Práctica 2: Características de la Máquina de CD Funcionando Como Generador

Transcripción

1 IEE Clave: Área de Ingeniería Energética y Electromagnética 2 Prof. Dr. Juan Carlos Olivares alván jolivare 1999@yahoo.com Práctica 2: Características de la áquina de CD Ayudante: Hiram Alberto Canseco arcía hacg@azc.uam.mx Laboratorio de Uso de Energía, Edificio P 1 er piso. Lunes a iernes, 16:00 hr. a 20:00 hr. 1. Objetivos Obtener las características externas del generador de CD en conexión derivación, serie, compuesta larga y excitación independiente. Obtener las características internas del generador de CD en conexión derivación, serie, compuesta larga y excitación independiente. 2. Cuestionario En esta sección se presenta un cuestionario necesario para el desarrollo de la Práctica A qué se debe la caída de tensión en terminales de un generador de CD cuando hay carga? 2. Qué información nos proporcionan las características externa e interna de una máquina de CD? 3. El voltaje inducido E a depende de dos variables, cuáles son? 4. Escribe las ecuaciones de voltaje que rigen el comportamiento del generador con las conexiones a realizar en esta práctica. 5. Explica con tus propias palabras en qué consiste la reacción de armadura o de inducido. Utilizar diagramas para facilitar la expicación. 1 IEE

2 3. aterial y Equipo Sugerencia: Escoger los diferentes equipos de la misma marca para un mejor acoplamiento mecánico. 4. Desarrollo Experimental Tabla 1: aterial y equipo a ser empleado Cantidad aterial 2 Juegos de puntas 1 Tacómetro manual 4 ultímetros digitales Cantidad Equipo 2 áquina de CD 1 Banco de medición de CD 1 Banda de acoplamiento En esta sección se describen los pasos a seguir para el desarrollo de la práctica. Sugerencia: No arrancar los motores a su voltaje nominal Característica Externa de la áquina de CD 1. Para obtener las características externas e internas de las distintas máquinas de CD necesitamos conocer su carga nominal. Esta carga se puede obtener a partir de los valores de Potencia P n, oltaje n y Nominal del enerador. La característica terminal se debe hacer en función del porcentaje de la corriente nominal que circula por la carga. Para conocer la carga que debemos conectar al generador utilizamos la Ecuación 1. R n = P n Realizar el cálculo de R n y anotar su valor en la Tabla 2. Tabla 2: Datos para el cálculo de la resistencia de carga. Datos en [Ω]. Potencia Nominal P n [W] oltaje Nominal n [] Resistencia de Carga R n [Ω] 2 n (1) 2

3 2. Conectar el sistema motor-generador como se muestra en la Figura 1. Para cada una de las conexiones, derivación (Figura 1(a)) y compuesta en derivación larga (Figura 1(b)) se deben tomar valores de corriente de carga, voltaje en terminales t y corriente de campo I f. El generador debe girar a su velocidad nominal con ayuda del motor de CD. tm tm otor Derivación I f A 1 A 2 enerador Derivación (a) enerador de CD en Derivación o Shunt. otor Derivación N s I f A 1 A 2 enerador Compuesto Derivación Larga (b) enerador de CD Compuesto en Derivación Larga. Figura 1: Diagramas de conexión para los generadores en derivación y compuesto. Se registrarán valores de t, e I f. 3. Anotar los resultados en la Tabla 3. La columna de corriente porcentual se debe llenar calculando qué porcentaje de la corriente nominal de carga se midió en la prueba. 3

4 Tabla 3: Datos de corriente y tensión para el generador derivación y compuesto derivación larga. Derivación Compuesto nominal [A] porcentual % [A] oltaje en terminales t [] de campo I f [A] 4. Conectar la máquina como se muestra en la Figura 2. Para cada una de las conexiones, excitación independiente o separada (Figura 2(a)) y serie (Figura 2(b)) se deben tomar valores de corriente de carga y voltaje en terminales t. 5. Anotar los resultados en la Tabla 4. Nuevamente, a columna de corriente porcentual se debe llenar calculando qué porcentaje de la corriente nominal de carga se midió en la prueba. Tabla 4: Datos de corriente y tensión para el generador serie y excitación separada. Independiente Serie nominal [A] porcentual % [A] oltaje en terminales t [] 4

5 tm tm otor Derivación + N fg fg - A enerador Excitación Separada (a) enerador de CD con Excitación Separada o Independiente. otor Derivación N s (b) enerador de CD en Serie. A enerador Serie Figura 2: Diagramas de conexión para los generadores con excitación separada y en serie. Se registrarán valores de t e. 6. Trazar las características externas para cada conexión. Se recomienda el uso de ATLAB R y el Código 1 para el resto de la práctica Característica Interna de la áquina de CD 1. Para trazar la característica interna de una máquina de CD se necesita conocer el voltaje interno generado E a de la máquina. Este se puede calcular con los valores de resistencia de los devanados y la corriente de armadura y de campo. Con ayuda del Código 1 implementar rutinas que realicen el cálculo del voltaje interno. 5

6 2. Trazar las características internas para cada una de las conexiones realizadas. Se recomienda el uso de ATLAB R. 5. Cálculos y Programación Básica Con ATLAB El Código 1 muestra cómo graficar la característica terminal de la máquina de CD. Además, con los parámetros de la máquina y los valores medidos, se hace el cálculo de E a para realizar la característica interna de la máquina. Se debe hacer un análisis de lo que representan las gráficas. Las ecuaciones para encontrar E a se deben corregir dependiendo del tipo de máquina. También se deben agregar líneas de código para dar foramto a las gráficas como en la Práctica 1. Código 1: Características externa e interna, archivo: CaractExt.m. 1 %% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 2 % Codigo de ejemplo para la graficacion de la curva de magnetizacion de una aquina 3 % de CD. 4 % 5 %% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 6 7 clear all; clc; % Esta linea borra las variables del Workspace y limpia la 8 % ventana de comandos 9 10 %% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 11 % Las siguientes lineas sirven para la lectura de los datos nominales necesarios. 12 %% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % n=input( Inserte el voltaje nominal: ); % Solicitud del voltaje nominal. Se conoce de la 15 % primera parte de la Practica Pn=input( Inserte la potencia nominal: ); % Solicitud de la potencia nominal. Se conoce de 18 % la primera parte de la Practica In=Pn/n; % Calculo de la corriente nominal de la maquina Ra=input( Inserte la resistencia de armadura: ); % Solicitud de la corriente de armadura de la 23 % maquina. Se conoce de la Practica Rs=input( Inserte la resistencia del devanado serie: ); % Solicitud de la corriente del devanado serie de 26 % la maquina. Se conoce de la Practica %% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 29 % Las siguientes lineas sirven para la lectura de los datos experimentales. 30 %% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % IL=input( Inserte las corrientes de carga medidas: ); % Solicitud de los datos de corriente de carga. Se 33 % deben insertar en forma de vector: [I0 I1... In] If=input( Inserte las corrientes de campo medidas: ); % Solicitud de los datos de corriente de campo. Se 36 % deben insertar en forma de vector t=input( Inserte los voltajes terminales medidos: ); % Solicitud de los datos de voltaje en terminales. 39 % Se deben insertar en forma de vector Ip=IL/In; % Calculo de la corriente porcentual a partir de los 42 % datos experimentales y la corriente nominal %% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 45 % Las siguientes lineas sirven para la obtencion de las caracteristicas interna y externa de cada conexion realizada. 46 % Se deben agregar algunas lineas para darle formato a las graficas, asi como dar la ecuacion correcta para la obtencion 47 % del voltaje Ea para cada conexion. 48 %% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % fprintf( Escoge una opcion\n ); % Despliega una lista de opciones para seleccionar la 51 % conexion que se va a analizar. 52 fprintf( \n1.\tenerador de CD con Excitacion Separada ) 53 fprintf( \n2.\tenerador de CD En Derivacion ) 54 fprintf( \n3.\tenerador de CD En Serie ) 55 fprintf( \n4.\tenerador de CD Compuesto En Derivacion Larga\n\n ) conexion=input( Opcion: ); % Solicitud del tipo de conexion switch conexion % Estructura para determinar que analisis se hara. 60 case 1 % Seleccion de conexion Excitacion Separada o Independiente. 61 clear Rs If % Borra estos valores, no son necesarios. 6

7 62 plot(ip,t) % Caracteristica Externa. 63 Ea=Ra*IL+t; % Calculo de Ea. 64 plot(ip,ea) % Caracteristica Interna case 2 % Seleccion de conexion Excitacion en Derivacion o Shunt. 67 clear Rs If % Borra estos valores, no son necesarios. 68 plot(ip,t) % Caracteristica Externa. 69 Ea=Ra*IL+t; % Calculo de Ea (escribir la ecuacion para generadores shunt). 70 plot(ip,ea) % Caracteristica Interna case 3 % Seleccion de conexion Excitacion en Serie. 73 clear Rs % Borra este valor, no es necesario. 74 plot(ip,t) % Caracteristica externa. 75 Ea=Ra*IL+t; % Calculo de Ea (escribir la ecuacion para generadores serie). 76 plot(ip,ea) % Caracteristica Interna case 4 % Seleccion de conexion Excitacion Compuesta Derivacion Larga. 79 plot(ip,t) % Caracteristica Externa. 80 Ea=Ra*IL+t; % Calculo de Ea (escribir la ecuacion para generadores long-shunt). 81 plot(ip,ea) % Caracteristica Interna otherwise 84 fprintf( opcion no valida ); 85 end 6. Actividades 1. Obtener las características externas de las diferentes conexiones del generador de CD. 2. Con ayuda de ATLAB encuentrar la resistencia crítica del generador conectado en derivación. 3. De acuerdo con los datos experimentales obtenidos, cómo cuantificaría el efecto desmagnetizante de la reacción de armadura? 4. Obtener las caracterìsticas internas de las diferentes conexiones del generador de CD. Bibliografía Recomendada [1] A.E.Fitzgerald, CharlesKingsley,Jr.yStephenD.Umans, áquinaseléctricas, 6 Edición,craw Hill. [2] Bhag S. uru, Huseyin R. Hiziroglu, áquinas Eléctricas y Transformadores, 3 Edición, Oxford University Press, [3] Jimmie J. Cathey, áquinas eléctricas: análisis y diseño con atlab, craw-hill/interamericana, [4] Stephen J. Chapman, áquinas Eléctricas, 5 Edición, craw-hill, [5] Jesús Fraile ora, áquinas Eléctricas, 5 Edición, craw-hill. Actividad adicional 7