Laboratorio 2.docx

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELÉCTRICA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA

LABORATORIO N°2 FUERZA ELECTROMOTRIZ EN DÍNAMOS

MATERIA

: MÁQUINAS ELÁCTRICAS I (ELT 2641 A)

UNIVERSITARIO

: AGUAYO TORREZ LUIS ALBERTO

DOCENTE LABORATORIO

: ING. VICTOR HUGO FLORES ARANCIBIA

DIA DE CLASES

: LUNES 25 DE FEBRERO DE 2019

FECHA DE ENTREGA

: LUNES 11 DE MARZO DE 2019

ORURO – BOLIVIA

1. OBJETIVOS: Los objetivos del presente laboratorio son:  Determinar la f.e.m. para la dínamo.  Conocer el circuito de instalación para el laboratorio.  Realizar la curva de magnetización de la dínamo. 2. MARCO TEÓRICO: La máquina de corriente continua puede funcionar tanto en régimen generador como en régimen motor. El principio de generación de la fuerza electromotriz (f.e.m.) en las espiras del rotor, considerando el inducido en forma de anillo, donde en este devanado, al girar el rotor se induce una f.e.m. en los conductores dispuestos en la cara exterior del núcleo al ser cortado por el flujo del estator. Las f.e.m.s. de los conductores situados debajo del polo norte son de signo contrario a la de los conductores situados debajo del polo sur; donde el sentido de estas f.e.m.s. se obtiene con la ecuación: 𝑒 =𝐵∗𝑙∗𝑣 [

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜𝑠 ] 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟

Donde: 𝐵 = Densidad de campo magnético. 𝑙 = Longitud activa de las bobinas. 𝑣 = Velocidad lineal. El voltaje interno generado en la máquina de corriente continua (f.e.m), está dado por la ecuación: 𝐸 = 𝐾 ∗ Ø ∗ 𝜔 [𝑉]

(1)

Donde: 𝐾 = Constantes de la dínamo. ∅ = Flujo magnético de la máquina. 𝜔 = velocidad de rotación. Según la Ley de Hopkinson, para el análisis magnético, se considera para la fuerza magnetomotriz, las siguientes ecuaciones: ℱ = ℜ*∅ [𝐴 − 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎] ℱ = 𝑁𝐹*𝐼𝐹 [𝐴 − 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎] Igualando ambas ecuaciones, se obtiene: Ø= Donde: ℱ = Fuerza magnetomotriz. ℜ = Reluctancia magnetomotriz. 𝑁𝐹 = Número de conductores. 𝐼𝐹 = Corriente de campo. Reemplazando la ecuación (2) en (1), se obtiene:

𝑁𝐹 ∗ 𝐼 [𝑊𝑒𝑏𝑒𝑟] ℜ 𝐹

(2)

𝐸=𝐾∗

𝑁𝐹 ∗ 𝐼 ∗ 𝜔 [𝑉] ℜ 𝐹

Haciendo: 𝐾′ = 𝐾 ∗

𝑁𝐹 ℜ

Obtenemos, la ecuación fundamental de la dínamo: 𝐸 = 𝐾′ ∗ 𝐼𝐹 ∗ 𝜔 [𝑉] 3. EQUIPO E INSTRUMENTAL PARA LABORATORIO: Para el presente laboratorio, se utilizará el siguiente equipo, instrumental y material: 

    

Una dínamo con autoexcitación en paralelo o derivación, que tiene las siguientes características: o Tensión nominal: Vn = 230 (V) o Corriente nominal: In = 19,6 (A) o Velocidad nominal: ωn = 1430 (rpm) o Potencia nominal: Pn = 4,5 (Kw) Una Máquina motriz. Instrumentos de medición: voltímetros, amperímetros. Un tacómetro. Resistencia variable. Cables para conexión.

4. CIRCUITO PARA EL LABORATORIO:

5. DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO:    

Realizar el circuito de laboratorio, como se indica en el punto 4. Utilizando la máquina motriz, accionar la dínamo hasta llegar a la velocidad nominal. No debe circular corriente por el circuito de campo (C-D), o sea estando el circuito de campo abierto donde se debe registrar la primera medición. Se hace variar la corriente de campo en forma paulatina, anotando los valores de corriente de campo y voltaje para cada variación de la corriente de campo, llegando a un voltaje elevado, admitido por la operación de la máquina.





Alcanzado el voltaje elevado se realiza el trabajo de reducir la corriente de campo hasta llegar a cero, registrando los valores de tensión y corriente de campo para cada variación. Cabe mencionar que el todo este proceso debe mantenerse la velocidad de la máquina constante. Cabe indicar que, en las variaciones de corriente de campo, debe mantenerse la velocidad de la máquina constante. Si el ensayo se realiza a distinta velocidad, será necesario modificar los valores de tensión generada por la dínamo, con la siguiente relación: 𝐸=

𝜔 ∗ 𝐸′ 𝜔′

Donde: 𝜔 = Velocidad nominal 𝜔´ = Velocidad variable registrada

BAJADA

SUBIDA

6. LECTURAS OBTENIDAS EN EL LABORATORIO: Lectura N° 𝜔´ [rpm] 𝐼𝐹 [A] E’ [V] E [V] 1 1490 0 24.54 23.5518121 2 1493 0.03 34.85 33.3794374 3 1492 0.06 44.95 43.0821046 4 1494 0.08 54.41 52.0791834 5 1493 0.25 135 129.303416 6 1491 0.32 168.1 161.222669 7 1491 0.42 201.4 193.160295 8 1490 0.58 242.6 232.830872 9 1489 0.75 272.2 261.414372 10 1489 0.56 248 238.173271 11 1491 0.43 220.7 211.670691 12 1491 0.32 186.5 178.869886 13 1492 0.24 152.41 146.076609 14 1492 0.17 120.1 115.109249 15 1493 0.09 79.6 76.2411253 16 1493 0.04 53.21 50.9647019 17 1494 0 25.27 24.1874833

7. GRÁFICOS:

Fig. 1. Máquina de corriente continua en funcionamiento

Fig. 2. Tablero de control.

Curva de Magnetización Subida 300.0

Voltaje Generado [V]

250.0 200.0 150.0 100.0 50.0

0.0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Corriente de Campo [A]

Curva de Magnetización de Bajada 300.0

Voltaje Generado [V]

250.0 200.0 150.0 100.0 50.0

0.0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Corriente de Campo [A]

CURVA DE MAGNETIZACIÓN Voltaje Generado [V]

300 250 200 150 100 50 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Corriente de Campo [A] Curva de Margnetización Subida

Curva de Magnetizacón Bajada

0.8

8. ANÁLISIS DE RESULTADOS: 1. ¿Porque se realizó este ensayo? Porque es necesario para el estudiante conocer los fenómenos que aparecen durante el funcionamiento de las máquinas, y no son visibles más que en la práctica, además que sirve para conocer las máquinas, sus partes, los dispositivos de medición y sus circuitos de instalación. Todo ello para complementar la enseñanza teórica. 2. ¿Como se evalúa las perdidas en el fierro de una máquina de corriente continua? Las pérdidas en el hierro son debidas a las variaciones de flujo en el motor y son la suma de dos tipos de pérdidas diferentes: las debidas a las corrientes de Foucault y las debidas a histéresis magnética del material. En las siguientes ecuaciones se pueden ver las expresiones utilizadas normalmente para calcular las pérdidas en el hierro en chapas magnéticas. En todas las expresiones que se van a exponer estas pérdidas están dadas en Watts por Kg. de material. La primera expresión da las debidas a corrientes de Foucault: (a) Estas primeras pérdidas son debidas a las resistencias de pequeños circuitos de corriente que se crean en el material, al oponerse este a la variación del flujo. σ: Coeficiente característico de Foucault del material [W/Kg] fN: frecuencia nominal del motor [Hz] BN: Inducción nominal del motor [T] La relación B/BN se mantiene constante (debido a que se intenta mantener el flujo constante), por lo tanto, se puede ver que las pérdidas de este tipo aumentan con el cuadrado de la frecuencia. Estas pérdidas de Foucault, en realidad son pérdidas por efecto Joule sobre los pequeños circuitos recorridos por las corrientes parásitas inducidas en el material. Si la resistencia de estos circuitos se supone constante las pérdidas por efecto Joule en cada uno de los circuitos sería:

Siendo E la fuerza electromotriz inducida en cada circuito. A su vez, E es proporcional a la frecuencia [Hz] y a la inducción B [T]. Por esta razón en la ecuación “a” las pérdidas específicas en el hierro dependen tanto de la inducción como de la frecuencia al cuadrado. Una segunda expresión nos dará las pérdidas debido al ciclo de Histéresis de la chapa magnética. La energía específica que se acumula en un circuito magnético si se varia la inducción magnética B varía proporcionalmente al área limitada por la curva B = f (H) y el eje de ordenadas. La siguiente figura muestra el área rallada como las pérdidas de un ciclo de histéresis. Si llegada la inducción máxima de la curva ˆB la intensidad de campo empezara a disminuir y la curva descendente fuese igual que la ascendente, entonces no habría área que provocara pérdidas. La magnetización provoca en los materiales ferromagnéticos un ciclo en el que las curvas ascendentes no coinciden con las descendentes. La superficie que esta sombreada en la figura es la diferencia entre la potencia absorbida y la cedida que se traduce en las pérdidas. Estas pérdidas se transformarán íntegramente en calor.

Cada vez que se produce una pulsación del ciclo de histéresis, se producen las pérdidas que están sombreadas en la figura una vez. Por lo tanto, cuanto más elevada es la frecuencia más veces por segundo se producen estas pérdidas del ciclo de histéresis. La expresión de las pérdidas por unidad de peso del material es la siguiente:

ε: Coeficiente característico de histéresis del material [W/Kg] El coeficiente ε será función del área encerrada en el ciclo de histéresis del material. Las pérdidas de este tipo aumentan linealmente con la frecuencia y son proporcionales a la superficie de la curva de histéresis del material. Así como las anteriores dependían del espesor de la chapa, las pérdidas por histéresis no dependen de este parámetro. Las pérdidas en el hierro totales serán la suma de las dos expresiones anteriores.

3. ¿Porque realiza la curva de magnetización en una máquina de corriente continua? Porque la magnetización o saturación del material ferromagnético es un efecto practico que afecta a la eficiencia y al funcionamiento de la máquina de corriente continua, por ello es necesario conocer esta curva y poder situar el punto de funcionamiento de la dinamo, cercano al codo de la curva de saturación, esto para lograr una máxima potencia por unidad de peso. 9. DOCUMENTOS DE REFERENCIA:  

Guia de laboratorio de máquinas eléctricas Maquinas eléctricas

Ing. Victor Hugo Flores IRVING KOSOW

10. RESUMEN CONFERENCIA: Primeramente tuvo la palabra el ministro de energía , comenzó la charla hablando sobre las empresas hidroeléctricas, termoeléctricas que existen en Bolivia y realizo una comparación de la demanda energética en áreas rurales, como por ejemplo explicó que antes en las zonas provinciales solo se tenia un transformador que debía ser pagado por los pobladores sin importar si ellos utilizaban la energía o no, esto creaba un malestar dentro de las comunidades que recaía en un cierto grado de rechazo a la electrificación de las zonas rurales, ese hecho ha ido cambiando y actualmente es mas factible llevar electricidad a mayores zonas y el precio de la electricidad fue reduciendo para las comunidades. Posteriormente tomo la palabra el rector de la facultad, Ing. Vargas Oroza, explicando las ventajas y beneficios del convenio firmado, para luego pasar a la firma del convenio. Ya casi para finalizar comenzó a hablar el viceministro que explico los nuevos proyectos y avances que se tienen en el país, como las plantas solares y nucleares que están en proyecto, el porcentaje de demanda de ENDE y las líneas de distribución que hay en Bolivia.