Este documento describe un experimento de laboratorio para determinar las características en vacío y externa de un generador con excitación en serie. El generador con excitación en serie tiene el devanado de campo conectado en serie con la armadura, por lo que la corriente de excitación y la corriente de carga son la misma. El documento explica el procedimiento experimental para obtener las características, incluyendo el montaje de circuitos, toma de datos y cálculos requeridos.

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Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020705-04
PRACTICA DE LABORATORIO 4
GENERADOR CON EXCITACION SERIE
INTRODUCCION
La excitación en serie ofrece otra alternativa de excitación para un generador D.C., al igual
que la excitación independiente y la excitación en derivación las características en vacío y
externa proveen la información suficiente acerca de la funcionalidad y el desempeño de la
máquina.
El generador con excitación en serie requiere la correcta comprensión de la característica en
vacío para el generador independiente, así como la comprensión de la característica externa
para generador con excitación en derivación ya que en ambos casos se presentan
comportamientos análogos que revisten especial atención.
1. OBJETIVOS
• Determinar la característica en vacío para el generador con excitación en serie.
• Determinar la característica externa para el generador con excitación en serie.
2. GENERALIDADES
2.1 GENERADOR CON EXCITACIÓN EN SERIE
En el generador con excitación en serie el devanado de campo está conectado en serie con
la armadura, lo cual significa que fluye una corriente común a través de ambos devanados
Un cambio en la corriente de armadura se traduce en un cambio en la corriente de campo.
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Figura 1. Generador con excitación serie.
En el conexionado del generador con excitación en serie no puede instalarse un regulador
de tensión ya que este actuaría directamente sobre la corriente de carga, lo que significaría
un regulador de alta capacidad de corriente y extremadamente voluminoso. Lo que se hace
generalmente es colocar el regulador en paralelo con el arrollamiento de excitación.
Para el cebado de un generador con excitación en serie es necesario tener en cuenta:
• El cebado de un generador serie es imposible en circuito abierto.
• El cebado no es posible mientras el circuito exterior no tenga una resistencia
mínima suficiente para que la intensidad de corriente alcance un valor capaz de
reforzar el magnetismo remanente.
• El cebado no es posible mientras la velocidad no alcance cierto valor (velocidad
crítica), capaz de originar una fem suficiente.
• El sentido de rotación de la máquina ha de ser tal que la corriente inducida refuerce
el magnetismo remanente.
El punto de cebado se halla cuando los valores de tensión y corriente cambian bruscamente.
En el generador en serie no es posible hablarse de funcionamiento en vacío, ya que tal cosa
no nunca se da, pues al ser la corriente excitación la misma corriente carga, si no hay carga
no hay excitación, no habrá flujo inductor y por tanto no se inducirá fem alguna. Sin
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embargo se utiliza una característica en vacío )(0 eIfE = , para diferentes velocidades ésta
se obtiene mediante excitación independiente. Se comprende entonces que la característica
en vacío del generador serie coincide con la misma característica de un generador con
excitación independiente.
Figura 2. Característica en vacío para el generador serie.
La característica en carga es análoga a la del generador en derivación, siendo el circuito de
carga de un generador serie semejante al circuito de excitación de un generador en
derivación, sin más que sustituir la resistencia del generador de tensión de este último por la
suma de la resistencia debida la carga y la resistencia del arrollamiento de los polos de
conmutación. La resistencia crítica se halla a partir de ésta y es la pendiente de la curva, en
el origen.
2.2 CAMPOS DE APLICACIÓN
Debido a su funcionamiento inestable, el campo de aplicación es limitado. Si la red consta
de elementos pasivos, el peligro de descebado es muy alto pues depende no sólo de una
eventual disminución de la velocidad de la máquina motriz, sino también de una
disminución de la potencia de la red.
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El generador serie se emplea mayormente en equipos de soldadura por arco eléctrico,
también, se encuentra en aplicaciones como máquina adicional para compensar la caída de
tensión al final de las líneas de alimentación de gran longitud. El generador serie no debe
utilizarse nunca para alimentar una red a tensión constante.
2.3 P RECAUCIONES
Se deben seguir los requisitos de seguridad expuestos en la práctica de laboratorio 1.
2.5 AUTOEXAMEN
a. ¿Por qué resulta imposible el cebado del generador serie cuando se encuentra en
circuito abierto?
b. ¿Qué características son necesarias para ubicar el punto de funcionamiento del
generador serie?, explique su respuesta.
c. ¿Qué le sucede al generador serie cuando su devanado de campo se abre?
d. Obtenga las ecuaciones para determinar el reóstato de regulación y calcule el valor
de la resistencia del reóstato.
3. MATERIALES Y EQUIPOS
Tabla 1. Equipos.
Cantidad Elemento Observación
1 Fuente de tensión continua 0-115 V, 50 A
1 Amperímetro 0-50 A D.C.
1 Voltímetro 0-150 V D.C.
1 Tacómetro
Tabla 2. Materiales.
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Cantidad Elemento Observación
1 Generador de CC 4 kW, 110/115 V,1800 rpm
1 Motor trifásico 3,8 kVA, 220/380 V,1800 rpm, 60 Hz
1 Reóstato de excitación
1 Carga resistiva variable
4. PROCEDIMIENTO
4.1 CARACTERISTICA EN VACIO
1) Monte el circuito de la figura 3. Revise las conexiones.
2) Ponga en funcionamiento el motor trifásico y sin conectar aún el campo, tome la
primera lectura de la tensión en terminales.
3) Conecte la excitación y por medio del reóstato varíe la corriente eI , hasta que la fem
en los terminales tE supere en un 20 o 25% de la tensión nominal.
4) Disminuya la corriente excitación eI desde el valor máximo obtenido y tome de nuevo
los valores de tE . Consigne los valores en la tabla 3.
4.2 CARACTERISTICA EXTERNA
1) Monte el circuito de la figura 4. Revise las conexiones.
2) Con la carga desconectada haga girar el conjunto a velocidad nominal.
3) Aumente progresivamente la carga y tome los valores de la tensión en terminales y la
corriente de carga, hasta obtener la corriente máxima que puede suministrar el
generador (34 A).Durante todo el ensayo la velocidad debe permanecer constante, o
sino, realice las correcciones necesarias. Consigne los valores en la tabla 4.
Figura 3. Circuito para la determinación de la característica en vacío.
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Figura 4. Circuito para la determinación de la característica externa.
5. TOMA DE DATOS
Tabla 3 Característica en vacío
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n (rpm)=
)(AIe
)(VEt
Crecient
e Decreciente
Tabla 4 Característica externa
Velocidad nominal n (rpm)=
)(AIe )(' VE t n’ (rpm) 'nnk = )(' VkEE tt =
6. CARACTERISTICAS A OBTENER
1) Con los datos de las tablas 3 y 4 construya las características en vacío y externa.
2) Para la característica externa dibuje la curva de caída de tensión.
3) Calcule y ubique en la gráfica la resistencia crítica y el punto de encebado del
generador.
4) Calcule el reóstato de excitación necesario para mantener constante la corriente de
excitación nominal para valores comprendidos entre 50 y 110 voltios.
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7. CUESTIONARIO
1. Muestre y explique por medio de diagramas de conexiones el cambio del sentido de
giro de un generador serie.
2. Suponga que el generador serie se va a emplear para cargar una batería de
acumuladores. Construya la característica externa y ubique el punto de
funcionamiento.
BIBLIOGRAFIA
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medición eléctrica). Bogotá, Colombia : Universidad Nacional de Colombia, Facultad de
Ingeniería, 1998.
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