preinforme No 7 maquinas excitacion serie generador

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LABORATORIO DE MÁQUINAS I
PREINFORME 7
GENERADOR CON EXCITACIÓN SERIE.
Por:
JUAN DIEGO ARROYAVE AGUIRRE 
Para:
FERNANDO LARGO P.
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
2018-I
ASUNTO: GENERADOR CON EXCITACIÓN SERIE.
Objetivo General:
· Conocer el funcionamiento real de la máquina de CD como generador en serie.
Objetivos Específicos:
· Hallar las características en vacío de un generador en serie. Esta característica se obtiene operando el generador como un de excitación independiente.
· Hallar la característica externa de la maquina serie como generador.
Funcionamiento de la maquina en serie.
Se denomina una maquina en serie cuando el devanado inductor se conecta en serie con el devanado inducido, de manera que toda la corriente que el generador suministra a la carga es la misma que pasa por ambos devanados. Dado que la corriente que atraviesa al devanado inductor es elevada, se construye con pocas espiras de gran sección.
La máquina tiene ciertos inconvenientes:
· No se excita al trabajar en vacío.
· Es muy inestable, ya que la tensión en bornes aumenta cuando lo hace la carga, por lo que resulta poco útil para la generación de energía eléctrica. 
· Para la puesta en marcha es necesario que el circuito exterior esté cerrado.
En el generador con excitación en serie el devanado de campo está conectado en serie con la armadura, lo cual significa que fluye una corriente común a través de ambos devanados. Un cambio en la corriente de armadura se traduce en un cambio en la corriente de campo.
Figura 1. Generador con excitación serie
Donde:
RL : Resistencia de carga alimentada por el generador.
VL : Voltaje en los terminales de la carga.
IL : Corriente en la carga.
Ea : Voltaje generado en la armadura.
Ra : Resistencia del enrollado de armadura.
Ia : Corriente de armadura.
Va : Voltaje en los terminales de armadura.
Rc : Resistencia del enrollado de campo.
Ic : Corriente por el enrollado de campo.
n : Velocidad del rotor, proporcionada por una máquina motriz externa.
Rr : Resistencia variable (reóstato) que normalmente se conecta a los terminales del generador para controlar la magnitud de Ic.
En el conexionado del generador con excitación en serie no puede instalarse un regulador de tensión ya que este actuaría directamente sobre la corriente de carga, lo que significaría un regulador de alta capacidad de corriente y extremadamente voluminoso. Lo que se hace generalmente es colocar el regulador en paralelo con el arrollamiento de excitación. Para el cebado de un generador con excitación en serie es necesario tener en cuenta:
• El cebado de un generador serie es imposible en circuito abierto.
• El cebado no es posible mientras el circuito exterior no tenga una resistencia mínima suficiente para que la intensidad de corriente alcance un valor capaz de reforzar el magnetismo remanente.
• El cebado no es posible mientras la velocidad no alcance cierto valor (velocidad crítica), capaz de originar una Fem suficiente.
• El sentido de rotación de la máquina ha de ser tal que la corriente inducida refuerce el magnetismo remanente.
El punto de cebado se halla cuando los valores de tensión y corriente cambian bruscamente.
Característica en vacío Uo = f(Iexc); I = 0; n = constante
Se presenta cuando en el generador no se coloca carga en sus terminales de salida. 
En el generador en serie no es posible hablarse de funcionamiento en vacío, ya que tal cosa nunca se da, pues al ser la corriente excitación la misma corriente carga, si no hay carga no hay excitación, no habrá flujo inductor y por tanto no se inducirá fem alguna. Sin embargo se utiliza una característica en vacío , para diferentes velocidades ésta se obtiene mediante excitación independiente. Se comprende entonces que la característica en vacío del generador serie coincide con la misma característica de un generador con excitación independiente.
La única forma de trazar la curva de vacío del generador serie es conectándolo como un generador con excitación independiente.
Figura 2. Conexión del generador serie para obtener la curva de vacío.
Ahora, la gráfica es:
Figura 3. Característica en vacío para el generador serie.
Característica externa Ut = f (I); n = constante
Esta gráfica compara las salidas de la maquina (voltaje en terminales y corriente de línea). 
 
El generador de C.C. en configuración serie presenta una característica VL v/s IL creciente. El flujo remanente posibilita la existencia de una corriente inicial que excita el campo, aumentando la tensión generada, consecuentemente la corriente y así sucesivamente hasta saturar el núcleo. 
De esta manera, en un primer tramo (zona lineal del material ferromagnético) el voltaje generado crece en forma prácticamente lineal al igual que la tensión generada en vacío, en este caso la diferencia entre las curvas se explica debido principalmente a las pérdidas en el cobre, las cuales crecen linealmente con el aumento de corriente. 
Pasado el nivel de corriente nominal, el núcleo se satura, razón por la cual el voltaje en bornes queda limitado y por ende, el valor de la corriente del circuito (corriente de carga). En esta situación, se dice que el generador está en zona la de corriente constante. 
Es importante notar que en la zona de corriente constante la caída de tensión se explica por un efecto predominante de la reacción de armadura que se suma a las pérdidas de Joule del generador. Esta particularidad es aprovechada sobre todo en aplicaciones de soldadura de arco, donde al momento de tocarse los electrodos (antes de soldar), el voltaje es bajo y la corriente que fluye es alta y al momento de separar los electrodos, el voltaje aumenta bruscamente y la corriente se mantiene en un valor alto, lo que propicia la aparición del arco eléctrico y permite el proceso de soldadura.
Figura 4. Característica VL v/s IL en generador serie. [1]
Figura 5. Circuito para la determinación de la característica externa
Resistencia crítica
Es aquella cuya recta es tangente a la parte lineal de la curva en vacío. 
Si la resistencia excede el valor de la resistencia crítica, entonces el voltaje de operación en estado estacionario está en el nivel residual y nunca se elevará. La solución a este problema es reducir la resistencia. Puesto que el voltaje de la curva de magnetización varía como función de la velocidad del eje, la resistencia critica varia también con la velocidad. En general, cuanto más baja sea la velocidad de eje, menor será la resistencia crítica.
Excitación de una dinamo serie
Una vez que la corriente de carga lleva al generador hacia la región saturada, cualquier incremento adicional en su valor vuelve tan grande la reacción de la armadura que ocasiona la caída brusca del voltaje en terminales. En realidad, si se llega al extremo el voltaje de las terminales puede caer hasta cero.
Si la dinamo serie está conectada a un circuito exterior de carga, el funcionamiento está determinado por la intersección entre la característica externa y la recta de carga.
Como en el resto de las máquinas auto excitadas, se necesita un cierto magnetismo remanente que permita la creación de corriente en el inducido al ponerse en movimiento los conductores.
El sentido de giro de la máquina siempre ha de ser tal que el campo creado refuerce al del magnetismo remanente, de lo contrario, lo anularía y la dinamo no funcionará.
BIBLIOGRAFÍA:
· http://repositorio.pucp.edu.pe/index/bitstream/handle/123456789/28690/maquinas_electricas_cap04.pdf?sequence=9&isAllowed=y
· https://es.scribd.com/document/340062461/4-Generador-Con-Excitacion-Serie
· [1] «Máquinas de corriente continua,» 2005. [En línea].