DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA - MÁQUINAS ELÉCTRICAS - GENERADORES DE DC - SEPTIEMBRE 2008 1

Estudio de los Generadores de Corriente ContinuaLuis Felipe De La Hoz Cubas, María Ilse Dovale Pérez, Fabio García Rodríguez

División de IngenieríasUniversidad del Norte

Barranquilla

Abstract�Los generadores de DC son en realidad máquinasque son utilizadas como generadores y dependiendo a como sederiva el �ujo de campo existen diferentes tipos de generadores,los cuales tienen características de salida diferentes entre sí. Lostipos más comunes de generadores son: de excitación separada,derivación serie, compuesto acumulativo y compuesto diferencial,en el presente informe se describe como se llevó a cabo el procesoen el laboratorio utilizando la con�guración de generador enderivación y en serie, para hacer las pruebas pertinentes y asíarrojar conclusiones a partir de los resultados obtenidos.

I. INTRODUCCIONAunque actualmente los generadores de DC han sido reem-

plazados por fuentes de potencia AC y componentes electróni-cos de estado sólido en muchas aplicaciones, es importante elestudio de estos ya que en el pasado estas máquinas con-tribuyeron de manera importante al progreso industrial, es poresto que en este informe se pretende hacer un estudio de estosdispositivos donde se medirá la resistencia de los devanadosde inducción, de los polos auxiliares y excitación, tambiénse hará una prueba de vacío para determinar la curva demagnetización de un generador con excitación independientey por último se darán los detalles pertinentes de como sedeterminaron la características de varga para un generador decorriente continua.

II. ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE UNGENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA

LOS generadores de corriente continua es uns máquina uti-lizada como generador, en realidad no existen diferencias

entre un generador y un motor excepto por la dirección del�ujo de potencia. Existen 5 tipos principales de generadoresDC clasi�cados de acuerdo a la forma en como su �ujo decampo es producido:1.Generador de exitación separada: Su �ujo de campo es

derivado de una fuente de potencia separada independiente delgenerador.2.Generador en derivación: Su �ujo de campo es derivado

de la conexión del circuito de campo directamente a través delos terminales del generador.3.Generador en serie: Su �ujo de campo es producido por

la conexión del circuito de campo en serie con el inducido.4.Generador compuesto acumulativo: El campo en

derivación y el campo en serie se encuentran presentes y susefectos son aditivos entre estos.5.Generador compuesto diferencial: El campo en derivación

y el campo en serie se encuentran presentes al igual que el

generador compuesto acumulativo pero la diferencia es que eneste sus efectos se restan.Como se mencionó antes estos tipos de generadores se

diferencian entre sis en sus características en los terminales(voltja y corriente), por lo tanto tienen determinados usos deacuerdo a la aplicación que se les de.

A. Medida de la Resistencia de los Devanados de un Gener-ador de Corriente ContinuaEl objetivo principal de esta prueba es identi�car los difer-

entes bobinados del generador y determinando la resistencia delos devanados de induccion, los polos auxiliares y excitación,para esto se debe tener en cuenta que un generador de corrientecontinua se induce una tencion alterna la cual es recti�cadapor el colector y llevada al exterior, cuando este es energizado,el voltaje de alimentacion es repartido entre la caída de losdevanados del motor y una la fuerza electromotriz o FEM lacual es la inducida en el devanado del rotor, sin embargo conla que se trabaja es con la tensión encontrada en los bornesdel generador en circuito abiertoPara la determinacion de la magnitud de la resistencia de los

devanados de un generador de DC se utilizó el método volti-amperimétrico, calculando la resistencias en los devanados porla Ley de Ohm.En primer lugar, se identi�có cada uno de los devanados

del generador de corriente continua.El circuito con el que se hicieron las pruebas tenía en serie

su devanado de excitación en paralelo y de excitación en serie,permitiendo medir la caída de tensión en ambos devanados yla corriente que circula por dicha rama la cual fue de 1.5A.Las medidas tomadas al devanado de excitación en serie y

de inducción se registran en las siguientes tablas:

Tabla 1: Registro de tensión, corriente y resistencia en eldevanado de inducción

Tabla 2: Registro de tensión, corriente y resistencia en eldevanado de excitación serie.

Hay que tener en cuenta que en el caso del devanado de ex-citación en paralelo, éste tiene una resistencia muy grande asíque para medir dicha resistencia se energizó únicamente éste

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA - MÁQUINAS ELÉCTRICAS - GENERADORES DE DC - SEPTIEMBRE 2008 2

devanado para medir la caída de tensión de dicho devanado yla corriente que circula por él, para esto se hizo circular unacorriente de 0.101A por el circuito.Los datos resultantes fueron los siguientes:

Tabla 3: Registro de tensión, corriente, y resistencia en eldevanado de excitación paralelo.

Al igual que en los casos anteriores, con los generadorestambién es necesario referir las resistencias a 75o, para estose utiliza la misma fórmula que se utilizó anteriormente, estaecuación es:

R75o = R[1 + �t(75� t�)]

Entonces tomando como �t = 0:00393 y t� = 24o se tieneque:

a:) Resistencia referida a 75o para el devanado de inducciónR75o = 8:57

b:) Resistencia referida a 75o para el devanado de ex-citación serie R75o = 1:46

c:) Resistencia referida a 75o para el devanado de ex-citación paralelo R75o = 932:49

Luego de realizadas las medidas indirectas de las resisten-cias, logramos identi�car cada una de ellas, observando losresultados obtenidos, encontramos que el devanado con mayorresistencia era el de excitación en paralelo, esto para lograr unacorriente adecuada para la generación del �ujo de la máquina.

B. Prueba de Vacío para un Generador de Corriente Con-tinua.El objetivo en esta prueba es determinar la curva de

magnetización de un generador de corriente continua conexcitación independiente, para esto se debe tener en cuentaque dicha curva de magnetización se extrae teniendo en cuentala relación existente entre la fuerza electromotriz generada enel inducido y la corriente de excitación.Es normal observar una pequeña tensión en el voltímetro a

pesar que se tenga una corriente de excitación nula, esta ten-sión se debe al magnetismo residual de los polos y su pequeñaseñal depende de las polaridades magnéticas residuales.Para este procedimiento, en primer lugar, se acopló mecáni-

camente el motor DC con el generador DC, luego se llevó lavelocidad del motor a la velocidad nominal del generador,luego se tomaron medidas del voltaje interno generado en elgenerador, primero sin tener ninguna corriente en el circuito decampo, es decir, solamente con el �ujo residual de la bobinadel generador, y luego aumentamos con incrementos del 10%hasta el valor nominal de la corriente del circuito de campo.La tabla resultante fue la siguiente, y a continuación se

muestra la grá�ca de la curva de magnetización:

Tabla 4: Registro de corriente de excitación (Creciente) ytensión.

Figura 1: Curva de magnetización aumentando la corrientede excitación.

Luego repetimos esta prueba pero midiendo primero elvoltaje interno generado, cuando por el circuito de campo �uyela corriente nominal, y realizando decrementos del 10% hastallegar a corriente 0.003 (que es la tensión residual) en estecircuito. La tabla resultante fue la siguiente, y a continuaciónse muestra la grá�ca de la curva de magnetización:

Tabla 5: Registro de corriente de excitación (Decreciente) ytensión.

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA - MÁQUINAS ELÉCTRICAS - GENERADORES DE DC - SEPTIEMBRE 2008 3

Figura 2: Curva de magnetización decrementando lacorriente de excitación.

Como se puede observar en las imágenes las curvas mues-tran un ligero cambio, esto se puede comprobar en los valoresencontrados en las tablas, este cambio se debe a el �ujoremanente que queda en las bobinas del generador.Cabe resaltar que las medidas en esta prueba fueron hechas

a 3176rpm.

C. Determinación de las Características de Carga para unGenerador de Corriente ContinuaEl objetivo de esta prueba es determinar la curva caracterís-

tica de carga para un generador de corriente continua, para estose debe tener en cuenta que un generador de DC en derivación,la cantidad de corriente de campo depende del voltaje ensus terminales. Al incrementar la carga sobre el generador lacorriente de carga aumenta, al igual que el voltaje del inducido,entonces aumenta la corriente del inducido produciendo unacaída en los terminales del generador, dicha caída es máspronunciada por que al disminuir VT también disminuye IAlo que disminuye el �ujo en la máquina.En este procedimiento se acopló mecánicamente el motor

DC con el generador, en las terminales de salida del generadory se conectó una carga variable con un instrumento para lamedición de la corriente que esta circulando por la carga.Luego se arrancó el motor y se llevó su velocidad a la

velocidad nominal del generador, ajustando el valor de lacorriente del circuito de campo del generador al valor nominal.Después variamos las resistencias de carga al generador, mi-

diendo la corriente de armadura y el voltaje en los terminales.La tabla obtenida en este caso fue la siguiente, y seguida

de esta se encuentra la grá�ca de voltaje generado contracorriente:

Tabla 6: Registro de resistencia, corriente y tensión dearmadura.

Figura 3: Voltaje generado vs corriente de carga.

En este caso las mediciones se hicieron con una velocidadconstante de 3168rpm.

III. CONCLUSIONESLa medición de la Resistencia de los devanados consiste

básicamente en la misma medición que se hizo para un motorDC, en donde lo importante aquí fue el valor de la corrienteque circulaba por éste, a un valor de tensión constante.Variaciones en la parte teórica son muy pocas debido a

que un generador DC funciona con los principios básicosmanejados en teoría, pero diferencias como la resistencia delaire y perdidas mecánicas hacen que los valores manejados enun generador real tienden a tener muchas variaciones. Una delas diferencias mas signi�cativas en un generador DC en lapráctica y en la teoría es la gran variación de la resistencia delos devanados, la cual sufre cada vez que es encendido el gen-erador, esto se debe realmente a la composición del materialde los devanados, el cual es un material ferromagnético y queademás pese a sus características especiales es un material noOhmico, por esta razón cuando encendemos en generador, elmaterial es sometido a �ujos magnéticos distintos hace que susdominios magnéticos se reorganicen de una manera distinta y�nalmente esto genera una particularidad en la resistencia decampo y es su variación cada vez que es medida. Aunqueesta diferencia no es muy grande en los generadores que seutilizaron en el laboratorio, en grandes generadores es un datoa tener en cuenta al momento de analizarlos, así como latemperatura de la máquina que puede variar considerablementesi la ésta se recalientaPor otra parte, como sabemos en los devanados del gen-

erador por su características ferromagnéticas, se presenta elfenómeno llamado histéresis, que consiste en la tendenciade algunos dominios magnéticos a permanecer en un estadoexcitado, esta característica ocasiona que el devanado delgenerador tiene características diferentes cada vez que esutilizado, lo que ocasiona que la prueba de vacío de ungenerador, debe ser realizada con un valor de referencia encuanto a el historial magnético de los devanados, aunquerealmente este valor no lo conocemos, pero si sabemos que sise toman las medidas de tensión con valores de corriente deexcitación arbitrarios, la histéresis ocasionara una variación en

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA - MÁQUINAS ELÉCTRICAS - GENERADORES DE DC - SEPTIEMBRE 2008 4

los voltajes en los terminales que buscamos, por lo que haceresta medición desde cero hasta el valor nominal aumentandocada vez el 10% del valor de la corriente es fundamental parauna óptima obtención de resultados.Finalmente cabe resaltar, que en los voltajes obtenidos en

cada carga, se observó como a valores de resistencia menores(Mayor demanda de corriente) el voltaje del generador tuvola tendencia a disminuir, esto ocurre por el efecto colateralque tiene la corriente de carga en el generador, en donde elaumento de la corriente de línea IL ocasiona un aumento en lacorriente de armadura (IA) , lo que a su vez aumenta la caídade voltaje en las resistencia de armadura (RA) y esto haceque el voltaje en terminales (VT ) disminuya también, pero siVT disminuye, entonces la corriente de campo (IF ) tambiéndisminuye, esta disminución provoca otra disminución enel �ujo, y con un menor el voltaje interno generado (EA)también será menor, y ésta disminución a su vez generauna otra disminución en VT . Esto nos ilustra el por qué dela disminución del voltaje en terminales a medida que lademanda de corriente es mayor.

IV. BIBLIOGRAFIA[1].Máquinas Eléctricas, Stephen Chapman. Mac Graw Hill.[2].Maquinaria Eléctrica. Fitzgerald, Kingsley, Kusko. McGraw Hill.[3].Notas de Clase, Ing.Javier Guerrero.