LABORATORIO 3 Maquina Sincrona Ensayo Vacio
December 28, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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Laboratorio de Máquinas Eléctricas 2- 2019 B
GUIA DE LABORATORIO No. 3. Equation Chapter 1 Section 11GUIA TEMA: ENSAYO DE GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO EN CIRCUITO ABIERTO 1.1
OBJETIVOS Determinar y verificar experimentalmente las curvas características de circuito abierto del generador síncrono. síncrono. Medición de la resistencia de los devanados de generador en frio según configuración. Determinarr experimentalmente las pérdidas de rotacionales de la maquinas a velocidad nominal. Determina Comprender e interpretar la información de los datos de placa del generador síncrono. síncrono.
1.2
INTRODUCCIÓN
Cuando en el estator de un generador síncrono se dispone el arrollamiento inducido formado por tres parejas de bobinas independientes (o un número de bobinas múltiplo de tres, conectadas en tres grupos independientes) de modo que las tensiones inducidas o producidas sean iguales y los ángulos de desfase de las tensiones, generales estén entre sí a 120°, ver la Figura 1. La máquina recibe el nombre de alternador trifásico. trifásico. el rotor de la máquinas está compuesto por un conjunto de arrollamientos que forman el inductor y que, al ser alimentados por una corriente continua, dan origen a un flujo de valor constante pero giratorio al ser arrastrado el rotor por un motor primario mecánicamente acoplado a su eje. La alimentación al rotor con corriente continua se hace mediante anillos ro rozantes. zantes.
Figura 1. Principio de funcionamiento del alternador trifásico.
Se suelen unir generalmente, tres conductores finales de los arrollamientos de cada fase en un punto, que se denomina "neutro", y que, normalme normalmente nte se conecta a tierra y, por tanto está a su mismo potencial. Este tipo de conexión se le conoce con el nombre de “estrella” en la que existen, por tanto, cuatro hilos a tres de los cuales se les denomina “conductores de fase”; y, el cuarto hilo “conductor neutro” neutro” Otro método para conectar los tres arrollamientos de la máquina trifásica es conectar en serie cerrada, con el terminal de salida de una fase unido al de entrada de la fase siguiente. Este montaje se le denomina “triángulo” y da origen a tres conductores activos, que también reciben el nombre de “conductores de fase”, sin posibilidad de que exista punto neutro. En la Figura 2 puede observarse en: a) la conexión Estrella o en Y; en b) la conexión triángulo o D. D.
Dr. Ing. Moisés Carlos Tanca Villanueva Villanueva
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Figura 2. Conexión de los devanados inducidos en estrella y triángulo.
El ensayo de circuito abierto de un alternador se efectúa igual que en los generadores de corriente continua. Primero se mide la resistencia de los arrollamientos y después, se determina sus característ características icas de vacío, como si se tratase de un dinamo con excitación independiente independiente.. El generador trifásico objeto de este ensayo, es un pequeño alternador trifási trifásico co de inductor móvil, bipolar y sin excitatriz, por lo que la corriente continua de excitación deberá ser suministrada suminist rada por una fuente independiente. Como la frecuencia de la f.e.m. inducida es función de la velocidad del motor primario de arrastre, conviene mover el rotor del alternador mediante un motor eléctrico de velocidad variable, para ajustar a la velocidad o las frecuencia que se desee. desee. Por la forma del rotor se puede clasificar los generadores síncronos de rotor con polos salientes (hidrogeneradores) y los de rotor cilíndrico (turbogeneradores). Por el tipo de la alimentación de la corriente continua a través de anillos rozantes, como se muestra en la Figura 3 y sistema sin contacto eléctrico por inducción, esquematizado en las Figura 4 y Figura 5.
Figura 3 Excitación de a través de anillos rozantes
Figura 4. Excitación de corriente continua por inducción sin contactos.
Dr. Ing. Moisés Carlos Tanca Villanueva Villanueva
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Figura 5. Esquema de la excitación de corriente continua en el rotor.
Revisar los siguientes videos para la inducción a la práctica de laboratorio de la Máquina Síncrona en vacío, coro circuito y con carga: carga: https://www.youtube.com/ https://www.youtube.com/w watch?v=EiMEYNtcl9 atch?v=EiMEYNtcl9E E https://youtu.be/MimQrbMdrCc https://youtu.be/g9_xYKtBSCI https://youtu.be/NQXJumNWdfA https://youtu.be/NQXJumNWdfA https://youtu.be/V-7RKIc8GNE https://youtu.be/V-7RKIc8GNE
1.3
PRE-LABORATORIO
Realice los siguientes cálculos mediante programas de cálculo y de simulación MATHCAD, MATLAB, Scilab y presentar antes de la realización del ensayo. Un generador síncrono trifásico conectado en estrella de 5000 kVA, 6600 V tiene resistencia del inducido despreciable. Los ensayos de vacío han dado los siguientes resultados: Ie [A] [A] Eo [V] línea línea
10 10 3000 3000
15 15 4200 4200
21 21 5400 5400
31 31 6600 6600
39 39 7200 7200
50 50 7700 7700
65 65 8100 8100
En corto circuito a corriente nominal se requiere 24 A de excitación. En el ensayo con carga reactiva pura se obtiene 6100 V a 125% de In con una excitación de 66 A. Determinar con ayuda del método de Potier: Potier: 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.3.7
1.4
Trazar la curva característica de circuito abierto en papel milimetrado y escala adecuada; adecuada; Trazar la curva característica de corto circuito en papel milimetrado y escala adecuada; adecuada; la reactancia de dispersión en ohmios; ohmios; Fmm de reacción del inducido con corriente nominal; nominal; la fmm de excitación equivalen equivalente te cuando el generador entrega carga nominal a FP=0.90 atraso; atraso; Fem de vacío que para el caso e carga en c); La regulación de tensión de la máquina en condiciones del c). c).
MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS
Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la práctica:
Dr. Ing. Moisés Carlos Tanca Villanueva Villanueva
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Item Item 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 11 11 13 13
1.5
Cantidad Cantidad Descripción Descripción 1 Regulador de tensión trifásico (variac) 380 V, 25 A A 1 Generador síncrono trifásico de 3.5 kW, 400/220 V, 60 Hz, 3600 rpm rpm 1 Amperímetro de c.a. 25 A A 1 Voltímetro de c.a. de 600V 600V 1 Vatímetro trifásico 50 A, 600 V. V. 1 Analizador de redes trifásico 380 V, 50 A 1 Microohmímetro MPK5 (o puente Wheastone Wheastone)) 1 Tacómetro óptico digital digital 1 Multitester para verificación de circuitos circuitos 1 Kit de cables flexibles flexibles 4x14 AWG ó 4x1- 2.5 mm2 mm2 1 Termómetro de mercurio o digital digital Pinza amperimétrica digital de 0 - 40 A A
Código Código
PROCEDIMIENTO a) Tomar nota de la información proporcionada por los datos de placo del generador síncrono a ensayar y registrarlo en forma tabulada. tabulada. IP: 20 Ү
U:400V 0,3 Kw
I: 0,45A Cos: 0,8
1800 1/min
f: 60Hz
U: 140-V b) Tomar la lectura de la resistencia de los devanados del inducido y del inductor del generador síncrono. síncrono.
344 Ω
33,75 Ω 34,00 Ω 33,80Ω
24,25ºC 24,25ºC 24,25ºC 24,25ºC
b) Armar el circuito de corriente continua de la Figura 6 para hacer funcionar la máquina en el régimen de generador y configurar los devanados del inducido en estrella o triángulo según tensión nominal de la red. red.
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Figura 6. Esquema de montaje equipos del módulo para el ensayo de vacío del generador síncrono trifásico.
c) Una vez montado el circuito de la Figura 6 verificar que los alcances de los instrumentos sea las adecuadas para el ensayo vació a tensión n nominales e incluso superiores: Realizar las conexiones necesarios de la máquina primaria (motor de corriente continua, accionador con medición de variables mecánicas, maquinas pendular, etc). Para esto acoplar mecánicamente las flechas de ambos rotores de las máquinas. Tener mucho cuidado con las conexiones, las escalas de los instrumentos de medición. Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor llevar el rotor a velocidad reducida hasta llegar a la velocidad nominal nn. d) Conservando las conexiones accionar el motor primario a velocidad nominal y aplicar corriente de excitación de tal manera que se obtenga en las fases del generador síncrono la tensión
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nominal V1n ,registrar unos 8 a 10 juegos de lectura de tensión inducida y corriente c.c. de excitación en forma ascendente y otra de forma descendente. Todos los datos registrados deben llevarse a la siguiente tabla para su posterior procesamiento. Tabla 1. Registro de las mediciones con los instrumentos. instrumentos.
Vc.a. # 1
div CV
Ic.a. V
Wc.a.
CA
A
div CW
A
W
Variables mecánicas f Ientrada V rpm T[Nm] s Hz A
3.03
0
0
0
0
0
0
1800
-0.19
0
60
0
0
2 3 4 5 6 7 8
46.9 101.2
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1800 1800
-0.18 -0.18
0 0
60 60
0.06 0.1
7.85 16.32
163.5
0
0
0
0
0
0
1800
-0.25
0
60
0.15
27.6
208.9
0
0
0
0
0
0
1800
-0.29
0
60
0.22
39.6
225.8
0
0
0
0
0
0
1800
-0.3
0
60
0.25
46.2
230.1
0
0
0
0
0
0
1800
-0.3
0
60
0.26
47.8
254.9
0
0
0
0
0
0
1800
-0.34
0
60
0.31
60.2
9 10 11 12 13 14
231.7
0
0
0
0
0
0
1800
-0.28
0
60
0.26
39.8
226.1
0
0
0
0
0
0
1800
-0.29
0
60
0.25
47.2
213.1
0
0
0
0
0
0
1800
-0.25
0
60
0.22
41.8
161.0
0
0
0
0
0
0
1800
-0.23
0
60
0.15
27.5
110.4
0
0
0
0
0
0
1800
-0.19
0
60
0.1
18.15
53.7
0
0
0
0
0
0
1800
-0.16
0
60
0.06
8.8
15
2.89
0
0
0
0
0
0
1800
-0.14
0
60
0
0
1.6
CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS
1.6.1 Dar la relación de los valores promedios o totales para procesar las lecturas en la experiencia del generador síncrono en circuito abierto en forma tabulada para trazar las curvas característic características. as.
Vc.a. # 1 2
3 4 5 6 7 8
div CV
Ic.a. V
Wc.a.
CA
A
div CW
A
W
Variables mecánicas f Intraday V rpm T[Nm] s Hz A
3.03
0
0
0
0
0
0
1800
-0.19
0
60
0
0
46.9
0
0
0
0
0
0
1800
-0.18
0
60
0.06
7.85
101.2 163.5
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1800 1800
-0.18 -0.25
0 0
60 60
0.1 0.15
16.32 27.6
208.9
0
0
0
0
0
0
1800
-0.29
0
60
0.22
39.6
225.8
0
0
0
0
0
0
1800
-0.3
0
60
0.25
46.2
230.1
0
0
0
0
0
0
1800
-0.3
0
60
0.26
47.8
254.9
0
0
0
0
0
0
1800
-0.34
0
60
0.31
60.2
Medición en forma descendente
9 10 11 12 13 14 15
231.7
0
0
0
0
0
0
1800
-0.28
0
60
0.26
39.8
226.1
0
0
0
0
0
0
1800
-0.29
0
60
0.25
47.2
213.1
0
0
0
0
0
0
1800
-0.25
0
60
0.22
41.8
161.0
0
0
0
0
0
0
1800
-0.23
0
60
0.15
27.5
110.4
0
0
0
0
0
0
1800
-0.19
0
60
0.1
18.15
53.7
0
0
0
0
0
0
1800
-0.16
0
60
0.06
8.8
2.89
0
0
0
0
0
0
1800
-0.14
0
60
0
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1.6.2 En forma tabulada dar los valores de los datos de placa y hacer una descripción e interpretación de cada uno de los datos de las máquinas uti utilizadas. lizadas. IP: 20 Ү U:400V I: 0,45A 0,3 Kw Cos: 0,8 1800 1/min f: 60Hz U: 140-V IP20: no es necesaria una protección alta, está pensada para una instalación interior, por lo que no está expuesto a agentes peligrosos para sus componentes internos. int ernos. Tiene un tipo de conexión tipo Y Alimentación de 400v Una corriente de 0,45 A Factor de potencia cos 0,8 Tiene una potencia de 0,3 Kw Con una revolución de 1800 por minuto
1.6.3 Con la ayuda de los cálculos necesarios trazar las curvas características de circuito circuito abierto Experimental del generador síncrono en función de la corriente de excitación excitación..
corriente de exitacion 4 corriente
2
de exitacion
0 0
5
10
1.6.4 Trazar el diagrama vectorial de tensiones y flujo magnético del ensayo de vacío. vacío.
1.6.5 1.6.6 Determinar las perdidas rotacionales del generador síncrono a partir de los datos ensayo del servomotor primario del módulo. módulo.
1.7
INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA Dr. Ing. Moisés Carlos Tanca Villanueva Villanueva
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1.7.1 Describir y esquematizar en que consiste el sistema excitación de los devanados del rotor sin contacto eléctrico por inducción. Y que es una AVR? AVR?
El sistema de excitación es el que suministra la corriente continua que la máquina síncrona necesita para poder funcionar, ya que su inductor es un devanado devanado de corriente corriente continúa. continúa. El sistema de excitación no sólo debe proporcionar corriente continua al inductor de la máquina síncrona, sino que también debe ser capaz de regular dicha corriente. En efecto, un alternador síncrono necesita de un sistema de control de la corriente de excitación que le permita ajustar la tensión a los valores deseados. Este sistema se denomina automático deselavan tensión (RAT), alterna que en inglés se convierte en automatic voltage regulator regulador (AVR). Seguidamente a describir algunos de los sistemas de excitación que se utilizan para las máquinas síncronas. Excitación mediante excitatrices de corriente continua
Excitación mediante excitatrices de corriente alterna con rectificador
Excitación sin escobillas Excitación sin escobillas con autoexcitación indirecta Autoexcitación directa
1.7.2 Que es una planta de generación eléctrica de ciclo combinado. combinado. Una central de ciclo combinado es una planta que produce energía eléctrica con un generador accionado por una turbina de combustión, que utiliza como combustible principal gas natural Los gases de escape de la combustión son aprovechados para calentar agua en una caldera de recuperación recuperació n que produce vapor aprovechable para accionar una segunda turbina. Esta segunda turbina, de vapor, puede accionar accionar el mismo generador que la de gas u otro distinto.
1.8
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
1.8.1 Plantea en forma personal, concisa y claro un mínimo de cinco (5) conclusiones de la experimentación realizada. realizada. -en las mediciones de los de los devanados del generador no hubo mucho margen de separación, lo cual es aceptable. 1.8.2 Plantea en forma personal y clara un mínimo de tres (3) observaciones para mejorar la experiencia de las prácticas de estas pruebas. pruebas.
1.9
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Al final de todo documento o informe técnico se hace referencias a la bibliografía empleada y la Dr. Ing. Moisés Carlos Tanca Villanueva Villanueva 8
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normalización normalizació n respectiva. Dar las referencias bibliográficas de su informe de la práctica; por ejemplo
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[1] Moisés Tanca V. “Guia “Guia de de laboratorios de Máquinas Eléctricas”, Eléctricas”, Edición Edición Propia, 2018. [2]. Jesús Fraile Mora, “Máquinas “Máquinas Eléctricas”, Eléctricas”, McGraw McGraw Hill, 6ra. edición, 2008. 2008. [3] Fitzgerald A. E. Charles Kingsley Jr, Stephen D. Umans, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. Edición, 2003. 2003.
APENDICE Suplemento que se incluye al final del informe de un trabajo de investigación
ANEXO material relacionado con la redacción del informe de práctica que ayude a Adjunte todo comprender su información presentada. presentada.
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