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MAQUINAS ELECTRICAS ROTANTES DL 10280 Volúmen 2

Laboratorio Openlab

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CONTENIDO GENERAL DL 10280 PRIMER VOLUMEN: MOTORS ELECTRICOS 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES 1.1 Máquinas de corriente alterna 1.2 Máquinas de corriente directa 2. IDEAS BÁSICAS 2.1 Circuito magnético 2.2 Ley de inducción 2.3 Conmutación 2.4 Campo magnético rotatorio Experimentos N°1 ÷ N°7 3. MOTORES DE INDUCCION 3.1 Arranque del motor de inducción 3.2 Control de la velocidad del motor trifásico 3.3 Sentido de rotación 3.4 Funcionamiento del motor de inducción 3.5 Dispositivos de inducción 3.6 Inducción de motor síncrono Experimentos N°8 ÷ N°21 4. MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA 4.1 Fuerza contra electromotriz 4.2 Sistemas de excitación 4.3 Funcionamientos del motor de corriente directa 4.4 Sentido de rotación 4.5 Motor con excitación separada 4.6 Motor con excitación en parallelo 4.7 Motor con excitación en serie 4.8 Motor con excitación compuesta Experimentos N°22 ÷ N°26 5. MOTORES CONMUTADORES PARA CORRIENTE ALTERNA 5.1 Motor serie monofásico 5.2 Motor de repulsion 5.3 Funcionamiento del conmutador de los motores Experimentos N°27 ÷ N°28

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SEGUNDO VOLUMEN: GENERADORES ELÉCTRICOS Y APENDICES 6. MÁQUINAS

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6.1 Alternador trifásico

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6.2 Variación de voltaje

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2

6.3 Funcionamiento del alternador

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4

6.4 Sentido de rotación

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5

6.5 Conexión en paralelo del alternador con la alimentación 6.5.1 Respuesta de la coneccion en paralelo del altrnador

Pág. Pág.

5 6

6.6 Motor síncrono 6.6.1 Operación con diferentes excitaciones

Pág. Pág.

8 9

Experimentos

N°29: Resistencia de enrollamiento N°29.1: Resistencia de armadura N°29.2: Resistencia de campo

Pág. 11 Pág. 12 Pág. 15

Experimentos

N°30: Prueba sin carga

Pág. 17

Experimentos

N°31: Características de corto circuito

Pág. 23

Experimentos

N°32: Prueba de corto circuito

Pág. 27

Experimentos

N°33: Metodo De Behn-Eschenberg’s

Pág. 31

Experimentos

N°34: Prueba de carga

Pág. 35

Experimentos

N°35: Eficiencia convencional

Pág. 39

Experimentos

N°36: Conexión en parallelo del alternador con la linea

Pág. 43

Experimentos

N°37: Alternador y motor sincrono

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7. GENERADOR DE CORRIENTE DIRECTA

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7.1 Sistemas de excitacion

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7.2 Rapresentacion del dinamo

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7.3 Sentido de rotacion

Pág. 55

7.4 Excitación separada del dinamo

Pág. 55

7.5 Excitación shunt del dinamo

Pág. 57

7.6 Excitación serie del dinamo

Pág. 58

7.7 Excitación compuesta del dinamo

Pág. 60

Experimentos

N°38: Resistencia del bobinado N°38.1: Bobinado de la armadura N°38.2: Interpolación de bobinados y serie N°38.3: Induccion del bobinado

Pág. Pág. Pág. Pág.

63 64 66 68

Experimentos

N°39: Prueba del motor sin carga (Swinburne)

Pág. 71

Experimentos

N°40: F.E.M. sin carga

Pág. 75

Experimentos

N°41: Característica de excitación

Pág. 81

Experimentos

N°42: Dinamo con excitación separada

Pág. 85

Experimentos

N°43: Dinamo con excitación en paralelo

Pág. 91

Experimentos

N°44: Dinamo con excitación en serie

Pág. 97

Experimentos

N°45: Dinamo con excitación compuesta

Pág. 103

APENDICES A1. Lista de componentes A2. Punta magnética A3. Ejecución de pruebas A4. Medición de la potenzia macánica A5. Tolerancias A6. Cambio del rotor

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DL 10280 Bibliographic references A.BANDINI BUTI/M.BERTOLINI: Misure elettriche A.BANDINI BUTI/M.BERTOLINI/V.RE: Macchine elettriche A.BARBAGELATA/P.DE POL: Macchine ed apparecchi elettrici S.BOCCHI: Costruzioni elettromeccaniche e disegno E.BUSSONI/S.FORNARI: Disegno di avvolgimenti e di costruzioni elettromeccaniche S.J.CHAPMAN: Macchine elettriche A.W.HIRST: Applied electricity W.MÜLLER/E.HÖRNEMANN/H.HÜBSCHER/D.JAGLA/J.LARISCH/V.PAULY: Elektrotechnic Fachstufe Energietechnik Fachrechnen L.OLIVIERI/E.RAVELLI: Macchine elettriche L.OLIVIERI/E.RAVELLI: Misure elettriche G.PAGLIARI: Le prove delle macchine elettriche M.PEZZI: Elettrotecnica generale G.RAGO: Costruzioni elettromeccaniche F.TIBERIO: Prove sulle macchine elettriche Standard CEI 2-3 (IEC 34-1) Standard CEI 2-6 (IEC 34-2)

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6. MAQUINAS SINCRONAS Las máquinas síncronas son máquinas eléctricas rotantes, cuando el paso de rotación n (min –1) está definida como una constante en función del número de polos y de la frecuencia (Hz), de acuerdo a la siguiente relación. f n  60 p Donde p el número de polos pares de excitación del circuito. Las máquinas síncronas son máquinas reversibles y estas pueden ser usadas como generadores síncronos o alternadores, (transformar la energía mecánica de un motor a energía eléctrica). Las máquinas síncronas están compuestas con circuitos inductores ( generalmente puestos en el motor ) que emplean corrientes direccionales, produciendo un campo magnético constante y un circuito inductivo o armadura ( generalmente puesto en el estator ) cuando el fenómeno de inducción electromagnética ocurre. En el caso del alternador, la armadura puede ser conectada a la carga (interconexión del alternador) o de la alimentación principal (operación en paralelo con frecuencia y voltaje constante del sistema). Para que la energía eléctrica no logre operar la máquina síncrona como motor, debe conectarse adecuadamente a la fuente principal de alimentación de energía. 6.1 ALTERNADOR TRIFÁSICO Cuando el flujo magnético  producido por la fuente en las poleas del rotor cuando es puesto en rotación, el valor efectivo o fuerza electromotriz f. e. m. Generada en el estator en circuito abierto por el relativo movimiento es descrito por la siguiente relación (ver la sección 2.2.1 cuando la máquina emplea un polo externo y se varían los polos en el estator: Eo = k f  Cuando k es una constante dependiendo del tipo de construcción del alternador. El voltaje derivado sin carga Eo depende de la excitación de corrientes y del paso de rotación: Pero cuando se trabaja con la frecuencia puede ser estabilizado el paso o velocidad cuando se es constante. Si ahora las terminales del estator son conectadas a una carga externa, en la corriente de armadura se producen considerables efectos magnéticos. Esto es debido a fallas de fabricación, también se observan caídas de voltaje en la armadura (ver sección 2.3.1) cuando estos efectos dependen de la carga y el factor de potencia. (a) Carga resistiva, cos = 1 El campo magnético en la armadura produce una distorsión en el flujo útil, pero sin reducir el valor integral. (b) Carga capacitiva, cos = 0 El campo magnético de la armadura produce una acción magnética que puede producir un flujo fuerte. (c) Carga inductiva, cos = 0 El campo magnético de la armadura produce un efecto de desmagnetización que reduce el flujo útil. ver d20130530

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DL 10280 6.2 VARIACION DEL VOLTAJE Normalmente los voltajes en las terminales del alternador pueden tener un remanente constante debido a la variación de las cargas y estos pueden ser obtenidos revisando la variación del voltaje Eo cuando el valor puede ser susceptible a variar por la fuente de excitación, corriente Ie en la máquina. Entre los numerosos métodos indirectos, mas o menos aproximados, usados para determinar como reacciona la armadura modificando los voltajes en las terminales pueden ser considerados para simplificar el método Behn-Eschenberg’s o método de impedancia síncronas, son usados en algunos casos para conocer las cualidades de orden de los valores involucrados. Considerando el circuito equivalente de un alternador de una fase de acuerdo al método de BehnEschenberg’s se muestra en la figura.

Donde Eo, es la fuerza electromotriz generada sin carga, Rs es una resistencia omica de la armadura cuando Xd es la reactancia síncrona, una gran cualidad que propone la reactancia de la senoide se considera como el efecto de reacción de armadura. La impedancia síncrona es calculada con la siguiente relación:

Zd 

E oN  X 2d  R 2s I ko

Donde EoN es el valor de voltaje obtenido sin carga cuando la excitación de corriente Ieo y Iko es el parámetro de corriente en corto circuito correspondiente a la excitación de corriente Ieo. Desde la resistencia ohmica Rs es normalmente insignificante con respecto a la reactancia Xd, de simplificación siguiente resulta: Zd = Xd. Esto es por lo tanto posible cuando se usa el siguiente circuito equivalente simplificado de un alternador de una fase con una carta resistiva R y por lo tanto cos = 1, cuando es supuestamente conectada.

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Cuando el alternador entrega una corriente I es posible determinar el valor de la f.e.m., Eo del diagrama vectorial, donde el generador tiene un voltaje generado Es en la carga. El resultado numérico es:

E o  E s2  ( X d  I) 2 On the contrary if now the load is characterized by a generical inductive, or capacitive, power factor the relative vectorial diagrams are shown in the following figure.

Los resultados numéricos: a) cos ind E o  ( E s  cos ) 2  ( E s  sen   X d  I) 2 b) cos cap E o  ( E s  cos ) 2  ( E s  sen   X d  I) 2 Después de haber calculado el valor de la f.e.m, Eo correspondiente a la carga particular considerada, determinaremos el correspondiente valor de la corriente de excitación Ie sobre la característica de magnetización. La regulación característica Ie = f(I) con una constante cos por lo tanto ahora la excitación de la corriente puede ser variada manteniendo constante el voltaje en las terminales. La regulación característica puede ser por lo tanto un valor normal para cos, con valores de cos = 1 y cos = 0.8 inductivo, los cuales son determinados: el cos = 0.8 capacitivo es un valor interesante que decrece por la magnetización de los efectos de los campos producidos.

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DL 10280 6.3 REPRESENTACION DEL ALTERNADOR

La representación del alternador está subrayado por las características de magnetización (la relación entre del voltaje entre las terminales de una armadura de circuito abierto y la corriente de excitación del paso de rotación), por la característica de permanente corto circuito (relación entre corriente en la armadura en corto circuito y la excitación de corriente en el paso de rotación o valores tan pequeños menores que 0.2 en el rango medido) y por las características de regulación (relación entre corrientes de excitación y corriente en la carga con un voltaje constante en las terminales). Finalmente la eficiencia del alternador está definida por una relación entre la potencia eléctrica P y la potencia mecánica Pin correspondiente a la absorbida en los ejes, puede ser determinada por un método directo por la evaluación de la potencia Pd equivalente a la perdida total, de lo que resulta la siguiente relación 

P P  Pin P  Pd

La perdida total Pd puede ser considerada como la suma de las siguientes perdidas: (1) Perdidas en la excitación PE = RE Ie² (2) Perdidas eléctricas en el rozamiento Para cualquier rozamiento de cierta polaridad existe una pérdida de voltaje que se supone igual Ub = 1V (rozamiento de grafito o carbón) Ub = 0.3 V (rozamiento metal-carbón) De estas perdidas eléctricas por rozamiento resulta Pb = 2 Ie (rozamiento de grafito o carbón) Pb = 0.6 Ie (rozamiento metal-carbón) (3) Perdida constante Po (mecánica y calentamiento) Estas perdidas pueden ser determinadas por medio de pruebas sin cargas (4) RI² Perdidas en el embrollamiento de armadura (5) Perdidas adicionales Pad. Estas pérdidas pueden ser deducidas mediante pruebas de corto circuito Nota A menos que exista una prescripción contraria, todas las perdidas por efecto Joule pueden ser referidas a una temperatura de 75 grados centígrados, usando la siguiente fórmula:

R 75  R ta

309.5 234.5 + ta

Cuando ta es la medición de la temperatura de ta resistencias Rta. En particular, si ta es = a 20 grados centígrados nosotros tenemos R75 = 1.22 Rta

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DL 10280 6.4 SENTIDO DE ROTACION

El sentido de rotación del alternador es impuesto por el arranque del motor. El tiempo del sentido de rotación ( o arranque correcto ) corresponde a la rotación de la máquina en el sentido horario o de reloj, cuando observen que la máquina se encuentra en oposición con el conmutador. 6.5 CONECCION EN PARALELO CON LA ALIMENTACIÓN PRINCIPAL

Un alternador puede ser conectado en paralelo con la fuente principal cuando las siguientes condiciones son satisfechas al mismo tiempo: (1) Que el paso de rotación que genera la f.e.m., la frecuencia generada por el alternador sea igual al de la fuente principal. La frecuencia de la alimentación principal es constante y normalmente tiene los valores de 50 ó 60 hertz, la frecuencia del alternador puede ser variada modificando la velocidad del motor. La frecuencia del alternador puede ser medida con un frecuencimetro o medidor de velocidad empleando la relación n=a 60 f/p (2) El voltaje en las terminales del alternador debe ser igual al de la alimentación principal. El voltaje del alternador puede ser medido por un volmetro y puede ser ajustado variando la corriente de excitación IE hasta que sea del mismo valor que la fuente principal, que se supone constante (3) Sincronizar las fases con la alimentación principal La suceción de fases puede ser cambiada invirtiendo 2 fases, el sincronismo puede ser medido fácilmente empleando un sistema de lámparas, esto se muestra en la siguiente figura:

Las tres lámparas se colocan en los vértices de un triángulo equilátero (en particular) y cada fase es conectada en el cruce o esquina de las terminales para tener cada cruce conectado a una terminal de un interruptor paralelo. Los vectores OA, OB y OC (particularmente b) representan los voltajes de la alimentación principal cuando OA', OB' y OC representan los voltajes del alternador: El voltaje en la lámpara 1 es BB', cuando CA' y AC' son los voltajes de las lámparas 2 y 3. Si la frecuencia es diferente del alternador, los 2 vectores terminan en diferentes pasos y si el alternador es mas rápido el vector A'B'C' giran en sentido contrario del reloj con respecto a ABC cuando el paso corresponde a las diferencias en frecuencias.En un instante la lámpara 1 tiende a 0 cuando AC’ tiende al máximo valor y CA’ de la lámpara 2 está pasando por el máximo valor: la lámpara tiene su máxima intensidad luminosa en la frecuencia 2/3/1 ó 1/2/3. ver d20130530

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Por otro lado si el alternador es lento, la rotación del vector, A'B'C' gira en sentido horario y las lámparas tienen su máxima intensidad luminosa en la frecuencia 2/1/3 ó 1/3/2. E l momento exacto cuando es posible conmutar el interruptor para la conexión en paralelo, es cuando dos de los vectores se encuentran en fase. Cuando la lámpara 1 está apagado y la lámpara 2 y 3 están iluminadas. Nota Cuando el orden de la sucesión critica de las fases de la alimentación principal no correspondan con las del alternador, las 3 lámparas estarán encendiendo y apagando en forma rítmica dependiendo de la variación de frecuencia: en este caso, antes de conectar en paralelo, es necesario hacer el intercambio entre 2 cables de la alimentación principal o alternador.

Al final desconecte el alternador de la alimentación principal y observe las siguientes características: (a) Reducción de la potencia del motor, con la potencia derivada del alternador resulta nulo (nulo o mínimo indicado en el amperímetro) (b) Abra el interruptor de paralelo (c) Detenga el motor (d) Desenergice el alternador 6.5.1 Respuesta de la coneccion en paralelo del alternador

Antes de conectar el alternador con la alimentación principal, que se supone puede ser de potencia infinita, la generación de f.e.m., E es igual y opuesta al lenguaje principal B, y el alternador está fuera y no recibe energía: el alternador opera sin carga pero es necesario en cualquier caso una carga o torque que compense la resistencia pasiva. Si ahora el alternador es excitado se incrementa la generación de f.e.m. E (E V) y por lo tanto la f.e.m., ER resultante es puesta en fase con E, que hace que una corriente Io = E/Zd fluya, prácticamente y defasamiento de 90 grados con respecto a E, esto debe prevalecer para una rectancia síncrona Xd en la resistencia del estator.

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El alternador genera solamente potencia reactiva E Io que es derivada principalmente de la alimentación principal (VIo) y particularmente absorbida por el circuito de armadura (ER Io) En una vía similar si la excitación decrece en tal vía se tiene como resultado E < V, tenemos una corriente en 0 pero un atraso de 90 grados con respecto a E, y el alternador absorbe solo la potencia reactiva. El alternador puede hacer que tome la carga solo por incrementos en el torque solo si el grupo motor alternador tiende a acelerarse. Cuando la f.e.m., E avanza por el ángulo  con respecto al voltaje principal V, la fase resultante de la f.e.m., ER produce una corriente I. La ecuación vectorial para los resultados del generador son: E = V + ER y el componente activo de la corriente derivada está en fase con el voltaje E

En estas condiciones el alternador genera potencia activa positiva, directa hacia la línea. Pg = E I cos y entrega esta potencia hacia la alimentación principal. P = E I cos = V I cos Usando la ya empleada hipótesis Zd = Xd tenemos también que  =  = ½  por lo tanto la potencia generada es igual que la que entrega Obteniendo el resultado:

Pg = P = V I cos ½ I

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ER 2 V  sen ½ Xd Xd 7

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Finalmente obtenemos: P

V2 sen  Xd

Por lo tanto la potencia entregada es proporcional a sen, cuando  es el ángulo de la carga. Cuando el ángulo  se incrementa la potencia generada se incrementa, esto es posible hasta el límite del valor  90 porque si este valor sobrepasa la potencia generada se decrementa y el alternador se vuelve inestable y hay pérdidas de velocidad. Resumiendo cuando es conectado en paralelo un generador con la alimentación principal de potencia infinita: (a) La frecuencia y voltaje del generador son controlados por la fuente principal: (b) La potencia activa del generador depende únicamente del torque; (c) La potencia reactiva del generador depende de la corriente de excitación 6.6 MOTOR SINCRONO

Si antes teníamos la salida del alternador en paralelo conectada con la alimentación principal como suponemos que esto nulifica el torque, el rotor tiende a volverse mas lento, y la f.e.m., E se encuentra fuera de fase del ángulo  con respecto al voltaje principal V. En esta condiciones resulta que la f.e.m. ER produce una corriente I con componentes activos en oposición a la fase con respecto al voltaje E y por lo tanto deriva potencia negativa. Sin este instante de tiempo negativo derivada de la potencia, la potencia positiva absorbe el equivalente, la ecuación vectorial que describe al motor en forma. V = E + ER = E + Xd • I Por lo tanto el siguiente diagrama vectorial se obtiene

En estas condiciones el alternador gira en sentido del motor con velocidad síncrona y por esto es llamado motor síncrono. 8

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DL 10280 6.6.1 Operación con diferentes excitaciones

En condiciones estables el motor síncrono depende del torque aplicado y el inducido f.e.m. E, que puede ser variado por la alimentación principal de la excitación de la máquina. El estudio de estabilidad de operación con un torque resistivo constante es posible empleando una representación vectorial cuando el voltaje en las terminales V es considerado constante porque este es impuesto por la alimentación principal, el componente activo de la corriente en fase con el voltaje V es constante por la potencia de salida por un periodo constante por el efecto de corriente de manifestación, la f.e.m. E inducida y cuando la fase con el voltaje varia. Esto es consecuencia de los dos, de la intensidad y de la fase desplazada, de la corriente absorbida cuando varia.

Cuando la potencia es constante el segmento A'C', A"C" y A'''C''' pueden tener un cambio cuando la f.e.m. E varía. En los siguientes casos de operación resulta: (a) Excitación correcta (E= E') Para una excitación correcta la corriente absorbida es mínima, y es necesario preestabilizar una potencia constante. La corriente I de la fuente principal con cos = 1 y el motor trabaja en las máximas condiciones eléctricas de eficiencia. (b) Baja excitación (E = E"). Con una corriente de excitación baja que la corriente absorbida es mayor que la permitida, logrando un desgaste de la fase con respecto al voltaje V y cos  1 El motor absorbe, la potencia activa preestablecida y la potencia reactiva también. (c) Sobre excitación (E = E'''). Con una corriente de excitación mayor que la adecuada se observa una corriente I’’ que mayor que la mínima y que está fuera de fase con respecto al voltaje V y cos 1 El motor absorbe, la potencia activa preestablecida, y la potencia reacitiva capacitiva ver d20130530

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La relación entre la corriente absorbida I y la corriente de excitación Ie se observa en el dibujo como una curva que muestra un valor constante de la potencia de salida: para este caso particular son llamadas curvas "V" o curvas de Mordey, esto se muestra en el siguiente diagrama

Cuando la potencia P = 0 y se trabaja sin carga, el vértice de la curva "V" muestra en el eje de las abscisas una característica particular e interesante cuando el motor sincrono es usado con un factor de potencia capacitivo en su instalación. Una forma de hacer que el motor trabaje en sobre excitación consiste en el empleo de trabajarlo en presencia de cargas inductivas. La unión de los vértices de las curvas representa la operación cuando cos = 1 y marca los límites de operación entre la baja excitación y la sobreexcitación. Finalmente la curva V está limitada en el estado de baja excitación por un valor mínimo de f.e.m. E y también de una corriente de excitación IE , bajo estas condiciones el motor muestra estabilidad en su límite y pérdidas en el paso.

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EXPERIMENTO N°29 RESISTENCIA DE ENROLLAMIENTO

Propósitos  Medición de la resistencia de enrollamiento del estator y rotor del alternador Componentes:  1 máquina de CA con rotor bobinado  1 DL 10281 Módulo de alimentación  1 DL 10282 Módulo de mediciones Diagrama eléctrico

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DL 10280 EXPERIMENTO N°29.1: RESISTENCIA DE ARMADURA

DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el estator del alternador completando la máquina de corriente con el rotor y escobillas. Arme el circuito mostrado en el diagrama topográfico anterior. Ponga la fuente del módulo DL 10281 para un voltaje directo de 0.8 volts/12A (elector “c0d” en la posición d) y el control nov en la posición 0.%. Ponga el módulo de mediciones DL 10282 el amperímetro y el volmetro para medición de corriente directa y cuida la polaridad ( terminal roja positiva ). Active el módulo de alimentación y alimente el circuito de armadura con los valores mostrados en la tabla y tome los diferentes valores de medición de voltaje en las terminales del estator en secuencia para obtener varias mediciones entre las terminales. Antes de realizar las mediciones mida la temperatura ambiente y escriba los valores en la tabla. ta = ........ °C

Fases UV VW WU

I (A) U (V) R (Ω) U (V) R (Ω) U (V) R (Ω)

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3

4

Calculando la resistencia con la formula U I

R

y escribiendo los valores en la table. Calculando aritméticamente los valores de las resistencias en las terminals. R UV ( av ) 

R VW ( av ) 

R WU ( av ) 

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R

UV

4

R

VW

....... ()

WU

........ ()

4

R 4

........ ()

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De los valores anteriores se obtiene R ( av ) 

R UV ( av )  R VW ( av )  R WU ( av ) 3

........ ()

Al arrancar el motor conecte la resistencia de la armadura, para cualquier temperatura ambiente es igual a: 1 Rs  R (av) ..........  2 Refiriéndose a la expresión anterior de la resistencia de la base para una temperatura convencional de 75 grados centígrados: 309.5 R s75  R s ........... () 234.5 + ta Resultado típico

Rs75 = 0.3 

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DL 10280 EXPERIMENTO N°29.2: RESISTENCIA DE CAMPO

DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Arma el circuito mostrado en el diagrama topográfico anterior. Ponga el módulo de la fuente DL 10281 para un voltaje directo de 0.8 volts/12A ( selector “c0d” en la posición d ) y el control nov en la posición 0%. Coloque el módulo de medición DL 10282 en voltímetro y amperímetro para medición de corriente directa y cuide al polaridad (terminal roja positiva). Active el módulo de activación y alimente el circuito del campo con los valores mostrados en la tabla y posteriormente mida el voltaje en las terminales para una conexión de volmetro directo. Antes de realizar las mediciones tome la temperatura ambiente y posteriormente escriba los valores obtenidos en la tabla. ta = ........ °C

I (A) 1 2 3 4 5

U (V)

R (Ω)

Calculando la resistencia empleando a formula: R

U I

y escribiendo el valor en la tabla. Determinando en forma aritmética el valor de la resistencia del campo a temperatura ambiente: RE 

 R .............() 5

y colocando en éste valores convencionales a una temperatura de 75°C si tiene: R E 75  R E

309.5 ............() 234.5  ta

Resultado típico

RE75 = 0.433 

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EXPERIMENTO N°30 PRUEBA SIN CARGA

Propósitos  Determinar las perdidas mecánicas y eléctricas del alternador  Reconocer las características magnéticas Componentes:  1 marca de AC con rotor bobinado y escobillas conectadas  1 máquina CD con rotor conmutable y escobillas conectadas  1 DL 10281 módulo de alimentación  1 DL 10282 módulo de medición  1 DL 10283 carga y reostatos Diagrama eléctrico

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DL 10280 EXPERIMENTO N°30: PRUEBA SIN CARGA DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el estator de la máquina de corriente completando con el rotor de anillos y conectando escobillas. Ensamble el estator de la máquina de corriente directa completando con el rotor conmutador y escobillas. A continuación NO ACOPLE el motor CD con el alternador: este está alimentado y debe estar en fase solamente con el motor para ser trabajado. Coloque el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo 42V/10A ( selector “a0v” en la posición B y el interruptor L+/L- en la posición 0 ) y para un voltaje directo variable de 0 a 8V/12A ( selector “c0d” en la posición d y el control knob en 0% ). Coloque el módulo de medición DL 10282, el voltímetro y el amperímetro conectado en la armadura del motor de CD y el amperímetro en serie conectado con el circuito del rotor del alternador para mediciones de corriente directa ( terminal roja positiva ) y el voltímetro en la terminal del estator del alternador para mediciones de corriente alterna. Coloque el módulo DL 10283, el reostato de arranque RA con la máxima resistencia ( control knob en la posición b) y la exitación RF con la mínima resistencia ( control knob en la posición a). 1) Pérdidas mecánicas de un motor de CD. Coloque en corto circuito el amperímetro conectado a la armadura del motor CD y haga la medición con el motor trabajando. Active el módulo de alimentación y arranque el motor de CD colocando el interruptor selector L+/L- en la posición 1. Gradualmente varía el reostator de arranque RA (control knob en la posición “a” y luego cortocircuitar el reostato RA por medio de un Jumper) y posteriormente remueva el puente de corto circuito del amperímetro. Ajuste cuidadosamente la corriente de excitación del motor de CD empleando el reostator RF empleado para ajustar la velocidad del motor n= 3000 min-1 del alternador. Antes de colocar la velocidad del motor adecuadamente mida las condiciones de operación midiendo el voltaje y corriente absorbida por el motor. UM = ........ (V)

IM = ......... (A)

Las perdidas mecánicas de un motor de CD son seguidas por la potencia absorbida por el motor PMm = UM • IM = .......... (W) Detenga el motor colocando el interruptor L+/L- en la posición 0 Reestablezca las condiciones máximas de resistencia del reostator RA y la mínima de resistencia del reostator de excitación RF y remover el jumper the cortocircuito RA.

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2) Pérdidas mecánicas del alternador. Acople el alternador al motor de CD. Coloque un puente para poner en corto el amperímetro conectado a la armadura del motor de CD correspondiente al grupo motor alternador antes de excitar el motor. Active el módulo de alimentación y arranque el grupo empleando el interruptor L+/L- en la posición “1”. Gradualmente coloque el reostator de arranque RA (control knob en la posición “a”) y posteriormente remueva el puente de corto circuito del amperímetro. Ajuste cuidadosamente la excitación de corriente del motor de CD con el reostator Rf empleada para variar la velocidad del motor y que esta sea igual a n= 3000 min-1 del alternador. Cuando el motor ha sido puesto en las condiciones de trabajo mida el voltaje-corriente absorbidas por el motor UMo = ...........(V)

IMo = .......... (A)

Calculando la potencia absorbida por el motor PMo = UMo • IMo = ......... (W) Las pérdidas mecánicas del alternador se obtienen mediante la siguiente diferencia. PGm = PMo - PMm = ......... (W) 3) Pérdidas del entrehierro del alternador Para lograr que el grupo de rotación esté en el rango de velocidad del alternador, excite el rotor del alternador para lograr una generación de voltaje igual a un voltaje UN = 42 V. La corriente de excitación del alternador es variado con el control knob de la fuente variable de voltaje de 0÷8V con la cual velocidad de rotación del grupo puede ser controlada empleando el reostator de excitación RF del motor de CD. Cuando las condiciones n = 3000 min-1

UN = 42 V

Una vez colocado en marcha y a la velocidad adecuada, mida el voltaje y la corriente absorbida por el motor de CD UMe = ........ (V)

IMe = ......... (A)

Calculando la potencia absorbida por el motor PMe = UMe • IMe = .......... (W) Las perdidas del entrehierro del alternador se obtienen por la diferencia PGFe = PMe - PMo = ......... (W)

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4) Perdidas sin carga del alternador El rango de voltaje y velocidad de las perdidas sin carga del alternador son: PGo = PGm + PGFe = ........... (W) este remanente es una constante de la diferencia de cargas. 5) Características de magnetización Finalmente las característica de magnetización son derivadas del voltaje Us derivada del alternador mantiene un rango de velocidad constante en correspondencia con los valores de excitación de la corriente Ie que se muestra en la siguiente tabla. Con la excitación de corriente Ie = 0, emplea adecuadamente el rango del volmetro, mida el voltaje del residuo magnético también.

n (min-1) 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000

Ie (A) 0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12

US (V)

Detenga el grupo con el interruptor L+/L- en la posición “0” y descenergice el alternador colocando el selector ”c0d” en la posición “0” de nuevo.

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Dibuje el diagrama derivado del voltaje en función de la corriente de excitaci on Ie.

Determine en el diagrama la corriente de excitación correspondiente a la armadura con un rango de voltaje UN = 42 V: IEo = ..... (A)

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EXPERIMENTO N°31 CARACTERÍSTICAS DE CORTO CIRCUITO

Propósitos:  Registrar las características permanentes de corto circuito  Determinar la impedancia síncrona  Determinación del corto circuito Componentes:  1 Estator de máquina de AC con rotor de anillos y escobillas conectadas  1 Estator de máquina de CD con rotor conmutado y escobillas conectadas  1 DL 10281 módulo de alimentación  1 DL 10282 módulo de medición  1 DL 10283 cargas y reostatos Diagrama eléctrico

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DL 10280 EXPERIMENTO N°31: CARACTERÍSTICAS DE CORTO CIRCUITO DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento:

Ensamble el grupo alternador-motor de CD para usar el estator de la maquina de corriente alterna completando con el rotor de anillos y conectando las escobillas y el estator de la maquina de corriente directa con el rotor conmutable y escobillas. Arma el circuito mostrado previamente el diagrama topográfico. Coloque la fuente del modulo DL 10281 para un voltaje de 42V/10A (selector “a0b” en la posición “b” y el interruptor L+/L- en la posición “0”) y para un voltaje directo de 0 a 8V/12A ( selector “c0d” en la posición “d” y control knob en 0%). Coloque él modulo de medición DL 10282 el amperímetro conectado en serie con el rotor del circuito del alternador para mediciones de corriente directa (terminal roja +) y el amperímetro del estator en la terminal del alternador para mediciones de corriente alterna. Coloque el modulo Dl 10 283, el reostato de arranque RA en la resistencia máxima ( control knob en la posición “b”) y el reostato de excitación RF en la mínima resistencia ( control knob en la posición “a”). Gradualmente encienda el interruptor e inicie el reostato de arranque RA Control knob en la posición “a”) y ajuste la corriente de excitación del motor de CD para ajustar el reostato RF y ajustar la velocidad igual al rango del alternador. Inicia exitando el alternador con un voltaje variable 0÷8V asta alcanzar los valores de exitación de corriente Ie mostrados en la siguiente tabla y mida las variaciones de corrientes Ik derivados del corto circuito del estator, antres mida la temperatura ambiente ta. ta = ......... °C

Ie (A) 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5

Ik (A)

Notas: (a) No es necesario tener una exitacion de la velocidad exactamente constante. (b) Si las mediciones del amperimetro del estator son afectadas con oscilaciones, registre el primer valor.

Detenga el equipo colocando el interuptor L+/L- en la posición “0” y desenergise el alternador colocando el selector “c0d” en la posición “0” de nuevo.

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Dibuje en el fdiagrama la vcorrienye Ik derivada del corto circuito en funcion de la corriente de exitación Ie.

Determine en el diagrama la corriente Iko de corto circuito corespondiente a la corriente de exitación Ieo (ver esperimento N°30) que en condiciones sin carga genera el voltaje UN: Iko = ......... (A) y calculando la impedancia sincrona con la formala Zd 

UN 3 I ko

.........()

porque el estator esta conectado. Determine el el diagrama la corriente de exitación Iek que se genera en corto circuito el rango de corriente (asumir IN = 2.5A): Iek = .......... (A) Calculando el radio de corto circuito: Kk 

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I Eo ............ I Ek

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EXPERIMENTO N°32 PRUEBA DE CORTO CIRCUITO

Proposito:  Determinar las perdidas de acoplamiento del estator y perdidas adicionales de el alternador Componentes:  1 estator de maquina de CA con rotor bobinado y conectar las escobillas.  1 Maquina de CD con rotor conmutable y escobillas conectadas.  1 DL 10281 Fuente de alimentación  1 DL 10282 Modulo de mediciones.  1 DL 10283 Cargas y reostatos. Diagrama electrico

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DL 10280 EXPERIMENTO N°32: PRUEBA DE CORTO CIRCUITO DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el grupo motor CD- alternador para ser usado en el estator de el alternador de la maquina colpleta con rotor y conecte las escpbillas de el estator de la maquina de corriente diresta completa con rotor conmutable. Arme el circuito mostrado en el diagrama topografico previo. Coloque el modulo de alimrentación Dl 10281 para un voltaje directo de 42V/10A ( selector “a0 b” en la posición “b” y el interuptor L+/L- en la posición “0”) y para un voltaje directo de 0÷8V/12A (selectror “c0d” en la posición “d” y el control Knob en 0%). Colocar el modulo de medición DL 10282 el volmetro y amperimetro conectado en la armadura del motor de CD para una medicion de corriente directa (+ es la terminal roja) y el amperimetro de la terminal del estator para mediciones de corriente directa. Coloque el modulo DL 10283 , el reostatp de arranque RA con la máxima resistencia (contro knob en la posición “b”) y la excitación RF con la mínima resistencia (control knob en la posición “a”). Corto circuite el amperímetro que se encuentra conectado en serie con la armadura del motor de CD. Active el modulo de alimentación y haga que el grupo de rotación trabaje colocando el interruptor L+/L- en la posición "1". Gradualmente el interruptor apague del reostato de arranque RA (control knob en la posición “a” y luego cortocircuitar el reostato RA por medio de un Jumper) y ajuste la corriente del excitación del motor CD empleando el reostato RF del grupo de velocidad que es igual al rango del paso o velocidad del alternador. Excite el alternador con la fuente variable de voltaje 0÷8V el cual hace que fluya una corriente de corto circuite que es igual al rango de corriente IN = 2.5 A. Notas (a) Eventualmente la conexión del paso o velocidad puede ser cambiado por el reostato de excitación RF de el motor de CD (a) Si la indicación del amperímetro del estator puede ser afectada con oscilaciones en algunos valores medidos.

Cuando el grupo a alcanzado las condiciones adecuadas, después de esto, remueva el puente de corto circuito del amperímetro, mida el voltaje y la corriente absorbidas por el motor: UMk = ........ (V)

IMk = ......... (A)

Calcule la potencia absorbida por el motor PMk = UMk • IMk = ............. (W) Detenga el grupo colocando el interruptor L+/L- en la posición “0” y desenergice el alternador colocando el selector “c0d” en la posición “0” de nuevo. El alternador con el estator en corto circuito absorbe, en un rango de corriente y velocidad la potencia: PGk = PMk - PMm = ............. (W) donde PM representa las perdidas mecanicas del motor (ver el experimento N°39).

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Las perdidas por acoplamiento del alternador resultan: PGCu = PGk - PGm = .......... (W) donde PGm representa las perdidas mecánicas del alternador (ver experimento N°30) desde las perdidas por calentamiento del estator y perdidas de acoplamiento son iguales a: PsCu = 3 Rs IN² = ......... (W) donde Rs es la resistencia del estator (ver el experimento N°29) esto es posible calculando las perdidas adicionales del alternador con la siguiente relacion. Pad = PGCu - PsCu = .......... (W) Esto corresponde a la resistencia equivalente R ad 

Pad .........() I 2N

El proposito de calcular la suma de perdidas de acoplamiento y perdidas convencionales de temperatura de 75°C determinamos que la resistencia equivalente total se obtiene con la relacion: R75 = 3 Rs75 + Rad = .......... () Donde Rs75 es la resitencia del estator a una termperatura convencional (ver el experimento N°29) donde Rad no varia con la temperatura. El equivalente de la perdida total resulta: PsCu75 = R75 • IN² = .......... (W)

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EXPERIMENTO N°33 METODO DE BEHN-ESCHENBERG’S

Propósitos:  Recordar en forma indirecta las caracteristicas de regulación del alternador Recordar los resultados tipicos de la prueba anterior Experimento N°29 Resistencia Ohmica de una fase del estator Rs = 0.25  (ta = 20 °C) Rs75 = 0.3  (t = 75 °C) Experimento N°30 Características de magnetización Experimento N°31 Impedancia sincronía Zd = 5.2  (ta = 20 °C)

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DL 10280 Procedimiento

Para ilustrar el m{etodo de Behn-Eschenberg’s con ejemplos numericos los resultados obtenidos de algunas pruebas previas seran usados. 1) Triangulo de impedancias sincronas En el experimento N°31 la impedancia sincronía fue determinada a una temperatura a la cual fue de 75°C. Calculando la reactancia sincronía a esta temperatura X d  Z 2d  R 2s  5.2 2  0.252  519 .  La reactancia sincronía no varia con la temperatura , la reactancia sincronía a una temperatura convencional de 75°C resulta:

Z d 75  R 2s75  X d2  0.32  519 . 2  5198 .  Esto es posible dibujando el triangulo de impedancia sincronía:

Si nosotros usáramos el ángulo  tiende a 90°: tg 

Xd 519 .   17.3 R s75 0.3  = 86.7°

Esto, simplifica el cálculo que nosotros habíamos visto en la sección 6.2, usualmente consideramos: Zd75 = Xd = 5.19  32

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2) Características de regulación cuando cos = 1 Usando la formula (ver sección 6.2) 2 E o  E sN  (Xd  I s ) 2

Calculando el f.e.m. Eo necesaria para obtener el rango de voltaje EsN = UN/ 3 = 24.27V en la carga en las diferentes variaciones de corriente Is. Para poder evaluar es necesario determinar la f.e.m. Us (nosotros sabemos que Uos = 3 Eo porque el estator esta conectado), para el uso de características de magnetización determinaremos la respectiva corriente de excitación Ie. Determinando los valores serán escritos en la siguiente tabla:

Is (A) 0 0.625 1.25 1.875 2.5 3.125

Eo (V) 24.27 24.82 25.13 26.15 27.52 29.19

Uos (V) 42 42.95 43.5 45.25 47.62 50.5

Ie (A) 7 7.1 7.2 7.5 8.3 9

3) Características de regulación con cos = 0.8 Para usar la formula (ver sección 6.2) E o  ( E sN cos) 2  ( E sN sen + X d  I s ) 2 repitiendo el procedimiento mostrado en el punto 2).

Is (A) 0 0.625 1.25 1.875 2.5 3.125

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Eo (V) 24.27 26.34 28.64 31.1 33.7 36.4

Uos (V) 42 45.6 49.5 53.8 53.3 63

Ie (A) 7 7.7 8.8 9.9 11.5 13

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4) Características de regulación Dibujando en un diagrama simple como la corriente de excitación Ie varia en funcion de las variaciones de corriente Is para dos factores de potencia se muestra en los puntos 2) y 3) con el propósito de obtener un voltaje constante en las terminales del alternador

El método de Behn-Eschenberg’s excede en los resultados con respecto a la operación de la máquina real, con lo cual alcanza la saturación

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EXPERIMENTO N°34 PRUEBA DE CARGA

Propósitos  Recordar las variaciones de voltaje en las terminales del alternador para diferentes cargas  Analizar el efecto de reacción de la armadura Componentes  1 maquina de CA con rotor bobinado y escobillas conectadas  1 maquina de CD con rotor conmutado y escobillas conectadas  1 DL 10281 Modulo de alimentación  1 DL 10282 Modulo de medición  1 DL 10283 Cargas y reostatos Diagrama eléctrico

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DL 10280 EXPERIMENTO N°34: PRUEBA DE CARGA DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el grupo motor de CD-alternador usando el estator del alternador en la máquina completa con rotor bobinado y conectando las escobillas y el estator de la maquina de corriente directa completa con las escobillas del rotor conmutado Arme el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo. Coloque el modulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo de 42V/10A (selector “a0b” en la posición “b” y el interruptor L+/L- en la posición “0”) y para un voltaje directo de 0÷8V/12A (selector “c0d” en la posición “d” y el control knob en 0%). Coloque el modulo de selección DL 10282, el volmentro y el amperímetro conectados al estator del alternador para mediciones de corriente alterna y el amperímetro de excitación del alternador para mediciones de corriente directa ( + terminal roja). Coloque el modulo DL 10283 el reostator de arranque RA con la máxima resistencia (control knob en la posición “b”) y la resistencia de exitacion RF con la mínima resistencia (control knob en la posicion “a”); coloque el sector R y C de la resistencia trifásica y carga capacitiva en la posición “0” (máximo sentido de rotación) Active el modulo de alimentación y haga que el grupo de rotación inicie colocando el interruptor L+/- en la posición “1”. Gradualmente ajuste el reostato de arranque RA (control knob en la posición “a” y luego cortocircuitar el reostato RA por medio de un Jumper) y ajuste la corriente de excitación del motor de CD con la ayuda del reostato RF Para determinar el rango de velocidad del reactor. Excite el alternador con un voltaje variable de 0÷8V el cual se aplica sin carga en el rango de velocidad adecuado para obtener un voltaje UN = 42 V. Posteriormente modifique los valores de la corriente de excitación conectando carga trifásica, esto se muestra en la siguiente tabla y recuerde los valores del voltaje Us y de corriente Is derivados del alternador en esta velocidad.

Carga ∞ C123 C123/R123 R123

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n (min-1) 3000 3000 3000 3000

Ie (A)

Us (V) 42

I (A)

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DL 10280 Notas (a) La eventual corrección de la velocidad del grupo de rotación puede ser modificado con el reostator de excitación RF del motor (b) Las indicaciones de los instrumentos empleados en el alternador pueden ser afectadas con oscilaciones en algunos valores de medición.

Detenga el grupo colocando el interruptor L+/L- en la posición “0” y desenergice el alternador colocando el selector “c0d” en la posición “0” otra vez.

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EXPERIMENTO N°35 EFICIENCIA CONVENCIONAL

Propósitos  Determinar la eficiencia convencional del alternador a diferentes factores de potencia Recordar datos típicos de pruebas previas Experimento N°29 Resistencia de excitación del bobinado RE75 = 0.433  (t = 75 °C) Experimento N°30 Perdidas mecanicas PGo = 70 W Experimento N°32 Resistencia equivalente de acoplamiento y perdidas adicionales R75 = 0.75  (t = 75 °C) Experimento N°33 Características de regulación para determinar la corriente de excitación

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DL 10280 Procedimiento

Para ilustrar el calculo directo del método de la eficiencia del alternador con ejemplos numéricos de resultados obtenidos en pruebas previas que serán usadas. El procedimiento de calculo de la eficiencia se sintetiza en las siguientes tablas, donde las escobillas son consideradas de carbón metal y la potencia Pd representa la suma de todas las pérdidas. n= 3000 min-1

Us = 42 V

Carga cos P = 3 Us I cos (W) PGo (W) PsCu75 = R75 I² (W) IE (A) PE = Re75 Ie2 (W) Pb = 0,6 Ie (W) Pd (W) Pin = P + Pd (W) 100 P  % Pin

0 1 0 70 0 7 21.2 4.2 95.4 95.4 0

0.625 1 45 70 0.29 7.1 21.82 4.3 96.4 141.4 31.8

1.25 1 90 70 1.17 7.2 22.45 4.32 97.9 187.9 47.9

1.875 2.5 1 1 135 180 70 70 2.64 4.69 7.5 8.3 24.32 29.83 4.5 5 101.5 109.5 236.5 289.5 57.1 62.2

3.125 1 225 70 7.32 9 35 5.4 117.7 342.7 65.3

1.875 0.8 108 70 2.64 9.9 42.4 5.9 121 229 47.2

3.125 0.8 180 70 7.32 13 73.2 7.8 158 338 53.2

Repitiendo el procedimiento para otro factor de potencia. n= 3000 min-1

Us = 42 V

Carga cos P = 3 Us I cos (W) PGo (W) PsCu75 = R75 I² (W) IE (A) PE = Re75 Ie2 (W) Pb = 0,6 Ie (W) Pd (W) Pin = P + Pd (W) 100 P  % Pin

40

0 0.8 0 70 0 7 21.2 4.2 95.4 95.4 0

0.625 0.8 36 70 0.29 7.7 25.7 4.6 100.6 136.6 26.4

1.25 0.8 72 70 1.17 8.8 33.5 5.3 110 182 39.6

2.5 0.8 144 70 4.69 11.5 57.3 6.9 139 283 50.9

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Esto es ahora posible dibujando un diagrama simple con la eficiencia  y las perdidas totales Pd varian en funcion de la potencia de salida P, para dos valores del factor de potencia

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Página blanca

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EXPERIMENTO N°36 CONEXIÓN EN PARALELO DEL ALTERNADOR CON LA LINEA

Propósitos  Encontrar las condiciones en las cuales se puede realizar la conexión en paralelo del alternador con la línea  Analizar el cambio en la actividad y potencia reactiva entre el alternador y línea Componentes:  1 máquina de CA con motor bobinado y escobillas conectadas  1 máquina de CD con rotor conmutado y escobilas conectadas  1 DL 10281 módulo de alimentación  1 DL 10282 módulo de medición  1 DL 10283 cargas y reostatos  1 DL 10310 sincronoscopio de luces rotantes  2 FEWC 15-2 wattimetros 5-10 A/30-60V Diagrama eléctrico

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DL 10280 EXPERIMENTO N°36: CONEXIÓN EN PARALELO DEL ALTERNADOR CON LA LINEA

DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el grupo alternador motor CD usando el estator del alternador completo con rotor bobinado y conectando las escobillas y el rotor de la maquina de corriente directa completa con el rotor conmutado y escobillas. Arme el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo. Coloque el módulo de alimentación para un voltaje directo de 42V/10A y voltaje alternado 42V/10A ( selector “a0b” en la posición “b” y interruptor L+/L- y L1/L2/L3 en la posición “0”) y para un voltaje directo de 0÷8V/12A (selector “c0d” en la posición “d” y control knob en 0%) Coloque el módulo de medición DL 10282 el volmetro y el amperímetro conectados en el estator del alternador para mediciones de corriente alterna y el amperímetro en serie con el rotor del alternador para mediciones de corriente directa (terminal roja +). Coloque el módulo DL 10283, el reostato de arranque RA con la máxima resistencia (control knob en la posición “b”) y el reostato de excitación RF con la mínima resistencia (control knob en la posición “a”). Coloque el módulo DL 10310 en paralelo con el interruptor en la posición de apagado y el selector volumétrico L1-L2/U-V en la posición L1-L2 Active el módulo de alimentación coloque el interruptor L1/L2/L3 en la posición “1” y mida el voltaje principal: U = ........ (V) La frecuencia de línea se supone debe ser igual a 50 Hz. Coloque el grupo de rotación a funcionar colocando el interruptor L+/L- en la posición “1”: gradualmente mueva el reostato de arranque RA (control knob en la posición “a” y luego cortocircuitar el reostato RA por medio de un Jumper) y ajuste la corriente de excitación del motor de CD para que con el reostato RF se pueda ajustar la velocidad y se genere la frecuencia de línea (velocidad de rotación 300 min-1). Coloque el selector volumétrico L1-L2/U-V a la posición U-V y excite el alternador con un voltaje directo variable de 0÷8V hasta que el voltaje obtenido del alternador sea el mismo que el de la línea. Una vez obtenida la igualdad entre la frecuencia de línea y la generada por el alternador el sincronoscopio indicara en forma luminosa los resultados: (a) Las lámparas tienen una máxima iluminación en secuencia rápida en secuencia H1-H2-H3 (alternador rápido) o lenta H1-H3-H2 (alternador lento) El orden de la sucesión cíclica de las fases es hacia la derecha y el alternador puede ser conectado en paralelo a la línea. (b) La iluminación de las lámparas que están apagadas y se tienen cambios frecuentes de potencia. El orden de la sucesión cíclica de las fases no es correcta: antes de conectar en paralelo las dos fases del alternador es necesario intercambiarlas Después de verificar la correcta conexión de las fases ajuste la excitación del motor de CD cuando la iluminación es muy rápida, para producir un cambio lento en la iluminación de las lámparas y en su dirección. Cuando la lámpara H1 junto con las lámparas H2 y H3 tienen igual luminosidad cierre el interruptor de paralelo (posición “on”): el alternador ha sido conectado en paralelo con la línea y la linea impone las condiciones de velocidad y voltaje. Después de la conexión en paralelo puede ajustar cuidadosamente la velocidad del motor de CD para observar los cambios entre el alternador y la línea que deben ser nulos (los 2 Wattmetros pueden indicar esto).

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DL 10280

En estas condiciones las indicaciones de la corriente de excitación Ie, de la corriente de armadura Is y de los 2 wattmetros W1 y W2: Ie = ......... (A) P21 = .......... (W)

Is = ......... (A) P31 = ........... (W)

la potencia activa intercambiada entre el alternador y la línea es igual a: P = P23 + P31 = ......... (W) la potencia reactiva es igual a: Q=

3 (P23 - P31) = ........... (VAR)

(Revise las conexiones de los wattmetros para evitar dañar la bobina cuando se presenten lecturas negativas). Variando la velocidad del motor los instrumentos mostrarán las respectivas variaciones de la corriente de excitación, IE mostrado en la siguiente tabla y obtenga la variación con el voltaje directo de 0÷8V.

Ie (A) 6 9

Is (A)

P21 (W)

P23 (W)

P (W)

Q (VAR)

Verifique en esta si hay variación en la corriente de excitación y modifique solo la potencia reactiva variando la potencia activa entre la línea y al alternador. Ajuste la corriente de excitación Ie del alternador de nuevo con los valores determinados en las condiciones de conexión en paralelo con potencia activa nula y ahora incremente la velocidad reduciendo cuidadosamente la resistencia de excitación RF del motor. La velocidad de la rotación es impuesta por la frecuencia de la linea y no se dan cambios: redusca la resistencia excitación RF hasta que la corriente en el estator resulte Is = 1.5A. Recuerde las indicaciones previas para los instrumentos y escriba los resultados en la tabla.

Ie (A)

Is (A) 1.5

P21 (W)

P31 (W)

P (W)

Verifique el incremento del torque derivado de la potencia activa. Finalmente desconecte el alternador de la conexión paralelo siguiendo las siguientes indicaciones. (a) Reduzca la alimentación derivada del alternador ajustando la velocidad del motor de CD del cual debe resultar una corriente Is mínima (b) Coloque el interruptor de paralelo en la posicion “off” y posteriormente coloque el interruptor L1/L2/L3 en la posición “0”. (c) Detenga el grupo colocando el interruptor L+/L- en la posición “0” y desenergice el alternador colocando el selector “c0d” en la posición “0” de nuevo.

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DL 10280

EXPERIMENTO N°37 ALTERNADOR Y MOTOR SINCRONO

Propósitos:  Conexión en paralelo del alternador con la línea  Recordar la curva del voltaje de un motor síncrono Componentes:  1 maquina de CA con rotor bobinado y escobillas conectadas  1 máquina de CD con rotor conmutado y escobillas conectadas  1 DL 10281 Modulo de alimentación  1 DL 10282 Módulo de medición  1 DL 10283 Cargas y reostatos  1 DL 10310 Sincronoscopio de luces rotantes  2 FEWC 15-2 Wattmetros 5-10 A/30-60 V Diagrama eléctrico

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DL 10280 EXPERIMENTO N°37: ALTERNADOR Y MOTOR SINCRONO

DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el grupo alternador motor CD usando el estator del alternador completo con rotor bobinado y conectando las escobillas y el rotor de la maquina de corriente directa completa con el rotor conmutado y escobillas. Arme el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo. Coloque el módulo de alimentación para un voltaje directo de 42V/10A y voltaje alternado 42V/10A ( selector “a0b” en la posición “b” y interruptor L+/L- y L1/L2/L3 en la posición “0”) y para un voltaje directo de 0-8 V/12 A (selector “c0d” en la posición “d” y control knob en 0%) Coloque el módulo de medición DL 10282 el volmetro y el amperímetro conectados en el estator del alternador para mediciones de corriente alterna y el amperímetro en serie con el rotor del alternador para mediciones de corriente directa (terminal roja +). Coloque el módulo DL 10283, el reostato de arranque RA con la máxima resistencia (control knob en la posición “b”) y el reostato de excitación RF con la mínima resistencia (control knob en la posición “a”). Coloque el módulo DL 10310 en paralelo con el interruptor en la posición de apagado y el selector volumétrico L1-L2/U-V en la posición L1-L2. Active el módulo de alimentación coloque el interruptor L1/L2/L3 en la posición “1” y mida el voltaje principal: U = ........ (V) La frecuencia de línea se supone debe ser igual a 50 Hz. Coloque el grupo de rotación a funcionar colocando el interruptor L+/L- en la posición “1”: gradualmente mueva el reostato de arranque RA (control knob en la posición “a” y luego cortocircuitar el reostato RA por medio de un Jumper) y ajuste la corriente de excitación del motor de CD para que con el reostato RF se pueda ajustar la velocidad y se genere la frecuencia de línea (velocidad de rotación 300 min-1). Coloque el selector volumétrico L1-L2/U-V a la posición U-V y excite el alternador con un voltaje directo variable de 0÷8V hasta que el voltaje obtenido del alternador sea el mismo que el de la línea. Una vez obtenida la igualdad entre la frecuencia de línea y la generada por el alternador el sincronoscopio indicara en forma luminosa los resultados: (a) Las lámparas tienen una máxima iluminación en secuencia rápida en secuencia H1-H2-H3 (alternador rápido) o lenta H1-H3-H2 (alternador lento) El orden de la sucesión cíclica de las fases es hacia la derecha y el alternador puede ser conectado en paralelo a la línea. (b) La iluminación de las lámparas que están apagadas y se tienen cambios frecuentes de potencia. El orden de la sucesión cíclica de las fases no es correcta: antes de conectar en paralelo las dos fases del alternador es necesario intercambiarlas

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Después de haber verificado la correcta conexión de las fases en orden, ajuste con precaución la excitación del motor de CD, si el señalamiento de las lámparas es muy rápido debe producirse un cambio para que este sea lento. Cuando la lámpara H1 y las lámparas H2 y H3 están igual iluminadas coloque el interruptor de paralelo en la posición “on”, el alternador está conectado con la línea y esta impone las condiciones de velocidad y frecuencia y está sujeto al voltaje del mismo. Después de haber hecho la conexión en paralelo, con precaución ajuste la velocidad del motor de CD y observará que no existe ningún cambio (los dos Watmetros podrán indicar esto) coloque el interruptor de la fuente de alimentación del motor de CD en la posición “off” y coloque el interruptor L+/L- en la posición “0”. El rotor del motor de CD opera como motor sincrono, y es ahora alimentado por la línea y opera bajo condiciones sin carga. Mida la corriente del estator Is y recuerde las indicaciones de los 2 wattmetros W1 y W2 (recuerde la conexión adecuada para no dañar las bobinas de los wattmetros) en correspondencia de los valores de la corriente de excitación Ie que se muestran en la siguiente tabla y se logran ajustando el voltaje directo de 0÷8V.

Ie (A) 3 4.5 6 7.5 9 10.5

Is (A)

P21 (W)

P31 (W)

P (W)

Q (VAR)

Nota Con los valores de la corriente de excitación que deben ser menores a 3A es posible que el motor sincrono se estabilice en estos límites.

Calculando la potencia activa P = P21 + P31 y la reactiva también Q=

3 (P21 - P31)

y escribiendo los valores obtenidos en la tabla.

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Dibuje en el siguiente diagrama la corriente del estator Is y potencia reactiva Q en función de la corriente de excitación

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7. GENERADOR DE CORRIENTE DIRECTA El generador de corriente directa o dinamo son máquinas rotantes que transforman la energía mecánica que proviene de un motor en energía eléctrica a través de una inducción electromagnética (ver sección 2.2.1) en el rotor bobinado, o armadura, se logra la rotación por los campos magnéticos logrados por los polos de arranque. La f.e.m. alternante se induce en el circuito de la armadura y se transforma en una f.e.m. cursante por la alimentación de los segmentos de la conexión de las escobillas (ver sección 2.3). Para un dínamo bipolar la f.e.m., Eo (V) generada en condiciones de no carga en las terminales de la armadura depende del flujo por polo  (Wb) (y se refiere a la corriente de excitación Ie) y el paso de rotación n (min-1) de acuerdo con la relación. Eo 

n z 60

donde z es el número total de conductores en la armadura. Cuando el dinamo es cargado, i.e. con una carga externa en sus terminales el circuito absorbe corriente, el voltaje U en las terminales puede resultar obviamente mas bajo que la f.e.m. Eo generadas en condiciones de no carga y esto puede suceder por las siguientes causas. (1) Caída de voltaje en el enrollamiento del dínamo (2) Reacción de armadura (ver sección 2.3.1) producida por un flujo. (3) eventual caida en el manejo del rotor

7.1 SISTEMAS DE EXCITACION

El campo magnético es producido por la alimentación de la excitación de un circuito compuesto de los polos principales donde la excitación en la bobina fluye directamente una corriente. La potencia es necesaria para la excitación del dinamo puede provenir en diferentes formas en base a las características de operación de la máquina. Cuando la potencia de excitación proviene de una fuente externa se tiene que separar la excitación, con el generador que esta provisto de autoexcitación la que está en turno puede ser en serie, shunt o de tipo compuesto

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DL 10280 7.2 REPRESENTACION DEL DINAMO

La representación de un generador de corriente directa está determinado por las características de magnetización (el modo de variación sin carga del voltaje es una función de la corriente de excitación: esto puede ser un indicador del grado de saturación del circuito magnético), y por las características externas (modo de variación del voltaje en las terminales cuando varia la carga) y por las características de regulación (modo de variación de la corriente de excitación cuando varia la carga y esto deriva en un voltaje constante). Finalmente la eficiencia del generador, está definida por la relación entre la variación eléctrica potencia P y potencia mecánica Pin correspondiente a la absorbida por los ejes, puede ser determinada con un método directo evaluando el total de las perdidas Pd del generador 

P P  Pin P  Pd

Las pérdidas totales Pd puede ser considerado como la suma de las siguientes pérdidas: (1) Pérdidas en la excitación del circuito RI² (2) Perdidas constantes Po (mecánicas y metálicas) Estas pérdidas pueden ser determinadas por la operación del dínamo cuando es separada de la excitación del motor con un rango de voltaje y velocidad (método de Swinburne) La potencia electrica total Pin absorbida por el motor, decrementan las pérdidas RI² en el circuito inductivo, proveído de pérdidas constantes Po = Pin - R I² Generalmente esto es posible debido al efecto Joule que provoca pérdidas en la armadura, esto es, Pin  Po. (3) Pérdidas en el circuito de armadura RI² En estas pérdidas se debe incluir la compensación e interpolación de enrollamiento (4) Pérdidas electricas Pb en las escobillas. Por siempre las pérdidas de voltaje supuestas son igual a: Ub = 1V (escobilla de carbón o grafiti) Ub = 0.3V (escobilla de metal-carbón Después de esto las pérdidas en las escobillas resultan Pb = 2Ia (escobilla de carbón o grafiti) Pb = 0.6Ia (escobilla de metal carbón) Donde Ia es la corriente de armadura (5) Pérdidas adicionales Pad. Asumimos que estas perdidas varian con la corriente y estas se asumen igual a: Pad = 1% P (maquinas no compensadas) Pad = 0.5% P (máquinas compensadas)

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DL 10280 Nota A excepción de una prescripción contraria todas las perdidas RI² tienen que ser referidas a una temperatura de 75°C para usar la siguiente formula:

R 75  R ta

309,5 234,5 + ta

donde ta es la temperatura medida en la resistencia Rta.

En particular, si ta = 20°C esto resulta R75 = 1.22 Rta 7.3 SENTIDO DE ROTACION

El sentido de rotación del generador es impuesto por el sentido del motor. El sentido horario de rotación (o sentido de arranque) corresponde a la rotación de la máquina en el sentido de las manecillas del reloj, cuando observe cambios en el estado de la máquina de forma que el final está en oposición del conmutador

7.4 EXCITACIÓN SEPARADA DEL DINAMO

La potencia necesaria para excitar el generador proviene de una fuente externa. Este metodo es usado en los casos cuando se requiere un control completo de la corriente de excitación necesaria.

El voltaje en las terminales del generador y en la carga RL resulta U = Eo - Ri I - Ub donde Ri representa la resistencia interna del generador (resistencia típica Ra de la armadura cerca de la eventual Rw de la interpolación del enrollamiento) y Ub de voltaje en escobillas.

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La caida de voltaje en el generador puede ser compensada incrementando la corriente de excitación, de acuerdo al ajuste de voltaje que se muestra en la siguiente figura.

La eficiencia convencional del generador es determinada por la evaluación separada de las siguientes pérdidas: (1) Perdidas en el circuito de excitación Pe = Re.Ie² (2) Pérdidas constantes Po (3) Pérdidas en el circuito de armadura Pa = Ra.Ia² Pw = Rw.Ia² (4) Perdidas en las escobillas Pb = 0.6Ia (5) Perdidas adicionales Pad = 1% P

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DL 10280 7.5 EXCITACIÓN SHUNT DEL DINAMO

La potencia necesaria para la excitación de un generador proviene de una máquina, que recibe la excitación por efectos de magnetismo residual: el circuito de excitación shunt es conectado en la armadura.

El voltaje en las terminales del generador y en la carga RL resulta: U = Eo - Ra Ia - Ub - Rw I donde la corriente Ia = I + Ie. Cuando el generador libera corriente en las terminales el voltaje se decrementa, debido a las perdidas internas de voltaje y la reacción de armadura, de esto resulta que la f.e.m., se reduce porque la excitación de corriente se decrementa, ahora depende del voltaje de la armadura. Si la resistencia de carga se reduce en exceso es probable que el voltaje no se mantenga constante, esto es debido a la corriente analógica, por lo tanto el dinamo se desenergiza con un rápido decremento en las terminales: en condiciones de corto circuito el voltaje en las terminales es cero pero las corrientes presentes derivadas son diferentes de cero dependiendo unicamente del magnetismo residual. El dinamo con excitaci{on shunt en este caso puede soportar el corto circuito.

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La caida de voltaje en el generador puede deberse a un incremento de la corriente de excitación de acuerdo al voltaje constante de ajuste, esto se observa en la curva de la siguiente figura.

La eficiencia convencional del generador esta determinada por la evaluación separada de las siguientes pérdidas: (1) Pérdidas en el circuito de excitacion Pe = Ue Ie Porque se tiene que considerar el reostator RF también (2) Pérdidas constantes Po (3) Pérdidas en el circuito de armadura Pa = Ra Ia² (4) Perdidas en los interpolos Pw = Rw I² (5) Perdidas en las escobillas Pb = 0.6Ia (6) Perdidas adicionales Pad = 1%P

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DL 10280 7.6 EXCITACIÓN SERIE DEL DINAMO

El generador con excitación serie tiene circuitos series conectados en la armadura del embobinado, y presenta corriente en la carga, esto puede deberse al acarreo en una gran sección y esto puede presentarse en ocasiones futuras la fuerza mecánica depende de la corriente en turno, nosotros podemos observar como es posible obtener esta fuerza mecánica empleando algunos métodos de reducción de corriente (ver el experimento N°40) y ver los efectos con alta corriente (ver experimento N°41)

El voltaje en las terminales del generador, y en la carga RL, resulta U = Eo - RiI - Ub Donde Ri representa la resistencia interna del generador (Ra resistencia típica de la armadura, Rs resistencia de la excitación serie del bobinado y eventualmente Rw de la interpolación de bobinados) y Ub perdidas del voltaje en las escobillas. Una baja carga en las terminales incrementa el voltaje rápidamente esto deriva en una alta corriente antes de saturar el circuito magnético, el voltaje en la terminal se decrementa: con el generador con excitación en serie el cual provee un voltaje constante y este puede ser prácticamente usado. Si el generador es conectado en serie con una línea de f.e.m., proporcional al circuito se pueden presentar caidas de voltaje en la línea. La eficiencia convencional del generador está determinada por la evaluación separada de las siguientes pérdidas: (1) Pérdidas en el circuito de excitación Ps = Rs I² (2) Pérdidas constantes Po (3) Pérdidas en el circuito de armadura Pa = Ra I² Pw = Rw I² (4) Perdidas en las escobillas Pb = 0.6 I (5) Perdidas adicionales Pad = 1% P ver d20130530

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DL 10280 7.7 EXCITACIÓN COMPUESTA DEL DINAMO

El generador con excitación compuesta, presenta dos circuitos de excitación una es shunt y la otra es serie, esto decrementa la variación del voltaje, característica de la excitación shunt, es compensada, con ciertos límites por los correspondientes incrementos producidos por la excitación serie. La excitación compuesta del generador es llamada “short shunt” cuando la excitación shunt en el bobinado es directamente conectada a las escobillas y se llama “long shunt” cuanto por el contrario es conectada a las terminales de la carga.

(a) Derivación Corta

(b) Derivación Larga

El voltaje en las terminales de la carga resulta: U = Eo - RaIa -RkI - Ub (Derivación Corta) U = Eo - RaIa - RkIa - Ub (Derivación Larga) Donde Ra es la resistencia de la armadura Rk es la serie de excitación del alambrado y Ub es la caida del voltaje en las escobillas para Ia = I + Ie. In la practica pueden ser usados normalmente el corto shunt. Cuando el flujo producido por dos excitaciones se agrega en la operación como un compuesto acumulativo de excitación y puede operar en tres casos, esto se muestra en el siguiente diagrama de un reporte de características externas.

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(1) Compensación normal Idealmente las características de alineamiento en paralelo se realizan sobre el eje de las absizas. En la práctica la compensación solamente se realiza en la corriente IN para una carga derivada igual a un comportamiento de no carga cuando esta se decrementa en compensación de los excesos. (2) Baja compensación A una carga total el voltaje es bajo que cuando no hay carga. El efecto de la excitación serie es atenuada (3) Hiperconpensación En algunos casos, por ejemplo cuando hay perdidas de voltaje en la línea puede ser remplazada por el dínamo, el efecto de la excitación serie puede ser más marcado cuando hay carga total que cuando no hay carga. Cuando se produce un flujo contrario por dos excitaciones que son discordantes resulta una excitación compuesta diferencial (4) Compensación contabilizada El voltaje en las terminales del dinamo se decrementa muy rápido cuando la corriente derivada se incrementa. Este sistema de excitación es usado solamente en algunos casos particulares, como por ejemplo, en las máquinas para soldar. La eficiencia convencional del generador es determinada por la evaluación separada de las siguientes perdidas: (1) Pérdidas en el circuito de excitación shunt Pe = Re Ie² (2) Pérdidas constantes Po (3) Pérdidas en el circuito de armadura Pa = Ra Ia² (4) Perdidas en el circuito serie de excitación Pk = Rk I² (short shunt) Pk = Rk Ia² (long shunt) (5) Perdidas en la interpolación de bobinados Pw = Rw I² (6) Perdidas en las escobillas Pb = 0.6 Ia (7) Perdidas adicionales Pad = 1% P

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EXPERIMENTO N°38 RESISTENCIA DEL BOBINADO

Propósitos  Medir la resistencia eléctrica de los bobinados de las máquinas de corriente eléctrica Componentes  1 máquina CD con rotor conmutado y escobillas conectadas  1 DL 10281 módulo de alimentación  1 DL 10282 módulo de medición Diagrama eléctrico

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DL 10280 EXPERIMENTO N°38.1: BOBINADO DE LA ARMADURA DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble la máquina de corriente directa completa con motor conmutado y escobillas. Arme el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo. Coloque el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo variable de 0÷8V/12A (selector “c0d” en la posición “d” y control knob en 0%). Coloque el módulo de medición DL 10282 el volmetro y el amperímetro para una medición de corriente directa y observe la polaridad (terminal roja +). Active el módulo de alimentación con los valores de corriente mostrados en la tabla y mida el voltaje de armadura U conectando un volmetro entre las terminales de las escobillas. Antes de realizar este experimento realice la medición de la temperatura y regístrela en la tabla. ta = ....... °C

I (A) 1 2 3 4 5

U (V)

R (Ω)

Calculando la resitencia mediante la formula: R

U I

y escribiendo el valor en la tabla Determine en forma aritmética la resistencia a la termperatura ta: R = ............ () y coloque este valor convencional a temperatura de 75°C de nuevo: Ra  R

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309,5 ........... () 234,5  ta

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DL 10280 EXPERIMENTO N°38.2: INTERPOLACIÓN DE BOBINADOS Y SERIE

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DL 10280 Procedimiento

Arma el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo. Coloque el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo variable de 0÷8V/12A (selector “c0d” en la posición “d” y el control knob en 0%). Coloque el modulo de medicion DL 10282 el volmetro y el amperímetro para una medición de corriente directa y observe la polaridad (terminal roja +). Active el módulo de alimentación y alimente en circuito compuesto con la excitación compensada D1-D2, serie D3-D4 e interpole los bobinados B1-B2, con los valores mostrados en la tabla y mida el voltaje en las terminales de los 3 bobinados, empleando el volmetro. Después mida la temperatura y escriba el valor medido en la siguiente tabla: ta = ....... °C

I (A) 1 2 3 4 5

UD12 (V)

RD12 ( Ω)

UD34 (V)

RD34 ( Ω)

UB12 (V) RB12 ( Ω)

Calcule la resistencia mediante la formula: R

U I

y escriba los valores en la tabla determine posteriormente los valores aritméticos a diferentes temperaturas de la resistencia de los bobinados: RD12 = ........... ()

RD34 = ......... ()

RB12 = ........... ()

y coloque estos valores a una temperatura convencional de 75°C de nuevo: Rk = ............. ()

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Rs = ............ ()

Rw =............. ()

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DL 10280 EXPERIMENTO N°38.3: INDUCCION DEL BOBINADO

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DL 10280 Procedimiento

Arma el circuito mostrado en el diagrama topográfico previo. Coloque el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo variable de 0÷40V/5A (selector “c0d” en la posición “c” y el control knob en 0%). Coloque el modulo de medición DL 10282 el volmetro y el amperímetro para una medición de corriente directa y observe la polaridad (terminal roja +). Active el modulo de alimentación para la excitación separada de los bobinados F12+F56 los valores de corriente se muestran en la tabla para realizar las mediciones de voltaje U en las terminales de los bobinados. Después mida la temperatura y escriba los valores medidos en la siguiente table. ta =........ °C

I (A) 0.15 0.30 0.45 0.60 0.75 0.90

U (V)

R (Ω)

Calculando la resistencia mediante la formula: R

U I

y escribiendo el valor en la tabla Determine en forma aritmética la resistencia a la termperatura ta: R = .......... () y coloque este valor convencional a temperatura de 75°C de nuevo: Re = .......... ()

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EXPERIMENTO N°39 PRUEBA DEL MOTOR SIN CARGA (SWINBURNE)

Propósitos:  Determinar las pérdidas mecánicas y de acerodel dínamo por medio del método de Swinburne : el dínamo opera como motor sin carga. Componentes:  1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.  1 DL 10281 Módulo de alimentación  1 DL 10282 Módulo de medición  1 DL 10283 Módulo de cargas y reóstatos Diagrama eléctrico

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DL 10280 EXPERIMENTO N°39: PRUEBA DEL MOTOR SIN CARGA (SWINBURNE) DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el estator de la máquina de corriente directa completo con rotor conmutador y escobillas. Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo. Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje directo fijo de 42V/10A (selector “a0b” a la posición “b” e interruptor L+/L- a la posición “0”) y ponga el selector “c0d” a la posición “c” con la perilla de control a 0%. Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetros para mediciones de corriente directa y observe las polaridades (+ en la terminal roja). Establezca en el módulo DL 10283 el reóstato de excitación RF = 80 con la mínima resistencia (perilla de control a la posición “a”). Active el módulo de alimentación y alimente el circuito de excitación separado moviendo el interruptor L+/L- a la posición “1”: verifique que la máquina este excitada. Ahora ponga también el módulo DL 10281 para un voltaje directo variable 040V/5A: selector “c0d” a la posición “c”. Lentamente disminuya el voltaje de armadura U por medio de la perilla de control hasta que la máquina sea puesta en rotación. Ajuste el voltaje de armadura a 20 V y así mismo reduzca la corriente de excitación Ie por medio del reóstato RF hasta que la velocidad resulte alrededor de 3000 min-1. Ajuste al mismo tiempo el voltaje de armadura y la corriente de excitación hasta obtener una velocidad de 3000 min-1 con un voltaje de armadura de 20V. Mida la corriente de armadura Ia y la corriente de excitación Ie y escriba estos valores en la siguiente tabla

n (min-1) 3000 3000 3000 3000 3000

U (V) 20 25 30 35 40

Ia (A)

Ie (A)

Po = U Ia (W)

Ahora incremente al mismo tiempo el voltaje de armadura U y la corriente de excitación Ie de tal manera que obtenga los otros valores de voltaje mostrados en la tabla, con velocidad constante : para cada valor de voltaje que se muestra mida la corriente de armadura y de excitación. Pare la máquina reestableciendo el voltaje de armadura y moviendo el selector “c0d” a la posición “0”. Desenergice la máquina moviendo primero el interruptor L+/L- a la posición “0” y después el selector “a0b” a la posición “0”.

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Dibuje en el mismo diagrama la corriente de armadura Ia, la corriente de excitación Ie y la potencia absorbida Po, correspondiente a la suma de las pérdidas mecánicas y de acero , como función del voltaje de armadura U.

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EXPERIMENTO N°40 F.E.M. SIN CARGA

Propósitos:  Registrar el voltaje sin carga generado por un dínamo en velocidad constante y excitación separada  Verificar la dependencia del voltaje sin carga de la velocidad Componentes:  1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas  1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas  1 DL 10281 Módulo de alimentación  1 DL 10282 Módulo de medición  1 DL 10125 Reóstato de arranque y sincronizador Diagrama eléctrico

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EXPERIMENTO N°40: F.E.M. SIN CARGA

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor conmutador y escobillas. Para el motor síncrono nos referimos al experimento N°21. Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo. Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24V/14A: (selector “a0b” a la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”) y mueva el selector “c0d” a la posición “0” con la perilla de control a 0%. Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente directa (+ en la terminal roja). Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de control de la fuente directa a 80% : alimente el módulo. Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”. Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo. Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira con le velocidad síncrona. Utilizando el rango más apropiado del vóltmetro verifique que hay un voltaje entre las terminales A1-A2 del generador debido al magnetismo residual : Ur = ........ (V) Establezca el módulo de alimentación DL 10282 aún para un voltaje directo variable 040V/5A (selector “c0d” a la posición “c”). Registre la característica de magnetización midiendo el voltaje U entregado por el generador en correspondencia de los valores de corriente de excitación Ie obtenidos operando la perilla de control y mostrados en la tabla, haga primero las mediciones con la corriente incrementandose y luego con la corriente decrementándose, evite llevar acabo manipulaciones en sentido opuesto ( por ejemplo, si durante el registro de la característica ascendente un valor muy alto de corriente se estubiese manejando , entonces es incorrecto hacerlo en sentido opuesto porque tendríamos un punto fuera de la curva debido a la histéresis magnética: en este caso tendríamos que comenzar desde el principio). Característica ascendente -1

n (min ) 3000

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Ie (A) 0 0.15 0.3 0.45 0.6 0.75 0.9 1

U (V)

Característica descendente

Ie (A) 1 0.9 0.75 0.6 0.45 0.3 0.15 0

U (V)

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Dibuje en un diagrama el voltaje entregado U como función de la corriente de excitación Ie a velocidad constante registrada para las dos características y asuma la característica promedio como la característica de magnetización.

Verifique además cómo el voltaje entregado sin carga depende de la velocidad de rotación si el flujo inductivo se mantiene constante. Ajuste la corriente de excitación del dínamo a Ie = 0.6A y varíe la velocidad de rotación del motor de inducción, pasando en secuencia desde la operación síncrona a la operación asíncrona con ajuste de velocidad mediante el reóstato del rotor: para cada valor de velocidad que se lleve acabo mida el voltaje entregado correspondiente.

Reóstato Corto circuito R3A R2A R1A

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Ie (A) 0.6 0.6 0.6 0.6

n (min-1)

U (V)

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Le aconsejamos hacer sus mediciones con cierta cautela debido a que en el reóstato del rotor se disipa algo de energía. Pare el grupo moviendo el interruptor L1/L2/L3 a la posición “0” y desenergizando el dínamo moviendo el selector “c0d” a la posición “0” otra vez. Dibuje en un diagrama la tendencia del voltaje entregado como función de la velocidad con corriente de excitación constante.

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EXPERIMENTO N°41 CARACTERÍSTICA DE EXCITACIÓN

Propósitos:  Registrar la característica de magnetización de un generador con excitación serie Componentes:  1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.  1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.  1 DL 10281 Módulo de alimentación  1 DL 10282 Módulo de medición  1 DL 10125 Reóstato de arranque y sincronizador Diagrama eléctrico:

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EXPERIMENTO N°41: CARACTERÍSTICA DE EXCITACIÓN

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor conmutador y escobillas. Para el motor síncrono nos referimos al experimento N°21. Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo. Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24V/14A: (selector “a0b” a la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”) y mueva el selector “c0d” a la posición “0” con la perilla de control a 0%. Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente directa (+ en la terminal roja). Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de control de la fuente directa a 80% : alimente el módulo. Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”. Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo. Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira con le velocidad síncrona. Utilizando el rango más apropiado del vóltmetro verifique que hay un voltaje entre las terminales A1-A2 del generador debido al magnetismo residual : Ur = ........ (V) Establezca el módulo de alimentación DL 10282 aún para un voltaje directo variable 040V/5A (selector “c0d” a la posición “c”). Registre la característica de magnetización midiendo el voltaje U entregado por el generador en correspondencia de los valores de corriente de excitación Ie obtenidos operando la perilla de control y mostrados en la tabla, haga primero las mediciones con la corriente incrementandose y luego con la corriente decrementándose, evite llevar acabo manipulaciones en sentido opuesto ( por ejemplo, si durante el registro de la característica ascendente un valor muy alto de corriente se estubiese manejando , entonces es incorrecto hacerlo en sentido opuesto porque tendríamos un punto fuera de la curva debido a la histéresis magnética: en este caso tendríamos que comenzar desde el principio)

n (min-1) 3000

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Característica ascendente U (V) Ie (A) 0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12

Característica descendente Ie (A) U (V) 12 10.5 9 7.5 6 4.5 3 1.5 0 83

DL 10280

Pare el grupo pasando en secuencia de la operación síncrona del motor a la asíncrona y moviendo el interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”. Desenergice el dínamo moviendo el selector “c0d” a la posición “0” otra vez. Dibuje en el mismo diagrama el voltaje entregado U como función de la corriente de excitación Ie a velocidad constante registrada para las dos características y asuma la característica promedio como la característica de magnetización.

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DL 10280

EXPERIMENTO N°42 DINAMO CON EXCITACIÓN SEPARADA

Propósitos:  Registrar la característica externa  Registrar la característica de regulación  Determinación de la eficiencia convencional Componentes:  1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.  1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.  1 DL 10281 Módulo de alimentación  1 DL 10282 Módulo de medición  1 DL 10283 Módulo de cargas y reóstatos  1 DL 10125 Reóstato de arranque y sincronizador Diagrama eléctrico

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DL 10280 EXPERIMENTO N°42: DINAMO CON EXCITACIÓN SEPARADA DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor conmutador y escobillas. Para el motor síncrono nos referimos al experimento N°21. Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo. Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24V/14A: (selector “a0b” a la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”) y mueva el selector “c0d” a la posición “0” con la perilla de control a 0%. Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente directa (+ en la terminal roja). Mueva el selector R del módulo DL 10283 a la posición “0” y la perilla de ajuste del reóstato RA = (1 + 2) a la posición “b” (máxima resistencia). Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de control de la fuente directa a 80%: alimente el módulo. Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”. Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo. Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira con le velocidad síncrona. Ahora establezca el módulo de alimentación DL 10282 aún para un voltaje directo variable 040V/5A (selector “c0d” a la posición “c”). Registre la característica externa del generador midiendo el voltaje U en las terminales como función de la corriente de carga I = Ia, con corriente de excitación constante Ie. Por medio de la perilla de control ajuste la corriente Ie = 1A: este valor tiene que permanecer constante durante toda la obtención de la característica externa. Después de haber medido el voltaje sin carga, mida el voltaje para cada valor de la corriente de carga entregada por el generador, obtenida ajustando apropiadamente el selector R y el reóstato de carga RA. En la tabla los valores de corriente aproximados muestran que puede ser llevado acabo combinando apropiadamente el selector de pasos R y el reóstato RA.

Carga ∞ R1+RA R12+RA R12+RA R123+RA R123+RA R123+RA

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Ie (A) 1 1 1 1 1 1 1

I (A) 0 2 3.5 4 4.5 5 5.5

U (V)

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DL 10280

Dibuje en un diagrama el voltaje entregado U como función de la corriente de carga .

Ahora registre la característica de regulación midiendo la corriente de excitación que es necesaria para mantener el voltaje constante en las terminales del generador en función de la corriente de carga. Con carga nula I = 0) ajuste la corriente de excitación Ie de tal manera que el voltaje entregado sea igual a U = 35V: con carga nula la corriente de excitación asume el valor mínimo.

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DL 10280

Para cada condición de carga mostrada en la tabla ajuste al mismo tiempo la corriente de excitación Ie y la carga de manera que haga los valores de corriente aaproximados en la siguiente tabla y registre la corriente de excitación.

Carga ∞ R1+RA R12+RA R12+RA R123+RA R123+RA R123+RA

U (V) 35 35 35 35 35 35 35

I (A) 0 2 3.5 4 4.5 5 5.5

Ie (A)

Pare el grupo pasando en secuencia de la operación síncrona del motor a la asíncrona y luego moviendo el interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”. Desenergice el dinamo moviendo el selector “c0d” a la posición de “0” otra vez. Dibuje en un diagrama la corriente de excitación Ie como función de la corriente de carga .

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DL 10280

Finalmente, en base a los resultados previos, podemos determinar la eficiencia convencional del dinamo suponiendo una corriente promedio igual a 5A con voltaje entregado de 35V: la corriente de excitación Ie = 1A y n = 3000 min-1. El procedimiento de cálculos está sintetizado en la siguiente tabla.

Carga I (A) U(V) P = UI (W) Ie (A) Pe = Re Ie2 (W) Po (W) Ia (A) Pa = Ra Ia2 (W) Pw = Rw Ia2 (W) Pb = 0.6 Ia (W) Pad = 1%P (W) Pd (W) Pin = P + Pd (W) 100 P  % Pin

0

1.25

2.5

3.75

0 1 44 40 0 0 0 0 0 84 0 0

1 44 40 1.25

1 44 40 2.5

1 44 40 3.75

5 35 175 1 44 40 5 8 7.5 3 1.75 104.2 279.2

6.125 1 44 40 6.125

62.7

Los valores de resistencia son los determinados en el experimento N°38 y referidos a 75º C de nuevo. Las pérdidas constantes Po son las determinadas en el experimento N°39 en correspondencia de U = 35 V. A partir de una examinación visual las escobillas son de metal-carbon. La potencia Pd representa la suma de todas las pérdidas. Dibuje en el mismo diagrama la potencia Pd y la eficiencia  como función de la potencia de salida P.

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DL 10280

EXPERIMENTO N°43 DINAMO CON EXCITACIÓN EN PARALELO

Propósitos:  Registrar la característica externa  Registrar la característica de regulación  Determinación de la eficiencia convencional Componentes:  1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.  1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.  1 DL 10281 Módulo de alimentación  1 DL 10282 Módulo de medición  1 DL 10283 Módulo de cargas y reóstatos  1 DL 10125 Reóstato de arranque y sincronizador Diagrama eléctrico: Nota: Para permitir un buen ajuste de la corriente de excitación los devanados F1-F2 y F5-F6 están conectados en paralelo.

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DL 10280 EXPERIMENTO N°43: DINAMO CON EXCITACIÓN EN PARALELO DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor conmutador y escobillas. Para el motor síncrono nos referimos al experimento N°21. Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo. Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24V/14A: (selector “a0b” a la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”). Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente directa (+ en la terminal roja). Mueva el selector R del módulo DL 10283 a la posición “0” y la perilla de ajuste del reóstato RA = (1 + 2) a la posición “b” (máxima resistencia); ponga también la perilla de ajuste de la perilla de excitación RF = (80 ) a la posición “b” (máxima resistencia). Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de control de la fuente directa a 80% : alimente el módulo. Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”. Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo. Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira con le velocidad síncrona. Autoexcite el dínamo reduciendo la resistencia del reóstato RF de tal manera que obtenga un voltaje sin carga de alrededor de 30 V. Registre la característica externa del generador midiendo el voltaje U en las terminales como función de la corriente de carga I:también mida la corriente de excitación Ie y el voltaje de excitación Ue. Con el reóstato RA en la posición “b” ponga el selector R en la posición R123: ajuste al mismo tiempo el reóstato RA y el de excitación RF de tal manera que el dinamo entrege una corriente de 6A con voltaje en las terminales de U = 20 V. ADVERTENCIAS

(1) Este ajuste tiene que ser hecho cuidadosamente recordando que un incremento en la corriente de carga tiene que corresponder a un incremento en la corriente de excitación de manera que sea capaz de obtener el valor establecido de voltaje. (2) Durante esta prueba el reóstato de carga RA y el de excitación RF resultan en una sobrecarga y éstos se calientan : le aconsejamos hacer la prueba con cautela para evitar dañarlos. Sin modificar la posición del reóstato de excitación RF, medimos el voltaje en las terminales y el voltaje y corriente de excitación para cada valor de la corriente de carga entregada por el generador, obtenida ajustando apropiadamente el selector R y el reóstato de carga RA: escriba los valores medidos en la tabla.

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DL 10280

En la tabla los valores aproximados de corriente están escritos de manera que pueden ser efectuados combinando apropiadamente el selector de pasos R y el reóstato RA.

Carga R123+RA R123+RA R12+RA R12+RA R1+RA R1+RA ∞

U (V) 20

I (A) 6 5.7 4.2 3.6 3 2.7 0

Ie (A)

Ue (V)

Dibuje en un diagrama el voltaje entregado U y la corriente de excitación Ie como función de la corriente de carga .

Ahora registre la característica de regulación midiendo la corriente de excitación que es necesaria para mantener el voltaje constante en las terminales del generador en función de la corriente de carga. Con carga nula (=0) ajuste la corriente de excitación Ie de tal manera que el voltaje entregado sea igual a U = 20 V: con carga nula la corriente de excitación asume el valor mínimo.

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DL 10280

Para cada condición de carga mostrada en la tabla ajuste al mismo tiempo la corriente de excitación Ie y la carga de manera que haga los valores de corriente aaproximados en la siguiente tabla.

Carga ∞

R1+RA R12+RA R123+RA R123+RA

U (V) 20 20 20 20 20

I (A) 0 2.1 3 6 6.6

Ie (A)

Pare el grupo pasando en secuencia de la operación síncrona del motor a la asíncrona y luego moviendo el interruptor L1/L2/L· a la posición “0”. Dibuje en un diagrama la corriente de excitación Ie como función de la corriente de carga .

Finalmente, en base a los resultados previos, podemos determinar la eficiencia convencional del dinamo suponiendo una corriente promedio igual a 6A con voltaje entregado de 20V: la corriente de excitación Ie = 1.1A y n = 3000 min-1.

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DL 10280

El procedimiento de cálculos está sintetizado en la siguiente tabla.

Carga I (A) U(V) P = UI (W) Ue (V) Ie (A) Pe = Ue Ie (W) Po (W) Ia (A) Pa = Ra Ia2 (W) Pw = Rw Ia2 (W) Pb = 0.6 Ia (W) Pad = 1%P (W) Pd (W) Pin = P + Pd (W) 100 P  % Pin

0

1.5

3

4.5

0

37

0

0

37

37

37

6 20 120 21 1.1 23.1 37 7.1 16.1 10.8 4.3 1.2 92.5 212.5 56.5

Los valores de resistencia son los determinados en el experimento N°38 y referidos a 75º C de nuevo. Las pérdidas constantes Po son las determinadas en el experimento N°39 en correspondencia de U = 20 V. A partir de una examinación visual las escobillas son de metal-carbon. La potencia Pd representa la suma de todas las pérdidas. Dibuje en el mismo diagrama la potencia Pd y la eficiencia  como función de la potencia de salida P.

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DL 10280

EXPERIMENTO N°44 DINAMO CON EXCITACIÓN EN SERIE

Propósitos:  Registrar la característica externa  Determinar de la eficiencia convencional Componentes:  1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.  1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.  1 DL 10281 Módulo de alimentación  1 DL 10282 Módulo de medición  1 DL 10283 Módulo de cargas y reóstatos  1 DL 10125 Reóstato de arranque y sincronizador Diagrama eléctrico:

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DL 10280 EXPERIMENTO N°44: DINAMO CON EXCITACIÓN EN SERIE DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor conmutador y escobillas. Para el motor síncrono nos referimos al experimento N°21. Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo. Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24V/14A: (selector “a0b” a la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”) y ponga el selector “c0d” a la posición “0” con la perilla de control a 0%. Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente directa (+ en la terminal roja). Mueva el selector R del módulo DL 10283 a la posición “0” (es utilizado como interruptor de línea) y la perilla de ajuste del reóstato RA = (1 + 2) a la posición “b” (máxima resistencia). Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de control de la fuente directa a 80%: alimente el módulo. Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”. Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo. Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira con le velocidad síncrona. Registre la característica externa del generador midiendo el voltaje U en las terminales como función de la corriente de carga I. Después de haber medido el voltaje sin carga utilizando el rango más apropiado del vóltmetro, prenda el interruptor R (conectado a la posición “1”) y mida el voltaje para cada valor de la corriente de carga entregada por el generador , obtenida ajustando cuidadosa y apropiadamente el reóstato RA. NOTA

Porque por el valor alto le la resistencia de contacto entre el Colector y los cepillos, el autoexitaciòn puede no occurir. En estos casos, una minima pressiòn sobre los cepillos para empujar contra el collector, reduce la resistencia de contacto y permite el autoexitaciòn ADVERTENCIA

Durante esta prueba el reóstato de carga RA resulta en una sobrecarga y se calientan : le aconsejamos hacer la prueba con cautela para evitar dañarlo.

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DL 10280

Los valores de corriente aproximados que están en la tabla son los que le aconsejamos que haga.

Carga ∞

RA RA RA RA RA RA RA RA RA

I (A) 0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5

U (V)

P = UI (W)

Calcule la potencia entregada P y escriba los valores en esta tabla. En un diagrama muestre el voltaje entregado U y la potencia P como función de la corriente de carga .

Pare el grupo pasando en secuencia de la operación síncrona del motor a la asíncrona y luego moviendo el interruptor L1/L2/L· a la posición “0”. 100

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DL 10280

Finalmente, en base a los resultados previos, podemos determinar la eficiencia convencional del dinamo suponiendo una corriente promedio igual a 10A con voltaje entregado de 15V. El procedimiento de cálculos está sintetizado en la siguiente tabla.

Carga I (A) U(V) P = UI (W) Ps = RsI2 (W) Po (W) Pa = Ra I2 (W) Pw = Rw I2 (W) Pb = 0.6 I (W) Pad = 1%P (W) Pd (W) Pin = P + Pd (W) 100 P  % Pin

0

2.5

5

7.5

0 0 35 0 0 0 0 35 35 0

35

35

35

10

12.5

15 150 24.5 35 32 30 6 1.5 129 279 53.8

Los valores de resistencia son los determinados en el experimento N°38 y referidos a 75º C de nuevo. Las pérdidas constantes P0 son las determinadas en el experimento N°39 en correspondencia de U = 15 V. A partir de una examinación visual las escobillas son de metal-carbon. La potencia Pd representa la suma de todas las pérdidas. Dibuje en el mismo diagrama la potencia Pd y la eficiencia  como función de la potencia de salida P.

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DL 10280

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DL 10280

EXPERIMENTO N°45 DINAMO CON EXCITACIÓN COMPUESTA

Propósitos:  Registrar la característica externa de dínamo en paralelo corto  Registrar la característica de regulación  Determinar la eficiencia convencional Componentes:  1 Estator de máquina de cd con rotor conmutador y escobillas conectadas.  1 Estator de máquina de ca con rotor de anillo y escobillas conectadas.  1 DL 10281 Módulo de alimentación  1 DL 10282 Módulo de medición  1 DL 10283 Módulo de cargas y reóstatos  1 DL 10125 Reóstato de arranque y sincronizador Diagrama electrico:

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DL 10280 EXPERIMENTO N°45: DINAMO CON EXCITACIÓN COMPUESTA DE LORENZO

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DL 10280 Procedimiento

Ensamble el grupo motor síncrono-dínamo, utilizando el estator de la máquina de corriente alterna completo con rotor de anillo y escobillas, y el estator de la máquina de corriente directa , completo con rotor conmutador y escobillas. Para el motor síncrono nos referimos al experimento N°21. Alambre el circuito mostrado en el diagrama topológico previo. Establezca el módulo de alimentación DL 10281 para un voltaje alterno fijo de 24V/14A: (selector “a0b” a la posición “a” e interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”) y ponga el selector “c0d” a la posición “0” con la perilla de control a 0%. Establezca en el módulo de medición DL 10282 el vóltmetro y ampermetro para mediciones de corriente directa (+ en la terminal roja). Mueva el selector R del módulo DL 10283 a la posición “0” (es utilizado como interruptor de línea) y la perilla de ajuste del reóstato RA = (1 + 2) a la posición “b” (máxima resistencia). Mueva el interruptor del reóstato de arranque del módulo DL 10125 a la posición R1A y la perilla de control de la fuente directa a 80%: alimente el módulo. Active el módulo de alimentación y arranque el motor moviendo el interuptor L1/L2/L3 a la posición “1”. Gradualmente acelere el motor moviendo el interruptor del reóstato de arranque en secuencia a las posiciones R2A, R3A y corto cirucito (penúltima posición en sentido de las manecillas del reloj) : el motor gira ahora con una velocidad cerca a la de sincronismo. Finalmente sincronice el motor de inducción moviendo el interruptor del reóstato de arranque a la última posición en dirección de las manecillas del reloj: el motor de inducción está de esta forma sincronizado y gira con le velocidad síncrona. Registre la característica externa del generador midiendo el voltaje U en las terminales y la corriente de excitación Ie como función de la corriente de carga I. Después de haber medido el voltaje sin carga mida el voltaje para cada valor de la corriente de carga entregado por el generador, obtenida ajustando cuidadosa y apropiadamente el reóstato RA y el selector R ADVERTENCIA

Durante esta prueba el reóstato de carga RA resulta en una sobrecarga y se calientan: le aconsejamos hacer la prueba con cautela para evitar dañarlo. Los valores de corriente aproximados que se pueden llevar acabo combinando el selector de pasos R y el reóstato RA se muestran en la tabla.

Carga ∞

R1 + RA R12 + RA R123 + RA R123 + RA R123 + RA R123 + RA

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I (A) 0 3 4.5 8.1 9 10.5 12

U (V)

Ie (A)

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DL 10280

Dibuje en un diagrama el voltaje entregado U y la corriente de excitación Ie como función de la corriente de carga .

Ahora registre la característica externa con excitación serie diferencial : después de haber puesto el dínamo en operación sin carga de nuevo las conexiónes que cambian entre éstas son las conexiones del devanado D1-D2 (vea en especial : diferencial compuesto). Para cada valor aproximado de la corriente de carga mostrado en la tabla registre como en las páginas previas tanto el voltaje entregado U y la corriente de exitación en paralelo Ie.

Carga ∞

R1 + RA R12 + RA R12 + RA

I (A) 0 2.1 2.4 2.7

U (V)

Ie (A)

Pare el grupo pasando en secuencia de la operación síncrona del motor a la asíncrona y luego moviendo el interruptor L1/L2/L3 a la posición “0”.

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DL 10280

Dibue en un diagrama el voltaje entregado y la corriente de excitación en paralelo Ie como función de la corriente de carga .

Finalmente, en base a los resultados previos, podemos determinar la eficiencia convencional del dinamo suponiendo una corriente promedio igual a 10A con voltaje entregado de 25V. El dínamo esta claramente descomensado. El procedimiento de cálculo es sintetizado en la siguiente tabla.

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Carga I (A)

0

U(V) P = UI (W) Ie (A) Ps = RsIe2 (W) Po (W) Ia (A) Pa = Ra Ia2 (W) Pk = Rk I2 Pw = Rw I2 (W) Pb = 0.6 Ia (W) Pad = 1%P (W) Pd (W) Pin = P + Pd (W) 100 P  % Pin

32.5 0 0.78 26.8 37.5 0.78 0.19 0 0 0.468 0 65 65 0

2.5

37.5

5

37.5

7.5

37.5

10 25 250 0.7 21.56 37.5 10.7 36.64 6 30 6.42 2.5 140.6 391.6

12.5

37.5

64

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DL 10280

Los valores de resistencia son los determinados en el experimento N°38 y referidos a 75º C de nuevo. Las pérdidas constantes P0 son las determinadas en el experimento N°39 en correspondencia de U = 25 V. A partir de una examinación visual las escobillas son de metal-carbon. La potencia Pd representa la suma de todas las pérdidas. Dibuje en el mismo diagrama la potencia Pd y la eficiencia  como función de la potencia de salida P.

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DL 10280

APENDICES

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DL 10280

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DL 10280

APÉNDICE A1 LISTA DE COMPONENTES

No.1 DL 10280 Sistema modular para máquinas eléctricas rotatorias. No.1 DL 10281 Módulo de alimentación No.1 DL 10282 Módulo de medición No.1 DL 10283 Módulo de cargas y reóstatos. No.1 DL 10284 Adaptador auxiliar. No1. DL 10285 Sistema de bloqueo y rotación No.1 DL 10116 Arrancador estrella-delta No.1 DL 10300A Freno electromagnético con brazos y pesas No.1 DL 10310 Sincronoscopio de luz giratoria No.2 FEWC15-2 Wattmetro 5-10 A/30-60 V No.1 DL 2026 Tacómetro digital No.1 Osciloscopio de doble trazo, 20 Mhz

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APÉNDICE A2 PUNTA MAGNÉTICA

La punta magnética le permite desplegar el campo magnético mostrando la tendencia tridimensional. La punta está compuesta de un pequeño imán suspendido en una armadura de gimbal.

El soporte, la agarradera y los baleros de pivote no influencían la indicación del imán. La punta puede ser utilizada en cualquier posición u orientación dentro del campo magnético bajo prueba. La dirección del campo magnético se muestra por el pequeño imán cuyo polo norte está en color rojo.

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APÉNDICE A3 PRUEBA DE EJECUCIÓN

Las pruebas que se llevan acabo fuera de la máquina eléctrica tienen el propósito de determinar el comportamiento de lo mismo en condiciones de trabajo, o de deducir con cálculos sus comportamiento en condiciones de operación. Las mediciones se hacen operando máquinas en ciertas condiciones (carga, sin carga, en corto circuito, voltaje o corriente variable.... ) variando una de las cantidades implicadas y registrando las variaciones correspondientes de las otras cantidades. Los valores de las cantidades involucradas se registran por medio de instrumentos y son escritas en las tablas correspondientes y apartir de éstos valores a menudo algunos otros se deducen (por ejemplo, en un circuito de corriente directa la potencia se calcula multiplicando el voltaje aplicado y la corriente; en un circuito trifásico la potencia se calcula como la suma algebraica de las indicaciones de dos wattmetros en conexión de Aron). Después de haber obtenido todos los valores que pueden ser deducidos de las lecturas las pruebas tienen que ser presentadas en diagramas, de tal manera que se pueda juzgar de un vistazo le regularidad de la aproximación de los resultados mejor que la tendencia real del fenómeno.

A3.1 Método directo

Las pérdidas y la eficiencia efectiva de una máquina se determinan con el métodod directo cada vez que la máquina sea operada con su carga efectiva. Todas las mediciones tienen que ser hechas despúes de que la máquina haya alcanzado un calentamiento suficiente.

A3.2 Método indirecto

Las pérdidas convencionales y eficiencia de una máquina se determinan con el método indirecto cada vez que por medio de algunas pruebas sea posible evaluar las pérdidas y registrar la información que permita calcular cuál es el comportamiento de la máquina en diferentes condiciones de carga, sin embargo sin operar ésta con la carga efectiva. Las pérdidas que se manifiestan en las máquinas rotatorias son : - pérdidas de hierro (histéresis). - pérdidas mecánicas (fricción y ventilación). - pérdidas de cobre (efecto Joule) - pérdidas de contacto (escobillas y conmutador). - pérdidas adicionales (corrientes parásitas).

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APÉNDICE A4 MEDICIÓN DE LA POTENCIA MECÁNICA

La potencia mecánica de salida P de una máquina rotatoria es normalmente determinada midiendo la velocidad de rotación n (min-1) y el torque mecánico M (Nm) desarrollados por la máquina bajo condiciones de prueba según la siguiente relación: P

2 n M = 0.1047 n M (W) 60

La velocidad de rotación n se mide por medio de un tacómetro y el torque mecánico M por medio de un freno, que puede ser electrodinámico o magnético, capaz de disipar la potencia desarrollada por una máquina bajo prueba. El marco del freno es libre de oscilar alrededor de su eje y está integrado por dos brazos, uno que está graduado y el otro está equipado con un nivel de agua, donde la medición del peso G y las pesas de balance g pueden ser deslizadas. La posición del brazo depende de la velocidad de la flecha de rotación como se muestra en la figura.

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Antes de hacer las mediciones es necesario balancear el freno con un freno de motor girando y un freno desenergizado. Después de que el motor ha alcanzado su velocidad normal con el peso G en cero de la escala graduada y el freno de balance mueva el peso de balance g en el otro brazo hasta que el nivel de agua muestre la posición horizontal. Bloquee además la pesa de balance g que no tiene que ser movida durante las pruebas. Después de haber balanceado el freno hacemos que el motor gire y realizamos las operaciones moviendo el peso G una distancia b1 correspondiente al torque M1 = G b1 que queremos hacer y luego ajustamos la corriente de excitación del freno hasta que el freno por sí mismo regrese a la condición de balance. Generalmente el torque es medido en (Nm) de manera que el peso G tiene que estár en (N( y el brazo b en (m): M (Nm) = G(N).b(m)

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APÉNDICE A5 TOLERANCIAS

En las siguientes líneas una parte del estándard CEI 2-3 (IEC 34-1) se muestra donde las tolerancias están especificadas en las cantidades principales que aparecen entre las características promedio de una máquina eléctrica que tienen que ser garantizadas durante la fase de oferta, con la excepción de diferentes argumentos. Le recordamos que cuando la tolerancia es especificada solo en un sentido, el valor no tiene límites en el otro sentido. A5.1 Eficiencia

(a) Determinada como la razón entre los valores medidos de la potencia de salida y la potencia absorbida :  = -10% (1-) Ejemplo numérico El motor probado en el experimento N°11 presenta  = 56% a una potencia promedio de P = 200W (curva de eficiencia típica). La tolerancia en la eficiencia resulta:  = -0.1 (1-0.56) = 0.044 y por lo tanto durante la aceptación la mínima eficiencia garantizada tiene que ser  = 51.6% (b) Determinada con las sumas de las perdidas  = -15% (1-) Ejemplo numérico El dynamo probado en el experimento N°43 presenta  = 56% a una potencia promedio de P = 120W (curva de eficiencia típica). La tolerancia en la eficiencia resulta:  = -0.15 (1-0.56)= - 0.066 y por lo tanto durante la aceptación la mínima eficiencia garantizada tiene que ser  = 49.4%.

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DL 10280 A5.2 Factor de potencia por las maquinas a inducciòn

 cos   

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(1  cos )

(mínimo 0.02; máximo 0.07)

Ejemplo numeric El motor de fases singula probado en el experiment N°16 presenta cos = 0.7 a una potencia promedio de P = 110W (Caracteristica tipica electromecanica). La tolerancia en la eficiencia resulta:  cos  

1 (1- 0.7) = -0.05 6

y por lo tanto durante la aceptación del minimo garantizado el factor de potencia tiene que ser cos = 0.65 A5.3 Deslize del motor a inducciòn

s = ± 30% Ejemplo numeric El motor probado en el experimento N°17 presenta una velocidad de n = 2820 min-1 a una potencia promedio de P = 120W. El resultadodel deslize s

3000  2820 100 = 6% 3000

Y la tolerancia del deslize es igual a s = ±0.3 (6%) = ± 1.8% Durante la aceptaciòn de la velòocidad del motor tiene que ser garantizado entre 2766 y 2874 min-1.

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DL 10280 A5.4 Velocidad completa del motor dc

(a) Exitaciòn separada o de shunt n = ±15% Ejemplo numeric El motor con exitaciòn shunt probado en el esperimento N°23 presenta una velocidad de n =2400min-1 a una potencia promedio de P = 120W. La tolerancia sobre la velocidad resulta n = ±0.15(2400) = ±360 min-1 y por lo tanto durante la aceptación la velocidad tiene que ser incluida entre 2040 y 2760 min-1. (b) Exitaciòn serie o compuesta n = ±20% Ejemplo numeric El motor con exitaciòn en serie probado en el experimento N°24 presenta una velocidad de n =2600min-1 a una potencia promedio de P=170 W. La tolerancia sobre la velocidad resulta n = ±0.20(2600) = ±520 min-1 Y por lo tanto durante la aceptación la velocidad tiene que ser incluida entre 2080 and 3120 min-1.

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APÉNDICE A6 CAMBIO DEL ROTOR

ATENCIÓN: En el caso de que el producto deba ser usado en ambientes de alta humedad, se aconseja desmontar los dos rotores de los correspondientes soportes al finalizar cada sesión de ejercitación y conservarlos en contenedores sellados junto a bolsitas de desecante (gel de silicona) o en entornos secos cerca de una fuente de calor.

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