maq universal hampden

APUNTES (extracto)

Profesor:

Sr. Ricardo Fuentes Fuentealba.

Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Electricidad

Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Electricidad.

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2 MÁQUINA UNIVERSAL HAMPDEN.


12

0.5[mm]126[mm]

2.1 Introducción. La Máquina Universal Hampden (MUH) ha sido diseñada para estudiar los principios fundamentales de funcionamiento de las máquinas eléctricas, de esta forma el estudiante puede aplicar de una manera sencilla los conocimientos adquiridos en los cursos de formación teórica. El equipo está formado por una máquina universal de entrehierro constante acoplada a una máquina de corriente continua. La máquina universal puede ser conectada para que opere en forma de motor asincrónico monofásico, bifásico o trifásico, así como máquina sincrónica o como máquina de corriente continua con excitación independiente o serie, entre otras. El diseño de la MUH permite observar la interconexión de las bobinas que forman los diversos devanados. De esta manera se pueden estudiar las formas de las fuerzas magnetomotrices producidas por la distribución de cada devanado. También se pueden apreciar los fenómenos básicos de torque debido a circuitos acoplados magnéticamente y por supuesto, el comportamiento estacionario de las diferentes máquinas que se implementen. 2.2 Descripción general. La MUH mostrada en la figura 1 está compuesta de una máquina universal de un par de polos y entrehierro constante y mecánicamente acoplada una máquina de corriente continua llamada dínamo. La potencia trifásica nominal de la máquina universal a 380 [V], 50 [Hz] (3000 [rpm]) es de 2[kVA], mientras que si opera como máquina de corriente continua es de 2[kW] a 200[V]. La dínamo tiene una potencia nominal de 3[kW] a 200 [V] en el rango de 2000 a 3000 [rpm], puede operar como generador de excitación independiente o como motor shunt con control de campo. La MUH dispone de dos bobinas de paso completo de una vuelta cada una ubicadas en el estator y en el rotor respectivamente, en ellas se puede observar directamente la tensión inducida por las diferentes distribuciones de fuerzas magnetomotrices. El torque aplicado o recibido por la dínamo es medido directamente en una balanza calibrada en [Lb ] cuyo brazo mide 1 [pie] de largo. 2.3 Características constructivas. 2.3.1 Dimensiones del estator: Diámetro exterior 21,6 [cm] Diámetro interior 12,7 [cm] Longitud axial 8,9 [cm] Nº de ranuras 24 4.3.2 Dimensiones del rotor: Diámetro exterior 12,6 [cm] Diámetro interior 3,81 [cm] Longitud axial 8,9 [cm] Nº de ranuras 36

Figura Nº 1: Vista en corte de la máquina


13

Q1

Q 2

D2 D1

q

d

2.3.3 Devanado del estator: 2 polos, 24 ranuras, 12 bobinas de 60 vueltas c/u, acortadas en un paso de ranura y desplazadas relativamente en un doble paso de ranura. Corriente máxima en cada bobina = 5[A]. 2.3.4 Devanado del rotor: Devanado de corriente continua de paso completo, 108 delgas. En cada ranura hay 6 lados de bobina de 5 y 6 vueltas (total 33 conductores por ranura). Número total de conductores de la armadura es 1188. Corriente máxima por conductor = 5 [A]. 2.3.5 Bobina exploratoria del estator: 1 vuelta, paso completo, montada en las ranuras 2 y 8. Terminales X1, X2. Corriente máxima 250[mA]. 2.3.6 Bobina exploratoria del rotor: 1 vuelta, paso completo, montada en las ranuras 1 y 19, cuyo eje magnético coincide con el eje de la bobina B1 – B2. Terminales X3, X4. Corriente máxima 250[mA]. 2.4 Diagramas esquemáticos de la ubicación de los devanados en la máquina universal. 2.4.1 Distribución de las bobinas del rotor de la máquina Hampden.

Figura 2: Ubicación de los devanados ortogonales del rotor de la máquina.

Figura 3: Distribución de los anillos rozantes sobre el devanado continuo del rotor.


14

1 2 34

8

56

7

12

9

10

11

14 13

15 21

17 16

19 18 20 22

23 24

26

27

25

28

30

31

29

32 33

34 36 35

Figura 4: Distribución espacial de las bobinas del devanado de corriente continua sobre

el rotor de la máquina.

A 1

A 2

B 1 B2

C B


2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Figura 5: Distribución espacial de las bobinas del devanado de corriente continua sobre el rotor de la máquina

.


16

4.4.2 Distribución de las bobinas del estator de la máquina Hampden.

Figura 6: Distribución de las bobinas en el estator de la máquina.

Figura 7: Ubicación de los terminales de las bobinas en el panel de la máquina.

d

q

1'

2'

9'

6'

4'

3'

5'

7' 8'

11'

10'

12'

1 2

9

4

3

5

6

78

11

10

12

3

3'1' 2'

1 2

9' 6' 4' 5' 8'7'

64 5 7 8 9

12'11'10'

12 1110


17

Figura 8 Distribución de las bobinas en el estator de la máquina.

2

1

1210

11

5

3

6

7

8

9

4

46 5'

12'11'

2'

3

189'

10'

7


A

C

EXC

ULM

+ - EQ

FLD

+

-

DYN

LOAD

+ -

1φ 3φ

A B C N

FIJO

VAR N L1 1 NL 1 L2 + -

A B C F1 2 3 4 5

67 8 9

12

10

11

rpm

1' 2' 4'3' 8'7'6'5' 9' 10' 11' 12'

121110987654321

Q1

D1

Q2

D2

A

A2

B 1B2

BC

X3

X AX1

X5

X 2

X 4

X 6

XX AA

X 1

X3

X 5

F1

F2

F3

13

1415

16

17 18

18

Figura 9: Vista lateral de la Consola lateral de la Máquina Universal Hampden.

Figura 10: Consola frontal de la Máquina Universal Hampden.

1. Contactores trifásicos de arranque. Los interruptores de estos contactores están diseñados para funcionar con corriente alterna. Si se desea utilizar estos interruptores con corriente continua se deben conectar en serie los tres contactores de manera de seccionalizar el arco que se produce al interrumpirse la corriente continua en tres partes.

2. Resistencia ajustable es controlada desde el panel frontal de la consola de la máquina

universal. Está diseñado para soportar una corriente máxima de 5 [A].


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3. Resistencia ajustable trifásica es controlada desde el panel frontal de la máquina. Está diseñado para soportar una corriente máxima de 5 [A] por línea debido a que son controlados por el mismo reóstato sólo se puede utilizar las resistencias variables monofásica o trifásica en forma excluyente

4. Resistencia ajustable que controla corriente de campo de la dínamo. Soporta una

corriente máxima de 1[A].

5. Contactores de corriente continua, controlan el arranque y funcionamiento de la dínamo, el terminal “F” energiza el devanado de campo a través del reóstato de la dínamo. Para más información véase la página 18 del manual de referencia de la máquina.

6. Fuente de tensión trifásica fija de 380 [V], 50[Hz], 2[kVA] y variable desde 0 380 [V] a

través del variac de la consola principal de la máquina universal (libro grande).

7. Fuente monofásica fija 220 [V], 50[Hz], con contactor de desacople.

8. Fuente bifásica fija 220 [V], 50[Hz.

9. Fuente de corriente continua fija 200 [V], 2[kW].

10. Resistencias de carga de la máquina, no es posible utilizarla simultáneamente como trifásica o monofásica.

11. No disponible en este modelo.

12. No disponible en este modelo.

13. Terminales de las doce bobinas del estator de la máquina universal, panel frontal.

14. Divisor resistivo.

15. Acceso a los terminales de los devanados de corriente alterna del rotor de la máquina

universal.

16. Acceso a los terminales de los devanados de corriente continua del rotor de la máquina universal.

17. Terminales de las bobinas exploratorias. Bobina exploratoria ubicada en el estator x1 y

x2, bobina exploratoria alojada en el rotor x3 y x4, F1 y F2 son fusibles de protección.

18. Acceso a los terminales de la armadura y del devanado de campo de la dínamo.

maq universal hampden

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