Laboratorio 8

LABORATORIO N°8 ‘‘MOTOR SÍNCRONO TRIFÁSICO’’

PROFESOR:

EDGAR PRINCIPE LEYVA

CURSO:

MÁQUINAS ELÉCTRICAS II

ALUMNOS:  FERNANDO SIFUENTES ACUÑA  MARCELO DÍAZ WONG  JUNIOR REVILLA HERNANDEZ

CARRERA:

TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

CICLO:

V

Trujillo 02 de Julio del 2014

1. OBJETIVO: 

Lograr que el alumno sea capaz de demostrar cómo hacer arrancar un motor sincrónico y explicar las características principales del mismo.

2. FUNDAMENTO TEORICO: Los motores síncronos son máquinas síncronas que se utilizan para convertir potencia eléctrica en potencia mecánica de rotación. La característica principal de este tipo de motores es que trabajan a velocidad constante que depende solo de la frecuencia de la red y de otros aspectos constructivos de la máquina. A diferencia de los motores asincrónicos, la puesta en marcha requiere de maniobras especiales a no ser que se cuente con un sistema automático de arranque. Otra particularidad del motor síncrono es que al operar de forma sobreexcitado consume potencia reactiva y mejora el factor de potencia.

CONSTRUCCIÒN La máquina síncrona es una máquina reversible ya que se puede utilizar como generador de corriente alterna o como motor síncrono. Está constituido por dos devanados independientes: 1) Un devanado inductor, construido en forma de arrollamiento concentrado o distribuido en ranuras, alimentado por corriente continua, que da lugar a los polos de la máquina y que se coloca en el rotor. 2) Un devanado inducido distribuido formando un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna ubicado en el estator que está construido de un material ferromagnético, generalmente de chapas de acero al silicio. La estructura del rotor puede ser en forma de polos salientes o de polos lisos como se ve en la figura 1 si el motor tuviese solo un par de polos.

Motor síncrono trifásico

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Si a un alternador trifásico se le retira la máquina motriz y se alimenta su estator mediante un sistema trifásico de corriente alterna se genera en el estator un campo magnético giratorio, cuya velocidad sabemos que es N = 60 f/p donde f es la frecuencia de la red, y p es el número de pares de polos del rotor. Si en estas circunstancias, con el rotor parado, se alimenta el devanado del mismo con corriente continua 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. Al llevar el rotor a la velocidad de sincronismo, haciéndolo girar mediante un motor auxiliar, al enfrentarse polos de signo opuestos se establece un enganche magnético que les obliga a seguir girando juntos, pudiendo ahora retirar el motor auxiliar. Este enganche magnético se produce ya que el campo giratorio estatórico arrastra por atracción magnética al rotor en el mismo sentido y velocidad.

En la figura se muestran dos conductores del inducido enfrentando a dos polos consecutivos del rotor para dos instantes de tiempo consecutivos. Se puede concluir que si el rotor está en reposo o gira a otra velocidad diferente a la de sincronismo, el par medio que desarrolla al conectarlo a la red es nulo por lo que el motor no arranca. Por lo que se dice que un motor síncrono es en esencia un alternador trifásico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura están divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifásica.

Para entender el concepto básico de un motor sincrónico. Véase la figura siguiente, que muestra un motor sincrónico de dos polos. La corriente de campo IF del motor produce un campo magnético de estado estacionario BR, Un conjunto trifásico de voltajes se aplica al estator de la máquina que produce un flujo de corriente trifásica en los devanados.

REPRESENTACIÒN EN BLOQUES DEL FUNCIONAMIENTO

CIRCUITO EQUIVALENTE POR FASE DE UN MOTOR SÌNCRONO Ya que el motor síncrono es igual físicamente al generador, las ecuaciones básicas de velocidad, potencia y par son las mismas. La única diferencia es que el sentido de flujo de potencia (y por lo tanto el sentido de la corriente de carga) es opuesto para el motor. Consideremos un motor síncrono funcionando en régimen estacionario con una tensión por fase U. Suponemos que la reactancia de dispersión es constante, que se pueden despreciar las pérdidas en el hierro y que el entrehierro es uniforme. En la figura 3 se puede ver el circuito eléctrico equivalente (diagrama de Blondel) que representa al motor síncrono conectado a la red en el cual el estator se comporta como el primario de un transformador.

Por la Ley de tensiones de Kirchhoff, se cumple: U = Ev+ RIg + jLwI

Diagrama fasorial de Blondel (note que la f. e.m. está atrasada con

Una vez que se produce la conexión del motor a la red, ocurre un desplazamiento del eje de los polos del rotor respecto de los polos ficticios del estator, que aumenta con la carga del motor, y si este desplazamiento supera un límite el motor se para.

CURVAS CARACTERÍSTICAS Los motores sincrónicos suministran potencia a cargas que son básicamente dispositivos de velocidad constante. Al estar conectados a sistemas de potencia mucho más grandes que los motores individuales, los sistemas de potencia aparecen como barrajes infinitos frente a los motores. Esto significa que el voltaje en los terminales y la frecuencia del sistema serán constantes, independientemente de la cantidad de potencia tomada por el motor. La velocidad de rotación del motor está asociada a la frecuencia eléctrica aplicada, de modo que la velocidad del motor será constante, independientemente de la carga. La curva característica resultante par-velocidad se muestra en la siguiente figura.

3. MATERIALES: Motor impulsor/dinamómetro Motor síncrono Interruptor termomagnético Faja de acoplamiento de dientes rectangulares Cables de conexión Tarjeta de adquisición de datos. Fuente variable       

4. PROCEDIMIENTO:

¡ATENCION! EN ESTA LABORATORIO TRABAJARA CON TENSIONE PELIGROSAS NO MODIFICQUE NI HAGA NINGUNA CONEXIÓN, SALVO QUE EL PROFESOR LO AUTORICE ANTES DE ENERGIZAR, SOLICITE LA AUTORIZACION AL PROFESOR ENCARGADO 1. Dentro del puesto de trabajo EMS, instale los siguientes módulos: la Fuente de alimentación, el Motor de impulsión/Dinamómetro, el Motor/Alternador sincrónico, la Carga resistiva y la interfaz para la adquisición de datos (DAI). Acople mecánicamente el Motor de impulsión/Dinamómetro al Motor/Alternador sincrónico. 2. En la Fuente de alimentación, asegúrese de que el interruptor principal esté en la posición 0 (apagado) y que la perilla de control de voltaje se encuentre girada completamente hacia la izquierda. Asegúrese de que la Fuente de alimentación esté conectada a una fuente trifásica. 3. Asegúrese de que el cable chato de la computadora esté conectado al módulo DAI. Conecte las entradas ALIMENTACIÓN BAJA POTENCIA de los módulos DAI y Motor impulsión/Dinamómetro a la salida 24 V – CA de la fuente de alimentación. En la fuente de alimentación, coloque el interruptor 24 V – CA en la posición I (encendido). 4. Inicie la aplicación Aparatos de Medición. En la aplicación Aparato de Medición, abra el archivo de configuración existente ACMOTOR1.DAI y luego seleccione ver especial 2.

5. Conecte el equipamiento como lo muestra la Figura 5-4. Realice la conexión en paralelo de las tres secciones del módulo Carga resistiva para obtener el resistor R1.

Figura 5-4 Motor sincrónico acoplado al Dinámometro 6. Ajuste los controles del módulo Motor de Impulsión/Dinamómetro de la siguiente forma: Selector MODO………………………………………………………. DIN. Selector MODO CONTROL DE CARGA………………………... MAN. Perilla CONTROL DE CARGA……………...…….… MÁX. (derecha). Selector VISUALIZADOR………………………...…..VELOCIDAD (N).

Arranque de un motor sincrónico trifásico 7. En la aplicación Aparatos de Medición, asegúrese de que la función para corregir el par del medidor T esté seleccionada. En el Motor/Alternador sincrónico, coloque el interruptor EXCITACIÓN en la posición I (cerrado) y gire la perilla EXCITACIÓN completamente hacia la derecha. Encienda la Fuente de alimentación y ajuste la perilla de control de voltaje para que el voltaje de línea, indicado por el medidor E1, y el nominal del motor sincrónico resulten iguales.

Nota: Las características de cualquiera de las máquinas Lab-Volt están indicadas en el ángulo inferior izquierdo del panel empleando LVSIM – EMS, usted podrá obtener las características de cualquiera de ellas dejando el puntero del ratón sobre el rotor de la máquina de su interés. Después de unos segundos, aparecerá en la pantalla un recuadro con las características de dicha máquina. En el espacio en blanco de más abajo, anote el par de arranque Tarranque del motor sincrónico (indicado por el medidor T de la aplicación Aparatos de Medición).

TARRANQUE  = 1,05 N.m (electroimán del rotor conectado)

8. En el Motor/Alternador sincrónico, coloque el interruptor EXCITACIÓN en la posición 0 (abierto). En el espacio en blanco más abajo, anote el par de arranque TARRANQUE del motor sincrónico.

TARRANQUE = 1,3 N.m (electroimán del rotor desconectado). Compare los pares de arranque obtenidos para el electroimán del rotor desconectado y conectado. Observamos que cuando el electroimán está conectado genera un torque menor, cuando está conectado y hace que el motor vibre. Cuando esta desconectado genera un mayor torque y ya no vibra. A partir de los resultados obtenidos hasta aquí, ¿concluiría usted que es conveniente desconectar el electroimán del rotor antes de hacer arrancar el motor sincrónico? Explique brevementes.

Si porque al no está conectado evita la vibración y luego al subir la perilla del voltaje completamente hacia la izquierda recién cerramos y conectamos la excitación y entrara en la velocidad así se evitara la vibración del motor. 9. En el Motor de Impulsión/Dinamómetro, gire lentamente la perilla CONTROL DE CARGA hasta la posición MÍN. (completamente hacia la izquierda). Luego espera hasta que la velocidad del motor sincrónico se estabilice y anote la velocidad n en el espacio en blanco de más abajo.

n = 1749 r/min En el Motor/Alternador crincrónico, gire la perilla EXCITACIÓN hasta la mitad de su alcance y luego coloque el interruptor EXCITACIÓN en la posición I (cerrado). ¿Cambia la velocidad n del motor)

Sí. En el espacio en blanco de más abajo, anote la velocidad n del motor.

n = 1805 r/min ¿Encuentra usted que ahora la velocidad n es igual a la velocidad nominal del Motor/Alternador sincrónico (velocidad de sincronismo ns? Si.

10. En el Motor/Alternador crincrónico, varíe lentamente el ajuste de la perilla EXCITACIÓN entre las posiciones MÍN. y MÁX., para cambiar la corriente de campo I f . Mientras realiza lo contrario, observe la velocidad n y la corriente de línea ILÍNEA del motor, que aparece en el medidor I1. ¿Encuentra usted que variando la corriente de campo I f , cambia la velocidad n del motor?

No ¿Encuentra usted que la corriente de línea ILÍNEA del motor varía cuando se cambia la corriente n del motor? Si. En el Motor/Alternador, coloque la perilla EXCITACIÓN en la posición MÍN.

Características de un motor sincrónico trifásico 11. Cambie el valor del resistor R1 y ajuste la perilla EXCITACIÓN del Motor/Alternador sincrónico para que la corriente de campo de la tabla de más abajo pase del valor mínimo al máximo. Realice la operación anterior en diez etapas igualmente espaciadas. Note que para llevar la corriente de campo al valor máximo indicado en la tabla, pueda resultar necesario cortocircuitar el resistor R1. Para cada ajuste de dicha corriente, registre en la tabla de datos el voltaje de línea ELÍNEA, la corriente de línea ILÍNEA, la corriente de campo If , la potencia activa P y la potencia reactiva Q del motor (indicadas por los medidores E1, I1, I3, C y A, respectivamente). VOLTAJE DE LÍNEA V ca

CORRIENTE DE CAMPO If  mA

120

300 a 900

220

100 a 500

240

100 a 500

12. Después de registrar todos los datos, gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda y apague la Fuente de alimentación. En la ventana Tabla de Datos, confirme que todos los datos fueron almacenados y edite la tabla para guardar sólo los valores del voltaje de línea ELÍNEA la corriente de línea ILÍNEA, la corriente de campo If , la potencia activa P y la potencia reactiva Q del motor (valores de las columnas E1, I1, I3, C y A, respectivamente). Luego titule la tabla de datos DT511 e imprima dicha tabla. 13. En la ventana Gráfico, realice los ajustes apropiados para lograr un gráfico de la corriente de línea ILÍNEA del motor (obtenida del medidos I1), en función de su corriente de campo If , (obtenida del medidor I3). Titule el gráfico G511, llame Corriente de campo del motor sincrónico al eje X, nombre Corriente de línea del motor sincrónico al eje Y e imprima el gráfico. Utilice el gráfico G511 para determinar la corriente de línea ILÍNEA del motor. En el espacio en blanco de más abajo, anote el valor resultante. If   = 0.007. A (para la mínima corriente de línea del motor)

14. En la ventana Gráfico, realice los ajustes apropiados para lograr un gráfico de las potencias activa P y la potencia reactiva Q del motor (obtenidas de los medidores C y A), en función de su corriente de campo If  (obtenida del medidor I3). Para esto, utilice los datos registrados anteriormente en la tabla de datos. Titule el gráfico G511-1, llame Corriente de campo del motor sincrónico al eje X, nombre Potencia activa y reactiva del motor crincrónico al eje Y e imprima el gráfico.

¿Encuentra usted que variando la corriente de campo I f , cambia sensiblemente la potencia activa que consume el motor sincrónico?

Si Cuando la corriente de campo If  aumenta, ¿cómo varía la potencia reactiva Q? El motor consume potencia Reactiva y esta va disminuyendo hasta que pasa un punto, donde esto va a subministrar potencia reactiva aumenta de manera negativa debido al aumentar la corriente de campo ¿Se podría utilizar un motor sincrónico funcionando en vacío para mejorar el factor de potencia de una red eléctrica trifásica? Explique brevemente.

Si porque este proceso se utiliza para mejorar el factor de potencia de la red trifásica y se le conoce como condensador síncrono 15. Utilice el gráfico G511-1 a fin de determinar la corriente de campo If para la cual la potencia reactiva Q es cero. Anote su resultado en el siguiente espacio en blanco.

If  = 0.18.A (para la potencia reactiva del motor igual a cero) Compare la corriente de campo que hace cero la potencia reactiva con la corriente de campo que minimiza la corriente de línea ILÍNEA del motor. Las corrientes son las mismas A partir de los resultados obtenidos hasta aquí, ¿puede usted concluir que la corriente de línea del motor es mínima cuando la potencia reactiva es cero?

16. Coloque el interruptor 24 V – CA de la fuente en la posición 0 (apagado) y desconecte todos los cables.

5. PREGUNTAS DE REVISIÓN:

a. El par de arranque de un motor síncrono trifásico aumenta cuando: el electroimán del rotor está conectado.

b. Cuando un motor síncrono sin carga está conectado a una red eléctrica AC trifásica, el factor de potencia resultante depende: de la corriente de línea. c. La potencia reactiva en un motor sincrónico sin carga es mínima cuando: la corriente de línea es mínima.

d. Condensador sincrónico es otro nombre con que se conoce al motor síncrono operando en vacío.

e. La jaula de ardilla en un motor síncrono con un rotor a electroimán:  permite que el motor arranque cuando se aplica un alimentación AC a los arrollamientos del estator.

6. RECOMENDACIONES: 

Antes de energizar los motores revisar siempre las conexiones que este bien.



Trabajar ordenadamente y con los implementos de seguridad requeridos.

7. CONCLUSIONES: 

Fuimos capaces de arrancar un motor síncrono trifásico y vimos las características de este motor y pudimos apreciar las curvas pedidas en el laboratorio.

8. BIBLIOGRAFIA: 

S. J. Chapman, E. R. Castillo, and J. A. R. Avila. Máquinas eléctricas. McGraw-Hill, 2000.



http://www.monografias.com/trabajos88/motores-sincronos/motoressincronos.shtml



http://www.tuveras.com/motorsincrono/motorsincrono.htm

ANEXOS

Datos para poder realizar graficas

E1

E2

I1

I2

I3

Torque

Velocidad

P

Q

S

V

V 386.4 393.1 393.9 386.8 387.2 385.5 386.3 386.5 385.3 385.1 384.7 385.1

A 0.375 0.211 0.185 0.18 0.203 0.241 0.28 0.329 0.381 0.429 0.481 0.536

A 0.397 0.233 0.194 0.178 0.192 0.221 0.261 0.307 0.358 0.403 0.453 0.504

A 0.007 0.101 0.14 0.18 0.22 0.26 0.3 0.34 0.38 0.42 0.46 0.5

N · m -0.263 -0.263 -0.262 -0.263 -0.263 -0.263 -0.263 -0.263 -0.264 -0.263 -0.264 -0.262

r/min -1754 -1805 -1806 -1804 -1805 -1806 -1806 -1806 -1810 -1804 -1806 -1806

W 106.7 64.91 53.96 39.13 26.57 16.27 7.04 -2.968 -12.6 -19.56 -27.19 -34.27

Var 93.6 40.15 20.25 -4.475 -26.75 -47.92 -67.8 -88.52 -109.8 -130 -150.5 -173

VA 143.9 82.15 72.46 69.3 78.2 92.36 107.7 126.2 145.8 164.2 184 205.3

383.7 389.5 390.7 384.2 384.4 382.8 383.9 384 383 383 382.7 383.1

Grafica Corriente Vs Potencia Activa 150 0.007, 106.7 0.007, 93.6

100 50 0 0 -50 -100 -150

0.101, 64.91 0.14, 53.96 0.101, 40.15 0.18, 39.13 26.57 0.14, 20.250.22, 0.26, 16.27 0.3, 7.04 0.34, -2.968 0.18, -4.475 0.38, -12.6 -19.56 0.1 0.2 0.22, -26.75 0.3 0.4 0.42, 0.46, 0.5 -27.19 0.6 0.5, -34.27 0.26, -47.92 0.3, -67.8 0.34, -88.52 0.38, -109.8 0.42, -130 0.46, -150.5 0.5, -173

-200

Grafica Potencia Reactiva Vs corriente 150

Grafica Corriente Vs Potencia Activa 150 0.007, 106.7 0.007, 93.6

100

0.101, 64.91 0.14, 53.96 0.101, 40.15 0.18, 39.13 26.57 0.14, 20.250.22, 0.26, 16.27 0.3, 7.04 0.34, -2.968 0.18, -4.475 0.38, -12.6 -19.56 0.1 0.2 0.22, -26.75 0.3 0.4 0.42, 0.46, 0.5 -27.19 0.6 0.5, -34.27 0.26, -47.92 0.3, -67.8 0.34, -88.52 0.38, -109.8 0.42, -130 0.46, -150.5 0.5, -173

50 0 0 -50 -100 -150 -200

Grafica Potencia Reactiva Vs corriente 150

100

50

0 0 -50

-100

-150

-200

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Series1

Grafica de Corriente de línea Vs Corriente de Campo 0.6

0.5

0.4

0.3

Corriente de linea VS Corriente de campo

0.2

0.1

0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6