Facultad de Ingeniería. Escuela de Eléctrica. GUÍA 6 1

Tema:
“GENERADORES DE CORRIENTE DC”.
Facultadde Ingeniería.
Escuelade Eléctrica.
Asignatura“CONVERSIÓNDELA
ENERGIAELECTROMECÁNICAII”.
I. OBJETIVOS.
Queel alumno:
•
Desarrolle e implemente un sistema de generación DC con generadores de excitación separada y
shunt.
•
Determine las características de operación en vacío del generador con excitación separada y shunt.
•
Determine la dependencia de Ea y Vt con respecto a If del circuito de campo.
•
Determine la dependencia de EA=VT con respecto de la velocidad, en rpm, de la máquina.
•
Determine la dependencia del voltaje VT con respecto a la velocidad del generador, en rpm.
II. INTRODUCCIÓN.
El generador en derivación de DC es un generador que suministra su propia corriente de excitación
mediante la conexión en derivación del campo sobre los terminales de la máquina.
Comparado con el generador de excitación independiente, el generador Shunt tiene la ventaja que no requiere
fuente adicional para alimentar su excitación.
PROCESO DE AUTOEXCITACIÓN:
El proceso de autoexcitación de un generador de D.C. necesita la existencia de un flujo residual en los polos de
la máquina. De esta forma cuando la máquina comienza a girar se autoinduce en la armadura el voltaje de
generación:
Esta tensión inicial es de unos pocos voltios, lo que hace que aparezca voltaje en los terminales del generador,
y por consiguiente, hace circular la corriente por los bobinados del campo (IF= VT/RF). La corriente da lugar a
una fuerza magnetomotriz que incrementa el flujo en los polos. El aumento de flujo origina un aumento de EA=Kφω,
lo que a su vez origina un aumento en el voltaje terminal Vt.
Las causas por las cuales no puede haber voltaje generado son:
a) No hay flujo magnético residual en el generador.
b) Podría haberse revertido el sentido de giro de la máquina.
c) La resistencia del campo puede ser ajustada a un valor mayor que la resistencia crítica (resistencia elevada
que hace cero la corriente de campo).
CARACTERISTICAS DE CARGA:
Cuando aumenta la carga en el generador, IL aumenta, lo que hace que la potencia exigida al generador sea
mayor, y aumente la corriente de armadura, lo que causa una disminución del voltaje terminal.
CONTROL DE VOLTAJE DE GENERACION:
Al igual que el generador de excitación independiente, hay dos formas de controlar la tensión de un generador
Shunt:
1) Variando la velocidad del primotor.
2) Variando la corriente de excitación del generador mediante la variación de la resistencia de campo.
Sin embargo, tradicionalmente se hace por el control de campo por resistencia (RF), lo que hace variar arriba y
abajo del voltaje del generador por variaciones en el flujo de la excitatriz.
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III. MATERIALES Y EQUIPO.
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Cantidad
1
1
1
3
1
X
1
1
1
Descripción
Máquina de DC en derivación
Cubierta de seguridad de acople de eje
Cubierta de seguridad de final de eje
Medidores RMS
Multímetro
Cables de toda medida
Motor conectado como primotor
Starter SO3213-6B como carga resistiva
Fuente de alimentación 7007-5A
IV. PROCEDIMIENTO.
PARTE I. Conexiones y funcionamiento básicos de un generador DC. Generador DC conexión Shunt.
1. Implemente el circuito de la figura 1 de los anexos; acople un primotor al generador DC en el orden
siguiente:
a. Primotor.
b. Generador DC.
2. Ajuste los medidores en las escalas más adecuadas.
3. Ajuste el Starter regulador de campo como carga resistiva aproximadamente al 25% de su valor de
resistivo. Este será usado como carga eléctrica. Procure nunca reducir el valor óhmico del Starter
hasta un valor de 0 ohmios.
4. Cierre el interruptor tetrapolar para energizar el sistema.
5. Aplique voltaje Vdc al primotor de manera de no sobrepasar de su corriente nominal (ver datos de
placa). Anote los valores de voltaje generado, completando la tabla 1. La velocidad del primotor
dependerá del voltaje aplicado.
6. Nota: Nótese que el voltaje es proporcional a la velocidad del primotor; además, observe que a mayor
resistencia de carga habrá una mayor caída de voltaje a la salida del generador.
RPM
Vgen
RPM
1400
Rf= 25%
1500
1600
1700
1800
1300
1400
Rf= 50%
1500
1600
1700
1800
1300
1400
Rf= 75%
1500
1600
1700
1800
1300
1400
Rf= 100%
1500
1600
1700
1800
1300
Vgen
RPM
Vgen
RPM
Vgen
Tabla1
PARTE II. Condiciones de funcionamiento de un generador DC conexión Excitación separada.
1. Con la máquina de D.C. conectada con la configuración de la figura 2 de los anexos, conexión excitación
separada, proceda a comprobar los literales que se le piden a continuación. Para cada uno de los casos
deberá sugerir una tabla de datos que contenga por lo menos 10 parámetros de medición.
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2. Para un valor de IF
igual a la mitad del valor nominal, constante, determine la dependencia de EA=VT con
respecto de la velocidad, en rpm, de la máquina.
3. Para la velocidad nominal de la máquina, determine la dependencia de EA=VTcon respecto a IF, siendo
rpm=constante al valor nominal de la máquina.
4. Determine el efecto de operar la máquina en sentido de rotación horario como el antihorario sin cambiar
ninguna conexión del generador.
V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.
1. Para la parte I del procedimiento, trace la respuesta de voltaje generado en función de la velocidad y para
las resistencias de campo sugeridas.
2. Porqué el generador autoexcitado no se conecta a la fuente de alimentación de Vdc. Explique.
3. Complete cada uno de los literales que se realizaron para la parte II del procedimiento (4 literales en total).
4. Dibuje todas las curvas de los datos obtenidos durante la parte II de la práctica.
5. Determine un método práctico para modelar los parámetros del circuito equivalente de los generadores
estudiados, como lo son la resistencia del devanado de campo y la de armadura y la de los devanados de
compensación. Explique.
6. Calcule los niveles de voltaje obtenidos en cada uno de los generadores estudiados, según el diagrama del
circuito equivalente, para los valores nominales de la máquina.
VI. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA.
1. Investigue 3 aplicaciones de generadores autoexcitados y 3 de excitación separada.
2. Investigue si el voltaje de salida de un generador DC es completamente DC puro o si tiene rizado. Explique.
3. Mencione tres ventajas y desventajas entre los generadores estudiados.
VII. BIBLIOGRAFÍA.
1. Electric Machines. Second Edition. Charles I. Hubert. Prentice Hall, 2002.
2. Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley, Jr. McGraw-Hill 1992.
3. Fundamentos de Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman. McGraw-Hill 1990.
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ANEXOS.
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