El Generador Síncrono - Trifasico

VI CICLO - LABORATORIO

Autores:

El GENERADOR SÍNCRONO I.

RESUMEN En el presente laboratorio se determinó los diferentes parámetros del circuito equivalente de un generador síncrono. Para esto se dispuso de un motor eléctrico el cual se encargó de imprimirle un par al rotor del generador, así mismo también se le suministró una corriente con ayuda de una fuente de corriente continua. Al montar y disponer del circuito experimental, se realizó dos pruebas: 

ENSAYO EN CIRCUITO ABIERTO; donde se midió la corriente que fluye por el rotor del generador y se hizo variar, tal que se indujo un voltaje en el estator de generador para cada corriente, que también se midió.



ENSAYO EN CORTOCIRCUITO; donde se midió la corriente inducida en el estator del generador, para cada corriente suministrada al rotor.

Con todos los datos necesarios se calculó y se determinó los parámetros del circuito equivalente del generador síncrono.

II.

OBJETIVOS  Determinar los parámetros del circuito equivalente del generador síncrono.  Determinar las curvas características del circuito abierto y cortocircuito.  Determinar y esquematizar el circuito equivalente de un generador

síncrono

III.

FUNDAMENTO TEÓRICO a. Definición: 

El Generador Síncrono, o también llamado Alternador, es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica.



Son los encargados de generar la mayor parte de la energía eléctrica consumida en la red,  y su respuesta dinámica resulta determinante para la estabilidad del sistema después de una perturbación. Por ello, para simular la

respuesta dinámica de un sistema eléctrico es imprescindible modelar adecuadamente los generadores síncronos. 

Es capaz de convertir energía mecánica en eléctrica cuando opera como generador y energía eléctrica en mecánica cuando operada como motor.



Los GS funcionan bajo el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.



La razón por la que se llama generador síncrono es la igualdad entre la frecuencia eléctrica como la frecuencia angular es decir el generador girara a la velocidad del campo magnético a esta igualdad de frecuencias se le denomina sincronismo.



Esta máquina funciona alimentando al rotor o circuito de campo por medio de una batería es decir por este devanado fluirá CC. mientras q en el estator o circuito de armadura la corriente es alterna CA.



Cuando un generador síncrono está sometido a carga, la tensión inducida sufre cambios por lo que se deberá utilizar equipos auxiliares que garanticen una óptima operación del mismo.

b. Circuito equivalente El circuito equivalente de un Generador Síncrono para una fase viene representado en la siguiente figura:

Fig. 1: Circuito equivalente de un generador síncrono

De este circuito, solo nos centraremos en el circuito de armadura, en la cual se tienen tres cantidades que son fundamentales en el comportamiento del GS, las cuales son:

Para determinar estos valores se realizan principalmente tres pruebas, la prueba resistencia de armadura, la prueba de vacío y la prueba de cortocircuito. 

Prueba de Resistencia de Armadura:

Esta prueba consiste en hacer uso de una fuente de corriente continua en cada fase de la armadura, aplicando el método del Voltio-Amperimétrico, como se muestra en la figura:

Fig. 2: Conexión de la Prueba de Resistencia de Armadura De cuyas mediciones se obtiene que:

para conexión Y.





para conexión (. Cabe mencionar que si la prueba se realiza con corriente continua, el valor de la resistencia obtenida debe ser ajustada, en primer lugar por  temperatura (a temperatura de trabajo), y posteriormente por efecto skin, para finalmente obtener el valor de la resistencia n corriente alter na. 

Prueba de Vacío:

Esta prueba consiste, como dice su nombre, 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.

Fig. 3: Curva de las Características de Vacío Se debe notar que en un principio, la curva es prácticamente una recta, esto es debido a que al inicio la fuerza magnetomotriz se ejerce en el entrehierro, y el incremento de la corriente de campo es casi lineal. 

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.

Fig. 4: Curva de Características de Cortocircuito Se observa que al contrario de la curva en vacío, en esta prueba se obtiene una recta, esto es debido a que los campos magnéticos que se generan al conectar la armadura en cortocircuito, prácticamente se anulan, produciendo un campo

neto pequeño como se muestra en el diagrama fasorial siguiente; provocando que la máquina no se sature, obteniendo así la recta de la gráfica:

Fig. 5: Diagrama Fasorial de Campos Posteriormente, con los datos de las dos gráficas obtenidas, para un valor de corriente de campo dada, se tiene que:

Entonces, haciendo uso del valor de la resistencia:

; ya que

generalmente se puede asumir que Por último, hay que tener en cuenta que estas ecuaciones son aplicables hasta el punto de saturación de la curva d vacío, ya que después, los valores obtenidos en las ecuaciones son aproximados.

IV.

INSTRUMENTOS Y MATERIALES Un generador Síncrono Una fuente DC Un amperímetro DC Un reóstato Un motor de inducción trifásico Un tacómetro Un voltímetro AC Un osciloscopio

V. DISEÑO EXPERIMENTAL a. Disponer de los diferentes instrumentos y materiales, informarse acerca de su uso, ventajas y desventajas. b. Informarse acerca de la instalación de un motor de inducción trifásico, para luego montar el equipo y circuito tal como se muestra en las ilustraciones 04 y 05.

Fig. 6: Circuitos experimentales 

Medición de la resistencia del estator: Con ayuda de un homímetro medir la resistencia del estator R A . Como este método no es exacto, puesto que la resistencia de CA es ligeramente mayor que la resistencia de CC, para corregir de debe multiplicar el valor medido por el facto 1.5. Con el dato medido y calculado completar la tabla 01.



Ensayo en circuito abierto -

Instalar el circuito experimental, desconectar las cargas de los terminales del generador, y poner la corriente de campo I f .

-

Poner a funcionar el generador a su velocidad nominal.

-

Aumentar la corriente de campo I f   paulatinamente y en cada paso medir el voltaje en los terminales del generador E A , controlado con el tacómetro que la velocidad del generador se mantenga constante.



Con los datos medidos completar la tabla 02.

Ensayo en cortocircuito -

Instalar el circuito experimental , poner la corriente de campo I f  en cero, y cortocircuitar los terminales del generador por medio de un amperímetro.

-

Poner a funcionar el generador a su velocidad nominal.

-

Aumentar la corriente de campo I f   paulatinamente y en cada paso medir la corriente de inducido I A  , controlando con el tacómetro que la velocidad del generador se mantenga constante.

-

VI.

Con los datos medidos completar la tabla 03.

DATOS EXPERIMENTALES TABLA N° 01 : Resistencia del estator RA sin corrección (Ω)

RA corregida (Ω)

0.9

1.35

TABLA N° 02: Ensayo en circuito abierto

    

0.1

0.2

0.3

0.41

0.52

0.6

0.7

0.81

0.92

1.02

0.9

1.7

2.4

3.1

3.8

4.4

5.2

5.8

6.6

7.2

TABLA Nº 03:  Ensayo en cortocircuito

   

0.11

0.2

0.32

0.41

0.52

0.61

0.71

0.8

0.9

1.0

3.51

5.84

8.83

11.68

15.12

17.45

19.7

22.05

24.38

26.78

VII.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 

Curvas características de circuito abierto y cortocircuito. Utilizando los datos de las tablas 02 y 03 se obtiene las siguientes curvas características para cada ensayo.

(EA , IA) vs If  8

7.2 6.6

7 5.8

6

5.2 4.4

5

   A    I  , 4

3.8 3.1

   A

   E3

2.4

EA

1.7

2

IA

0.9 1 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

If  

Cálculo del valor de la impedancia síncrona Utilizando la ecuación:

      ZS (Ω)

   √      

0.1

0.2

0.3

0.41

0.52

0.6

0.7

0.81

0.92

1.02

3.51

5.84

8.83

11.68

15.12

17.45

19.7

22.05

24.38

26.78

0.9

1.7

2.4

3.1

3.8

4.4

5.2

5.8

6.6

7.2

256.41

291.1

271.8

265.41

251.32

252.15

263.96

263.04

270.71

268.86

(EA , IA) vs If  350 300 250

   s

   Z  , 200    A    I  , 150

EA

   A

IA

   E

100

Zs

50 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

If  Ahora calculamos la reactancia X S, también mediante la ecuación que utilizamos para determinar la impedancia síncrona.

√         √    , Si             

Esquema del circuito equivalente por fase del generador ensayado.

VIII.

CONCLUSIONES -

El valor de la reactancia del generador es alto en comparación de la resistencia.

-

El valor de la impedancia tiende a ser constante para los difetentes valores de IA y EA .

-

La curva del ensayo de circuito abierto tiende a hacerse constante a medida que aumenta If  .

-

IX.

La curca del ensayo de cortocircuito tiende a ser lineal.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS -

MAQUINAS ELECTRICAS, J. Chapman, 4º Edición

-

JOSE MANUEL ALLER, Maquinas eléctrica rotativas

-

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

-

http://www.trifasicos.com/wp/conceptos/

-

http://www.monografias.com/trabajos82/generadores-sincronos