Medidas Eléctricas: Guía Completa con Ejemplos y Diagramas

Medida de resistencias con aparatos elementales

Introducción

Un método de medida de resistencias de uso común en el laboratorio, es el basado en la ley de Ohm de corriente continua. Para ello se dispone una fuente de tensión de c.c. en la que se intercalan un amperímetro y un voltímetro, dando lugar a dos tipos de conexiones:

• Montaje corto para resistencias de 0 a 10 Ω
• Montaje largo para resistencias de 50 Ω en adelante

Para resistencias de 10 a 50 Ω se utiliza uno cualquiera de los dos. Es conveniente recordar que en la medida de resistencias se deben alimentar los circuitos con corriente continua para evitar la componente inductiva.

Montaje corto Montaje largo

Fig. 1. Montaje corto Fig. 2. Montaje largo

Medida de inductancias con aparatos elementales

Medida de capacidades con aparatos elementales

Medidas de potencia en circuitos trifásicos

Tabla nº 1

Método de los dos vatímetros. Conexión Aron

La conexión Aron consiste en colocar dos vatímetros en dos de las fases, pero con el extremo voltimétrico referido a la fase libre. Hay tres maneras distintas de distribuir los dos vatímetros en una misma instalación.

Desequilibrado a 4 hilos (3 fases + neutro)

Tabla nº 3

W1+W2+W3 = PT

Método de Righi

1 Ensayo en vacío de un transformador monofásico

2 Ensayo de cortocircuito de un transformador monofásico

3 Método para conocer los bornes homólogos de transformadores monofásicos

Si V1 = V2 – V3 X e Y son de la misma polaridad

Si V1 = V2 + V3 X e Y son de polaridad contraria

Conexión estrella-estrella

Conexión triángulo-triángulo

Conexión estrella-zigzag

1 Arranque estrella-triángulo

2 Arranque por resistencias estatóricas de un motor asíncrono trifásico

3 Arranque por autotransformador de un motor asíncrono trifásico

Motor monofásico funcionando como trifásico

Un motor trifásico normal puede hacerse funcionar como motor monofásico de corriente alterna mediante el empleo de un condensador convenientemente dispuesto.

La potencia sobre el árbol PN que se obtiene es igual al 75 % de la potencia nominal PN del motor funcionando, también, en trifásico y en condiciones normales, es decir:

PM = 0,75 PN

El valor de la capacidad permanente C, que debe conectarse entre los bornes R-T del motor, queriendo obtener un par de arranque del orden de PN/2, viene determinado por la fórmula:

siendo:

• C = capacidad del condensador expresada en μF
• P = potencia del motor en CV
• U = tensión a la que debe conectarse el motor expresada en voltios
• f = frecuencia de la red.

Puesta en marcha de un alternador trifásico

Acoplamiento de un alternador a la red

Para lograr esto, deben cumplirse las siguientes condiciones:

1. Los valores eficaces de los voltajes de línea de los dos generadores deben ser iguales.
2. Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fases.
3. Los ángulos de fase de las dos fases L1 deben ser iguales.
4. La frecuencia del nuevo generador, llamado generador entrante, debe ser igual que la frecuencia del sistema.

Constitución de los motores de corriente continua

La máquina de corriente continua consta de las partes siguientes (fig. 1):

Fig. 1.- Representación de las partes esenciales de una máquina de c.c.:

1- Culata o carcasa. 2- Núcleo polar de un polo inductor. 3- Pieza polar de un polo inductor. 4- Núcleo polar de un polo de conmutación. 5- Pieza polar de un polo de conmutación. 6- Inducido. 7- Devanado del inducido. 8- Devanado de excitación. 9- Devanado de conmutación. 10- Colector. 11- Escobilla positiva. 12- Escobilla negativa

Designación de bornes

1 Arranque del motor shunt

2 Inversión del sentido de giro

Para invertir el sentido de giro de un motor de corriente continua shunt o derivación podemos recurrir a dos procedimientos:

1. Cambiar la polaridad de los polos inductores C-D.
2. Cambiar la polaridad del inducido A-B.

3 Regulación de la velocidad del motor

Suponiendo una corriente de carga constante, se puede deducir que existen tres procedimientos diferentes para la regulación de la velocidad.

1. Por variación del flujo inductor (o, lo que es lo mismo, por variación de la corriente de excitación Iex).
2. Por variación de la resistencia Ri del circuito del inducido.
3. Por variación de la tensión de alimentación.

Estos tres procedimientos son aplicables a todos los tipos de motores de c.c.

Dinamos de excitación independiente

Introducción

Los generadores de corriente continua (dinamos) son máquinas eléctricas que transforman la energía mecánica que reciben por su eje en energía eléctrica que suministran por sus bornas.

Para que se produzca esta transformación son necesarias dos condiciones (fig. 1):

1. Hacer girar a la dínamo (mediante un motor eléctrico, por ejemplo)
2. Suministrar corriente continua a los polos inductores C-D.

Fig. 1

En la figura 1 hay tres circuitos eléctricos:

1. Circuito del motor eléctrico
   Este circuito es el encargado de alimentar el motor eléctrico que a su vez hace girar a la dínamo.
2. Circuito del inducido de la dinamo A-B
   Es el circuito principal. De él obtenemos corriente continua.
3. Circuito de los polos inductores C-D
   De él obtenemos la corriente continua necesaria para que los polos inductores generen el flujo necesario para la producción de fuerza electromotriz en el circuito de inducido A-B.

Constitución de las dinamos

Debido a que el proceso de conversión de la energía mecánica en energía eléctrica es reversible, la constitución de la máquina es idéntica para una dinamo o un motor (ver página 7).

1 Puesta en marcha y parada de la dínamo

Cuestionario

Completar la siguiente tabla (ver página 7):

PARTES ESENCIALES DE LA MÁQUINA DE
CORRIENTE CONTINUA

Completar la siguiente tabla (ver página 8):

DESIGNACIÓN DE BORNES DE LAS MÁQUINAS
DE CORRIENTE CONTINUA

2 Modificación de la tensión de salida Vb

Para modificar la tensión de salida de la dinamo podemos recurrir a dos procedimientos:

1. Variando la tensión del circuito de los polos inductores C-D.
2. Variando la velocidad de la dinamo por medio del motor AL-206.

3 Cambio de la polaridad de la dinamo

Para cambiar la polaridad de las bornas de la dínamo A-B hay que:

1. Variar la polaridad del circuito de excitación, ó
2. Variar el sentido de giro de la dínamo por medio del motor.

4.1 Característica de vacío

Es la curva que representa, para una velocidad de rotación determinada, la tensión en bornas en vacío en función de la corriente de excitación.

Así pues, la característica de vacío se representa por: Vb = f(Iex)

Condiciones a cumplir:

1. Velocidad de giro constante. Esto se cumple porque la velocidad del motor AL-206 es prácticamente constante. Consultar con el profesor.
2. Corriente de inducido Ic nula (amperímetro Ac = 0 A).

Precauciones:

• Si, por cualquier circunstancia, durante la realización del ensayo cambiara la velocidad de la dinamo, dando N’ revoluciones en lugar de las N previstas, la fem. que se obtiene debe “referirse” a la velocidad N. Si es E’ la fem. a la velocidad N’ la fem. E que se tendría, sí la máquina hubiera girado a N revoluciones, sería:

Se admite esta corrección siempre que las variaciones de velocidad no excedan del 10 ó 20 %, ya que ciertos efectos secundarios que no se han tenido en cuenta ahora, podrían invalidar la supuesta constancia del flujo Ф para una cierta corriente de excitación Iex.

Criterio empírico de FISCHER-HINNEN

«En una máquina bien calculada, si se prolonga la parte recta de la característica de vacío (fig. 4) hasta que corte en A a la paralela al eje de las Iex por el punto de funcionamiento P, debe cumplirse: que AP ≥ AB»

Fig. 4

4.2 Característica exterior

Introducción

La característica externa indica cómo va disminuyendo la tensión en bornes de la carga a medida que aumenta la intensidad absorbida por los receptores (Ic), permaneciendo constantes la corriente de excitación y la velocidad del inducido.

Estudio de la curva

La curva se representa tomando el eje de abscisas para la intensidad de carga (Ic) y el de ordenadas para la tensión en bornes (Vb), como indica la fig. 5.

La horizontal (Eo) representa la tensión que esta dínamo produce en vacío (Ic=0), permitiendo así comprobar, por diferencia entre ambas, para cualquier valor de carga, la caída de tensión total en el generador. Así, en el funcionamiento a plena carga, indicado por el punto de la curva, la caída de tensión será: AC-BC=AB.

Cuando la carga alcanza valores elevados (Ic » Ipc), aumenta tanto la caída de tensión interna, principalmente por reacción del inducido, que la tensión es próxima a cero. Si el valor de la intensidad sigue aumentando, se llegará al punto de cortocircuito D en el que la tensión es nula (Vb=0). El funcionamiento en cortocircuito daría lugar a graves averías en el inducido por causa de la elevada intensidad Icc.

Fig. 5

Objetivo del ensayo

Se trata de determinar, experimentalmente, la curva de la fig. 5.

Condiciones a cumplir:

1. Velocidad de giro constante. N = cte.
2. Intensidad de excitación constante. Iex = cte > 0.

Fig. 6

Observación

Si la construcción de la máquina ha sido bien hecha, la caída de tensión producida por la resistencia óhmica del inducido, cuando la máquina produce su corriente normal, debe ser de 3 a 5 % de la tensión normal; en cuanto a la reacción propia del inducido, debe ser aproximadamente igual al doble de la caída óhmica.