Generadores de cc

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Practica 5
Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad Zacatenco
Laboratorio de Ingeniería Eléctrica
 Conversión de la Energía I
Práctica No. 6:
“Generadores de Corriente Continua”
Integrantes del Equipo:			 Boleta:			 Firma: 
 -De La Cruz Martínez Bruno Osvaldo -2015300449	
Grupo: 4EV4				Equipo: 4
	Fecha de Inicio:
10 de Abril del 2018
	Fecha de Termino
22 de Mayo del 2018
	Fecha de Entrega:
29 de Mayo del 2018
Profesor Titular: Baltazar Hernández Guillermo Fernando 
Profesor Adjunto 1: Rodríguez Fidel Roberto
Calificación:
Índice:
Objetivo……………………………………………………………………………….. (4)
Descripción de la práctica…………………………………………………………… (5)
Datos de placa de las máquinas y características del equipo…………………… (7)
Introducción teórica………………………………………………………………….... (8)
Diagramas Eléctricos………………………..………………………………………. .(13)
Diagramas físicos….……………..…………………………………………………. .(16)
Datos obtenidos….…………………………………………………………..………. (18)
Hoja de observaciones………………..………………………….………………..... (21)
Conclusiones……………………………………………………….………………..... (22) 
Bibliografía…………………………………………………………………………….. (23)
Hojas de campo………………………………………………………………………. (24)
Objetivo
El alumno aprenderá a conectar los generadores shunt, serie y mixto para generar tensión.
Descripción de la Práctica
En la primera parte realizamos el circuito proporcionado por la práctica de la maquina derivada. Una vez teniendo el circuito bien armado, encendimos el motor y verificamos que girara en sentido horario, una vez girando en sentido horario el interruptor dos polos dos tiros que se encontraba en el tablero, lo colocamos hacia arriba y encendimos el motor. Ya que estaba en función el motor tomamos lecturas de corriente y voltaje. Después apagamos el motor y ahora el interruptor se colocó hacia abajo y realizamos el mismo procedimiento hecho anteriormente. Ahora acabadas estas dos partes hicimos que el motor girara en sentido anti horario y al igual que cuando giraba en sentido horario, colocamos el interruptor hacia arriba, se tomaron lecturas y después hacia abajo y volvimos a tomar lecturas.
La segunda parte consistió en alambrar el mismo circuito a la misma maquina solo que esta vez le añadimos un reóstato de campo en serie con el campo derivado. Medimos su valor máximo y su valor mínimo con ayuda del multímetro. Luego realizamos el mismo procedimiento que en la primera parte, primero colocando el reóstato de campo a su valor máximo y luego a su valor mínimo y tomamos las lecturas correspondientes.
La tercera parte consistió en la mima maquina (maquina derivada) solo que esta vez era con excitación separada, la cual consistía en alimentar el circuito tanto con corriente alterna como con corriente directa, una vez que acabamos de alambrar y tener las dos alimentaciones volvimos a repetir el mismo procedimiento de la parte uno y la parte dos, tomar lecturas con las diferentes posiciones del interruptor y los diferentes sentidos de giro al igual que colocar el reóstato a su valor máximo y después a su valor mínimo.
 La cuarta parte consistió en alambrar la maquina serie, esta máquina como no puede trabajar sin carga tuvimos que conectarlo a la carga, así que una vez que ya teníamos el circuito comenzamos a meter la carga una por una. Primero metimos las cargas una por una sin registrar ningún valor pero verificando que el ampermetro no rebasara más de los 12 amperes. Una vez que alcanzamos 12 amperes en el ampermetro comenzamos a tomar lecturas de forma ascendente, es decir, tomamos la primera lectura de corriente y tensión y después quitamos una de las cargas y volvimos a tomar las lecturas de corriente y tensión y volvimos a quitar otra carga y así sucesivamente hasta quedar con cero cargas. Esto se realizó para no rebasar el amperaje de la máquina y causarle daños a esta.
La quinta parte consistía en alambrar la maquina mixta en su conexión larga, una vez que lo teníamos alambrado seleccionamos el sentido de rotación en el cual genera la máquina, una vez hecho esto colocamos la posición del interruptor hacia arriba y arrancábamos el motor, metimos solamente dos cargas y tomamos lecturas de corriente y tensión en condiciones normales, esto quiere decir, tal y como es la conexión, después colocamos un puente al campo serie, colocándolo en corto circuito, y volvimos a tomar lecturas de tensión y corriente. Una vez terminada esta parte, colocamos la posición del interruptor hacia abajo y realizamos el mismo procedimiento, primero se tomaron lecturas en condiciones normales y después al puentear el campo serie. Ya que obtuvimos estos valores se pudo identificar en cuál de los dos estaba el estator en diferencial y cual estaba en integral.
Por ultimo volvimos a ocupar la maquina mixta solo que ahora se utilizó la conexión corta y volvimos a realizar el mismo procedimiento que con la maquina mixta en su conexión larga, se obtuvieron lecturas de tensión y corriente en condiciones normales y al puentear el campo serie para cada una de las posiciones del interruptor y se determinó en donde se encontraba en conexión integral y diferencial.
Datos de placa de las máquinas y características del equipo 
	Maquina Serie
Type: C132
No: 48412
Excitation: Serie
Moteur:
· Vtm: 1500
· PkW: 3
Protección: Prot
Service: S1
Induit: 220V, 15A
Class: E
	Maquina Mixta
Type: C132
No: 48611
Excitation: Compound 
Generarice:
· Vtm: 1500
· PkW: 2.25
Protección: Prot
Service: S1
Induit: 220V, 10A
Class: E
	Maquina derivada
Type: C132
No: 50482
Excitation: Shunt
Generarice:
· Vtm: 1500
Protección: Prot
Service: S1
Induit: 220V, 14A
Class: E
Introducción Teórica
Generador
Existen dos tipos de máquinas rotatorias para la conversión de energía eléctrica: las de corriente continua y las de corriente alterna. Cuando una maquina rotatoria convierte energía eléctrica en energía mecánica se llama motor. Si convierte energía mecánica en eléctrica se denomina generador. Así, existen motores de cc, generadores de cc, motores de ca y generadores de ca. La palabra maquina se usa comúnmente para explicar características que comparten los motores y generadoras con frecuencia, una máquina puede operarse como motor o como generador sin necesidad de hacer modificación alguna. Esto es especialmente cierto para todas las máquinas de cc.
Desde el punto de vista de circuito eléctrico, las máquinas de c.c. constan de un inductor o excitación el cual va colocado en el estator, y de un inducido giratorio provisto de colector de delgas.
Figura 1.- Generador de C.C. o Dinamo.
El devanado de excitación está formado está formado por los arrollamientos de todos los polos conectados en serie, a los cuales se les aplica una tensión de corriente continua que produce una corriente de circulación llamada corriente de excitación (Ie), que crea una f.m.m. que origina el flujo en el entrehierro de la máquina. El inducido o armadura gira dentro del campo magnético del inductor y genera, de acuerdo a la combinación de colector – escobillas, una f.e.m. continua (E) en vacío ya que la maquina no está alimentando a ninguna carga.
Al conectar una carga eléctrica exterior aparece una corriente llamada corriente de carga (Ii) de circulación que provoca una caída de tensión en el inducido, que por una parte se debe a la resistencia propia que posee este devanado y otra parte la resistencia que presentan los contactos escobillas – colector.
Conexión de las máquinas de corriente continúa
Las características de funcionamiento de las máquinas de corriente continua depende la mayor parte en la forma en que se alimentan los devanados inductor e inducido, constituyendo una sola unidad, o pueden estar separados, en cuyo caso la excitación procede de una fuente exterior. Desde el punto de vista de comportamiento y condiciones de trabajo existe una gran importancia en que se conectan los devanados inductor e inducido y se clasifican las siguientes categorías, ya sea funcionandocomo motor o como generador.
· Maquina independiente o excitación separada
En esta máquina el inductor se alimenta de una fuente de tensión externa que es independiente a la que existe en bornes del inducido, esta puede ser una batería de acumuladores. La consecuencia inmediata es que la intensidad del devanado inductor y el flujo creado por los polos inductores se puede regular de forma independiente. En estas máquinas el devanado inductor suele estar formado por muchas espiras por polo de pequeña sección, lo que conduce a una Re elevada y a que la corriente de excitación Ie sea muy pequeña en comparación con la del inducido. 
Figura 2.- Maquina de C.C. con excitación independiente.
La autoexcitación de los generadores de c.c. fue descubierta por W. Siemens sobre el año 1866 y se basa en el magnetismo remanente de los polos. Tomando por ejemplo una maquina shunt, a girar el rotor por medio de un motor primario, si no existe ningún flujo en los polos no aparecerá ninguna fem en las escobillas y en consecuencia no existirá transformación de energía mecano-eléctrica, ahora bien, si previamente se han magnetizado los polos con la ayuda de una fuente de cc exterior, al mover el rotor se producirá en bornes una pequeña fem, si el devanado inductor esta conectado adecuadamente al inducido, se obtendrá una corriente en el arrollamiento inductor, que reforzara el magnetismo remanente ya existente, que a su vez provocara un aumento de fem y así sucesivamente hasta el instante en que, debido a la saturación del circuito magnético de la máquina, se detiene el proceso de auto excitación, llegándose a un régimen de funcionamiento estable.
· Maquina auto excitada
En esta conexión la maquina se excita a si misma tomando la corriente inductora del propio inducido, este es para el caso que la maquina funcione como generador o puede ser de la misma red que alimenta al inducido, este es el caso para cuando la maquina trabaja como motor.
· Maquina shunt
En este motor el devanado inductor se conecta en paralelo con el inducido, alimentando a partir de la misma tensión. En este caso el devanado de excitación está formado por arrollamientos de hilo delgado con un gran número de espiras. Si es un motor, este viene de una fuente externa, y si hablamos de un generador la tensión U se debe a la fuerza electromotriz generada en el propio inducido. Tomando este punto y sin anexar otros elementos la intensidad de excitación viene fijada en régimen permanente por la tensión del inducido, cumpliéndose también la primera ley de Kirchhoff (la corriente total es igual a la suma de las corrientes). La corriente de excitación será mucho más pequeña que la del inducido.
Figura 3.- Maquina de C.C. conexión serie.
· Maquina serie
Para este caso la misma intensidad del inducido circula por el devanado de excitación por lo que está constituido por muy pocas espiras por polo de gran sección. Si funciona como motor es la propia fuente de alimentación la que fuerza la circulación de la corriente de excitación y por tanto del flujo del inductor. Pero si funciona como generador se debe suponer que dicho flujo inductor ya existe, solo que esto no es real en el momento inicial ya que la tensión y corriente en ese momento son nulas.
Este tipo de maquina no puede entrar en funcionamiento si antes estar conectada a una carga, ya que si nosotros metemos en operación esta máquina sin ninguna carga no nos va a generar ya se podría decir que nuestro circuito está abierto debido a la falta de carga en la conexión.
Figura 4.- Maquina de C.C. conexión serie.
· Maquina mixta
Este tipo de conexión es un representación media entre la maquina serie y maquina shunt. Existen dos semi devanados inductores de cada polo. Los semi devanados del mismo tipo (serie o derivación) de los diferentes polos inductores están dispuestos en serie. Los primeros están recorridos por la misma corriente del inducido y los segundos están sometidos bien a la tensión del inducido.
Según que el devanado en derivación esté conectado directamente a las escobillas del inducido o después del devanado en serie, se obtienen las maquinas compuestas con corta o larga derivación respectivamente.
Figura 5.- Maquina de C.C. conexión compuesta.
Las propiedades de los generadores se analizan con la ayuda de las características que establecen la dependencia entre las magnitudes principales que determinan el funcionamiento de la máquina. Cada uno de los tipos de excitación independiente, serie, derivación y compuesto, impone a la maquina características de funcionamiento distintas, que determinan la clase de servicio al que se adapta cada una de ellas, las cuales se destacan las siguientes:
1. Características de vacio E=f(Ie)
Representa la relación entre la fem generada por el dinamo y la corriente de excitación, cuando la maquina funciona en vacío, es decir, el inducido no alimenta ninguna carga.
2. Características en carga V=f(Ie)
Representa la relación entre la tensión terminal y la corriente de excitación para una intensidad de carga I constante. 
3. Características externa V=f(I)
Representa la tensión en bornes en función de la corriente de carga, para una intensidad de excitación constante. 
4. Características de regulación Ie = f(I)
Representa la relación entre la corriente de excitación y la corriente de carga, para una tensión en bornes constante.
Diagramas eléctricos
Maquina derivada (auto excitado) 
Figura 6.- Conexión del generador derivado auto excitado para la obtención de tensión y corriente de acuerdo a los diferentes sentidos de giro y posición del interruptor al momento de la prueba.
Figura 7.- Conexión del generador derivado auto excitado, con un reóstato de campo en serie con el campo derivado para la obtención de tensión máxima y mínima y corriente de acuerdo a la posición del reóstato de campo al igual que a los diferentes sentidos de giro y posición del interruptor al momento de la prueba.
Maquina derivada (excitación separada)
Figura 8.- Conexión del generador derivado excitación separada para la obtención de tensiones máxima y mínima de acuerdo a la posición del reóstato de campo y verificación si la maquina está generando o no de acuerdo a las posiciones del interruptor y sentido de rotación.
Maquina serie
Figura 9.- Conexión del generador serie para la obtención de tensión y corriente al momento de estar metiendo en operación diferentes números de cargas a la máquina. 
Maquina Mixta Larga
Figura 10.- Conexión del generador mixto para la obtención de tensión y corrientes en condiciones normales y al puentear el campo serie en las diferentes posiciones del interruptor siempre y cuando nos esté generando la máquina e identificar si es diferencial o integral. 
Maquina Mixta Larga
Figura 11.- Conexión del generador mixto para la obtención de tensión y corrientes en condiciones normales y al puentear el campo serie en las diferentes posiciones del interruptor siempre y cuando nos esté generando la máquina e identificar si es diferencial o integral. 
Diagramas físicos
Figura 12.- Conexión del generador derivado (Auto excitado).
Figura 13.- Conexión del generador derivado (Auto excitado), con un reóstato en serie con el campo derivado.
Figura 14.- Conexión del generador derivado (Excitación separada), junto con un reóstato en serie con el campo derivado.
Figura 15.- Conexión del generador serie.
Figura 16.- Conexión del generador mixto en su forma corta.
Figura 16.- Conexión del generador mixto en su forma larga.
Datos obtenidos
Maquina derivada (Auto excitada)
Tabla 1.- Obtención de lecturas de corriente y voltaje del generador derivado auto excitado.
	Sentido de rotación
	Posición
	I [A]
	V [V]
	Sv [rpm]
	
	Arriba
	0
	2.2
	1200
	
	Abajo
	1.9
	344.7
	1200
	
	Arriba
	2.1
	342.8
	1200
	
	Abajo
	0
	2
	1200
Tabla 2.- Obtención de lecturas de corriente y voltaje del generador derivado con un reóstato de campo en serie con el campo derivado.
	Rmin = 84.6 Ω
	Rmax = 364.1 Ω
	Sentido de rotación
	Posición
	V min 
[V]
	Vmax
 [V]
	I1[A]
	I2 
[A]
	Sv [rpm]
	
	Arriba
	3.14
	4.74
	0
	0
	1200
	
	Abajo
	242.5
	351.6
	0.5
	2.2
	1200
	
	Arriba
	247.7
	343.5
	0.5
	2.2
	1200
	
	Abajo
	3.77
	4.57
	0
	0
	1200
Maquina derivada (Auto excitada)
Tabla 3.- Obtención de lecturas de voltajes máximo y mínimo de acuerdo al sentido donde se encontraba el reóstato de campo y verificación si genera o no de acuerdo a las diferentes posiciones del interruptor y sentido de giro.
	Sentido de rotación
	Posición
	Reóstato de Campo
	Vmin
[V]
	Vmin
[V]
	Genera
	
	Arriba
	Derecha
	243.6
	326.2
	Si
	
	Abajo
	Izquierda
	242.7
	325.5
	Si
	
	Arriba
	Derecha
	238.6
	316.8
	Si
	
	Abajo
	Izquierda
	238.0
	317.0
	Si 
Maquina serie
Tabla 4.- Obtención de lecturas de corriente y voltaje de acuerdo al número de cargas insertadas a la maquina en cada lectura.
	No. De Cargas [L]
	Amperes [A]
	Voltaje [V]
	0
	0
	9.37
	1
	0
	10.6
	2
	0
	12.36
	3
	0
	15.0
	4
	0.2
	19.31
	5
	0.5
	27.6
	6
	1.0
	47.2
	7
	2.7
	98.3
	8
	4.0
	136.5
	9
	5.2
	158.0
	10
	6.5
	170.7
	11
	7.5
	180.2
	12
	8.5
	187.3
	13
	9.0
	192.4
	14
	10.2
	196.4
	15
	11.2
	200
	16
	12.0
	22.5
Maquina Mixta Larga
Tabla 5.- Medición de voltaje y corriente de acuerdo a las diferentes posiciones del interruptor, siempre y cuando la maquina se encuentre generando, tanto en condiciones normales y en la condición de puentear el campo serie y a partir de ahí establecer si la conexión es integral o diferencial.
	Sentido de rotación
	Posición
	Normal
	Al puentear el campo serie
	Estator en:
	
	
	Volts [V]
	Ampere
[A]
	Volts [V]
	Ampere
[A]
	Integral
	Diferencial
	
	Arriba
	251.3
	1.8
	269.6
	2
	X
	
	
	Abajo
	284.3
	2
	273.1
	1.9
	
	X
Maquina Mixta Corta
Tabla 6.- Medición de voltaje y corriente de acuerdo a las diferentes posiciones del interruptor, siempre y cuando la maquina se encuentre generando, tanto en condiciones normales y en la condición de puentear el campo serie y a partir de ahí establecer si la conexión es integral o diferencial.
	Sentido de rotación
	Posición
	Normal
	Al puentear el campo serie
	Estator en:
	
	
	Volts [V]
	Ampere
[A]
	Volts [V]
	Ampere
[A]
	Integral
	Diferencial
	
	Arriba
	251.3
	1.5
	269.5
	1.8
	X
	
	
	Abajo
	283.1
	2
	273.5
	1.9
	
	X
Hoja de observaciones
En la primera parte observamos que solo en un sentido y un solo posición del interruptor generaba y en otra no, al igual que cuando cambiamos el sentido también nos generó pero el interruptor ahora se encontraba en el lado contrario a cuando nos generó en el primer sentido. Para darnos cuenta de este observamos con el voltmetro la tensión, si la lectura nos daba mayor de 50 volts es que está generando pero si era menor de 50 volts, lo tomábamos como no generaba.
Cuando realizamos la segunda parte, al momento de medir la resistencia del potenciómetro, primero lo medimos ya teniendo todo el circuito alambrado y obteníamos unos valores y si dejábamos solo el reóstato y mediamos la resistencia se obtenían otros valores. Decidimos tomar como correctos los valores que se obtuvieron cuando solo se tenía el puro reóstato en medición ya que al compararlos con los demás equipos son los que más coincidían.
En la tercera parte ya que era una conexión con excitación separa, se tuvo que ocupar una fuente externa de cc la cual nos proporcionaba el tablero de control para así poder realizar la prueba a la máquina. Y observamos que solo para este caso la maquina genera en los dos sentidos y en las diferentes posiciones del interruptor ya que a diferencia de las demás no.
Para la cuarta parte se tuvo que insertar a la de a fuerzas una de varias cargas para que pudiera generar esta máquina ya que como se encuentra en serie y no introducimos la carga se tendría un circuito abierto y no nos generaría. También se observó que metiendo las primeras cargas no se notaba que una lectura en el ampermetro hasta a partir de la cuarta carga fue cuando comenzó a de flexionar la aguja del ampermetro.
Para la quita y sexta parte, fue más sencillo seleccionar el sentido donde genera la máquina. Al igual que como no había tanta diferencia entre una conexión y la otra se colocó un cable de otro color respecto de todo el circuito para identificarlo más fácil y de esta forma solo cambiar de posición este cable cuando se había terminado la prueba con el circuito de la quinta parte. Al igual que para que pudiera generar se le conectaron dos cargas.
Conclusiones
Podemos observar que cuando se tiene un generador derivado auto excitado conectado a un reóstato de campo al campo derivado, vamos a tener un voltaje mínimo y una corriente alta cuando tenemos una resistencia máxima y cuando se tiene una resistencia mínima el voltaje será máximo y la corriente será menor.
Por otro lado concluimos que siempre y cuando tengamos una maquina con excitación separada, en este caso, la maquina derivada, este siempre nos va a generar en diferentes sentidos de giro al igual que cambiando el interruptor de diferentes posiciones.
También concluimos que la maquina serie siempre tendrá que trabajar con una carga en el circuito, ya que si vemos el circuito eléctrico de esta máquina, vamos a ver que si no conectamos una carga el circuito se encontrar abierto y por lo tanto nunca se encontrara conectado para entrar en operación.
Por ultimo vemos que la maquina mixta aunque sea diferente la conexión los parámetros que se obtiene son los mismos. Estas conexiones van a depender del problema que se tenga que solucionar y ver cuál es más conveniente para satisfacer el problema. También como sabemos existe la conexión mixta diferencial e integral, como esto no se puede ver a simple vista cuál es su característica, entendimos como poder llegar a saber de qué tipo de conexión trata, la cual depende de los parámetros obtenidos, primero se tiene que tomar las lecturas de forma normal y luego se tienen que comparar estos valores con las lecturas obtenidas cuando colocamos un puente en el devanado serie, una vez teniendo estos datos los comparamos y si los valores en condiciones normales es menor que los valores obtenidos al puentear el campo se ve a tener un conexión integral y si estas comparación es viceversa se tiene una conexión diferencial. De esta forma se puede saber de una forma sencilla en que conexión se encuentra conectado el estator.
Como podemos ver en la actualidad, estos generadores han caído en desuso y se han sustituidos por rectificadores, por lo general de silicio, las cuales convierten corriente alterna en corriente continua en forma estática y con mayor rendimiento, pero como siempre en bueno conocer este tipo de conexiones ya que nos ayuda a ver las diferentes características que existen en cada una de ellas, además de que en la industria siempre se puede encontrar de todo y se puede tener este tipo de máquina y se tendría que hacer alguna de estas conexiones para poder solucionarle problemas a la empresa, por lo que no está de más conocer esta parte de los generadores.
Bibliografía
Maquina eléctricas
Jesús Fraile Mora
Sexta Edicion
Editorial Mc Graw Hill
Maquinas eléctricas
Stephen J. Chapman
Cuarta Edición 
Editorial Mc Graw Hill
Maquinas Eléctricas y Transformadores
Bhag S. Guru
Huseyin R. Hiziroglu
Tercera Edicion
Editorial Oxford.
	Página 1
“Generadores de Corriente Continua”	Página 21