operacion del generador de induccion.pdf

OPERACIÓN DEL GENERADOR DE INDUCCION

EXPERIMENTO 11

OPERACION DEL GENERADOR DE INDUCCIÓN 1.

OBJETIVO:

Como es de conocimiento general, la energía eléctrica es mayoritariamente producida a través del uso de generadores síncronos, los que pueden ser movidos por turbinas hidráulicas o térmicas. Sin embargo, el continuo desarrollo de las denominadas “energías alternativas”, han

ampliado el uso de las máquinas de inducción par la producción de la energía eléctrica, cuando la generación primaria proviene proviene del viento, y a través de los molinos y generadores generadores de inducción se realiza la conversión de energía mecánica en eléctrica. Debido a los continuos cambios de dirección dir ección y fuerza de viento, los molinos cambian continuamente su velocidad, por lo que no es conveniente utilizar generadores síncronos para este proceso, siendo los más adecuados adecuados los de inducción. Normalmente estos sistemas de generación están interconectados con la red, para tomar de ella la potencia reactiva r eactiva necesaria para implantar los campos magnéticos en la máquina, mientras se entrega al sistema eléctrico la potencia activa correspondiente. Al estar interconectados, in terconectados, la red impone el nivel de voltaje y frecuencia, lo que facilita el control de la l a máquina. Es posible, sin embargo, tener generadores de inducción aislados a la red, pero se requerirá de fuentes de potencia reactiva, dificultándose el control de la frecuencia y voltaje. En este experimento experimento se analizará la operación de un generador de inducción interconectado con la red, y se observará como se puede controlar la potencia activa. 2.

EQUIPO A USARSE:

-

Banco de pruebas DL-2014 Voltímetro de corriente continua para V=220V Amperímetro de corriente continua continua para Ia escala 6A para el motor de CC. CC. Amperímetro de corriente corriente continua para If escala 1.2A para el motor de CC. Voltímetro de corriente alterna escala 480V para el motor de inducción. Amperímetro de corriente alterna escala 6A para el motor de induccion Vatímetro. Tacómetro.

P=1.0KW V=220/380 V (D/Y) f= 60 Hz

Valores nominales del motor asíncrono a utilizarse n=1680 rpm-60Hz I=4.8/2.8 A (D/Y) Rotor jaula de ardilla Clase de aislamiento E

Valores nominales del motor de C.C.

P=.75KW V=220 V I=3.4 A 3.

n=2850 rpm If=0.50 A Excitación independiente.

ESQUEMAS CIRCUITALES:

El estudiante deberá preparar el circuito, considerando conexión excitación independiente para el motor de C.C. y con mediciones del voltaje y corriente de armadura, voltaje y corriente de campo para la máquina de continua. Se deberá medir, para la maquina de inducción el voltaje, corriente y potencias. Para el sistema se medirá la velocidad.

FIG.1. ESQUEMAS CIRCUITALES PARA EL DESARROLLO DE LA PRACTICA 4.

PROCESO:

4.1.Realice el conexionado de la figura 3.1. debe tener cuidado en disponer adecuadamente la medición de potencia, tomando en consideración que el flujo de potencia será desde la máquina de inducción hacia la red. Se recomienda que intercambie, en la maleta de medición, los terminales de la fase T, y asigne a la medición la potencia P2 el signo negativo. 4.2.Energice el banco, y permita que la máquina de inducción opere como motor, para lo que deberá alimentarle con 220V. en estas condiciones mida la velocidad.

Se tomaron como mediciones adicionales la corriente de línea y la potencia total.

4.3.Energice la máquina de continua y lentamente vaya incrementando el voltaje aplicado a la armadura, hasta llegar a 120V.Cuide de no sobrepasar substancialmente los cuatro amperios en la armadura. En estas condiciones el motor de continua estará aproximadamente con campo. Luego, en aproximadamente 5 pasos, vaya incrementando la corriente de campo hasta obtener una potencia d el generador de inducción de 40 vatios. Para cada paso registre los datos pertinentes en la siguiente tabla. MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Va Ia Vf If PT (V) (A) (V) (A) (W) 117 4 151,6 0,1579 117 3,5 168,7 0,1623 117 3 178,3 0,1719 117 2,4 191,5 0,1837 117 2,2 198,4 0,1908 117 1,8 209,9 0,2007

GENERADOR DE ALTERNA Vp Ip P1 P2 Pt (V) (A) (W) (W) (W) 220 1,9 80 360 220 1,87 80 360 220 1,8 100 340 220 1,76 120 320 220 1,76 140 320 220 1,7 140 300

RPM 1822 1822 1817 1816 1812 1810

NOTA: Debido a fallas en el botón de potencias del maletín de m edida solo se podían tomar los valores de P1 y PT sujetando el botón para que este no se desconectara. 5.

INFORME:

5.1.Para cada paso del punto 4.3. calcule las potencias y registre en esa tabla.

Va (V) 117 117 117 117 117 117

Ia (A) 4 3,5 3 2,4 2,2 1,8

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Vf If Pa Pf PT (V) (A) (W) (W) (W) 151,6 0,1579 468 23,93764 491,93764 168,7 0,1623 409,5 27,38001 436,88001 178,3 0,1719 351 30,64977 381,64977 191,5 0,1837 280,8 35,17855 315,97855 198,4 0,1908 257,4 37,85472 295,25472 209,9 0,2007 210,6 42,12693 252,72693

GENERADOR DE ALTERNA Vp Ip P1 P2 Pt RPM (V) (A) (W) (W) (W) 220 1,9 80 280 360 1822 220 1,87 80 280 360 1822 220 1,8 100 240 340 1817 220 1,76 120 200 320 1816

220 1,76 140 180 320 1812 220 1,7 140 160 300 1810 5.2.En un mismo grafico, dibuje las curvas velocidad vs. potencia y velocidad vs. Corriente.

I C E T P

FIG.2. CURVAS CORRIENTE Y POTENCIA VS. VELOCIDAD 5.3.Para cada paso del punto 4.3. determine la potencia reactiva. En base a la formula general de potencia trifásica:

Nota: formula 51 del estándar de la IEEE 112-1996 pag 29 Se despeja el valor del ángulo φ para cada caso de la tabla 4.3.

Luego se calcula la potencia reactiva a partir del triangulo de potencias.

GENERADOR DE ALTERNA

Pt (W) 360 360 340 320 320 300 PROMEDIO

Ángulo GRADOS 60,182468 59,6542702 60,2837652 61,5006375 61,5006375 62,4116916 60,922245

Q (VAR) 628,149664 614,938924 595,691195 589,382321 589,382321 574,132389 598,612802

5.4.Utilizando los datos de los parámetros de circuito equivalente, obtenidos en los experimentos anteriores, determine, para cada velocidad del punto 4.3, la pot encia activa y reactiva, así como la corriente. Compare con lo medido y explique cualquier diferencia.

FIG.3. CIRCUITO EQUIVALENTE PARA LA MAQUINA DE INDUCCION Parámetro Valor R1 3,36 X1 j17,52 R2 4,18 X2 j17,52 Xm j106,5 Se calcula la Z del circuito equivalente visto desde los terminales del voltaje de salida, calculando primero el paralelo de R2/s + jX2 con jXm y luego sumando el valor de R1 +jX1:

La diferencia se debe a varias razones de entre las cuales se pueden citar los errores propios de los instrumentos de medición, los errores de lectura (paralaje), la variación del factor de potencia debido al deslizamiento ya que se tomo un valor promedio de deslizamiento a partir del valor promedio de velocidad de la tabla 4.3. 5.5. Determine la eficiencia de este sistema. Teóricamente la definición de eficiencia es muy simple:

Las formulas anteriores son el denominado método directo. La determinación de la eficiencia de una maquina de inducción es basada en la segregación de las perdidas, siendo estas las perdidas por fricción y las perdidas en el cobre asumidas constantes

Las pérdidas en el núcleo por fricción y rozamiento con el aire se consideran constantes independientemente de la carga. Los parámetros del circuito equivalente obtenidos de la práctica anterior se muestran en la siguiente tabla: Parámetro R1 X1 R2 X2 Xm

Valor 3,36 j17,52 4,18 j17,52 j106,5

La potencia disipada en el devanado del estator está dada por:

Por consiguiente, la potencia a través del entrehierro es:

La velocidad síncrona es 1800 rpm. Por lo que el deslizamiento es: -0,00855556 Por lo tanto:

Ahora, es posible calcular

y la potencia de salida en la flecha:

5.6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: En las graficas velocidad vs corriente y velocidad vs potencia puede notarse claramente la dependencia directa de estos valores con la velocidad aumentando o disminuyendo la potencia y la corriente que suministra el generador mientras aumenta o disminuye la velocidad, lo que es desventajoso en un SEP ya que la demanda no puede ser controlada y se le debe proporcionar la potencia que requiera en el momento que lo requiera con valores constantes de voltaje y frecuencia, es decir, una energía eficiente. El factor de potencia esta directamente relacionada con la velocidad debido al deslizamiento que varia la resistencia R2 y consecuentemente la impedancia equivalente del circuito equivalente. Se puede ver en los cálculos de la eficiencia del generador de inducción que no es una maquina altamente eficiente. Sobre los métodos para la determinación de la eficiencia de una maquina asíncrona podemos concluir que: -

-

-

En el método de la segregación de las pérdidas se determina la magnitud de las pérdidas totales a partir de la suma de todas las pérdidas que tienen lugar en el motor durante la conversión electromecánica. El método del torque en el eje es el procedimiento más directo y da los resultados más precisos en la evaluación de la eficiencia. Sin embargo, es de difícil determinación ya que requiere de un acoplamiento especial para determinar la potencia en el eje. El método del circuito equivalente se basa en la solución del circuito equivalente de estado estable, deducido en la modelación de la máquina asincrónica. Su ventaja fundamental radica en que la eficiencia y el comportamiento del motor se pueden

determinar para diferentes estados de carga. Es muy sencillo de aplicar. Su precisión depende de la exactitud de medición o estimación de los parámetros.

Como recomendación general para realizar esta práctica se debe considerar: -

-

Revisar las conexiones antes de energizar e sistema. Tomar en cuenta el sentido de giro cuando funciona como motor y el sentido de giro que tomara al encender el primotor (en este caso el motor de c.c.), un sentido inverso en los sentidos de rotación va ha producir un par contramecanico que va ha afectar notablemente el funcionamiento de las máquinas. Revisar el adecuado funcionamiento de todos los instrumentos de medición empleados en la práctica.

6. BIBLIOGRAFIA. 

E. Fitzgerald  – Charles Kingley  –  Stephen D. Umans, Máquinas Eléctricas, 4ta edición, McGraw



Jesús Fraile Mora, Máquinas Eléctricas, 5ta edición, , McGraw, 2003



Msc. Raúl León, Diapositivas de la materia de Máquinas Electricas, 2009