ENSAYO DE CIRCUITO ABIERTO, ENSAYO DE CORTOCIRCUITO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II

ESTRUCTURA CARACTERÍSTICAS DE ARRANQUE; ENSAYO DE CIRCUITO ABIERTO, ENSAYO DE CORTOCIRCUITO DE LA MAQUINA SÍNCRONA. A.-OBJETIVOS: Reconocer los componentes de la máquina síncrona, determinar los parámetros de la maquina síncrona utilizando los ensayos de circuito abierto y cortocircuito y medir la corriente de arranque y la potencia de arranque de la máquina síncrona. B.-FUNDAMENTO TEORICO

FUNCIONAMIENTO GENERADOR.

DE

LA

MAQUINA

SINCRONA

COMO

El nombre de máquina síncrona viene como consecuencia del imperativo de funcionar, únicamente, a la velocidad de sincronismo, que como sabemos, viene definida por la frecuencia de las corrientes del estator y por el número de polos de la máquina.

Por las formas constructivas del sistema de excitación, las máquinas síncronas se clasifican en máquinas de polos salientes y de polos lisos. La utilización de uno u otro tipo depende fundamentalmente de las velocidades a las que se trabaja. Generalmente, las máquinas de bajo número de polos (alta velocidad), suelen ser de polos lisos, ocurriendo justamente lo contrario, elevado número de polos (bajas velocidades) en el caso de las máquinas de polos salientes. Para alimentar el circuito de excitación existen, básicamente, dos procedimientos: - Mediante el juego de anillos rozantes - escobillas. - Utilización de un sistema de suministro de c.c. a partir de la generación de la potencia necesaria en una fuente montada sobre el mismo eje de la máquina. En su funcionamiento como generador, el devanado rotórico es alimentado con una tensión continua, que proporcionará un campo Φ , cuya curva de inducción en el entrehierro es de 0

forma sinusoidal. Si mediante un sistema exterior aplicamos un par de giro al rotor este se desplazará con una velocidad angular ω , siendo el flujo concatenado con el circuito 1

inducido una función periódica y que dependerá de su posición respecto al eje del inductor.

ENSAYO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II

Esta variación de flujo inducirá una f.e.m. igual a:

Si en lugar de haber una sola bobina existen tres bobinas desplazadas 2π/3 obtendremos un sistema de tensiones trifásico de valor:

La tensión, en valores eficaces, inducida en cada una de las fases del sistema sabemos que bale:

Como en el resto de las máquinas el funcionamiento de la máquina síncrona como generador y como motor, presenta particularidades que conviene ser analizadas de forma diferenciada. Comenzaremos analizando el comportamiento de la máquina como generador. FUNCIONAMIENTO EN VACIO Y EN CARGA DE LA MÁQUINA SÍNCRONA COMO GENERADOR. FUNCIONAMIENTO EN VACIO. La máquina funciona en vacio cuando no existe carga alguna acoplada al circuito inducido. La f.e.m. inducida, bale:

Para una velocidad constante, el valor de la f.e.m es función del flujo y por tanto de la corriente de excitación.

FUNCIONAMIENTO EN CARGA. Cuando por los devanados del circuito inducido de la máquina circula corriente (funcione como motor o como generador) decimos que la máquina trabaja en carga. En este caso, la

ENSAYO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II

tensión en los terminales de la máquina difiere de la f.e.m. inducida debido a la conjunción de varios fenómenos a considerar. La resistencia de los devanados y la dispersión de flujo originan una caída de tensión que afectará a la relación de tensiones de la máquina. El flujo disperso, al ser variable en el tiempo, genera en los devanados del inducido una f.e.m. de autoinducción de valor Xσ⋅ l, siendo Xσ la reactancia total de dispersión. Esta f.e.m. de reactancia, en forma compleja se puede expresar como:

CIRCUITO EQUIVALENTE.

Su representación fasorial, supuesta conectada a la salida una carga de carácter inductivo es:

ENSAYOS PARA LA DETERMINACION DEL CIRCUITO EQUIVALENTE. CARACTERÍSTICA DE VACIO.

ENSAYO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II

La máquina funciona en vacio cuando no existe carga alguna acoplada al circuito inducido. La f.e.m. inducida, bale:

Para una velocidad constante, el valor de la f.e.m es función del flujo y por tanto de la corriente de excitación.

Su determinación gráfica se realiza de forma similar a la de las máquinas de corriente continúa, haciendo funcionar la máquina a la velocidad de sincronismo y tomando valores de la tensión inducida para distintas corrientes en el circuito de excitación. La forma de la curva responde al comportamiento del circuito magnético, presentando una zona donde existe una linealidad entre I y E . A medida que el circuito comienza a saturarse, se inicia ex

0

un codo para posteriormente continuar, aproximadamente en forma de recta, donde para incrementos mínimos en la f.e.m. inducida se requiere grandes valores de la corriente de excitación.

CARACTERÍSTICA DE CORTOCIRCUITO. La característica de cortocircuito representa la relación entre la corriente de inducido y la de excitación, funcionando la máquina a su velocidad nominal y con los bornes de salida en cortocircuito. De la ecuación de la máquina y para una tensión en bornes U = 0.

ENSAYO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II

Como podemos observar, la corriente de cortocircuito es totalmente reactiva, luego la f.m.m de reacción F , es desmagnetizante, siendo la F la diferencia aritmética entre la r

T

f.m.m. de excitación y la de reacción.

La forma de la característica es lineal y para valores muy elevados de la corriente de excitación, se flexiona ligeramente.

C.-ELEMENTOS A UTILIZAR:      

tacómetro. Amperímetro Resistencias variables. Maquina síncrona. Multimetro. Cables y herramientas de taller.

D.-PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN: Ensayo en vacio de un generador sincrónico. Para la realización de un ensayo en vacío de un alternador se debe acoplar a su eje, un motor de corriente continua resulta conveniente para proporcionar el movimiento (energía mecánica), además el generador debe excitarse con corriente continua a su inductor (rotor), los terminales deben permanecer abiertos o sea sin ningún tipo de carga eléctrica conectada. Para la obtención de datos que nos permitan trazar las características de excitación o las características en vacío, se hace girar la máquina a su velocidad nominal mediante un motor auxiliar. Manteniendo abierto el circuito exterior de la máquina síncrona bajo la prueba, se varía gradualmente su corriente de excitación, hasta alcanzar en bornes una tensión superior a la nominal en un 20%. Se construye la curva tomando los distintos valores de la corriente de excitación en el eje “x”, los correspondientes valores de tensión en bornes en el eje “y”

ENSAYO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II

Figura # 1 Ensayo en cortocircuito de un generador sincrónico. Sobre el circuito de la figura # 1cortocircuite los terminales de salida del generador conectando un amperímetro entre los dos primeros y un cable o corto entre el segundo y el tercero, como se indica en la figura # 2, de ser posible conviene cortocircuitar usando tres amperímetros iguales. La conexión en el estator debe ser en estrella. La curva de cortocircuito nos da la forma de variación de la corriente de inducido, estando éste cerrado, al variar la corriente de excitación. Para valores de la corriente de excitación poco alejados del nominal, esta característica presenta una variación rectilínea, o sea, hasta tanto no se aprecia los efectos de la saturación. Esta característica es importante, pues permite conocer elementos de gran interés para la regulación de la máquina.

Figura # 2

ENSAYO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II

E.-CUESTIONARIO: E.1 considerando los datos de placa del las maquinas y los registros graficar la curva de excitación del generador síncrono Curva característica del ensayo de vacío de la maquina síncrona

E .3 considerando con los datos registrados. ¿La maquina síncrona puede trabajar en paralelo con la red pública?

ENSAYO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II

E.4 ¿Porque las corrientes picos registradas deben ser controladas? Como la cupla motora es el producto de la corriente absorbida por el flujo del campo magnético, además de un factor que caracteriza al tipo de máquina, este mayor par de arranque generalmente está asociado a una mayor corriente de arranque, la que no debe superar determinado límite por el calentamiento de los conductores involucrados. Aunque se suele enfocar el diseño de estos sistemas de arranque en atención a las corrientes y cuplas involucradas, no deben dejarse de lado otros aspectos que también resultan importantes, como por ejemplo el consumo de energía disipada en forma de calor y las perturbaciones sobre la red de baja tensión. Estas perturbaciones incluyen principalmente las caídas de tensión (muy notables en los elementos de iluminación), que pueden afectar el funcionamiento de otros elementos conectados a la misma, lo que resulta crítico en las instalaciones con muchos motores que realizan frecuentes arranques.

E.-CONCLUSIONES  La utilización de la máquina síncrona como generador de c.a. está generalizada, siendo el elemento convertidor de uso, prácticamente exclusivo, en los centros de producción de energía eléctrica.  Por las formas constructivas del sistema de excitación, las máquinas síncronas se clasifican en máquinas de polos salientes y de polos lisos.  la resistencia por fase de un bobinado trifásico no es la misma que la medida entre los extremos de las bobinas.  SI δ > 0. La potencia activa desarrollada por la maquina es positiva, se comporta como generador.  SI δ < 0. La potencia activa desarrollada por la maquina es negativa, se comporta como motor.  La potencia máxima generada (o absorbida) por la maquina síncrona se produce para δ=90, es el ángulo de estabilidad de la maquina. F. – BIBLIOGRAFIA http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WG-motor-de-corriente-continua-677catalogo-espanol.pdf http://www.infowarehouse.com.ve/pugoz/ingelect/ingelec_motorcc.pdf http://html.rincondelvago.com/generador-de-corriente-continua.html

http://www.die.eis.uva.es/~danel/docencia/te/motores_dc.pdf http://www.aloj.us.es/notas_tecnica/Diagnosis_Manteni_Motor_Induccion.pdf http://www.v-espino.com/~tecnologia/tecnoII/RES%DAMENES/22%20motores%20cc.pdf http://intranet2.minem.gob.pe/web/cafae/Pdfs/CNE.PDF ENSAYO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II

http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448173104.pdf http://www.monografias.com/trabajos73/sistema-electrico/sistema-electrico2.shtml http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema4/Paginas/Pagina17.htm http://www.google.com.pe/search?q=que+pasa+si+el+diodo+semiconductor+de+tens i%C3%B3n+inferior+de+2+voltios&hl=es&prmd=ivns&ei=t1DgTfxezLBB_XWzPIK&start=10&sa=N

ENSAYO DE LA MAQUINA SÍNCRONA