un entrehierro constante. Este se muestra adosado al eje del motor, y sobre su superficie tiene diversas ranuras por donde se sitúa el bobinado inducido. Eje Es el vástago de metal por el cual se conecta con el motor por medio de una unión. Rotor: También llamado inductor. Se refiere a la parte donde las espiras, que son las piezas que hacen girar el eje del generador, se combinan con el eje. Dichas espiras se le conocen como bobinado del generador. Se trata del elemento de transferencia mecánica del motor eléctrico. De este es que depende el cambio que hará la energía eléctrica en energía mecánica. Estos se muestran como una serie de láminas de acero que crean un paquete, los cuales son al silicio. Tipos de rotor: • Rotor jaula de ardilla • Rotor ranurado Ing. Javier Lara

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Bobinado del motor: Se trata de un cable que se muestra enrollado en diversas espiras. Por el inicio de este es por donde entra la corriente eléctrica, la cual sale por el final. Tapas: Se trata de aquellos elementos que sostienen los cascos de rodamientos y de cojinetes, lo cual llega a soportar la acción del motor eléctrico. Estator: También llamado inductor. Es la parte fija del rotor que le cubre usando diversos imanes. Este funciona como base, ya que llega a ser el punto donde se genera la rotación del generador. Este movimiento se realiza en forma magnética. Está conformado por una serie de láminas de acero al silicio, que deja pasar el flujo magnético con una gran facilidad a través de ellas. Tipos de estatores: • Estator ranurado • Estator de polos salientes Carcasa: Es la base donde está colocado el estator, el rotor y el bloque, los cuales pueden girar perfectamente. Este logra cubrir todo el bloque evitando que se vea. Cojinetes: Se trata de los rodamientos que ayudan a la óptima operación de cada elemento giratorio del motor. Estos son los que logran fijar y sostener los ejes mecánicos, y los que se encargan de disminuir la fricción, reduciendo así el consumo de la potencia. Colectores: Es por esta parte por donde la corriente sale y entra al bobinado. Base: Esta parte del generador eléctrico que llega a soportar toda la fuerza mecánica cuando el generador está en funcionamiento.

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas. Resultado Experimentales: Para realizar un análisis de la diferencia o relación entre las resistencias de los devanados se realizo una lectura en un panel de practica con el nombre de Direct Current Machine, tal como se muestra en la figura 1.7.

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Figura 1.7 Maquina de Corriente Directa

Primero se realizó la medición en el devanado de la armadura con ayuda de un multímetro, tal como se muestra en la figura 1.8.

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Figura 1.8 Medición de la resistencia en el devanado de Armadura

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas. Seguido se realizó la medición en el devanado de Campo Serie, tal como se muestra en la figura 1.9.

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Figura 1.9 Medición de la resistencia en el devanado de Series

Finalmente se realizó la medición en el devanado de Campo Shunt, tal como se muestra en la figura 1.10.

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Figura 1.10 Medición de la resistencia en el devanado de Campo de Shunt

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas. Para tener un mejor contraste entre los datos recolectados, se dispone de la tabla 1.1 la cual muestra que hay una gran diferencia entre los devanados, especialmente entre el devanado de campo serie y el devanado de campo shunt, siendo este ultimo mucho mas resistivo, por otro lado la diferencia en re el devanado de armadura y de campo serie suele ser muy parecido con solo 6.1 Ω de diferencia entre ellos. Tabla 1.1 Lecturas tomadas de los devanados

Devanados

Valor de su Resistencia

De Armadura

7.6 Ω

De campo Serie

1.7 Ω

De campo Shunt

262.8 Ω

Nota: No se incluirán cálculos teóricos, devino a su ausencia dentro de la unidad, por lo tanto, también se omitirán los resultados del simulador. Conclusiones Experimentales: En conclusión, fue una muy buena practica la cual nos sirvió a todos los estudiantes dentro de la signatura de Maquinas Eléctricas, para poder identificar las principales diferencias entre los motores y generadores, además de que se tuvo contacto con un poco de instrumentación para realizar las medidas de algunas resistencias en los devanados. Finalmente, los datos que arrogo nuestro resultado fueron acertados con la teoría vista durante la clase. . Fuentes Consultadas: Máquinas Eléctricas y Transformadores. Irving L. Kosow. Ed. Prentice Hall, 1993. Máquinas Eléctricas Rotativas y Transformadores. Richardson y Caisse. Editorial Prentice Hall, 1997.

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Resultados experimentales Cálculos teóricos Resultados del simulador Conclusiones experimentales Fuentes consultadas

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