INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENÍERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA

LABORATORIO DE CONVERSIÓN DE LA ENERGIA 1

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA I

M.C OBED ZARATE MEJIA

PROLOGO.

El objetivo de estas prácticas, es proporcionar a los alumnos de

Ingeniería Eléctrica, que cursan el laboratorio de conversión de la

energía I, una guía para ayuda en el desarrollo de sus prácticas

experimentales.

El contenido de estas notas, es básicamente lo elemental, ya

que es el primer contacto que los estudiantes de ingeniería tienen

con las máquinas eléctricas, y su finalidad es que después de este

curso, estén en condiciones de manejar cualquier máquina (motor),

en cualquier momento de su desempeño profesional.

REGLAMENTO DEL LABORATORIO DE CONVERSIÓN DE LA

ENERGÍA

1.- No ingerir alimentos dentro del laboratorio, ni realizar actos que rompan la disciplina.

Alumno que se sorprenda violando esta regla será expulsado del laboratorio por esa clase;

además se tendrán que presentar al laboratorio con cabello corto y sin portar anillos,

cadenas, aretes, pulseras, relojes, etc.

2.- La tolerancia de entrada al laboratorio será de 10 minutos, después de la hora fijada.

3.- Por ningún motivo los alumnos deben sentarse en las máquinas o poner los pies sobre

las bases de las mismas, también se prohíbe rayar, marcar o pintar las máquinas, aparatos,

instrumentos, mesas de trabajo o dispositivos que utilicen en la realización de la práctica.

4.- El equipo que dañen o se les pierda durante la práctica, los responsables serán los que

tienen asignado ese equipo durante la realización de la práctica, el cual deben de reponer o

repararlo.

5.- El informe escrito de la práctica se deberá entregar a la siguiente sesión después de

haberla terminado, de lo contrario pierde el 50% de la calificación.

DESARROLLO DEL INFORME DE LA PRÁCTICA

Para desarrollar en forma completa el informe de la práctica es necesario describir cada uno

de los puntos siguientes:

1.- NÚMERO Y NOMBRE DE LA PRÁCTICA.

Debe llevarse un orden cronológico desde que se indica la primera práctica hasta la

realización de la última, anotándose el nombre de la misma.

2.- OBJETIVO DE LA PRÁCTICA.

Debe hacerse resaltar la finalidad que se busca al realizar la práctica.

3.- TEORÍA Y DESCRIPCIÓN DE LA PRUEBA.

En esta parte debe explicar la teoría fundamental de la práctica, indicando su desarrollo.

4.- INSTRUMENTOS Y MAQUINAS EMPLEADAS.

Se debe citar los instrumentos y las máquinas empleadas en la prueba, anotando sus datos

de placa y características de los mismos.

5.- RESULTADOS DE LA PRUEBA REAL EFECTUADA.

Aquí estarán las lecturas de los instrumentos (generalmente en forma de tablas) y los

resultados obtenidos.

6.- VALORES CALCULADOS Y CORREGIDOS.

Se aplicarán las fórmulas, efectuar cálculos, corregir lecturas de los instrumentos y trazar

las características correspondientes.

7.- DIBUJOS.

Se deben incluir diagramas físicos, eléctricos y fotografías de la práctica.

8.- OBSERVACIÓN DE LOS RESULTADOS.

Aquí se debe comprobar la teoría o en caso necesario indicar las causas probables de los

resultados, haciendo especial mención de las observaciones efectuadas.

9.- CONCLUSIONES.

Es la consecuencia lógica que se puede probar después de hacer el análisis del experimento

o prueba.

10.- PREGUNTAS.

Dar contestación correcta a las preguntas indicadas en cada práctica.

NOTA: Para la portada del reporte, el maestro en la clase indicará la forma como se deba

elaborar.

INFORME DE LA PRÁCTICA.

El informe de la práctica realizada en el laboratorio debe ser claro, escueto, ilustrado y

organizado.

CLARO: Debe ser con letra de molde, a maquina ó en computadora, de tal manera que no

se tenga dificultad al leerlo y su redacción bien coordinada para entender mejor las ideas.

ESCUETO: Se debe ser concreto, anotando únicamente lo esencial.

ILUSTRADO: Deben agregarse dibujos, diagramas, fotografías y tablas que

complementen su entendimiento.

ORGANIZADO: El informe debe hacerse de tal manera que tenga una secuencia lógica de

la práctica enumerando las hojas y hacer un índice al principio de cada informe.

PRACTICAS DEL LABORATORIO DE CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA I

1. Conocimiento del laboratorio y equipo que utilizara en el laboratorio de Conversión

de la Energía 1, Precauciones elementales en el manejo del instrumental, maquinas

y fuentes de energía.

2. Detalles de construcción de la maquina.

3. Estudio de una maquina de corriente continua, por inspección.

4. Condiciones previas, para la puesta en marcha, de una maquina de corriente

continua.

5. Identificación de terminales.

6. Medición de las resistencias ohmicas de los campos, de una maquina de corriente

continua.

7. Medición de las resistencias de aislamiento de una maquina de corriente continua.

8. Operación de maquinas de corriente continua, con diferentes tipos de conexión.(

Determinación de las características externas).

9. Operación de Generadores en paralelo.

10. La maquina de corriente continua como motor.

Nota: Las practicas 5,6 y 7 se realizan en un mismo reporte

PRACTICA: “1 CONOCIMIENTO DEL LABORATORIO‖.

OBJETIVO:

El alumno se familiarizara con el equipo, instrumentos, tableros de control, instrumentación

y maquinas que se encuentran en el Laboratorio de Conversión de la Energía 1 y que se

ocuparan a lo largo del semestre.

CONCIDERACIONES TEORICAS:

En el laboratorio de Conversión de la Energía debemos tener en cuenta que tipo de

herramientas, maquinaria, instrumentos vamos a utilizar su funcionamiento y riesgos que

estos tienen.

Aquí veremos unas advertencias que pueden a ver en el laboratorio pero antes que nada

debemos conocer lo que vamos a estudiar:

Energía:

Los físicos definen la palabra energía como la cantidad de trabajo que un sistema físico es

capaz de producir. La energía, de acuerdo con la definición de los físicos, no puede ser

creada, ni consumida, ni destruida.

Sin embargo la energía puede ser convertida o transferida en diferentes formas: la

energía cinética del movimiento de las moléculas de aire puede ser convertida en energía

rotacional por el rotor de una turbina eólica, que a su vez puede ser convertida en energía

eléctrica por el generador de la turbina eólica. En cada conversión de energía, parte de la

energía proveniente de la fuente es convertida en energía calorífica.

Cuando utilizamos de forma poco precisa la expresión pérdida de energía (lo cual es

imposible según la definición dada arriba), queremos decir que parte de la energía de la

fuente no puede ser utilizada directamente en el siguiente eslabón del sistema de conversión

de energía, porque ha sido convertida en calor. Por ejemplo, los rotores, los multiplicadores

o los generadores nunca tienen una eficiencia del 100 por cien, debido a las pérdidas de

calor por fricción en los cojinetes, o a la fricción entre las moléculas de aire.

Las Precauciones:

Precauciones elementales en el Laboratorio: es de advertirse que en un laboratorio, toda

distracción, juego o bromas, ocasionan accidentes que pueden ser fatales. Los accidentes

que se pueden presentar con la energía eléctrica son:

1. Manejo de fuentes, conductores, instrumentos; sin asegurarse que no estén

energizados.

2. Operar los dispositivos de control con brusquedad, cortar o desconectar conductores

con energía.

3. Manejar dispositivos de control sin previo conocimiento de su finalidad y efecto.

4. Instalación de los conductores de forma inadecuada.

5. En el laboratorio es recomendable utilizar ropa adecuada; pegada al cuerpo no usar

anillos, extensibles metálicos, cinturones metálicos, ni corbatas.

6. en caso de pánico se recomienda serenidad para desalojar el laboratorio sin

perjudicar a los demás.

7. En caso de accidente sin perdida de tiempo debe avisarse al profesor.

Los peligros presentes en el manejo de parte mecánicas son de tres tipos:

1. Manejo de objetos muy pesados.

2. Manejo de partes en movimiento con gran cantidad de energía.

3. Mal manejo o uso inadecuado en herramientas.

Las precauciones que deben preverse al manejar elegía térmica son:

1. Los riesgos en quemaduras.

2. Incendio y desprendimiento de humos.

En le laboratorio debe evitarse el ruido, por que ocasiona molestia y distrae lo que se esta

haciendo.

Debe prevenirse que en todo campo magnético hay atracciones de partes ferromagnéticas

(herramientas) que puedan traer graves consecuencias con partes en movimiento y

provocan circuitos cortos.

Las substancias químicas acido o alcalinas producen quemaduras en distintas partes del

cuerpo: principalmente en los ojos, desprendimiento de de gases tóxicos.

INSTRUMENTOS Y MAQUINAS EMPLEADAS:

Motor de C.A (Primo-motor).

Motor paralelo (Derivado).

Motor Mixto.

Motor Serie.

Voltmetro.

Galvanómetro.

Caja Derivadota.

Puente de Wheatstone.

Megohmetro.

Tacómetro.

Accesorios: interruptores, reóstatos, arrancadores, zapatas, etc.

DESARROLLO:

1. En cada uno de los instrumentos de medición obtener datos de la placa,

diagrama físico, diagrama eléctrico, sus alcances mínimo, máximo.

2. Para las maquinas anotar que tipo de maquinas son características, datos de

placa.

3. Con el tablero que elementos cuenta, alcances de los aparatos.

4. Desarrollar la investigación de cada instrumento, maquina, o elemento que

este dentro del laboratorio de conversión de la energía.

Ejemplo de algunos de estos son los que a continuación se presentan: NOTA NO

PONER LA MISMA TEORIA HACER SU INVESTIGACION PROPIA

PUENTE DE WHEATSTONE

El rango de medición de este instrumento es de 10 a 10000 Ω

a).- Conocer el valor de la fuente de f.e.m. y su polaridad para conectarlo adecuadamente.

b).- Conectar el galvanómetro en las terminales correspondientes, con su resistencia

derivadora en mínima sensibilidad.

c).- Conectar la resistencia por medir en las terminales correspondientes.

d).- Oprimir el pulsador esperando que se estabilice la lectura, para después con el cursor

variable lograr el equilibrio del puente (evitando deflexiones extremas en el galvanómetro).

e).- El puente pierde su precisión si dura mucho tiempo conectado a la fuente.

NOTA.- Es conveniente poner en circuito corto las terminales que no intervengan en la

medición para amortiguar la f.e.m. inducida.

Diagrama físico Diagrama electrico

PUENTE DE KELVIN

Su rango de medición, desde 0.0011 Ω a 10 Ω

Los incisos a, b, c, d y e del puente de Wheatstone son válidos para este instrumento.

NOTA.- Es necesario conectarle a cada lado de la resistencia por medir un par de

conductores que irán respectivamente al borne de tensión corriente.

OHMETRO

a).- Ajustarlo a cero poniéndolo en circuito corto sus terminales antes de intercalar las

resistencias incógnitas

b).- Observar la polaridad del instrumento con respecto al elemento por medir.

c).- Cuando se usa un instrumento, tener el cuidado de escoger el rango y función

adecuados.

MEGOHMETRO

Este instrumento mide millones de ohms.

a).- Antes de hacer las lecturas se comprobar que en circuito corto y en circuito abierto

marque cero e infinito respectivamente.

b).- No debe tocarse las terminales de ese instrumento por tener de 500 a 2000 volts de

corriente continua.

c).- En caso de operarse manualmente debe nivelarse y girarse se la manivela uniforme y

rápidamente.

TERMÓMETRO

a).- Si es de cristal es muy frágil

b).- No debe tocarse el bulbo con los dedos o algún otro objeto.

c).- Si se trata de un termómetro de columna de mercurio existen dos peligros:

l.- Que el mercurio se derrame y convierta de circuito corto a circuitos independientes.

2.- Al colocarlo cerca de campos magnéticos sus lecturas se ven afectadas.

d).- Los de termopares o termistores registran sobre elevación de temperatura.

NOTA: En todas las mediciones de resistencias deben anotarse las temperaturas.

TACOMETRO

a).- Empezar con el rango mayor.

b).- En los mecánicos, acoplarlos sin mucha fuerza y alineados.

c).- En los eléctricos ajustar a cero los instrumentos cuando esté estática la máquina, no

permitiendo sobre velocidades que puedan torcer la aguja del instrumento.

TACOMETRO

El estudio de una máquina de corriente continua por inspección, es de gran importancia, por

las siguientes razones:

a) .- Permite al estudiante familiarizarse a fondo con cada una de las partes de la máquina y

con los materiales de que están construidas, así como las técnicas y formas comunes de

montaje, lubricación y acabado.

b).- Permite cerciorarse del estado que guardan cada una de las partes componentes de la

máquina y si están o no en condiciones de operación.

c).- Aún cuando la máquina tiene datos de placa, existen datos que no se especifican ahí y

que pueden ser determinados por inspección, tales como: tipo y multiplicidad del

devanados interpolos, devanados compensadores, etc.

Cuando la máquina carece de datos de placa, por inspección es posible determinar

en forma aproximada los datos principales de la máquina tales como: capacidad, voltaje,

tipo de conexión, etc.

Dada la gran cantidad de información que el estudiante puede obtener de un estudio por

inspección de una máquina es conveniente al mismo tiempo que se realiza el trabajo sobre

una máquina en buen estado, se cuente con máquinas seccionadas o máquinas que se

puedan seccionar, para que investigue a fondo datos de construcción y tipo de materiales.

También es conveniente contar con máquinas dañadas para que el estudiante detecte las

fallas.

CONDUCTORES

a).- Los conductores para conectar instrumentos, máquinas y accesorios en una prueba

deben ser flexibles (cables).

b).- De preferencia deben tener en sus extremos zapatas o conectores para que no se

introduzcan las filásticas en las cuerdas de los bornes, ni piquen la yema de los dedos del

operador.

c).- La colocación de los conductores cuando se realiza el cableado debe ofrecer fácil

circulación de las personas para no tropezar con ellos.

d).- La corriente permisible en cables termoplásticos (TW)

e).- Se recomienda usar cables de colores con una determinada longitud por color.

ZAPATAS

a).- Las zapatas o conectores deben ser de fijación mecánica

b).- Las zapatas deben ser de tipo abierto.

c).- Los conectores deben ser de derivaciones múltiples.

d).- Se recomienda que las zapatas y los conectores sean de latón o cobre.

TERMINALES 0 BORNES

a).- Deben ser robustos mecánicamente.

b).- Deben ser de conexión múltiple (para zapatas y bananas)

c).- Su diseño debe ser óptimo eléctricamente.

d).- El apriete y la conexión debe hacerse siempre manualmente.

INTERRUPTORES DE BAJA TENSIÓN

REOSTATOS

a).- Los interruptores deben ser blindados, operándolos siempre con la tapa puesta, de

preferencia en operación con botones.

b).- Los fusibles no deben removerse con energía eléctrica, deben sustituirse con la misma

designación, tipo, amperes y volts (lo mismo puede decirse de los elementos térmicos de

los arrancadores de línea).

c).- La operación de interruptores debe estar bien definida, se cierra o se abre (sin hacer

operaciones tentativas).

d).- Debe operarse con una posición firme y atendiendo a la maniobra que va hacerse.

DESCONECTADORES DE BAJA TENSIÓN

a).- Los desconectadores no deben operar con corrientes mayores de 5 amperes, es decir,

los desconectadores sólo sirven para aislar elementos o efectuar maniobras de poca

cantidad de energía.

b).- Los reóstatos son dispositivos de regulación de campos, un reóstato nunca debe

quemarse si está en serie con el campo derivado o en paralelo con el campo serie.

c).- La operación de los reóstatos debe hacerse con lentitud para evitar fuerzas

electromotrices auto-inducidas peligrosas o cambios de velocidad bruscas, también debe

evitarse al determinar características, cambios de sentido de operación de los reóstatos.

d).- El reóstato debe conectarse de tal manera que al operarlo en el sentido de las

manecillas del reloj (si es circular) y de izquierda a derecha (sí es tubular) incremente la

tensión o la velocidad de la máquina que se está controlando.

e).- Para reóstatos de campo derivado de motor, debe conectarse un puente entre el cursor

y el extremo libre, para evitar que se abra el contacto deslizante del reóstato, con

consecuencias dañosas para la máquina.

CARGAS

a).- Toda carga debe tener especificado en su placa lo siguiente:

l.- Corriente máxima permanente.

2.- Tensión de operación.

3.- Indicaciones de cómo variarla o desconectarla.

b).- Las cargas deben estar colocadas cerca de un lugar bajo, pero no tan cerca que

provoque molestias o daños a personas, instrumentos o máquinas.

c).- Toda carga que muestre arcos eléctricos, resistencia enrojecida, humo u olores a pintura

debe desconectarse, substituirse o repararse.

d).- En las cargas debe evitarse colocar encima herramientas o materiales combustibles.

e).- En caso de necesitarse operarlas a mayor tensión de C.A. deben conectarse dos o más

en serie.

f).- En caso de necesitarse operarlas a mayor corriente de placa, deben conectarse dos o

más en paralelo.

ARRANCADORES

a).- Los arrancadores deben emplearse únicamente para poner en marcha motores de

potencia, velocidad y de corriente para lo que fueron diseñados.

b).- Cerciorarse que en el primer instante, previo al arranque, el arrancador esté en su

posición inicial.

c).- El arrancador es un dispositivo para operación transitoria (no permanente). El tiempo

nominal para operar un arrancador es de 30 segundos (no menor).

d).- La maniobra debe ser definitiva, sin titubeo.

e).- Cuando se trata de arrancadores a tensión reducida, efectuar la maniobra con la

secuencia correcta.

f).- Para interrumpir la operación de un motor, el arrancador debe sacarse lo más rápido

posible o abrir el interruptor correspondiente.

PUNTAS DE PRUEBA

a).- Deben ser de alambre de cobre o latón, aislados, con solo un cm. descubiertas de la

punta, de una longitud después del mango de unos 10 cm. y con calibre mínimo del # 10

AWG.

b).- Las puntas de prueba deben estar conectadas a cables con zapatas o conectores a

vó1tmetros o milivoltmetros, con sus puntas libres, listas para conectarse al circuito para

medir.

c).- En caso muy particular de tener que puentear el campo serie, pueden emplearse

momentáneamente las puntas de pruebas mencionadas.

d).- No deben emplearse para conectar cargas o ampérmetros.

MANGO (MADERA)

CABLE PUNTA

PARA CON LAS MAQUINAS

a).- La energía eléctrica por no manifestarse en forma habitual a nuestros sentidos es

conveniente tener toda clase de precauciones hasta asegurarse con algún instrumento de su

tensión, corriente y energía puesta en juego.

NOTA.- La precaución en el manejo de energía eléctrica, no debe tomarse como ignorancia

ni falta de decisión, de otro modo es irresponsabilidad.

b).- La tensión de la energía eléctrica, si es mayor que la nominal flamea el conmutador,

puede perforar los aislamientos y hacer circular por sus conductores corrientes muy altas.

c).- La Intensidad de energía eléctrica (de 100 o más amperes) producen efectos intensos de

atracción, repulsión o giro, según se presente la pareja de conductores con corriente.

Producen grandes campos magnéticos que magnetizan permanente mente todos los objetos

cercanos (como herramientas e instrumentos). Los objetos ligeros magnéticos salen

disparados hacia el conductor por el que circula la corriente.

Los efectos caloríficos que de improviso pueden desarrollarse en un conductor que circula

una fuerte corriente (R12) provocan quemadura de aislamientos y recocido de los

conductores.

d).- En los dos incisos anteriores se está suponiendo manejo de fuertes cantidades de

energía (2 a 20 KW).

e).- Para determinar la polaridad en corriente continua se pueden usar varios métodos.

l.- Con un voltmetro polarizado conectado inicialmente en el rango mayor.

2.- Con un probador de línea (textolite) que fundamentalmente es un foquito lleno de gas

neón con dos electrodos y una resistencia en serie. En estos probadores el electrodo que

prende está conectado a la terminal positiva.

MECÁNICAS

a) - La energía acumulada en el movimiento de grandes masas provoca o puede provocar en

caso de desbalanceo, fuertes vibraciones, que pueden destruir los dispositivos mecánicos de

una máquina.

b).- Las aceleraciones o desaceleraciones pueden romper o aflojar los dispositivos

mecánicas de la máquina.

c).-- Las fuertes variaciones de movimientos requieren buena cimentación y sujeción de la

máquina.

d).- Todos los tornillos, tuercas, pasadores, cuñas y dispositivos similares de sujeción deben

estar adecuadamente apretados o colocados, antes de poner en marcha una máquina.

e).- Los copias, engranajes, bandas, cadenas, deben estar adecuadamente alineadas y

tensadas.

f).- Ningún objeto extraño a la máquina, debe permanecer dentro de ella, al ponerla en

marcha.

g).- En máquinas pequeñas debe inicialmente impulsárseles a mano, para notar alguna

anomalía mecánica.

h).- En máquinas grandes se le debe inicialmente alimentar a tensión reducida en el caso de

motor y a velocidad reducida en el caso de generador, detectando alguna anomalía

mecánica (esta prueba debe ser de corta duración).

i).- Antes de poner en marcha cualquier máquina, debe asegurarse de que tengan lubricante

en cantidad y calidad los dispositivos que posean movimiento relativo entre sí.

j).- Debe evitarse totalmente que en el conmutador y en los aislamientos de la máquina

exista algún lubricante.

k).- Ninguna máquina debe ponerse a trabajar con partes externas que muestran oxidación,

pelusa, polvo, tierra, etc.

TÉRMICAS

a).- Toda máquina que esté trabajando deben vigilarse sus partes térmicamente, detectando

con termómetro, manualmente o por cualquier otro medio, que ninguna de sus partes

manifieste temperaturas superiores a las permitidas.

b).- En toda máquina debe vigilarse inicial y periódicamente, que su sistema de

enfriamiento trabaje normalmente, observando que sus ventilas y ductos estén colocados

apropiadamente y libres de materiales extraños.

c).- El calentamiento excesivo es síntoma de sobrecarga (que puede ser duradera o

momentánea y repetitivo).

ACÚSTICA

a).- Toda muestra anormal de sonido alto en nivel y normalmente de sensación

desagradable, es síntoma de desgarramiento de materiales o mala operación de alguna de

las partes de la maquina.

b).- Debe evitarse ruidos ajenos que perturben la operación y vigilancia de las máquinas

(incluye fuentes suministradoras de energía y ruidos de laboratorios vecinos).

MAGNÉTICAS

a).- En toda máquina debe evitarse que se trabaje aún momentáneamente con sobre-

excitación, porque tuestan los aislamientos de los campos y sobresatura las partes

magnéticas, envejeciéndolas prematuramente.

b).- Toda máquina que esté trabajando, debe estar alejada de máquinas herramientas que

desprendan viruta, partículas y marmaja de materiales magnéticos y no magnéticos.

c).- En las maquinas que trabajen a plena carga o con sobrecarga, hay que vigilar que los

flujos dispersos no sobre calienten alguna parte constructiva de la máquina.

QUÍMICAS

a).- Debe evitarse el manejo de substancias alcalinas o ácidas cerca de las máquinas (con

relleno de electrolito de baterías secundarias)

b).- Las máquinas para fines electroquímicos (Galvanoplastia y Galvanostegia) deben estar

alejadas de las cubas electrolíticas.

c).- Las máquinas que no sean especificas para trabajar en atmósferas explosivas o

sumergibles, deben evitarse que trabajen en estos medios peligrosos.

d).- En salas de pintura debe evitarse operar máquinas, ya que la pintura pulverizada o los

adelgazadores pueden introducirse en la máquina y dañaría.

e).- Los aceites o grasas para los cojinetes, debe evitarse que sean alcalinos o ácidos y que

no hayan sido usados.

f).- Al pintar o retocar el acabado exterior de una máquina escogerse pintura de alta calidad,

evitando que pintura de aluminio salpique los aislamientos y produzcan fallas en las

mismas.

SIMBOLOGÍA

SÍMBOLOS GRÁFICOS DE LA A. S. A.

ANOTAR TODO LO QUE PUEDAN DE TODO EL EQUIPO DEL

LABORATORIO

Cuestionario:

1.- = ¿Con que se mide la resistencia de aislamiento.?

2.- ¿Que es un reóstato de campo?

3.- ¿Da los alcances de los puentes para medir resistencias?

4.- ¿Cuantas maquinas de cc y de ca hay dentro del laboratorio?

5.- ¿Cuantas lámparas de señalización cuenta nuestro tablero?

PRACTICA 2

ESTUDIO DE LA MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA POR INSPECCIÓN.

1.- OBJETIVO.

Que el alumno se familiarice a fondo con cada una de las partes de la máquina y los

materiales de que están construidas, así como las técnicas y formas comunes de montaje,

lubricación y acabado

Introducción.

El estudio de una maquina de corriente continua por inspección, es de gran

importancia, por las siguientes razones:

a) permite al estudiante, familiarizarse a fondo, con cada una de las partes de la

maquina y los materiales de que están construidas, así, como las técnicas y formas

comunes de montaje, lubricación y acabado.

b) Permite cerciorarse del estado que guardan cada una de las partes compónteles de la

maquina y si están o no en condiciones de operación.

c) Aun cuando la maquina, tiene datos de placa, existen datos que no se especifican en

la placa y que pueden ser determinados por inspección, tales como: tipo y

multiplicidad del devanado, interpolos, devanados compensadores, entre otros.

Cuando la maquina carece de datos de placa, por inspección es posible determinar

en forma aproximada los datos principales de la maquina tales como: capacidad, tensión,

tipo de conexión, etc.

Dada la gran cantidad de información que el estudiante puede obtener, de un estudio

por inspección de una maquina, es conveniente al mismo tiempo que realiza el trabajo

sobre una maquina en buen estado, cuente con maquinas seccionadas o maquinas que se

puedan seccionar, para que investiguen a fondo datos de construcción y tipo de materiales.

También es conveniente contar, con maquinas dañadas para que el estudiante

detecte las fallas.

DETALLES DE CONSTRUCCIÓN DE LA MAQUINA

Una máquina se puede dividir para su estudio en dos grande partes:

INDUCIDO.- (Normalmente es la parte giratoria o armadura)

INDUCTOR.- (Normalmente es la parte estática).

De las dos partes anteriores, la más importante es el inducido, ya que en él se

convierte casi íntegramente la energía.

El Inductor su única finalidad es proporcionar el flujo magnético.

CLASIFICACIÓN DE LAS PARTES DE UNA MAQUINA POR SU FUNCIÓN

- Conducir el flujo magnético.

- Conducir la corriente eléctrica. Eludir corrientes de fuga.

- Transmitir movimiento y soportar esfuerzos mecánicos.

- Conducir el calor o el enfriamiento.

POR CIRCUITO

- Magnético

- De conducción

- De aislamiento eléctrico Mecánico

- Térmico (Enfriamiento <-- --> Calentamiento)

PARTES CONSTRUCTIVAS ACTIVAS

- Conductoras del flujo magnético.

- Conductoras de la corriente.

- Aislantes.

PARTES CONSTRUCTIVAS INACTIVAS.

- Las que trabajan.

- Las sustentadoras.

DESCRIPCIÓN DE CADA PARTE

- Forma general.

- Material empleado en su construcción.

- Proceso o método de manufactura.

- Detalles principales (incluye acabado)

Nota.- Se deja en completa libertad al alumno, para que escoja el método que juzgue más

conveniente. Indicando que en resumen existe, método de síntesis y análisis.

PARTES COMPONENTES DE UNA MAQUINA ELÉCTRICA

1.- Órgano giratorio (rotor).

2.- Órgano fijo Intermedio (estator).

3.- Soporte del lado de la transmisión

4.- Soporte del lado de las escobillas.

DIAGRAMA ESQUEMATICO DE CONJUNTO.

Distinguiendo como órganos de sujeción (o fijación) y órganos sustentadores (o soportes).

Por ejemplo, optando la descripción por circuito, de cada parte de la máquina se tiene:

1 .- Magnético

2.- Conducción

3.- Aislamiento

4 .- Mecánico

5.- Térmico

DIAGRAMA FÍSICO DE FUGAS

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL INDUCIDO

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA TIPO

VENTAJAS DE LAS RANURAS ABIERTAS

- Fácil colocación de las bobinas prefabricadas

- Fácil manufactura de las ranuras

- Mayor duración del troquel

DESVENTAJAS DE LAS RANURAS ABIERTAS

- Alta reluctancia del circuito magnético

- Dificultad en la sujeción de las bobinas

- Facilidad de que salgan las bobinas en circuitos cortos y sobre velocidad.

FORMAS DE RANURAS

ABIERTAS

SEMISERRADAS CERRRADAS DE LADOS

INCLINADOS

VENTAJAS DE LAS RANURAS SEMICERRADAS

- Sujeci6n robusta de las bobinas

- Reducción de la reluctancia del circuito magnético

DESVENTAJAS DE LAS RANURAS SEMICERRADAS

- Tener que cocer las bobinas sobre la armadura

- Alto costo del troquel y poca duración

VENTAJAS DE LAS RANURAS CERRADAS

la.- Sujeción robusta de lis bobinas

2a.- Troquel, el mas económico y el mas duradero

3a.- Mínima reluctancia del circuito magnético

4a.- Se emplean para máquinas de muy alta velocidad (arriba de 4000 r.p.m.)

DESVENTAJAS DE LAS RANURAS CERRADAS

- Gran dificultad para montar las bobinas.

NOTA.- Las ranuras abiertas de lados inclinados, se usan para maquinas muy

pequeñas (fraccionaria)

Los de lados convergentes debilitan la raíz del diente contra esfuerzos mecánicos y

aumento la reluctancia del diente.

Los de lados divergentes refuerzan la raíz del diente contra esfuerzos mecánicos y

disminuye la reluctancia del diente.

El hierro activo del inducido está formado de una lámina de fierro de 0.5 a 1 m de espesor

con 2 a 4% de silicio, aislando las láminas con barniz u óxido para formar los paquetes. En

máquinas pequeñas la laminación del inducido se troquela de una pieza, en maquinas muy

grandes se troquelan del rollo de laminación sectores que apilados cono los tabiques de un

muro formando el armadura de la máquina.

ÓRGANO DE SUJECIÓN

En máquinas pequeñas el paquete de laminas se sujeta a la flecha por presión; es decir

haciendo cónica la parte de la flecha en la que se montará la laminación y forzando con

prensa hidráulica a que entre la laminación.

En máquinas medianas se coloca la laminación atornillada y se asegura a la flecha contra

rotación por montaje y pasador.

En máquinas muy grandes; se sujeta el hierro activo por medio de barrotes colocados en la

llanta de una polea y cuñas en la parte anterior y posterior de los paquetes de laminación.

En núcleo de gran longitud se disponen ductos de ventilación de 4 a 6 cm.

ÓRGANO DE SUJECIÓN

El órgano de sujeción del hierro activo en máquinas pequeñas (hasta 10 KW).La

laminación se sujeta directamente de la flecha por presión o con tornillos y pasadores,

siendo la flecha de acero, los tornillos y pasadores frecuentemente de hierro forjado; en

maquinas de diámetro los sectores de laminación se sujetan a la llanta de la máquina por

colas de milan y cuñas, siendo esta llanta en máquinas antiguas de hierro fundido así como

los brazos y el cubo de este dispositivo; en máquinas modernas se manufactura este

dispositivo con láminas de acero rolado y soldado, formando así el mismo dispositivo que,

anteriormente se hacía fundido.

LA FLECHA O ÁRBOL

La flecha ó árbol está formado por:

a).- Cuerpo a donde se va a sujetar la acción.

b).- En ambos extremos por anillos de proyección o dispositivos similares para evitar que el

lubricante dañe al inducido.

c).- En anillos extremos también se encuentran las partes a donde van a colocar los

cojinetes.

d).- Normalmente sólo un extremo de la flecha se prolonga para colocarse el dispositivo de

transmisión o recepción de energía mecánica (polea, cople, engrane).

LOS COJINETES

Los cojinetes están formados:

a).- Por una parte fija sujeta a la flecha y que gira con ella.

b).- Por unos elementos intermedios (aceite, balas, rodillos, etc.

c).- Por una parte fija colocada en los soportes de los cojinetes.

En general hay dos tipos de cojinetes.

l.- El de resbalamiento o deslizamiento (chumacera)

2.- El rodamiento (balero).

En la flecha del inducido está montado, además, generalmente un dispositivo para forzar la

ventilación que puede ser tipo abanico o turbina. El dispositivo de colección y conmutación

llamado conmutador también se coloca en la flecha del inducido. La parte de la flecha que

se apoya en los casquillos de los cojinetes se denomina muñón y debe tener un alto

acabado, es decir un alto grado de pulimento. Estos cojinetes son muy silenciosos, buenos

para bajas velocidades (hasta 2000 grandes cargas y se pueden dejar mucho tiempo las

máquinas que disponen de este tipo de cojinetes almacenadas o en reposo, sin que sufra

daño el cojinete. Tiene juego axial la flecha.

Tanto las pistas como los elementos de rociamiento son de acero templado y con alto

pulimento las partes que están en contacto con los elementos de rodamientos.

También dichos elementos deben estar templados o endurecidos y con alto grado de

pulimento.

Estos cojinetes son ruidosos, buenos para altas velocidades, (mayores de 2000 r.p.m.), no

soportan concentración de esfuerzos, ni mantenerlos inactivos, por incrustarse los

elementos de rodamiento en las pistas. Son mejores respecto a la lubricación existiendo

lubricados de por vida del cojinete. No tiene juego axial la flecha.

PARTES PRINCIPALES DEL INDUCTOR

El hierro activo está formado:

a).- Zapata polar, que es el ensanchamiento del núcleo del polo para distribuir más

convenientemente el flujo que va a pasar al inducido. En todas las máquinas es de fierro

dulce y laminado, en máquinas muy finas es de laminación de hierro al silicio.

En máquinas muy grandes la zapata polar es postiza con el núcleo polar y en maquinas

pequeñas la zapata y el núcleo polar forman una sola pieza.

b).- Núcleo polar, es la parte en donde se va a generar la f.e.m. (A.V.) desarrollados en los

campos colocados en él, normalmente es de sección circular.

En máquinas modernas se manufactura de lámina de fierro, de espesores un poco mayores a

las empleadas en el inducido. Se sujeta al yugo de la máquina por medio de tornillos.

c).- El yugo, es la parte exterior de la máquina por donde regresa el flujo al inducido; en

máquinas antiguas se construían de fierro colado, pero en las modernas, su construcción se

hace de lámina de fierro, en casos especiales con bajo porcentaje de silicio. La sección es

rectangular-.

NOTA.- En máquinas pequeñas y antiguas; el núcleo polar, el yugo y la carcasa de la

máquina se manufacturaban de una sola pieza y de fierro colado. Teniendo la carcasa, en

estos casos dos finalidades:

l.- Conducir el flujo de regresos a la maquina.

2.- Sustentar las partes del inductor y protegerlo contra agentes exteriores. Ya no se usa este

sistema actualmente.

d).- Interpolos (polos de conmutación o polos auxiliares), tienen como finalidad compensar

la reacción de armadura, mejorando la conmutación y evitando tener que decalar los

carbones con cargas distintas de la máquina. Son de fierro dulce, de sección rectangular y

en ocasiones los laminados no tienen zapata polar y su cara polar es plana. Están

atornillados a la carcasa.

CIRCUITO ELÉCTRICO

DEL INDUCIDO.- En el inducido está colocado el devanado en el que va generar la f.e.m.

o el par, por la corriente que circulará por él. En una ranura quedan alojados los costados de

bobina conectándose sus terminales a los segmentos del conmutador.

a).- Ranuras con conductores y aislamiento.

b).- Conmutador.

RANURADIENTE

CUÑA DE

SUJECIÓN

AISLAMIENTO ENTRE

CONDUCTORES

COSTADOS DE

BOBINA(4 EN TOTAL)

AISLANTE

ENTRERANURA

Y CONDUCTOR

ANILLOS DE FIERRO A PRESIÓN

CARBONES

TERMINALES DE

LAS BOBINASSEGMENTO DE COBRE

TAMBOR DE FIERRO DULCE

PROYECTO DE CONMUTADORES DE MAQUINAS MUY GRANDES

NOTA.- Para evitar cambios bruscos, en la inducción en el entre hierro de las maquinas

usualmente las ranuras son sesgadas con respecto al eje del inducido, o bien la cara de las

zapatas polares son inclinadas con respecto al eje del inducido para lograr que al girar la

máquina esté entrando el hierro del diente o de la ranura, de modo lento

BOBINAS.

Las bobinas se manufacturan de alambre de cobre electrolítico, de sección:

CONMUTADOR VISTA AXIAL

CARBONES

SEGMENTO O

DELGA DE

COBRE

TORNILLO

COMPRESOR

RONDANAS DE SUJECIÓN

CON COLA DE PALOMA

MUESCA LIMITE DE

RETORNO

BANDERA O

LEVANTADOR

TERMINALES O PUNTAS

DE LAS BOBINAS

Los porta carbones son de lamina de latón de sección rectangular, poseen dispositivos

mecánicos para acercarse al conmutador y para girarlos un poco de la barra de sujeción, el

tubo aislante que los aísla de la masa de la máquina puede ser, mica, presspan o textolite;

cada porta carbón dispone de conexión para salida de la energía o para conectar anillos

entre los diferentes porta carbones de la misma polaridad, es decir, conexiones

equipotenciales entre porta carbones o grupos de porta carbones de igual polaridad. Si la

rotación se invierte en las figuras inferiores; brincan, se despostillan y flamean los

carbones.

El aislamiento puede ser de algodón, esmalte o seda.

Puede ser de varias espiras o vueltas cuando se emplea alambre; de una espira o menos

cuando se emplea barra o solera.

Se manufacturan en máquinas o se construye en la propia máquina de acuerdo al tipo de

ranura empleada. El proceso de impregnación del barnizado es al vacío o al aire.

PARTE DE CONDUCCIÓN EN EL INDUCTOR

Entrada o salida de energía al inducido por las escobillas y porta escobillas.

Normalmente hay tres grados de dureza de los carbones según su porcentaje de grafito.

a).- Duros para poca corriente gran duración.

b).- Semiduros, para operación internas.

c).- Suaves, para altas corrientes baja duración.

ESCOBILLAS (Carbones)

Por la colocación de las escobillas con respecto al inducido se clasifican:

a).- RADIALES: Para operar indistintamente en los sentidos de rotación y debido a las altas

vibraciones se arquean, se gastan rápidamente y se tienen pérdidas altas de fricción.

b).- SEMI TANGENCIALES: Se diseña para un determinado sentido de giro. Si el

inducido se hace girar en el sentido contrario vibra en exceso y se despostilla, operan

silenciosamente y con bajas pérdidas de fricción en el sentido adecuado de giro.

c) .- FRONTALES: Actúan los carbones en dirección axial al eje de la máquina, éste

sistema es apropiado para ambos sentidos de giro (es poco usado por su costo y su

mantenimiento).

d) .- TANGENCIALES: Presenta muy bajas pérdidas de fricción, pero pobre contacto con

el conmutador, por lo que se arquea con facilidad, solo operando un solo sentido.

CAMPOS DE LOS POLOS PRINCIPALES. a).- Campo derivado, manufacturado de alambre delgado de cobre, con forro de algodón o

esmalte, tiene gran número de espiras y se diseña para conectarse siempre en paralelo

con el inducido (armadura).

b).- Campo serie, se manufactura de alambre grueso, solera o barra, con aislamiento de

algodón o esmalte, se coloca en ranuras especiales practicadas en la zapata polar y

siempre se conecta en serie con el inducido.

En casos particulares, solo existe campo derivado o serie únicamente

NOTA,.- Los costados de bobina que están alojados en las ranuras, en ocasiones se forra

con mica para resistir altas temperaturas y esfuerzos mecánicos bruscos. En Maquinas muy

recientes, es frecuente encontrarlas aisladas con silicón, vidrio, teflón, maylar u otros

materiales, de manufactura moderna. Esta nota se hace extensiva a los campos del inductor

actualmente.

INTERPOLOS O POLOS AUXILIARES. Se devanan sus bobinas con barra, solera, con muy reducido número de espiras y se conectan en serie con el inducido.

Se acostumbran conectar los distintos campos derivados de los polos en serie o en conexión mixta. Los diferentes campos series, compensadores e interpolos se conectan usualmente en serie, S1, S2, S3, S4.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1 .- Objetivo de la práctica

2.- Obtener los datos de placa de la maquina

a).- Fabricante

b).- Tipo, si es vertical u horizontal

c) Numero de serie

d).- Forma: si es abierto, cerrado o semi-cerrado; si es a prueba de polvo o salpicadura

e).- Capacidad en KW ó HP

g).- Tensión nominal

f).- Corriente nominal i).- velocidad nominal

g).- Temperatura máxima permisible (con este dato, decir que clase de aislamiento se tiene)

h).- Obtener dimensiones exteriores

i).- Hacer un dibujo a escala del generador.

A).- Perfil

B).- Elevación

C).- Planta

j).- Observar detalles de construcción exterior

A).- Si es de fundición o manufacturado

B).- Si es de una sola pieza o sujetado (con qué medios)

3.- Comprobación teórica de los principales datos de placa

CARCAZA

ORGANO EXTERIOR DE LA MAQUINA

Comprende dos partes:

a).- Carcasa

b).- Tapas.

CARCAZA.- Su objetivo es para darle protección y sustentación a la máquina.

Relativamente a la clase de protección que proporciona la carcasa y las tapas; las máquinas se construyen de:

1 .- Construcción abierta: En las que el aire caliente sale por si mismo. 2.- Construcción protegida: Lleva abanico que hace pasar el aire frío a través de la máquina. 3.. Construcción cerrada: Se construyen con aletas exteriores, o con camisas exterior y abanico para el enfriamiento, se construyen de fierro fundido y manufacturadas con fierro laminado y soldado. Las abiertas carecen de protección de cualquier clase; las protegidas lo están contra contactos casuales de personas y contra la penetración de cuerpos extraños grandes y pequeños (botellas, papeles, herramientas, insectos, etc.), pero no contra el polvo; las cerradas son herméticas por todas sus partes con respecto al exterior. Además las máquinas pueden asegurarse por distintos modos corno por ejemplo, contra la penetración del agua, a prueba de goteo, contra salpicadura y riego, contra la lluvia, sumergibles, contra explosiones, encapsulada a prueba de explosión, a prueba de polvo. TAPAS.- Además de servir como protección de ambos extremos de la máquina, en máquinas pequeñas y medianas, sirven de órgano de sustentación de los cojinetes. Su construcción llena también los requisitos que se mencionaron anteriormente para la carcasa. Se manufacturan fundidas o con hierro laminado y soldados. Usualmente en las máquinas de tipo abierto existe distinción entre la tapa del lado de la polea y la del conmutador; llevando la primera el nombre de escudo y la segunda el nombre de araña, para distinguir la proporción de los huecos para las ventilas a las nervaduras. En máquinas protegidas entre ventilas llevan tapas con perforaciones o persianas y bisagras para que pueda inspeccionarse la máquina cuando se desee.

4.- La maquina deberá ser desarmada totalmente, teniendo especial cuidado de no

dañar ninguna de sus partes; las tapas y la armadura deberán quitarse con todo

cuidado, utilizando métodos y herramienta adecuada.

5.- Hacer esquemas de los siguientes puntos:

a).- Partes mecánicas

b).- Estator (aspecto magnético)

c).- Rotor (aspecto eléctrico )

d).- Verificación del circuito eléctrico

e).- Verificación del circuito magnético

f).- Verificación del circuito térmico

6.-Desarmar la máquina con todo cuidado, utilizando herramientas adecuadas,

efectuar pruebas eléctricas, magnéticas y mecánicas de cada parte principal.

7.- partes mecanicas de pedestal

A).- Tipo de soporte: a.- de escudo de arara

b.- de carga radial

c.- de carga axial o empuje

B).- Chumaceras o rodamientos: a.- de carga radial

b.- de carga axial y material o empuje

c.- forma y material de que están hechos

C).- Sistema de lubricación: a.- con anillos

b.- cadenas

c.- a presión

D).- Diámetro de la flecha y métodos de acoplamiento: a.- rígido

b.- semiflexible

c.- por banda

d.- por engranes

E).- En cada uno de los Incisos anteriores hacer dibujos esquemáticos

8.- Estator

A.- Escobillas y porta escobillas

a).- Forma, material y construcción de las escobillas.

b) .- ¿ En qué estado se encuentran las escobillas?

c).- Los porta escobillas son: radiales, tangenciales o semitangenciales:

d).- ¿Cuántos grupos de escobillas hay?

e).- De que material está hecho el yugo de la porta escobillas y cuál es su sistema

de presión.

B).- Medir el diámetro polar

C).- Calcular el entrehierro

D).- ¿Cómo están sujetos los polos?

E).- ¿Son los polos sólidos o de laminaciones?

F).- ¿Las caras de los polos son paralelos a las ranuras?

G).- ¿Forman las zapatas polares una sola pieza con el polo o están atornilladas a ellos?

H).- ¿Cuantos polos de conmutación o polos auxiliaras o interpolos tiene la máquina ?

I).- ¿Son sólidos o laminados?

J).- ¿Hay devanados en las zapatas polares?

K).- ¿Es el yugo fundido o laminado?

L).- ¿Son las bobinas prefabricadas o están devanadas sobre los polos?

M).- Hacer diagrama esquemático del porta escobillas, hacer diagrama completo de los

Polos, interpolos y forma de sujeción.

9.- Rotor. a).- Hacer diagrama físico (Proyección isométrico)

b).- Conmutador

A).- Número total de segmentos o delgas.

B).- Número de segmentos o delgas entre centros de escobillas adyacentes.

C).- Determinación de las dimensiones de los segmentos y los separadores de que material

están hechos uno y otro.

D).- Calcular la velocidad tangencial del conmutador y del núcleo de la armadura ¿Están

dentro del límite permisible? ¿Cuáles son?

E).- Diámetro del conmutador.

F).- Diámetro del inducido.

G).- Núcleo de la armadura.

1.- Tipo de Armadura a) De anillo

b) De tambor

2.- Sí se tienen ductos de ventilación en la armadura, son axiales o radiales, tiene abanico

para forzar la ventilación.

3.- Número de ranuras de la armadura, profundidad de las ranuras (cuando sea posible).

4.- ¿Qué tipo de ranuras tiene la armadura, abiertas, semicerradas o cercadas?

5.- ¿Dispone el inducido de cinchas de sujeción?

6.- Si es posible ver cuántas conexiones llegan a los segmentos o concretamente decir

cuántos deben llegar.

7.- Establecer los circuitos.

a.- Eléctrico

b.- Magnético

c.- Térmico

10.- Después de armar la armadura con todo cuidado; probar si la armadura gira

libremente y colocar las escobillas en su sitio.

11.- Observaciones.

a).- Hacer una lista de las anomalías encontradas

b).- ¿Cuáles temas presentaron más dificultad par-a su desarrollo?

c).-¿Fueron las herramientas apropiadas y bien empleadas para la maniobra?

d).- ¿Cuáles son las dudas y sugerencias que usted pueda exponer?

Conductores, zapatas, terminales, Interruptores, re6statos, cargas, arrancadores, puntas de

prueba.

PRÁCTICA No. 3

IDENTIFICACIÓN DE TERMINALES DE UNA MAQUINA DE

CORRIENTE CONTINUA

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

Formar parejas de bornes exteriores de cada una de las maquinas con la finalidad de encontrar devanados de la maquina.

INTRODUCCIÓN TEORICA.

CAMPO DERIVADO Esta hecho de alambre delgado de cobre, con torno de algodón o esmalte, tiene gran número de espiras y se diseña para conectarse siempre en paralelo con el inducido (armadura)

CAMPO SERIE Esta hecho de alambre grueso, solera o barra, con aislamiento de algodón o esmalte, de muy corto numero de espiras y siempre se conecta en serie con el inducido.

INTERPOLOS Están hechos de laminaciones de acero al silicio y su principal función es el de corregir el efecto de reacción de armadura.

ARMADURA Es la parte mas importante de la maquina ya que es la encargada de crear la fuerza electromotriz que produce la maquina

PARA IDENTIFICAR TEMINALES

1o.- Formar parejas de los bornes exteriores de la máquina; es decir estas parejas se forman

al encontrar continuidad en los devana dos.

2o.- Habrá una pareja de bornes que corresponde al devanado de armadura, una pareja

correspondiente al devanado del campo derivado; si se trata de una máquina derivada.

3o.- Si se trata de una máquina mixta, tendrá un par de bornes más que el anterior y que

corresponde al campo serie.

4o.- Si se trata de una maquina serie, tendrá un par de bornes que corresponde, al devanado

de armadura y un par de bornes que corresponde al devanado del campo serie.

Para poder realizar los incisos anteriores, se utiliza una lámpara serie o un polímetro.

Para emplear la lámpara serie, se fija una de sus puntas en algún borne y con la punta libre

se tocan los bornes restantes, hasta encontrar el borne correspondiente a la bobina donde el

foco prenda, indicando continuidad en el devanado; se encontrará que en un par de bornes

(cuando se trata de una máquina derivado o en una máquina mixta). La lámpara prenderá

tenuemente ó que exista chisporroteo apenas perceptible a la luz de día, indicando que hay

continuidad.

En la utilización del polímetro se sigue el mismo procedimiento, es decir, lijar una punta

del polímetro en un borne cualquiera y se tocan los bornes restantes hasta encontrar una

pareja, esta pareja se encuentra al desplazarse la aguja de, polímetro a la derecha, indicando

con esto continuidad en el devanado.

La identificación de los campos se hace empleando una lámpara serie, un óhmetro o

cualquier otro instrumento adecuado.

En caso de utilizar la lámpara serie, ya se vio que en dos parejas de bornes prende

intensamente y en una pareja no prende, pero chisporrotea al hacer contacto en los bornes o

prende tenuemente cuando este último ocurre se trata del campo derivado, ya que este

devanado es de un conductor muy delgado y de muchas vueltas, por esta razón es muy alta

la resistencia.

Para diferenciar, las dos parejas de bornes restantes, en la que en ambas prendió la lámpara.

La armadura, queda definido al quitar un carbón o juego de carbones la lámpara se apagará,

o bien al tocar un borne con una terminal de la lámpara y con el otro al conmutador, o los

carbones, al prender la lámpara, queda identificado el devanado de armadura.

Quedando por eliminación, los otros dos bornes, en que siempre prende la lámpara, como el

devanado serie.

Utilizando el óhmetro para identificar devanados en una máquina de corriente continua, se

hace midiendo las resistencias en cada devanado, con los siguientes resultados:

1o.- La resistencia del campo derivado, será el de mayor valor. (60 a 600 ohms)

2o.- Le sigue en orden descendente de valor, la resistencia de la armadura.

3o.- Por último, el valor de la resistencia del devanado del campo serie

MAQUINA DERIVADA.

1 2 3 4 9 12

1

2

3

4

9

12

Tabla 1 de Posibles pares de bornes de la Maquina de Corriente Continua Derivada.

MAQUINA SERIE.

1 2 3 4 9 12

1

2

3

4

9

12

Tabla 2 de Posibles pares de bornes de la Maquina de Corriente Continua Serie.

MAQUINA MIXTA.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 12

1

2

3

4

5

6

7

8

9

12

Tabla 3 de Posibles pares de bornes de la Maquina de Corriente Continua Mixta.

DEACUERDO ALAS TABLAS ANTERIORES ESPECIFICAR LOS DEVANADOS

CORRESPONDIENTES A CADA MAQUINA LOS PARES DE BORNES

ENCONTRADOS

MAQUINA DERIVADA

BORNES CAMPO

MAQUINA MIXTA

BORNES CAMPO

MAQUINA SERIE

BORNES CAMPO

PRÁCTICA No.4

MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA OHMICA DE LOS CAMPOS DE

UNA MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA

OBJETIVO:

Identificar cada uno de los devanados de la maquina de corriente continua por el valor

de la resistencia

INTRODUCCIÓN TEÓRICA. En las máquinas se emplean los métodos de caída de tensión con óhmetros o puentes. Por norma de prueba todas las resistencias óhmicas reportadas en el informe, deben corregirse a 75 °C. Al reportarse las mencionadas resistencias debe indicarse si fueron efectuadas entre los bornes terminales o por polo. Métodos empleados para medir resistencias óhmicas de 10 a 10 000 ohms, utilizando óhmetro, puente de Wheatstone y el método de caída de tensión siguiente:

Usualmente, el valor de la fuente se escoge de acuerdo a los datos de placa de la máquina y el rango de operación del amperímetro respecto a la corriente nominal del campo (de 3 a 50/o de Iarm). Diagrama para determinar la resistencia de los campos derivados, el valor de Rc, para lograr la regulación debe escogerse aproximadamente igual a la resistencia por medir. Se tabulan cuando menos 5 juegos de corrientes (con variaciones del reóstato), procurando hacer las lecturas simultáneas y cuando estén lo más estable posible.

RC

B

R

Naturalmente, los cocientes V1 darán el valor de la resistencia por medir, mas la del amperímetro, que normalmente se desprecia por ser pequeña comparada con la resistencia medida. Se efectúa el cociente de cada juego de lectura y se saca el promedio, siendo este valor el que se reporta en el informe, aclarando a que temperatura fue realizada la medición anotando la temperatura ambiente, si la máquina ha permanecido con anterioridad inactiva, o con un termómetro, cerca del devanado por medir, cubierto su bulbo con mastique ó plastilína, para que en ningún caso registre la temperatura de alguna ráfaga de viento y si el valor promedio al que se encuentra el elemento que se está midiendo. Procediendo en seguida a la corrección por temperatura. Se advierte que el valor del cociente de una lectura individual, de las cinco efectuadas difiere en +- 5% del promedio, deben repetirse las lecturas, hasta lograr estar dentro este límite. Métodos empleados para medir resistencias óhmicas de 0 a 10 ohm. ( Campo serie, interpolos y de compensación), óhmetro, puente de Kelvin y el método de caída de tensión siguiente: La batería en este caso será de tensión baja (6 a 1 2V) y fuente de corriente. El ampérmetro, del rango de la corriente de armadura de placa de la máquina, reóstato como el primer método, de los ohms de la resistencia a medir y para fuente de corriente. En este caso los cinco cocientes obtenidos con la variación del reóstato, darán el valor de la resistencia por medir, afectados, por un pequeño error; al marcar el ampérmetro la corriente que pasa por la resistencia a medir y la tomada por el vóltmetro, despreciando esta última, por pequeño en comparación de la que circula por la resistencia, deberá tener la precaución de anotar como antes, a qué temperatura y si se encuentra dentro del limite permisible mencionados antes. Es siempre recomendable, que la corriente máxima que se haga circular por los devanados a medir, nunca rebasa el 50% de su designación y también es recomendable empezar por los valores altos de corriente para no permitir sobre elevación de temperatura por efecto de joule dentro del campo a medir y quede falsa la medición por error de la temperatura leída.

RC

B

R

En los primeros juegos de lecturas, se recomienda mover suavemente a mano los devanados que se están midiendo para tratar de notar si existen conexiones flojas o falsas. En ocasiones, al hacer lecturas con puentes u óhmetros, de momento se salen de la carátula las agujas de los indicadores ú oscilan con rapidez ésto se debe a que se están midiendo circuitos muy inductivos y que se está manipulando con brusquedad, desarrollándose una f.e.m. de inducción, que dificultan las lecturas para estos casos se recomienda mover los reguladores con suavidad, esperar un poco a que la aguja entre y se detenga en la escala y como medida adicional, es útil poner en corto circuito los devanados que no se están midiendo para que funcionen como amortiguadores de la f. e. m. inducida, por variación de corriente di / dt. megohm. Tales instrumentos de medición son sencillos de usar y se leen tan fácilmente como un vóltmetro ordinario. Las averías de los conductores pueden evitarse probando periódicamente las resistencias de aislamiento con un Megohmetro portátil. Cuando se obtienen lecturas notablemente bajas de resistencia de aislamiento, deben tomarse providencias inmediatamente para localizar el punto débil tanto del equipo como de un sistema o sección de conductores. Esto se efectúa con mayor facilidad haciendo pruebas desde puntos o tableros de distribución. Si todo un tramo de conductor esta en condiciones satisfactorias, puede considerarse que el grupo o sección de conductores correspondiente está bien.

TABLERO

MEGOHMETRO

PORTATIL

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

1 .-Tomado como referencia los pares de bornes identificados en la práctica anterior mida la resistencia óhmica con ayuda del puente de Wheatstone los pares de bornes de cada una de las máquinas.

Nota: Se debe medir la temperatura ambiente del laboratorio a la hora de hacer las

mediciones y después corregir a 75 grados.

Esta es la formula para poder realizar la corrección de la resistencia a una temperatura de

75ºC

1

2

1

2

75.235

75.234

t

T

R

R

Para verificar que las resistencias medidas de la práctica anterior están correctas debe

cumplir con las siguientes comparaciones

RCD > RAR

RAR > RCS

RCS > RIP

RIP > RDC

Máquina derivada:

NUMERO DEL PAR DE BORNES

VALOR DE LA RESISTENCIA MEDIDA.

Máquina serie:

NUMERO DEL PAR DE

BORNES VALOR DE LA RESISTENCIA

MEDIDA.

Máquina mixta.

NUMERO DEL PAR DE BORNES

VALOR DE LA RESISTENCIA MEDIDA.

PRÁCTICA No.5

MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO DE UNA MAQUINA

DE C.C.

OBJETIVO Verificar el aislamiento de la maquina que se encuentran en condiciones para operarlo.

INTRODUCCIÓN

RESISTENCIA DE AISLAMIENTO. Una prueba de la resistencia de aislamiento, de la resistencia eléctrica a tierra del material aislante que rodea a un conductor. Como todos los contactos o vías de fuga están en paralelo, la resistencia de aislamiento tiende a disminuir al aumentar la longitud del conductor y viceversa. Depende de la temperatura, de la humedad y del polvo o suciedad. Por lo tanto, indica el grado de deterioro y humedecimiento del material aislante. La variación local de esas condiciones hace que difieran los resultados de pruebas realizadas en distintos días.

La tendencia en la variación de la resistencia de aislamiento suele ser más importante que su valor exacto en un momento determinado. Lo que importa es ver si se mantiene constante o si va disminuyendo. La experiencia obtenida de una serie de pruebas, junto con el conocimiento del tipo de material aislante y de las condiciones de operación de los conductores, son de mayor valor que cualesquiera de las reglas establecidas para determinar dicha resistencia.

Las pruebas de los aislamientos deben efectuarse con frecuencia para evitar las averías repentinas de los conductores por deterioros o daños sin descubrir. Tales conductores pudieron ser sometidos a humedecimiento o calor excesivo, a la acción de ácidos o vapores, a un severo roce o abrasión y a otros desperfectos. Solo la comprobación regular revelara los puntos de falla probables de un sistema o red de conductores.

Un aislamiento viejo debe tener como mínimo una resistencia de 1 000 ohms por volt nominal, aunque algunas autoridades recomiendan un valor mínimo de 1 000 000 ohms (1 megohm). En el caso de un aislamiento de 600 V con largo tiempo de servicio se considera una resistencia de 600 000 ohms a 1 megohm es la mínima de seguridad. En instalaciones nuevas, los valores anteriores deben ser elevados proporcionalmente.

INSTRUMENTOS NECESARIOS.

Para medir directamente la resistencia de aislamiento en conductores, maquinas y aparatos eléctricos se emplean los meghometros (llamados frecuentemente en la práctica "megger"). Un instrumento de este tipo es una combinación de un generador manual (o magneto) de C.C. y un ohmiómetro que indica directamente el valor de la resistencia en ohms ó en megohms. Suele tener varias gamas o escalas de tensión generada. Se fabrican en diversos tipos o modelos que varían según el tipo de aplicación. Uno de los mas utilizados es para voltajes nominales de 500 a 1000 V y da lectura de 100, 1000 y 2000

Sí no se dispone de un aparato de esta clase, la resistencia de aislamiento puede medirse utilizando una línea de C.C. a 500V y un voltímetro de C.C. para esa tensión. El procedimiento consiste en medir primero el voltaje de la línea y luego conectar en serle con el voltímetro la resistencia por medir para tomar una segunda lectura.

Conexiones para utilizar un voltímetro de C.C.

La resistencia de aislamiento R, se determina mediante la formula:

.

que laen 1000000v

r ) v- (V R

R = resistencia del aislamiento (megohms) r = resistencia del voltímetro (ohms); se Indica, generalmente, en su tapa o cubierta. V = voltaje de línea (volts)

v = voltaje medido conectando en serie el aislamiento y el voltímetro (volts).

Una forma de hacer las conexiones se indica en el esquema. Si se utiliza una línea o circuito conectado a tierra para efectuar la prueba, hay que tener cuidado en conectar el lado a tierra de la línea con la armazón de la maquina o equipo en que se realiza la medición y en conectar el voltímetro entre los conductores o bobinados y el lado vivo de la línea. Para esta prueba se dispone ahora de voltímetros con un megohm de resistencia, de modo que usando uno de estos, la formula se simplifica (r = 1).

R = (V / v) -1

Una regla general de seguridad es que la resistencia de un aislamiento debe ser, aproximadamente de 1 megohm por cada 1 000 V de voltaje nominal de operación, siendo tal valor de 1 megohm el mínimo aceptable. Ninguna maquina o equipo nuevo debe tener una resistencia de aislamiento menor que 1 megohm.

PRUEBAS DE AISLAMIENTO.

Como la efectividad de los materiales aislantes empleados en toda maquina eléctrica se reduce por envejecimiento o deterioro debido a la humedad, el polvo, la acción de aceites o ácidos, etc., se necesita medir periódicamente la resistencia eléctrica de un aislamiento para descubrir los puntos débiles y corregirlos antes que ocurra una avería completa Las pruebas de aislamiento suelen hacerse aplicando un voltaje de 500 y (C.C.) entre un terminal del devanado y la armazón de la maquina (ESTATOR); la tensión aplicada hace pasar hacia la armazón una corriente a través del aislamiento o sobre el y su intensidad se mide con un instrumento sensible provisto de una escala graduada en megohms. Los 500V de C.C. pueden producirse con un generador manual como en un ―megger‖ o bien mediante una combinación de transformador, rectificador y filtro (fuente de energía) que se conecta a una línea de C.A., como se muestra en el esquema. Las lecturas obtenidas en una máquina particular varían considerablemente con la temperatura del aislamiento; un aumento de 10° reduce su resistencia en un 50%. La humedad del lugar y la cantidad de aceite, polvo o suciedad del devanado afectan notablemente las lecturas. Siempre que sea posible, la medición debe hacerse cuando el aislamiento tiene su máxima temperatura de trabajo (aproximadamente 75°C o 167

°F). El

valor mínimo de seguridad de una resistencia de aislamiento a la temperatura máxima de operación es de 1 megohm en equipo cuyo voltaje nominal es menor a 1000 V. Para efectuar la prueba conéctese la fuente de energía de una línea de C.A. de 110V, póngase el interruptor de control del medidor en la posición de ―one mil‖, el interruptor de corriente en la posición de ―D.C.‖ (para corriente continua o C.C.), hágase las conexiones indicadas en el esquema y léase el valor de la resistencia de aislamiento en la escala superior del cuadrante. Se acostumbra hacer una prueba general entre un borne o terminal de la maquina y la armazón. Si da un valor demasiado bajo, se prueba individualmente cada devanado. Después de la prueba general, se mide en forma separada en el inducido o armadura, en el devanado de campo derivado ("shunt"), en el campo serie y en los porta escobillas (Cuando se trata de una maquina de C.C.). El procedimiento consiste en sacar las escobillas o carbones de los portaescobillas, quitar las conexiones de los devanados para separarlos y medir la resistencia de aislamiento de cada uno. De este modo puede hallarse fácilmente el elemento defectuoso El mismo método se sigue con las maquinas de C.A. Si se toman lectura a intervalos regulares y se lleva un registro de ellas, se tendrá un conocimiento electivo cíe las condiciones de aislamiento de todo el equipo eléctrico y se podrá retirar de servicio, para su reparación antes de que ocurra una avería. Para corregir las resistencias por temperatura, cuando los devanados son de cobre, puede emplearse el método Ilustrado en seguida.

15.234

25.234

1

2

T

T

R

R

T2 será 75°

T1 será a la que se midió la resistencia

La medición de la resistencia de armadura de un máquina es más complicada de lo que a

primera vista parece, ya que entre bornes de armadura, se incluye frecuentemente,

devanado de interpolos, devanados compensadores, cotas de cochino de los carbones, la de

las prismas de carbón de las escobillas, la resistencia propia de la armadura y finalmente, la

nada estable resistencia de contacto de los carbones, entre conmutador y la de contacto del

carbón con su porta carbón.

Se denomina grupo de carbones, a los de la misma polaridad que están alineados para que

entre o salga corriente a la armadura, pudiendo estar bajo de cada polo o entre los polos, la

hilera o grupo mencionados. En cambio se nombra Juego de carbones, al compuesto por un

grupo de positivos y negativos. Un caso muy particular, es el que la máquina cuente con un

juego de carbones compuesto por un campo positivo y uno negativo. El caso de una

armadura con devanado ondulado, tiene normalmente un solo juego de carbones,

frecuentemente formado por grupos de más de un carbón cada hilera.

Además el grado de multiplicidad del devanado, obliga a que cada carbón pise 2, 3 o más

segmentos, según si es dúplex, triplex, etc.

La resistencia de contacto, depende del estado en que se encuentren los asientos de los

carbones, su altura, grado y presión.

En el caso de una máquina de 4 polos, con devanado imbricado teniéndose un carbón por

grupo, se tienen los siguientes elementos entre terminales de armadura de la máquina.

Para simplificar la determinación de la resistencia de los elementos, conectados entre

terminales se considera ahora una máquina de dos polos, un Interpolo y un carbón por

grupo de escobillas. El método más practico el de caída de tensión y se ilustra enseguida.

B, batería de 6 a 1 2 Volt.

Re, reóstato para corriente fuerte ohms.

A, ampérmetro de 5 a 25 Amp.

VM, Vólmetro de 1 Volt o Mllivolt P puntas de prueba de alambre de cobre de No. 8

AWG, con mango aislante y conector para terminal.

El modo de encontrar el valor de la resistencia de alguno de los elementos, (no, Incluye el

de contacto) es lógico y fácil. Se alimenta el circuito con la batería, ajustando la corriente a

un valor deseado con el reóstato intercalando las puntas del VM entre los extremos del

elemento que se desea medir, es decir si se desea conocer la R , colocar las terminales de

VM entre este campo, dando el cociente Volt entre amperes, el valor de la resistencia del

polo de conmutación.

Si se desea la resistencia del carbón positivo, se sujetan las puntas del VM entre los

extremos del carbón y el cociente Volt entre amperes, da el valor en ohms de la resistencia

del carbón positivo, cuidando que tina punta de prueba quede precisamente donde acaba el

carbón y empieza su cola de cochino y la otra punta toque la parte inferior, del carbón, lo

más cerca posible al conmutador.

Como comprobación de la prueba, medir la resistencia entre terminales de armadura en el

tablero de la maquina, para posteriormente es los sumando , la resistencia de todos los

elementos iniciales, dé el total medido.

Desafortunadamente por más cuidado que se tenga, intervienen en nuestro caso, dos

resistencias de contacto, carbón cobre, que como ya se dijo antes son muy variables,

dependiendo además de lo dicho con anterioridad del lustre de su asiento, sí fue lijado para

ajustarlo, si está despostillado o recalentado por parte del carbón y por la otra del

conmutador; si está lustroso, rayado, escoriado, sucio, con la mica alta o baja y finalmente

de la posición carbón-segmento, ya que puede el carbón, pisar completamente un segmento

o dos parcialmente. Para determinar tina cualquiera de las resistencias de contacto, no

puede hacerse directamente como antes, pero por diferencia puede encontrarse en la forma

siguiente. Cuando está circulando una corriente ya definida en el circuito de prueba,

suponernos que se ha colocado una punta de prueba entre carbón negativo y conmutador,

ver figura ilustrativo, (pisando el carbón la punta contra el conmutador>. Si la otra punta la

colocamos arriba del carbón positivo (entre extremo y cola de cochino) , tendremos como

cociente VÓI t entre amperes, las resistencias siguientes

Volt / Amp =Rarm +Rc + Re

Como se han determinado parcialmente Ra y Re la resistencia de contacto se obtendrá:

Rar + Rc + Re — (Rar + Re) Rc

En forma semejante se procede para determinar Rc.

Por lo mencionado aquí: se tiene que la resistencia entre terminales de armadura, está

formada principalmente por dos elementos, cobre y carbón; la resistencia del primero es

invariable son respecto a la corriente, en cambio en el carbón su resistencia para bajas y

altas densidades de corriente, varia inversamente con dicha densidad. Por lo que hace

necesario determinar la resistencia óhmica de carbones y contacto con diferentes corrientes,

velocidades y sentido de giro.

Las normas AIEE establecen que por juego de carbones, colas de cochino y contacto, debe

tomarse 2 Volt de calda, entre estos elementos. Cuando se trate de carbón-grafitado 3 Volt

(cuando no se tengan colas de cochino) y 0.5 Volt para escobillas metálicas grafitadas con

cola de cochino.

Métodos de medición de elevación de temperatura.

1.- Directa por medio de Termómetros

2.- indirecta por comparación de cambio de resistencia en un devanado. (Puente de

Wheatstone).

3.- Indirecta determinada por bobinas, termistores, ó termopares, embebidos o embutidos

en partes criticas de la máquina midiendo el cambio de resistencia con puentes o diferencias

de potencial con potenciómetros en los termopares e infiriendo del cambio la nueva

temperatura, de la parte deseada.

Cono la resistencia de contacto, es un término inapropiado, debiendo ser ―calda por

contacto‖ entre carbones y conmutador. Dejamos para la prueba de los carbones, esta

determinación. Advirtiendo por anticipado, que esta calda es diferente, con la máquina en

movimiento a la obtenida con máquina estática y además cambia con el sentido de rotación

de la armadura.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

OBJETIVO.

Verificar que los aislamientos de la maquina bajo prueba cumplen con la resistencia

mínima soportable bajo la operación a la que serán sometidos, así como de comprobar la no

inadecuada conexión entre sus devanados y tierra para avalar un buen diseño del producto y

que no exista defectos en el mismo.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN.

Los instrumentos de medición que se emplearán en esta prueba dependen del grado

de exactitud de la lectura de la resistencia de aislamiento que se quiera conocer.

NORMAS DE REFERENCIA.

Las presentes especificaciones están referidas a lo estipulado en las normas:

IEEE C57.12.90-1993 "IEEE Standard test code for liquid - inmersed distribution,

power, and regulating transformers and IEEE guide for short - circuit testing of distribution

and power transformers". IEEE 43-1974

MÉTODO DE PRUEBA.

El método de prueba de la resistencia de aislamiento de un maquina es el de

medición directa con el instrumento de medición (Megger).

PROCEDIMIENTO.

El significado de la resistencia de aislamiento generalmente requiere de cierta

interpretación y depende básicamente del diseño, sequedad y limpieza de los aislantes que

envuelven a la maquina. El procedimiento de prueba para la medición de la resistencia de

aislamiento de una maquina está descrito en la norma IEEE C57.12.90 y contiene

básicamente los siguientes puntos claves:

Con la ayuda de un Megometro mida la resistencia de aislamiento de cada par de bornes de cada una de las maquinas. Utilice el siguiente diagrama para medir la resistencia de aislamiento.

a) Maquina Shunt.-

b) Maquina Serie.-

c) Maquina Compuesta-

MAQUINA DERIVADA

BORNES DE LA MAQUINA

VALORES DE LA RESISTENCIA DE

AISLAMIENTO

ARMADURA CAMPO DERIVADO

INTERPOLOS.

MAQUINA SERIE

BORNES DE LA MAQUINA

VALORES DE LA RESISTENCIA DE

AISLAMIENTO

ARMADURA CAMPO DERIVADO

INTERPOLOS.

MAQUINA MIXTA

BORNES DE LA MAQUINA

VALORES DE LA RESISTENCIA DE

AISLAMIENTO

ARMADURA CAMPO DERIVADO CAMPO SERIE (5.6) CAMPO SERIE (7,8)

INTERPOLOS

b) Mida la resistencia de todos los devanados (armadura, campo derivado, campos serles e interpolos), utilizando el siguiente diagrama como guía, anotar los valores en la tabla correspondiente para cada máquina.

MAQUINA DERIVADA

LECTURA

TIEMPO

RESISTENCIA

MEDIDA

1 15seg

2 3oseg

3 1min

4 2min

5 3min

6 4min

7 5min

8 6min

9 7min

10 8min

11 9min

12 10min

MAQUINA SERIE

LECTURA

TIEMPO

RESISTENCIA

MEDIDA

1 15seg

2 3oseg

3 1min

4 2min

5 3min

6 4min

7 5min

8 6min

9 7min

10 8min

11 9min

12 10min

MAQUINA MIXTA

LECTURA

TIEMPO RESISTENCIA

MEDIDA

1 15seg

2 3oseg

3 1min

4 2min

5 3min

6 4min

7 5min

8 6min

9 7min

10 8min

11 9min

12 10min

CUESTIONARIO

1 .-¿Qué es el Megger?

2.- Explique su funcionamiento. 3.-¿Que operaciones se deben efectuar para probar un Megger y poder utilizarlo?

4.-¿Que entiende por resistencia de aislamiento?

5.-¿Por qué debe medirse la resistencia de aislamiento.

6.- ¿Qué criterio se sigue para considerar que un determinado valor de resistencia de

aislamiento es correcto o no?

7.-¿Cuál es la resistencia de aislamiento mínima permitida para máquinas de corriente

continua?

8.- Si en un generador, la resistencia de aislamiento entre uno de los devanados y tierra es

cero ¿ se puede poner en servicio? ¿ Por qué?

PRÁCTICA No. 6

DIFERENTES CONEXIONES DE LAS MAQUINAS DE C.C.

(COMO GENERADOR)

OBJETIVO: El estudio de las diferentes conexiones de una maquina de corriente continua

analizando bajo que condiciones se tienen en las terminales el valor máximo y mínimo

tanto de corriente como de voltaje en condiciones de vacio.

INTRODUCCION TEORICA

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA.

Mediante la figura 1, se analizara como se genera la tensión y el sentido de una maquina de

C.C. En la disposición de una bobina de una sola espira, con dos polos, el flujo pasa de

izquierda a derecha, del polo norte al polo sur. En la figura 1 la bobina esta en el piano

vertical de tal modo que los conductores ab y cd no cortan el flujo; es este Instante no se

genera tensión.

En la figura 2, la bobina se ha movido hacia la posición ligeramente oblicua, el conductor-

ab, se desplazan hacia abajo frente al polo sur y deforma las líneas del flujo; al mismo

tiempo el conductor cd se mueve hacia arriba frente al polo norte. Obsérvese que el flujo

concatena (rodea, parcialmente al conductor ab, en el sentido contrario al de las manecillas

del reloj y parcialmente al conductor cd, en sentido de las manecillas del reloj.

Aplicando la regla de la mano derecha que dice:

Se extiende el pulgar, índice y el dedo medio de modo que formen ángulos rectos entre sí;

luego se señala con el índice la dirección del campo magnético , el pulgar hacia la dirección

de la corriente. Se encuentra que las tensiones generadas están dirigidos de [3 A y de C a

D. La tensión crece desde cero, en esta posición, por que la rapidez de corte de flujo es

poca.

En la figura 2, la bobina ha alcanzado un plano horizontal de modo que se produce un

máximo régimen de corte de flujo y en consecuencia, máxima tensión en A medida que

continua la rotación de la bobina, la tensión hasta cero vuelve aproximadamente a la

posición vertical pero se mantienen los sentidos anteriores, así durante media revolución, A

es positivo y B es negativo. Durante la siguiente semirevolución, el conductor AB corta

flujo frente al polo sur, el resultado es que la polaridad se invierte; así B resulta positivo y

A negativo.

Se hará otro análisis haciendo uso de la ley de Lenz que establece que el sentido de la

tensión generada es una bobina es tal que tiende a producir una corriente que se opone a la

variación de flujo de la bobina.

En la figura 1, la bobina esta en posición de abrazar el máximo flujo. A medida que la

misma gIra en el sentido de las manecillas del reloj, este flujo disminuye hasta que los

cortes se hacen cero en la posición horizontal; La F.E.M. debe estar dirigida de modo que la

corriente podría circular manteniendo el flujo original a través de la bobina. Aplicando de

nuevo la regia de la mano derecha, esto únicamente puede significar que el sentido de la

F.E.M. generada debe ser la indicada en la figura 2. (cuando la bobina continua su rotación

los cortes de flujo tienden a aumentar> Nuevamente la ley de Lenz establece que el sentido

de la tensión generada en la bobina tiende a producir una corriente que se opone al aumento

del corte de flujo; la tensión generada tendrá entonces el sentido Indicado en la figura 3.

Con la magnitud de la tensión generada depende de la rapidez con que se varía el flujo a

través de la bobina de la figura 2 se desarrolla mínima tensión y en la figura 3, la tensión

será máxima

Las consideraciones precedentes ponen en claro que la tensión generada de cc. tiene un

proceso.

El mecanismo para esta conmutación consta del colector o conmutador y sus escobillas.

En su forma más sencilla puede ser representada por un anillo dividido al cual están

conectados los dos extremos de una de las bobinas de la armadura, ver figura 4.

En la comparación con la figura 3, se observa que los extremos de la bobina están

conectados al conmutador de los segmentos o delgas.

Cuando el plano de la bobina es vertical, queda cortocircuitada por las escobillas en el

instante en que la F.E.M. generada es cero. El sentido de rotación por el lado AB frente al

polo norte y el lacio CD frente al polo sur, hace que la tensión generada en la bobina se

invierta.

En consecuencia, durante esta semirevolución la tensión influye en el sentido CD, AB, AD,

permaneciendo invariable la polaridad de las escobillas aun cuando se invierta la tensión en

la bobina, en la práctica se combinan numerosas bobinas con un conmutador de muchas

delgas, de tal manera que:

a) Puede desarrollarse tensiones importantes en las escobillas.

b) Las pulsaciones de la tensión pueden ser muy suavizadas.

FUERZA ELECTROMOTRIZ GENERADA EN UN DEVANADO DE INDUCIDO DE CORRIENTE CONTINUA.

La magnitud de la fuerza electromotriz (F.E.M.), dependerá de la rapidez con que se produzca esta acción, en tanto que el sentido estará determinado por la polaridad magnética y el sentido de rotación cíe la armadura (si un conductor se mueve a una velocidad constante, en un campo magnético de inducción constante, generará un Volt por cada 10 Maxwell cortados por segundo).

CIRCUITO CUALITATIVO.

La máquina de C.C. tiene dos devanados básicos: el devanado de excitación, que esta situado sobre los polos principales y el devanado del inducido, cuando ambos devanados llevan corriente, como en el caso de que el inducido este con carga, el flujo de la máquina viene determinado por la fuerza electromotriz de ambos devanados. Cuando el inducido no lleva carga (operación en vacío) el flujo esta determinado solo por la influencia en el devanado e excitación. Este último caso será el que consideremos en primer lugar.

CIRCUITO MAGNÉTICO DE LA MAQUINA DE C.C. EN VACIO.

En la figura 5 se muestra una maquina de 4 polos con su respectivo circuito magnético. El flujo magnético de cada polo tiene su camino a través de la culata del estator, de la masa polar, del entre hierro. Entre la masa polar y el inducido, de los dientes del inducido del núcleo del inducido y luego se cierra a través de los dientes del inducido, del entre hierro y la masa polar hasta la culata del inducido del estator. Este circuito magnético cerrado pasa dos veces por entre hierro, de los dientes y de la masa polar. El flujo polar se divide en dos partes tanto en la culata del estator como en el núcleo del inducido.

La fuerza electromotriz (F.E.M.) Inducida en el devanado del inducido se conoce aproximadamente es igual a la tensión en los bornes. Entonces si se conoce el valor de la F.E.M. para una maquina dada, también se conoce el flujo según la siguiente formula:

s volt x a

ZPNφ E -p 810

60

Es necesario una fuerza magnetomotriz (F.M.M.) para crear este flujo a lo largo del circuito magnético de la máquina. De aquí la importancia para determinar el valor de esta fuerza, es decir, de los amperes-vuelta que deben ponerse en los polos. La ley fundamental que relaciona el flujo magnético, la fuerza magnetomotriz es la ley de Ampere, que establece: ―La integral curvilínea de la intensidad del campo magnético a lo largo de un circuito cerrado, es Igual a la suma de las ampers-vueltas con los cuales este cambio concatenado:

lnLLdH donde HL= Es la Intensidad del campo magnético. n = es el numero de espiras I = Es la corriente en el enrollamiento.

Esta ecuación puede ponerse fácilmente de la forma parecida a la ley de Ohm, para el circuito eléctrico, para la inducción magnética ß

Ho donde:

o= Intensidad del campo magnético. = Permeabilidad del material

ß = Inducción magnética en Gauss H = Amperes – vueltas por cm.

Por lo tanto la relación del flujo magnético que la sección transversal A y la inducción magnética (densidad de flujo) B será:

=BA DIFERENTES CONEXIONES EN UNA MAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA. En general una maquina cuenta con terminales del campo de armadura, terminales del campo derivado, terminales del campo serie, terminales de interpolos y terminales del campo compensador; cuya simbología es la siguiente:

No todas las maquinas cuentan con todos los devanados anteriormente mencionados, por lo que podemos tener las siguientes formas de conexiones. 1 Conexión con excitación separada.

En la figura anterior se muestra la excitación separada, que generalmente se hace a través del campo derivado, aunque también puede hacerse en el campo serie; su particularidad es que la alimentación de excitación de campo, se toma de una fuente externa. 2.- Conexión derivada (Auto excitada). Como su nombre lo indica solo cuenta con el campo derivado.

En todas las conexiones auto-excitadas no se puede iniciar la generación de voltaje, si no se tiene una magnetización llamada, magnetización remanente (se llama remanente por que queda guardado en las piezas polares de acuerdo con su curva de magnetización), en todas las conexiones auto-excitadas, la maquina puede no generar, debido a la falta de este magnetismo remanente, que inicie la generación del voltaje. O bien por que el campo este en polaridad opuesta al remanente, anulándolo, dando como resultado voltaje cero, en este caso la inversión de polaridad del campo hará que el remanente no se anule y por lo tanto se tendrá generación. Cuando en una maquina, falta el remanente puede proporcionarse con una fuente de corriente continua externa a la maquina (una batería), dando unos toques o impulsos con la polaridad debida en los bornes de los campos.

Cuando se trata de invertir el remanente, hay que dar dos o varios Impulsos, uno para eliminar el existente y el otro para establecerlo con la nueva polaridad deseada. Conexión serie.- La conexión serle es la que se muestra en la siguiente figura. Solo cuenta con el campo serie.

Para que inicie la generación se requiere que exista magnetismo remanente y se refuerce adecuadamente al circular la corriente por el campo serie. Además si no se conecta a una carga la máquina no generará Conexión mixta.- Este tipo de conexión es una combinación de las dos conexiones anteriores y se pueden tener las siguientes modalidades. Conexión mixta corta.- Cuando el campo derivado esta solamente en paralelo con la armadura como se muestra en la siguiente figura:

Conexión mixta larga.- Es cuando el campo derivado esta en paralelo con la armadura y con el campo serie como se muestra en la figura.

Estas dos últimas conexiones se llaman integral, cuando las polaridades sean tales, que sus

flujos se sumen.

Se llaman diferencial, cuando las polaridades sean tales, que sus flujos se resten. En todas

las conexiones, pueden tenerse sin interpolos ni campo compensador o bien tenerse dichas

conexiones incluyendo interpolos y/o campo compensador.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

Para dar inicio a la práctica primero debemos conocer las maquinas con las que vamos a trabajar . Para ello recurrimos al inventario realizado con el cual tenemos que manejamos cuatro máquinas de diferentes características las cuales mencionaremos a continuación:

Identificación de terminales y operación de las máquinas.

1.- Forme pares de bornes exteriores de las maquinas. 2. .- Habrá una pareja de bornes correspondiente al devanado de armadura, otro correspondiente al campo derivado si se trata de una máquina derivada. 3. - Si se trata de una maqui na mixta, se tendrá un par de bornes mas que el anterior y que corresponderá al campo serie. 4. - Si se trata de una máquina serie, se tendrá un par de bornes correspondientes al devanado de armadura y otro correspondiente al devanado del campo serie. Con el análisis llevado a cabo en la práctica "Identificación de terminales‖, se tiene que las terminales de las máquinas quedaron de la siguiente forma:

Ahora si, con todos estos datos, efectuamos las siguientes conexiones para un

generador de corriente continúa utilizando los diagramas señalados.

a).- Conexión derivada con excitación independiente o separada, figura 1 . con esta

conexión llenar la tabla 1 b).- Conexión derivada auto excitada, figura 2. con esta conexión llenar la tabla 2. c).- Conexión con excitación serie, figura 3 con esta conexión llenar la tabla 3.

Nota: Hay que recordar que para un generador de C. C. se dice que genera cuando en las terminales de la armadura se obtiene una tensión igual o mayor del 20% de la tensión nominal.

a) Conexión mixta corta. Figura 4

Generando la máquina con el desconectador primero a la derecha anotar el voltaje y la corriente de carga, segundo colocar el desconectador a la izquierda anotando el voltaje y la corriente de carga indicando cuando se trata de una conexión integral y cuando a una conexión diferencial.

b) Conexión mixta larga. Figura 5 Generando la máquina, al igual que en la conexión anterior, indicar en que momento es diferencial y en cual integral, anotando la tensión y corriente según la posición del desconectador. Nota: Hay que recordar que para un generador de C. C. se dice que genera cuando en las terminales de la armadura se obtiene una tensión igual o mayor del 20% de la tensión nominal.

CONEXIÓN DE UN GENERADOR DERIVADO CON EXCITACIÓN SEPARADA.

TABLA No. 1

SENTIDO

DE

ROTACION

POSISION

DEL

INTERRUPTOR

POSICION

DEL

REOSTATO

R.P.M.

POLARIDAD

TENSION

DE

ARMADURA

GENERA?

ARRIBA DENTRO

FUERA

ABAJO FUERA

DENTRO

ABAJO

DENTRO

FUERA

ARRIBA FUERA

DENTRO

CONEXIÓN DE UN GENERADOR DERIVADO AUTO-EXCITADO

TABLA No. 2

SENTIDO

DE

ROTACION

POSISION

DEL

INTERRUPTOR

POSICION

DEL

REOSTATO

R.P.M.

POLARIDAD

TENSION

DE

ARMADURA

GENERA?

ARRIBA DENTRO

FUERA

ABAJO FUERA

DENTRO

ABAJO

DENTRO

FUERA

ARRIBA FUERA

DENTRO

DIAGRAMA DE LA CONEXIÓN DE UN GENERADOR SERIE.

TABLA No. 3 MAQUINA SERIE

LECTURAS TENSION CORRIENTE R.P.M.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

DIAGRAMA DE LA CONEXIÓN DE UN GENERADOR MIXTO CORTO

MAQUINA MIXTA CORTA

POSICIÓN DEL

INTERRUPTOR

VOLTAJE CORRIENTE CONEXION

DERECHA

(ARRIBA)

PUENTEANDO

CAMPO SERIE

POSICIÓN

DEL INTERRUPTOR

VOLTAJE CORRIENTE CONEXION

IZQUIERDA

(ABAJO)

PUENTEANDO

CAMPO SERIE

DECIR CUANDO ES DIFERENCIAL Y CUANDO ES INTEGRAL

DIAGRAMA DE LA CONEXIÓN DE UN GENERADOR MIXTO

LARGO.

MAQUINA MIXTA LARGA

POSICIÓN DEL

INTERRUPTOR

VOLTAJE CORRIENTE CONEXION

DERECHA

(ARRIBA)

PUENTEANDO

CAMPO SERIE

POSICIÓN DEL

INTERRUPTOR

VOLTAJE CORRIENTE CONEXION

IZQUIERDA

(ABAJO)

PUENTEANDO

CAMPO SERIE

DECIR CUANDO ES DIFERENCIAL Y CUANDO ES INTEGRAL Con la maquina derivada autoexcitada llevarla de una tensión de flujo remanente

hasta el máximo voltaje que nos pueda dar la maquina(curva de subida), luego mover

al reóstato hasta volver a la tensión mínima y trazar la curva

CURVA DE SUBIDA

LECTURAS R.P.M. CORRIENTE DE

EXITACION

TENSION DE

ARMADURA

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

CURVA DE BAJADA

LECTURAS R.P.M. CORRIENTE DE

EXITACION

TENSION DE

ARMADURA

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

CUESTIONARIO.

1. ¿Cuantos métodos hay para invertir la polaridad de una maquina

corriente continua que genera?

2. ¿Cómo puede la polaridad de un generador ser la misma cuando se Invierte la rotación?

3. ¿En un generador, como se prueba la polaridad de los polos auxiliares o

de conmutación con respecto a los polos principales que es la correcta?

4. ¿Cómo se determina el magnetismo remanente y de que depende una maquina?

5. ¿De usted cuando menos, cinco factores debidos a los cuales un

generador de corriente continua (en condiciones normales) no levanta tensión?

6. ¿Qué entiende por curva de saturación en vació?

7. ¿Por qué no se parte de un valor nulo de flujo?

8. ¿Cual es la relación entre el voltaje sin carga y la corriente de campo

antes de la rodilla en la curva de saturación? ¿Porque?

9. Para valores más elevados de la corriente excitación? Porqué rozón la

f.e.m. inducida crece menos y más despacio para cualquier valor dado

del aumento de la corriente de excitación.

10. Exponer las diferencias que puede existir entre la curva con los valores

crecientes de la corriente excitación la que se obtiene con los valores decrecientes.

PRÁCTICA N°7

CARACTERISTICAS EXTERNAS.

Cuando se va a seleccionar una máquinas que como generador alimenta una

carga dada, es necesario conocer sus características exteriores, O sea, una

grafica que nos indique, que tensión va a obtenerse para una carga dada, desde

luego, con la corriente de excitación constante. Estas graficas o características

exteriores, tienen como abscisas la corriente de carga (en amperes o en % de la I

nominal). Y como coordenadas tienen la tensión terminal, naturalmente que,

estas graficas pueden obtenerse en el laboratorio para distintas conexiones de la

maquina.

INTRODUCCIÓN TEORICA

Curvas características de los generadores de CC.

Deberán considerarse las siguientes curvas características de un generador de

C.C.

a. La característica en vació, o curva de Magnetización, EXIfE ; n =

constante.

b. La característica en carga )( EXIfV ; iI Y n = constantes.

c. La característica externa )( CIfV ; n = constante.

La característica en vacío depende de las dimensiones de las distintas partes del circuito magnético de los materiales usados. La forma de todas las demás curvas características depende de la forma de la característica en vació de la Carga. La Influencia de la carga se pone de manifiesto como;

a. Reacción del Inducido b. Caída de tensión en los arrollamientos del Inducido, de la

excitación serie, de los polos auxiliares y de compensación. c. Caída de tensión en las superficies de contacto de las escobillas.

La reacción de armadura consta de dos partes, una debido al flujo transversal, y otra debida al la f.e.m. desmagnetizante o magnetizante del inducido con un Angulo 2β. La reacción del Inducido debida al flujo transversal depende de la saturación de la maquina. Cuando el circuito magnético no esta saturado, los amperes-vueltas transversales magnetizantes distorsionan la distribución del flujo sin variar el valor total del flujo total del polo; cuando existe saturación también hay una reducción del flujo del hierro debido a la f.e.m. desmagnetizante o magnetizante del inducido debido al desplazamiento de las escobillas depende de la intensidad de carga; generalmente es desmagnetizante y se esta de la f.e.m de excitación. A continuaciones darán las construcciones de las curvas características de los diferentes tipos de generadores de C.C. como estas construcciones se basan en la curva de magnetización (característica en vació), la variación del flujo transversal de la reacción del inducido con saturación resulta un factor que complica considerablemente el problema.

Para simplificarlo, se supondrá que la influencia de saturación sobre el flujo transversal de la reacción del inducido es constante e igual a la que existe cerca del codo de la característica en vació y que la f.m.m. del flujo transversal es proporcional a la intensidad del inducido. Esta suposición esta justificada por el hecho de que el generador de C.C. generalmente funciona cerca del codo de la característica del vació. La suma de las dos partes de la f.m.m. de la reacción del inducido, expresada en amperes-vueltas, se denominara Md.

Este efecto combinado con la reacción del inducido puede también expresarse como una reducción de la intensidad de excitación que producirá la misma reducción del flujo o de la f.e.m. La cantidad Md, expresada en intensidad de excitación equivalente será entonces M‘d = Md /NEX donde NEX es el numero de espiras del arrollamiento de excitación.

La calda de tensión AV en la superficie de contacto de las escobillas depende del material de las mismas. En la figura 1 se da esta caída de tensión para un carbón de escobillas usual; en ellas se ve que es función de la densidad de corriente en las escobillas. AV aumenta al aumentar la densidad de corriente pero se producirá Igual a 1 Volt para las escobillas de cada polaridad, o sea, 2 Volts para la para la maquina completa, puesto que la intensidad de corriente en las escobillas generalmente no excede de 50 A por pulgada cuadrada a carga normal. En el caso de un generador, además de las características, tiene una importancia considerable la regulación de tensión, o sea, la variación de tensión desde el vació a plena carga expresada en porcentaje de la tensión de plena carga. La regulación mide la rigidez de la maquina respecto a las variaciones de tensión al variar la carga. La regulación esta muy relacionada con las características externas de la maquina y se le denominara de acuerdo al tratamiento de esta característica.

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE GENERADORES

Generador con excitación independiente

Característica en vació. La f.e.m. generada en el Inducido esta dada por La ecuación:

CInE

Corno no circula corriente por el inducido, el flujo Φ depende solo de la f.e.m. de excitación, o, corno para una maquina dada el numero de espiras de la excitación es constante, depende de la intensidad de excitación IEX. Si n es constante:

)('' EXI IfCE

Donde C‘I = C‘In. Esta es la característica en vació; de la tensión en bornes, en función de la intensidad de excitación se obtiene usando conexiones de la figura 2(a); I es el Inducido, DE el devanado de excitación, y B es la fuente que alimenta la intensidad de excitación. La resistencia REX se usa para variar la intensidad de excitación.

En la figura 2(b) se nuestra la curva característica en vació la curva a da la tensión Eo en función de IEX cuando la intensidad de excitación, aumenta desde O a IEXm y la curva b de la tensión Eo en función de IEX cuando la intensidad, de excitación se reduce de este valor IEXm a O. Debido al efecto de magnetismo remanente las dos curvas no coinciden encima del punto cera para Intensidad de excitación nula.

CARACTERÍSTICA EN CARGA.

Si el inducido esta en carga, la tensión en los bornes es menor que la f.e.m. generada en el arrollamiento del inducido, debido a la reacción del inducido (Md), a la calda de tensión del inducido y en otros arrollamientos, y a la caída por resistencia de contacto en las escobillas. La curva de tensión en bornes en función de la Intensidad de excitación, para velocidad e intensidad de corriente en el inducido constante, se conoce como característica en carga. La curva 111(V) de la figura 3 es una característica en carga. La curva I es la característica en vacío de la misma maquina. Si se suma la cantidad AB a la característica en carga, la curva II así obtenida la f.e.m. generada en el arrollamiento del Inducido por el flujo resultante, La distancia BC entre ¡a curva II y la curva característica en vacío I es la caída de tensión producida por la reacción del inducido. Para mantener la tensión el los bornes CH tanto en vacío como a plena carga, es necesario un aumento en la intensidad de excitación CD necesaria para compensar el efecto de la reacción del Inducido (Md) y las caídas de tensión.

CARACTERÍSTICA EXTERNA. La curva que relaciona la tensión en los bornes con la Intensidad de carga a velocidad e intensidad de excitación constantes, se le denomina característica externa (curva III, fig.4). Al aumentar la intensidad de carga, aumenta la reacción del inducido y las caldas de resistencias en el arrollamiento del inducido. Por tanto, al aumentar la intensidad de carga, la tensión en bornes disminuye.

Generador derivado auto excitado.

CARACTERÍSTICA EN VACÍO Y AUMENTO DE TENSIÓN. La figura 5 muestra las conexiones para obtener la característica en vacío. DE es el devanado de excitación derivado. La intensidad de excitación varia mediante el reóstato de ¡a excitación derivada REX. Al hallar la característica en vacío el inducido suministra ¡a corriente de excitación. Con esta corriente solo es un porcentaje muy pequeño de la corriente del inducido en carga, la caída de tensión provoca en la resistencia del arrollamiento del Inducido y en las escobillas, así como la reacción del Inducido producida por ella, son muy pequeñas. Por tanto, la característica en vacío para auto excitación coincide prácticamente como la obtenida para excitación Independiente. Por consiguiente, la característica en vacío puede obtenerse con excitación independiente.

CARACTERÍSTICA EN CARGA. La característica en carga de un generador derivado auto excitado coincide casi con la de un generador de excitación independiente como en el caso de característica en vacío. La trayectoria de la curva de la característica en carga por consiguiente es la misma que la del generador con excitación independiente.

CARACTERÍSTICA EXTERNA. Esta característica se torna con una resistencia constante REX en el circuito de excitación derivada y una velocidad constante. La corriente de carga varía mediante el reóstato Rc en el circuito de carga externa. La curva III de la figura 6 se muestra la característica externa de un generador derivado. En la curva IV esta representada la característica externa del mismo generador con excitación independiente,

Con auto excitación la característica externa queda por debajo de la obtenida con excitación independiente, puesto que en aquel caso la corriente de excitación disminuye al disminuir la tensión nominal debido a que la resistencia de excitación derivada es constante, mientras que en el caso de excitación Independiente ¡a corriente de excitación permanece constante. Para un cierto valor de la corriente de carga, denominado valor critico IC, la característica externa con auto excitación retrocede hacia D. Por encima del punto V ‗ la corriente de carga aumenta al disminuir la resistencia externa R.c Por debajo de este punto V ‗. La corriente de carga disminuye al disminuir los valores de la resistencia Rc. En el caso de cortocircuito (RC=O), la tensión en los bornes de la maquina es cero y la intensidad del inducido es I = OD; este valor de la Intensidad viene determinado por el magnetismo remanente de la maquina, puesto que V = O la Intensidad de excitación también es cero. Generador compuesto. Es este caso se tienen tres casos: 1er. Sobre compensada 2do. Compensado 3er. Bajo compensada Característica en vacío. Esta característica del generador compuesto acumulativo es la misma que la del Generador derivado, ya que en vacío el arrollamiento serie no tiene ningún efecto. (En todas)

CARACTERÍSTICA EXTERNA. 1er caso: El comportamiento distinto del generador compuesto acumulativo puede verse en su característica externa (fin 8). La calda de tensión en el arrollamiento del inducido y en las escobillas, así como la reacción de armadura, actúan haciendo disminuir la tensión en bornes al aumentar la intensidad de carga. Sin embargo al aumentar la intensidad de carga, la f.e.m. del arrollamiento en serle y el flujo aumentan y compensan en parte o completamente la caída de resistencia y la reacción de armadura. (Curva A) 2do. Caso: La acción del campo serie contrarresta exactamente a las caídas producidas por la reacción de armadura, en las escobillas lo que nos origina que el voltaje se mantenga constante. (Curva B)

3er. Caso: Es este caso la acción del campo serie es ligeramente menor que las caídas producidas por la reacción de armadura, las escobillas lo que nos origina que la compensación no sea completa. (Curva C)

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

Determinar las características de un generador derivado auto excitado. • Efectuar las conexiones según el siguiente diagrama para. Obtener los valores de la

tabla No. 1 • Con los valores obtenidos en la tabla 1 tensión de armadura (empezando con la f.e.m..

máxima), corriente de carga y corriente de campo, trazar la curva característica externa. • Con los valores obtenidos en la tabla 1 obtener la curva característica a tensión variable.

TABLA No. 1.

Características externas de un generador derivado autoexitado. (Voltaje terminal)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

TABLA No. 2.

Características externas de un generador derivado autoexitado. (Voltaje nominal)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Determinar la curva característica de armadura a tensión constante.

TABLA No. 3.

Características de armadura de un generador derivado autoexitado. (Voltaje constante)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

TABLA N°. 4.

Características de armadura de un generador derivado autoexitado. (Voltaje variable)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

2. Determinar la característica externa de un generador mixto acumulativo a velocidad

nominal.

Efectuar el circuito siguiente para obtener los valores de la tabla 5 y 6.

TABLA No. 5.

Características externa de un generador Mixto corto. (Integral)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

TABLA No. 6.

Características externa de un generador Mixto corto. (Diferencial)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Con los valores obtenidos en las tablas 5 y 6 trazar la curva característica.

Efectuar el circuito siguiente para obtener los valores de las tablas 7 y 8.

CONEXIÓN DE UN GENERADOR MIXTO LARGO

TABLA No. 7

Características externa de un generador Mixto larga. (Diferencial)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

TABLA No. 8

Características externa de un generador Mixto corta. (Integral)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Con los valores obtenidos en las tablas 7 y 8 trazar la curva característica.

Usando los 4 bornes del campo serie formar uno solo para tener la configuración

sobre compensada, compensada y bajo compensada y llenar las tablas 9, 10 y 11.

TABLA No. 9

Características externa de un generador Mixto larga. (Campo serie 5-6)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

TABLA No. 10

Características externa de un generador Mixto larga. (Campo serie 7-8)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

TABLA No. 11

Características externa de un generador Mixto larga. (Campo serie 5-6-7-8)

LECTURA R.P.M.

TENSION

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE

ARMADURA

CORRIENTE

DE CAMPO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

• Con los resultados obtenidos hacer la gráfica de las curvas de cada una de las tablas.

CUESTIONARIO

1.- Calcula para los puntos 1 y 2 del experimento la tensión de regulación de los

generadores; así como sus porcinitos de regulación (Para tensión y corriente de placa ).

2.-Expliqué por qué la tensión terminal decrece en un generador derivado, cuando la carga

aumenta.

3.-Por qué algunas veces es posible cargar un generador derivado hasta el corto circuito sin

que se dañe la máquina.

4.-En qué se denota y como se comprueba que la conexión de los polos de conmutación

está operando adecuadamente.

5.-Por qué la corriente de campo de un generador derivado debe aumentarse cuando crece

la carga, si la tensión terminal se mantiene constante

PRÁCTICA No. 8

OPERACION DE GENERADORES EN PARALELO Y EN SERIE

INTRODUCCION Los generadores de corriente continua, frecuentemente operan en paralelo; pueden presentarse casos de solo dos unidades en paralelo, pero también puede tenerse 3, 4 o más unidades operando juntas. Las razones que gobiernan, el que una planta, este constituida por dos unidades o varias operando en paralelo son principalmente las siguientes:

a).- Por aumento Imprevista de carga. Normalmente cuando se determina la capacidad de una- fuente, se toma en cuenta en forma precisa, la carga conectada, los factores de carga, utilización, diversidad, de aumento futuro, etc., determinando así la capacidad de la- fuente Por lo menos para 5 años; en algunos casos, especialmente para México, que es un país con un alto índice de desarrollo industrial actualmente y en los próximos 15 años por lo menos, se tienen aumentos inesperados de carga por creación de nuevos productos, duplicaciones inesperadas de las plantas y en fin crecimientos fuera dic previsión por la ratón anterior, cuando ya se tiene una unidad trabajando se necesita agregar otra, que podría trabajar independientemente, pero que en general, opera en paralelo para mejor aprovechamiento. b).. Cuando se necesita flexibilidad. Cuando una planta consta de una sola unidad, se tienen problemas de flexibilidad, debido a que generalmente se debe parar la planta para dar mantenimiento, ya sea a la parte eléctrica o la parte del motor primario o primo motor.

Cuando se tienen fallas en la unidad única, pues se Interrumpe el servicio. Cuando la planta cuenta con dos unidades, puede pararse una por falla o por mantenimiento preventivo y la otra nos proporcionará el 50% de la carga total si son dé la misma potencia. Sí tuviéramos 3 unidades con una parada, dispondríamos del 60% de la carga y con cuatro unidades y una parada, tendríamos el 75% de la carga total. Siguiendo este razonamiento, llegaríamos a la conclusión de que, un gran número de unidades sería lo más conveniente; pero no es así, ya que siempre es más costoso el KW, a medida que aumenta el número de unidades, o sea que hay un número de unidades óptimo, que balancea la flexibilidad y el aspecto económico. c).. Cuando la curva de demanda lo exige. Algunas veces, la curva de demanda de energía, exige que se Instalen varias unidades en paralelo, suponiendo por ejemplo: de las 7 a las 10 hrs. a.m., la demanda es un 30% de la total, lo cual se puede dar con una sola de 3 máquinas. Posteriormente de 10 a 13 hrs. p.m., se demande el 100%, entonces trabajan las 3 máquinas y luego de las 13 a las 19 hrs. se requiere únicamente el 60%, entonces dos máquinas tendrán que operar juntas. Desde luego, qué pueden trabajar siempre las 3 máquinas, pero con eficiencia más aja. Puede decirse que, casi siempre, cuando se operan máquinas en paralelo, estas son gemelas, o sea que, se construyen bajo el mismo diseño, pero esto no es indispensable. La operación de máquinas en paralelo, sí fija ciertas condiciones en cuanto a las características de las máquinas y precisamente, eso se tratará en el siguiente artículo, así como la secuencia de operación y los riesgos que se tienen, al hacer la operación.

OPERACIÓN DE GENERADORES EN PARALELO

1°.- Autoexitación en derivación

Fig. No. 1 - Conexión en paralelo de dos generadores auto-excitados en derivación.

Como se ve cada generador está dotado de reóstato de campo, ampérmetro de campo, voltímetro y ampérmetro de armadura y esta conectado a las barras colectoras (bus), a través de un interruptor. Todo este grupo que poderes llamar de control, indican y protección, esta contenido generalmente en un gabinete o tablero de control desde donde se manipula el generador, generalmente al lado de este tablero existe el control del primo motor, alojado en otro tablero.

Cuando la máquina es pequeña, los controles pueden estar en un solo tablero, pero cuando la máquina es grande, entonces se pueden tener tableros Independientes y pueden ser por varios gabinetes. Estos tableros, pueden ser automáticos del tipo electromagnético y operado a control remoto, dependiendo del tipo de trabajo que se haga. Supóngase, dos máquinas alimentando una carga o conjunto de cargas, para operarias en paralelo se procede como sigue: Se hace girar la máquina G1, a velocidad nominal se ajusta la tensión a tensión nominal con el reóstato de campo Una vez G1 con tensión nominal, se cierra el interruptor para alimentar la carga, la tensión puede ajustarse nuevamente si es necesario. Cuando ¡a carga es mayor, que la de un solo generador, es necesario poner a trabajar el otro. Para ello, hay que cerciorarse que las polaridades sean iguales (esta operación puede efectuarse una sola vez, si se trata de una instalación permanente). Se igualan las tensiones de las 2 máquinas, ajustando el reóstato de campo del G2; en estas condiciones puede efectuarse el cierre del interruptor del G2; sí V1 = V2 entonces no tomará ninguna corriente G2, o sea que solo queda flotando, para repartir la carga, tendremos tres alternativas:

a. Sobre excitar G2 para tratar de aumentar su tensión, pero como este no puede aumentar solo (pues está atado G1) deberá tomar carga para que tenga una caída Interna y los voltajes V1 y V2 sigan Iguales.

b. Bajar la excitación en G1, para que su tensión se reduzca, o sea que, la tensión de G2

sea mayor y tenemos el mismo efecto que en (a) o sea circula corriente.

c. Aumentar un poco la excitación a G2 bajar la excitación a G1 en este caso la tensión en G2 será mayor, tomando corriente de carga.

La única diferencia marcada entre (a), (b) y (c), es que la tensión general de las dos máquinas atadas subirá, bajará o quedara Igual respectivamente. SI cuando G2 está flotando, bajamos su excitación en lugar de subirla, la corriente que toma tendrá sentido inverso (para tratar de igualar la tensión) y trabajará como carga, o sea corno motor, en lugar de ayudar.

Es posible que, cuando dos máquinas que están operan do en paralelo con una división correcta de carga, operen mal en un momento determinado. La razón de lo anterior, es que, por pequeñas variaciones de temperatura en el circuito de campo de alguna de las maquinas, haya una variación de tensión, redistribuyendo inadecuadamente la carga. Para evitar lo anterior, se acostumbra alimentar los campos de todas las unidades en paralelo, desde una sola máquina, o sea que una sería autoexitada y el resto excitada separadamente.

2°.- Operación de dos generadores auto excitados en conexión mixta corta Fig. No. 2. Conexión en paralelo de dos generadores mixtos cortos integrales La operación de estos generadores es muy similar a los anteriores, sólo hay algunas diferencias importantes, siendo estas: Una vez en operación G1 y comprobada la polaridad de G2 así. como su tensión, cerramos el interruptor de G2 y sí V1 = V2 en forma muy precisa, entonces G2 flota, pero como no es posible prácticamente qué estas dos tensiones sean Iguales, entonces G2 automáticamente toma carga; la corriente que pasa por el campo serle hace variar la tensión de G2 redistribuyendo la carga. Si V2 es menor ligeramente que V1 al cerrar el interruptor de G2 entonces automáticamente G2 toma corriente como motor debido a la acción del campo serle. Así pues, ¡a operación de este conjunto es Inestable y no sólo eso, sino que en algún caso que no se tomaran las precauciones debidas, la acción del campo serle en G2 podría invertir el magnetismo remanente de la máquina cambiando la polaridad de G2 y causando un corto circuito en ¡a instalación. La tensión de la máquina 2 depende no solo de los amperes-vueltas (A. V.) del campo derivado sino que también- de los A. V. del campo serle. Por tal motivo se cierra el- desconectador A-e interruptor B. Se varían ¡os re6statos de campo de las dos máquinas, hasta lograr que pase por 5 y S2 la mitad de la corriente de carga, se Igualan las tensiones y finalmente se cierra el interruptor C.

Para corregir esto, se hace una conexión estabilizadora como se marca con línea punteada en la Figura No. 6 La barra igualadora sirve para: a).- Asegurar que la polaridad de la máquina por entrar no se invierta por brusca corriente en su campo serie. b).- Lograr que la máquina por entrar tenga ¡a misma tensión del bus, con la contribución de los A. V. del campo serle. Tomando como base las curvas características exteriores de las máquinas que operen en paralelo, es posible determinar la contribución de cada máquina a la carga total. Como las dos máquinas deben operar a una misma tensión habrá repartición de carga, así pues, como se ve en la figura No. 3, puede hacerse una tabla del conjunto de dos ó más máquinas en paralelo, en la cuál, con el dato de corriente total se vea cual debe ser la tensión de operación y la contribución de cada una de ¡as máquinas: La Tabla sería:

VOLTAJE

TERMMINAL

In Ib I TOTAL

Ia + Ib

270 0 0 0

260 35 0 35

250 60 40 100

240 91 71 162

230 115 100 215

220 138 124 262

210 161 155 316

200 180 178 358

190 200 200 400

Tabla de valores de repartición de carga de dos generadores en paralelo según la grafica

anterior.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

¡ .- Generador derivado

2.- Generador mixto

3.- Trazar en cada caso ¡a curva característica total - del sistema (Volt-Amperes totales)

4.- De los datos obtenidos experimentalmente en la práctica, hacer una comparación con la operación teórica Ideal. Decir a que se debe sí existe alguna discrepancia. Anotar los datos de placa de cada máquina.

5.- Describir detalladamente la maniobra para Intercalar una máquina de reserva al bus general y la manera de sacarla de servicio,- sin producir disturbios en el sistema.

6.- Como se logra que una máquina que entra al bus contribuya a alimentar la carga.

CUESTIONARIO

1.- Dibuje las curvas empleando las corrientes de carga y corrientes de campo (como abscisa y ordenada respectivamente) de cada generador.

2.- Como puede ser conocida la potencia de cada máquina sí el Ampérmetro está ~>

conectado en las terminales - del campo serie y la dirección de la corriente en la barra igualadora es conocida.

3.- Sí dos generadores están operando en paralelo y uno de ellos es sobre compensado más que el otro, discuta los siguientes métodos de corrección. a) Usando resistencias derívadora en el campo serie b) Conectando una resistencia en el circuito de campo serie

PRÁCTICA.N°9

ARRANQUE DE MOTOR

INTRODUCCIÓN

En general, puede decirse que en la utilización de corriente continua el 80% de toda la energía generada en esa forma, se emplea para mover motores y el restante 20% se emplea en alumbrado y calefacción, por lo anterior, puede observarse que el estudio del motor es tan importante como el del generador y como por lo general los motores son de capacidad más pequeña (comparado con los generadores) numéricamente hay más motores que generadores. Es necesario aclarar cuales resultan ser las diferencias en la máquina de corriente continua cuando opera corno generador y cuando opera como motor. Desde luego que cuando opera como generador, recibe potencia en forma mecánica (un par, a cierta velocidad) y entrega energía eléctrica (una corriente a determinada tensión). Cuando la máquina de corriente continua opera como motor se efectúa la operación en forma Inversa. Desde el punto de vista de construcción, el motor tiene las mismas partes que se estudiaron para el generador y estas están construidas de los mismos tipos de materiales y de los mismos circuitos ya analizados para el generador - (circuitos eléctricos, magnéticos y térmicos) existen para el motor, Así que podemos observar que ¡a misma máquina que opera como generador recibiendo energía mecánica y entregando energía eléctrica, ―puede operar como motor‖ a la inversa, es mas esto ocurre como se mencionó en la operación de generadores en paralelo. Lo único que resulta ser diferente entre una máquina de corriente continua que opera como motor y otra que opera como generador es la polaridad de los interponlos y devanados compensadores, con respecto a 1 os Polos Principales, Pues las Polaridades requeridas resultan Inversas. Cuando una máquina es diseñada para generador o motor debe hacer esta operación a máxima eficiencia y regulación. En el motor debe tenerse buena regulación de velocidad por lo que sus diseños no pueden ser estrictamente iguales. El generador requiere más porcíento de corriente de excitación el motor menos por ciento de corriente de campo con respecto a la armadura. En máquinas de pequeña capacidad (1 a 5 KW) como Información media. Un motor requiere en su campo derivado 3% 1 nominal. Un generador requiere en su campo derivado 5% 1 Nom.

En el estudio del motor es deseable conocer las relaciones entre par y velocidad, corrientes, métodos de arranque, etc. esto es, son parámetros radicalmente distintos a los que nos interesan cuando la máquina opera como generador así pues, en este capitulo se tratarán todos los aspectos del motor, en tal forma que sea una Iniciación previa los experimentos Programados para el estudio de arranque de motores en el laboratorio.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Para el desarrollo de la práctica es conveniente seguir los pasos que a continuación se establecen.

a).. Hacer la conexión de acuerdo con los diagramas de las figuras que se consigan

b).- Iniciar el arranque de la máquina conectando el interruptor y dando la secuencia de

arranque en el arrancador en forma continua no muy lenta para evitar posible flameo en los

puntos intermedios del arrancador.

c) .- Tomar las precauciones pertinentes para el arranque del motor serle, pues de acuerdo

con las curvas características, si se arranca sin carga o pierde la carga en un momento dado,

su velocidad tiende a Infinito, representando esto un peligro para la máquina y para los

operadores.

1. Identificación de las terminales de un motor de Corriente continúa según métodos

empleados en la práctica No. 3.

2. Estudio de un arrancador de 3 y 4 terminales de un motor de corriente continua y los

sistemas de protección de los mismos.

3. Efectuar las siguientes conexiones para un motor de corriente continua

a) Motor derivado

Empleando un Interruptor de dos polos doble tiro entre armadura y campo derivado, usando un arrancador de 3 terminales, según se muestra en el diagrama de conexiones para obtener la tabla Indicada.

PRECAUCION.- Por cada cambio que se haga en el desconectador de doble polo tiro;

invariablemente debe efectuarse un alto total del motor, operando el arrancador

regresándolo rápidamente a su posición inicial, antes de operar el desconectador.

TABLA No. 1.

POLARIDAD POSICION DEL

INTERRUPTOR

POSICION

DEL

REOSTATO

DE CAMPO

R.P.M. SENTIDO DE

ROTACION

IZQUIERDA

DENTRO

FUERA

DERECHA

FUERA

DENTRO

b) Motor Mixto Cortó.

Utilizando el diagrama de conexiones.

1°.- Integral

2°.- Diferencial

3°.- Corriente de arranque en cada caso

4°.- Velocidad de cada caso

TABLA No. 2.

TIPO DE

CONEXIONES

CORRIENTE DE

ARRANQUE VOLTAJE R.P.M.

INTEGRAL

DIFERENCIAL

c) Motor Mixto Largo.

Utilizando el diagrama de conexiones.

1°.- Integral

2°.- Diferencial

3°.- Corriente de arranque en cada caso

4°.- Velocidad de cada caso

TABLA No. 3.

TIPO DE

CONEXIONES

CORRIENTE DE

ARRANQUE VOLTAJE R.P.M.

INTEGRAL

DIFERENCIAL

d) Motor Serie

1°.- Carga

2°.- Con Carga

1°.- Para el primer caso debe de emplearse el siguiente diagrama de conexiones

V = Voltaje reducido

V = ( Ra + Rs ) In

1) Mida la resistencia de armadura entre terminales y del campo serie y

aplique la formula indicada.

TABLA No.4.

Ra Rs In V

Para el segundo caso debe emplearse el siguiente diagrama de conexiones.

e) Acóplese mecánicamente el motor Al freno electro dinamométrico usando este

último como generador derivado con autoexitacion de tal manera que genere cuando

menos el 50% de capacidad en Watts

Precaución.- Asegurase primero que el generador tenga tensión nominal al girar que circula

corriente por la carga; de otro modo al arrancar el motor se desbocara.

NOTA.- En los dos casos anteriores, nótese la influencia que se tiene al hacer el cambio en

el campo serie con el interruptor de dos polos doble tiro. Midase la tensión y la corriente,

así como la velocidad en ambos casos. Por cada cambio en el interruptor, no olvide hacer

alto total en el motor operando el arrancador.

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

Michael liwschitz-Garik

Clyde C. Whipple

Edit. C.E.C.S.A.

TEORIA Y ANALISIS DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS.

Klngsley, Kusko y Fhzgerald.

Segunda edición.

Edit. Hispana Europea.

Barcelona (España).

MAQUINAS ELECTRICAS Y TRANSFORMADORES.

Irving L. Kosow.

Segunda Edición.

Edit. Prentice Hall.

INTRODUCC1ON A LAS MAQUINAS ELECTRICAS Y TRANSFORMADORES.

George Mephetson.

Edit. Limusa.

1987 S.A. de C.V.

MAQUINAS ELECTRICAS.

M. P. Kostenko, L. M. Píotroskí.

Tomo 1

Segunda Edición.

Edit. Mir Moscu.

DISEÑO DE APARATOS ELECTRICOS.

John H. Kuhlmann

Edít. C.E.C