Preinforme # 2 - jajajaaj PDF

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Pre-informe # 2 Laboratorio de máquinas. Práctica # 2: Determinación de las características de un generador de CC conectado en derivación.

1. Explique y grafique qué relación existe entre frecuencia Vs potencia activa y tensión Vs potencia reactiva en un generador síncrono. La relación entre la frecuencia y la potencia se puede describir cuantitativamente por medio de la ecuación:

Donde: �: potencia de salida del generador ���: frecuencia en vacío del generador ����: frecuencia de operación del sistema � �: pendiente de la curva, en kW/Hz o MW/Hz

Se puede deducir una relación similar para la potencia reactiva Q y el voltaje en las terminales VT. Como ya se explicó, cuando se añade una carga en retraso a un generador síncrono, su voltaje en las terminales disminuye. De manera similar, cuando se añade una carga en adelanto a un generador síncrono, se incrementa su voltaje en las terminales. Es posible hacer una gráfica del voltaje en las terminales y la potencia reactiva, y tal gráfica tiene una característica de caída como la que se observa en la figura. para cualquier potencia real, los puntos de ajuste del mecanismo regulador controlan la

frecuencia de operación fe, del generador y para cualquier potencia reactiva, la corriente de campo controla el voltaje en las terminales VT del generador.

2. Describir las características eléctricas constructivas del devanado shunt. (Página 394 – Chapman) Un generador de DC en derivación suministra su propia corriente de campo conectando éste directamente a través de las terminales de la máquina.

En este circuito la corriente del inducido de la máquina alimenta tanto al circuito de campo como a la carga conectada a la máquina. Este tipo de generador tiene una clara ventaja sobre el generador de DC de excitación separada: no se requiere una fuente de potencia externa para el circuito de campo.

3. Describir el proceso de autoexcitación del generador en derivación. (Página 395Chapman) Suponga que el generador de la figura del punto 2, no tiene ninguna carga conectada y que el motor primario comienza a hacer girar el eje del generador. ¿Cómo aparece un voltaje inicial en las terminales de la máquina? El incremento de voltaje de un generador de DC depende de la presencia de flujo residual en los polos del generador. Cuando un generador comienza a girar, se generará un voltaje interno que está dado por:

Este voltaje aparece en las terminales del generador (puede ser de sólo uno o dos volts). Pero cuando el voltaje aparece en las terminales, provoca el flujo de corriente en la bobina de campo del generador (�� = � � ↑/� �). Esta corriente de campo produce una fuerza magnetomotriz en los polos, que a su vez incrementa el flujo en ellos. El incremento del flujo provoca un incremento de � � = � ф���� � , que sube el voltaje en las terminales ��. Cuando �� aumenta, �� lo hace aún más, incrementando más el flujo ф, que incrementa ��, etcétera. Al arrancar un generador shunt el inducido todavía no genera f.e.m., por lo que la corriente Ie es nula. En principio, parece que sin Ie no hay flujo magnético ni f.e.m. E y la máquina no puede empezar a funcionar. Sin embargo, si la máquina posee un flujo remanente aparece un proceso acumulativo de autoexcitación. La máquina se arranca en vacío y el inducido solo alimenta al devanado inductor, cuya corriente Ie va a ser pequeña:

La f.e.m. remanente hace que por el inductor pase una corriente Ie, lo que aumenta la f.e.m. E. Esto aumenta Ie, lo que sube la f.e.m. y así sucesivamente, hasta llegar a un punto requerido y una vez auto excitado, se pueden conectar cargas al generador.

4. Describir la correcta conexión del campo shunt en el generador en derivación y explique la razón por la cual este campo no se debe conectar de otra manera. Un campo shunt (y cualquier resistencia en serie se utiliza para el ajuste) pueden estar conectados directamente a través de los terminales de la armadura en paralelo con la carga. Cuando la máquina dispone de una serie de compuestos de bobinado, el campo puede ser conectado en el lado de la armadura (corto shunt) o lado de carga (a largo shunt). Las diferentes conexiones dan diferentes características de regulación de voltaje en load. ya que está conectado en derivación que tiene características constantes. Corriente en los bobinados de campo de un generador en derivación de la herida es independiente (aproximadamente) de la corriente de carga, porque las corrientes en las ramas paralelas son independientes entre sí. Como la corriente de campo, y por lo tanto la intensidad de campo, está poco afectada por la corriente de carga, la tensión de salida se mantiene más casi constante que lo hace la tensión de salida de un generador de excitación en serie.

5. Explique la forma de la curva característica tensión en terminales en función de la corriente del generador para un generador auto excitado y de excitación independiente. (página 397 – Chapman) La diferencia entre el voltaje interno generado y el voltaje en las terminales es igual a la caída ���� en la máquina. La línea de todos los valores posibles de �� es la curva de magnetización y la línea de todos los voltajes terminales posibles es la línea del resistor (�� = ��/��). Por lo tanto, para encontrar el voltaje en las terminales para cierta carga, sólo se debe determinar la caída ���� y localizar el lugar en la gráfica en que esa caída es exactamente igual al espacio entre la línea de �� y la línea de ��. Hay más de dos lugares en la curva donde la caída ���� será exactamente igual al espacio entre las líneas. Si hay dos posiciones posibles, la que está más cerca del voltaje en vacío representará el punto de operación normal. En la fi gura 8-54 se muestra una gráfica detallada donde se pueden observar varios puntos diferentes de la característica de un generador en derivación. Nótese la línea punteada en la figura 8-54b). Esta línea es la característica en las terminales cuando se reduce la carga. La razón de que no coincida con la línea de incremento de carga es la histéresis en los polos del estator del generador.

Debido a la reacción del inducido en un generador en derivación, este proceso se complica un poco más. La reacción del inducido produce una fuerza magnetomotriz desmagnetizadora en el generador al mismo tiempo que provoca una caída de IARA en la máquina. Para analizar un generador con reacción del inducido, suponga que se conoce la corriente del inducido. Entonces se conoce la caída de voltaje resistiva IARA y se sabe la fuerza magnetomotriz desmagnetizadora de la corriente del inducido. El voltaje en las terminales del generador debe ser lo suficientemente grande como para alimentar el flujo del generador después de restar los efectos de desmagnetización de la reacción del inducido. Para cumplir con este requerimiento, tanto la fuerza magnetomotriz de la reacción del inducido como la caída IARA deben caber exactamente entre la línea de EA y la línea de VT. Para determinar el voltaje de salida de una cierta fuerza magnetomotriz, simplemente se debe localizar el lugar bajo la curva de magnetización donde el triángulo formado por la reacción del inducido y los efectos de IARA caben exactamente entre la línea de los posibles valores de VT y la línea de los posibles valores de EA. (véase la figura 8-55).

La característica de las terminales de un generador de excitación separada es entonces una gráfica de VT con respecto a IL a una velocidad constante �. Por la ley de voltaje de Kirchhoff, el voltaje en las terminales es �� = �� − ����. Puesto que el voltaje interno generado es independiente de IA, la característica en las terminales de un generador de excitación separada es una línea recta, tal como se aprecia en la figura 8-45a). Cuando se incrementa la carga suministrada al generador, �� (y por lo tanto ��) aumenta. Conforme se eleva la corriente del inducido, se incrementa la caída ����, por lo que cae el voltaje en las terminales del generador. Esta característica en las terminales no siempre es completamente exacta. En los generadores sin devanados de compensación, un incremento de �� provoca un incremento de la reacción del inducido y una reacción del inducido provoca un debilitamiento del flujo. Este debilitamiento del flujo provoca una disminución de �� = �ф ↓ �� que origina una mayor disminución del voltaje en las terminales del generador. 6. Explicar cómo se puede regular la tensión en terminales del generador auto excitado. Como con el generador de excitación separada, hay dos maneras de controlar el voltaje en un generador en derivación:  

Cambiar la velocidad del eje �� del generador. Cambiar el resistor de campo del generador, lo cual modifica la corriente de campo.

Cambiar la resistencia de campo es el principal método que se utiliza para controlar el voltaje en las terminales en los generadores en derivación reales. Si disminuye el resistor de campo ��, entonces se eleva la corriente de campo �� = ��/�� ↓. Cuando se incrementa ��, aumenta el flujo ф de la máquina, lo que provoca el aumento del voltaje interno generado

��. El incremento en �� provoca que también aumente el voltaje en las terminales del generador....