ESTRUCTURA CARACTERÍSTICAS DE ARRANQUE; ENSAYO DE CIRCUITO

ABIERTO, ENSAYO DE CORTOCIRCUITO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA.

OBJETIVO: Reconocer los componentes de la máquina sincronía, determinar los parámetros

de la máquina síncrona utilizando los ensayos de circuito abierto y de cortocircuito y medir la

corriente de arranque y la potencia de arranque de la máquina sincronía.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

GENERADOR SÍNCRONO.- El generador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa

capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica.

El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte

fija o estator.

El rotor gira recibiendo un empuje externo desde (normalmente) una turbina. Este rotor tiene

acoplada una fuente de "corriente continua" de excitación independiente variable que genera un

flujo constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo magnético giratorio (por el

teorema de Ferraris) que genera un sistema trifásico de fuerzas electromotrices en los devanados

estatóricos.

ROTOR

También conocido como inductor, pues es la parte que induce el voltaje en el estator. El núcleo

del rotor es construido de lámina troquelada de acero al silicio, material de excelentes

características magnéticas, con la finalidad de evitar pérdidas por histéresis y corrientes

parasitas.

El yugo es una pieza continua con zapata polar, para así eliminar la dispersión del flujo por

falsos contactos magnéticos. En la zapata polar se hacen barrenos para alojar el devanado

amortiguador en jaula de ardilla, diseñado con el objeto de reducir armónicas en la forma de

onda que entrega el generador.

El rotor gira concéntricamente en el eje del generador a una velocidad sincronica de 1500

revoluciones por minuto (RPM) para 50 Hz (1800 RPM para 60 Hz).

Tipos constructivos

La principal diferencia entre los diferentes tipos de generadores síncronos, se encuentra en su

sistema de alimentación en continua para la fuente de excitación situada en el rotor.

Excitación Independiente: excitatriz independiente de continua que alimenta el rotor a

través de un juego de anillos rozantes y escobillas.

Excitatriz principal y excitatriz piloto: la máquina principal de continua tiene como

bobinado de campo otra máquina de excitación independiente, accionada por el mismo

eje.

Electrónica de potencia: directamente, desde la salida trifásica del generador, se

rectifica la señal mediante un rectificador controlado, y desde el mismo se alimenta

directamente en continua el rotor mediante un juego de contactores (anillos y

escobillas). El arranque se efectúa utilizando una fuente auxiliar (batería) hasta

conseguir arrancar.

Sin escobillas, o diodos giratorios: la fuente de continua es un rectificador no

controlado situado en el mismo rotor (dentro del mismo) alimentado en alterna por un

generador situado también en el mismo eje y cuyo bobinado de campo es excitado

desde un rectificador controlado que rectifica la señal generada por el giro de unos

imanes permanentes situados en el mismo rotor (que constituyen la excitatriz piloto de

alterna).

Excitación estática o por transformador de compoundaje, consiste en que el devanado

de campo del rotor es alimentado desde una fuente de alimentación a transformador y

rectificadores que toma la tensión y corriente de salida del estator. El transformador, de

tipo especial, posee dos devanados primarios, llamados de tensión e intensidad, que se

conectan en paralelo y en serie a los bornes de salida del estator. El transformador

convierte la tensión de salida a una más baja (30V aprox), que se rectifica y aplica al

rotor por medio de escobillas y anillos deslizantes. Es un sistema con autorregulación

intrínseca, ya que al tener el bobinado serie, al aumentar el consumo sobre el generador,

aumenta el flujo del transformador y por lo tanto aumenta la excitación del generador.

PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO. (VACIO)

Si a un alternador trifásico se le retira la máquina motriz y se alimenta su estator

mediante un sistema trifásico de C. A. se genera en el estator un campo magnético

giratorio, cuya velocidad sabemos que es N = 60 f/p. Si en estas circunstancias, con el rotor

parado se alimenta el devanado del mismo con C. C. se produce un campo magnético

rotórico fijo, delante del cual pasa el campo magnético del estator. Los polos del rotor están

sometidos ahora a atracciones y repulsiones , en breves periodos de tiempo, por parte

de los polos del estator, pero el rotor no consigue girar, a lo sumo vibrará. Pero si

llevamos el rotor a la velocidad de sincronismo, haciéndole girar mediante un motor auxiliar, al

enfrentarse polos de signo opuestos se establece un enganche magnético que les obliga a

seguir girando juntos, pudiéndose retirar el motor auxiliar.

PRUEBA DE CORTO CIRCUITO.

Para esta prueba se realiza el arreglo del siguiente diagrama circuito, se conect an

amperímetros en cada fase y se cortocircuitan los terminales del bobinado de estator.

La máquina se lleva a la velocidad sincrónica, se varía la corriente decampo y se registra su

valor, el promedio de las corrientes de armadura se mide en este proceso. La

variación de esta corriente respecto de la corriente de campo representa la

característica de cortocircuito (SCC) de la máquina sincrónica, ésta característica es

una línea recta. Esto se debe al hecho que debido a la condición de cortocircuito el flujo

presente en la máquina es bajo, por lo que no entra en saturación. Es decir Una vez que se

produzca la conexión del motor a la red, se produce un desplazamiento (d/p) del eje

de los polos del rotor respecto de los polos ficticios del estator, que aumenta con la

carga del motor, y tal que si este desplazamiento supera un límite el motor se para

ELEMENTOS A UTILIZAR: Para los fines del ensayo se utilizará:

Multimetro.

Puente de resistencias

Amperímetro

Analizador de redes

Fuente DC

PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN:

Reconocer e identificar los terminales de las máquinas síncronas, medir las resistencias internas

de todas las bobinas de las máquinas (campo y armadura). Elaborar los diagramas eléctricos

completos de ambas máquinas.

Registrar la corriente de arranque y la potencia que consume el grupo durante el arranque.

Armar el circuito de control de la corriente de excitación con una fuente externa, registrando la

corriente de excitación para construir la curva de excitación del generador síncrono desde el

voltaje remanente hasta sobresaturarlo con un 20% adicional de la tensión nominal. Registrar

incrementos de 20V en la construcción de la curva de saturación, graficando los valores de

tensión de vacío y la corriente de excitación. (Eje Y voltajes, eje X corriente de excitación.

Armar el circuito de control de excitación para realizar la prueba de cortocircuito del generador

síncrono. Registrar la corriente de excitación y la corriente de cortocircuito, tomar 10 valores.

Medir la frecuencia de ambos sistemas: generador y motor.

CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN DE LABORATORIO:

1. Considerando los datos de placa de las máquinas y los registros del taller graficar

la curva de excitación del generador síncrono.

2. Con los registros de la prueba de circuito abierto y la prueba de cortocircuito

calcular la impedancia síncrona no saturada y saturada del generador síncrono.

Prueba con circuito abierto:

Datos experimentales:

Vf = 43.8volt.

Io = 0.43 Amp.

Po = 1.15Wat.

Po=Vf∗Io∗cos (∅ )

1.15=43.8∗0.34∗cos (∅ )

cos (∅ )=0.077

∅=85.570

S=V∗I

S=43.8∗0.34

S=14.892VA

Q=√14.8922−1.152

Q=14.795VAR

Xm=Vf2

Q= 43.82

14.795

Xm=129.668

Z=(6.8+J 129.668)Ω

Prueba con corto circuito:

Datos experimentales:

Vf = 42.5volt.

Io = 2.31 Amp.

Po = 70Wat.

Po=Vf∗Io∗cos (∅ )

70=42.5∗2.31∗cos (∅ )

cos (∅ )=0.713

∅=44.52°

S=V∗I

S=42.5∗2.31

S=98.18VA

Q=√98.182−702

Q=68.84VAR

Xm=Vf2

Q= 42.52

68.84

Xm=26.23

Z=(6.8+J 126.23)Ω

Ensayo en vacio (sin transformador):

Datos experimentales:

Vf = 224volt.

Io = 2.28 Amp.

Po = 80Wat.

Po=Vf∗Io∗cos (∅ )

80=224∗2.28∗cos (∅ )

cos (∅ )=0.157

∅=80.99 °

S=V∗I

S=224∗2.28

S=510.72VA

Q=√510.722−802

Q=504.42VAR

Xm=Vf2

Q= 2242

504.42

Xm=99.47

Z=(6.8+J 99.47)Ω

3. Considerando los datos registrados en taller: ¿el generador podrá trabajar en

paralelo con la red pública? Sustentar adecuadamente su respuesta.

Si puede trabajar el generador en paralelo con la red publica pero la red de otras

generadores deben tener características similares, lo mas importante deben de tener las

misma voltaje en RMS y en fase y los ángulos y como en estos generadores se puede

controlar en ángulo pues si puede trabajar en una red.

Que son los siguientes:

Deben de ser iguales los voltajes de línea rms.

Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase.

Los ángulos de fase de los dos fases deben de ser iguales.

La frecuencia del generador nuevo, llamado generador en aproximación, debe ser un

poco mayor que la frecuencia del sistema en operación

Existen muchas forma de comprobar esto una de ellas es conectar alternativamente un pequeño

motor de inducción a los terminales de cada uno de los dos generadores. Si el motor gira en la

misma dirección en ambas ocasiones, entonces, entonces la secuencia de fase es la misma en

ambos generadores. Si el motor gira en direcciones opuestas, entonces las secuencias de fase

son diferentes y se deben invertir dos de los conductores del generador en aproximación

4. ¿Por qué las corrientes picos registradas en el arranque deben ser controladas?

Para formar la curva de excitación o la curva de trabajo.

Prueba de Vacío

Al ir aumentando gradualmente el valor de la corriente de campo, se obtienen diversos valores

de y ya que la corriente que circula por la armadura siempre será cero debido que

se encuentra en vacío, se obtendrá que

Gracias a ésta prueba, con los valores obtenidos, se puede formar "La curva de Características

de Vacío" que permite encontrar la tensión interna generada por una corriente

de campo dada.

Prueba de Cortocircuito:

Finalmente se tiene la prueba de cortocircuito, el cual consiste en llevar nuevamente la corriente

de campo a cero, para luego cortocircuitar los bornes del generador y proseguir a ir

incrementando la corriente de campo, obteniéndose la siguiente gráfica.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

En el ensayo observamos que cuando se experimento con el motor bloqueado se hizo corto

circuito y se obtuvo valores cercanos a los valores nominales.

El factor de potencia se encuentra en retraso con el flujo inducido.

Los valores obtenidos es cercano a los datos de placa con la diferencia que en los datos de placa

están dados a plena carga.

Debido al campo giratorio del rotor es generado por una señal continua el accionamiento de la

maquina con respecto al estator que tiene la misma velocidad ambos casos.

La maquina ensayada puede trabajar en una red conectada en paralelo con la red debido a que

tiene un voltaje igual con la red y una impedancia balanceada.

BIBLIOGRAFÍA:

http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_s%C3%ADncrono

http://es.scribd.com/doc/47202212/Motores-y-generadores-sincronos

http://www.plusformacion.com/Recursos/r/Operacion-Paralelo-Generadores-Sincronos

http://es.scribd.com/doc/49679080/10/El-Generador-Sincrono