LABORATORIO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE LA MÁQUINA

SINCRÓNICA

OBJETIVOS

Realizar diferentes pruebas sobre la máquina sincrónica para efectos de determinar sus parámetros eléctricos.

Determinar la reactancia sincrónica a partir de las características de vacío y cortocircuito.

INFORME

Presentar los datos de la placa de la máquina objeto de estudio e

interpretar su significado físico

Voltaje nominal= 220 V es la tensión a la que trabaja el alternador.

Corriente nominal= 7.25 A

T min=1800 es el torque desarrollado mínimo por el alternador.

Cv es la potencia nominal en el eje.

Presentar y explicar cada uno de los circuitos implementados en la práctica.

Prueba de Circuito Abierto

La prueba a circuito abierto, o prueba sin carga consiste, en colocar el Generador en vacío, es decir sin carga alguna en sus bornes, haciéndola girar a su velocidad nominal y con corriente de campo igual a cero. 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. La prueba de circuito abierto se lleva a cabo con los terminales de la máquina desconectada de cualquier circuito externo. El procedimiento de la prueba básica es:

Abrir el circuito de los terminales del generador Llevar la máquina a la velocidad síncrona mediante un sistema mecánico

externo Poco a poco aumentar la intensidad de campo y medir la tensión abierta

en los bornes

Prueba de Cortocircuito Como su nombre indica, la prueba de corto circuito se lleva a cabo con los terminales de la máquina de un cortocircuito, 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. El procedimiento de ensayo básico es como sigue:

Establecer el campo actual a cero Un cortocircuito en los terminales de la armadura

Accionar el generador a la velocidad síncrona con el sistema mecánico externo

Poco a poco aumentar el devanado de campo en curso hasta que la corriente de corto circuito de la armadura alcanza el valor nominal de diseño.

La prueba en cortocircuito brinda información acerca de las potencialidades de corriente de un generador síncrono. Se lleva a cabo impulsando el generador a su velocidad nominal, con las terminales del devanado de la armadura en cortocircuito.

Tabular los datos obtenidos en los experimentos realizados.

Prueba de circuito abierto

Voltaje nominal= 7 V

Voltaje de campo = 124 V

N° Voltaje [V] Corriente [A]

1 245 1.1

2 240 1.0

3 235 0.9

4 228 0.8

5 220 0.7

6 210 0.6

7 197 0.5

8 178 0.4

9 151 0.3

10 130 0.24

11 7 0

Prueba de cortocircuito

Ia [A] If [A]

7,25 0,38

6 0,31

5,5 0,28

5 0,25

V cuando se abre el cortocircuito a corriente nominal = 168 V

Jaula a de ardilla

V =20 V

Voltaje [V] Corriente [A]

1.39 219

2.81 216

4.21 215

5.58 212

Graficar la curva de magnetización (curva de vacío) para el alternador. Comentar y analizar su forma.

I[A] V [V]

0 7

0,24 130

0,3 151

0,4 178

0,5 197

0,6 210

0,7 220

0,8 228

0,9 235

1 240

1,1 245

De la curva se observa que en la primera parte hay una relación lineal entre la corriente de campo y el voltaje, luego aparece un codo de saturación y por último una zona saturada en la cual para un incremento de la corriente se logran pequeños incrementos de la tensión.

Graficar la curva del cortocircuito del alternador. Comentar y analizar

su forma

0

50

100

150

200

250

300

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

V [

V]

I[A]

CURVA DE MAGNETIZACIÓN

Esta curva presenta una un comportamiento lineal. Los campos magnéticos del

estator y rotor casi se cancelan. El campo magnético neto resultante es muy

pequeño por lo que la maquina no está saturada y tiene este comportamiento

lineal.

Calcular la reactancia sincrónica con los datos obtenidos en la prueba de vacío y cortocircuito.

𝑋𝑠 =𝑉𝑡

𝐼𝑎(𝑐𝑐)

𝑋𝑠 =130 [𝑉]

5.5 [𝐴]

𝑋𝑠 = 23.64 Ω

Determinar la regulación de voltaje, con la impedancia sincrónica

calculada, para cada uno de los tipos de carga empleados en la

práctica.

Ef.=168 V

Va = (219+ 216+ 215+ 212)/4 = 215.5

%𝑅𝑉 =𝐸𝑎𝑓 − 𝑉𝑎

𝑉𝑎

%𝑅𝑉 =168 − 215.5

215.5𝑥100

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Co

rrie

nte

de

cam

po

[A]

Corriente de fase[A]

Curva de Cortocircuito

%𝑅𝑉 = −22%

CUESTIONARIO:

Describir las partes constitutivas principales de la máquina sincrónica y cuál es su clasificación. Indicar que factores determinan el tipo de construcción.

Estator:

El estator, o parte estática, de una máquina síncrona es similar al de una máquina

asíncrona. Contiene un devanado trifásico de corriente alterna denominada

devanada inducida y un circuito magnético formado por apilamiento de chapas

magnéticas.

El campo magnético presente en el estator de una máquina sincrónica gira con

una velocidad constante. La velocidad de giro en régimen permanente está

ligada con la frecuencia de la tensión en bornes y el número de pares de polos.

Rotor:

El rotor, o parte rotativa, de una máquina síncrona es bastante diferente al de

una máquina asíncrona. Contiene un devanado de corriente continua

denominada devanada de campo y un devanado en cortocircuito, que impide el

funcionamiento de la máquina a una velocidad distinta a la de sincronismo,

denominado devanado amortiguador. Además, contiene un circuito magnético

formado por apilamiento de chapas magnéticas de menor espesor que las del

estátor.El resto de las características del rotor están relacionadas con el objetivo

de obtener un campo entre el rotor y el estator de carácter senoidal y dependen

del tipo de máquina síncrona

Según el número de fases del devanado inducido:

- Monofásicas

- Polifásicas (generalmente trifásicas)

Por la forma constructiva del sistema inductor:

- Máquinas de rotor de polos salientes, disposición constructiva propia de

máquinas de media y baja velocidad.

- Máquinas de rotor cilíndrico, exclusivamente empleadas en máquinas de

alta velocidad y elevada potencia.

Cuando actúan como generadores la primera es conocida por alternador

hidráulico y la segunda acoplada directamente a las turbinas de vapor como

turbo alternador

Según el tipo de su sistema inductor

- Máquinas heteropolares: las bobinas del inductor son concatenadas por

flujos alternativamente de sentidos contrarios.

Máquinas homopolares: las bobinas concatenan siempre un flujo del mismo sentido.

Explicar la influencia del factor de potencia en el fenómeno de la reacción de armadura.

El flujo producido por el devanado de la armadura reacciona con el flujo establecido por los polos sobre el rotor, lo que ocasiona que el flujo total cambie. Tal interacción entre los dos flujos se conoce como reacción de la armadura. Para comprender el efecto de la reacción de la armadura sobre el voltaje en las terminales de un generador síncrono, se estudiará la sucesión de hechos que ocurren cuando el generador alimenta una carga con un factor de potencia igual a la unidad.

a) Si es el flujo por polo en el generador sin carga, entonces el voltaje generado debe estar en atraso respecto de 90°.

b) Como el factor de potencia es igual a la unidad, la corriente de fase, está en fase con el voltaje de fase en las terminales.

c) A medida que la corriente de fase pasa a través del devanado de armadura, su fuerza magneto motriz produce un flujo que está en fase con El flujo efectivo por polo en el generador es la suma algebraica de los dos flujos.

d) A su vez, el flujo induce una fem en el devanado de armadura. se conoce como fem de reacción de armadura. La fem de reacción de armadura está en atraso respecto del flujo en 90°. Luego, el voltaje efectivo generado por fase es la suma algebraica del voltaje sin carga y la fem de reacción de la armadura

e) El voltaje en las terminales por fase se obtiene restando las caídas de voltaje.

Cómo influencia el grado de excitación en el factor de potencia. ¿Qué aplicación encuentra?

Para mejorar o corregir el factor de potencia y se realiza mediante la conexión

a través de conmutadores, en general automáticos, de bancos de

condensadores o de inductancias

Por ejemplo, el efecto inductivo de las cargas de motores puede ser corregido

localmente mediante la conexión de condensadores. En determinadas ocasiones

pueden instalarse motores síncronos con los que se puede inyectar potencia

capacitiva o reactiva con tan solo variar la corriente de excitación del motor.

Consultar sobre los procedimientos requeridos para determinar las reactancias de eje directo y cuadratura en máquinas sincrónicas de polos salientes y para la prueba de secuencia “0 “con la que se obtiene la reactancia de dispersión del estator.

Las dos reactancias, sincrónicas directa y en cuadratura, determinan completamente cualquier funcionamiento en régimen permanente de las máquinas de polos salientes y aparecen en todas las expresiones relativas a tal régimen; pero no dicen nada del comportamiento en régimen transitorio. Para examinar este comportamiento conviene proceder por pasos y considerar en primer lugar que sucede con el caso particular del motor asincrónico sincronizado, que es siempre una verdadera y propia máquina sincrónica aun siendo construida como un motor asincrónico. Supongamos el rotor bifásico y una de las dos fases utilizada como arrollamiento de excitación, la otra cerrada en cortocircuito con la función de arrollamiento amortiguador. Podemos considerar esta máquina como sometida a una alimentación estatórica proveniente de la red a la cual está conectada y a una alimentación rotórica por medio de una fuente de corriente continua que alimenta el arrollamiento de excitación. Por la ley de superposición de los efectos podemos, prescindiendo de la saturación, estudiar el comportamiento de la máquina separadamente respecto a cada una de estas dos alimentaciones, ignorando completamente la otra. Ignoramos por lo tanto la alimentación rotórica y supongamos despreciable la impedancia interna de la fuente de corriente continua. Respecto, a la alimentación estatórica la máquina no se diferencia en nada de un común motor asincrónico y por lo tanto esta reactancia de cortocircuito define completamente su comportamiento en régimen transitorio. Esta reactancia, como visto, está dada por la expresión:

En la cual X1, X2, XM son respectivamente las reactancias correspondientes al flujo de dispersión del estator, al flujo de dispersión del rotor y al flujo principal. Puesto que el rotor es magnéticamente y eléctricamente isótropo tal reactancia asume siempre el mismo valor cualquiera sea el eje del rotor a la cual se refiere; es decir el transitorio resulta siempre el mismo cualquiera sea la posición del rotor en el instante en que se lo verifica.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los rotores de polos salientes y cilíndricos en los generadores de grandes centrales?

El rotor de polos salientes se utiliza en generadores hidroeléctricos, debido a que

las velocidades de las turbinas hidráulicas son bajas y se requiere un número de

polos relativamente alto para conseguir la frecuencia normalmente usada en los

sistemas de potencia (50 Hz).

En cambio, los turboalternadores (movidos por turbinas a vapor o gas) funcionan

a gran velocidad, por lo que acostumbran a tener 2 o 4 polos, siendo el rotor

cilíndrico.

Los generadores síncronos mostrados son monofásicos; sin embargo, la gran

mayoría es de tipo trifásico, debido a las ventajas que este sistema tiene en la

producción, transmisión y utilización de grandes potencias.

CONCLUSIONES

La curva de cortocircuito es una línea más recta porque la máquina esta

insaturada en el estado de equilibrio de cortocircuito.

La característica de circuito abierto es la relación de la fem desarrollada

como función de la corriente de excitación, cuando la máquina gira a

velocidad sincrónica.

La característica de cortocircuito es la relación de la corriente armadura

como una función de la corriente de excitación.

Al trazar en una misma grafica las curvas de magnetización y la de

cortocircuito se puede determinar la impedancia y la reactancia sincrónica

de la máquina.

RECOMENDACIONES

Se debe aumentar el valor de la corriente con cuidado, para que no

sobrepase el valor nominal.

Conectar correctamente los instrumentos de medida de acuerdo al circuito

para que no se produzcan errores en las mediciones tomadas.

Al inicio verificar si las resistencias se encuentran en buen estado y

determinar donde se encuentra su valor máximo.

Durante las pruebas realizadas en la maquina sincrónica se debe

mantener la frecuencia especificada.

BIBLIOGRAFÍA

MORA Jesús, Máquinas Eléctricas, Quinta Edición, Editorial Mc Graw Hill.

http://www.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/Apuntes_EyM/Capitulo_9_Maquina_Sincronica.pdf

http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Maquinas_e_r/Capitulo3.pdf http://www.monografias.com/trabajos93/prueba-circuito-abierto-y-

cortocircuito-generadores-sincronicos/prueba-circuito-abierto-y-cortocircuito-generadores-sincronicos.shtml

http://cursos.eie.ucr.ac.cr/claroline/backends/download.php?url=L1RlbWFfMl9N4XF1aW5hX1NpbmNy825pY2EucGRm&cidReset=true&cidReq=IE0416_010