Practica de laboratorio de maquinas electricas

´ QUINAS ELE ´ CTRICAS GU´IAS DEL LABORA TORIO TORIO DE M A 

´ SICO ONO TRIF A  MOTOR  S´INCR ONO

 Y 

´ N  DEL GENERADOR  SINCRONIZA CI CIO

´ SICO ONO TRIF A   A. MOTOR  S´ INCR ONO

las redes el´ectricas ectricas trif ´ asicas, se conocen como condensadores sincro ´nicos.

I. Objetivo Despues e´s de completar este ejercicio, usted estara ´ en capacidad de demostrar como ´omo hacer arrancar un motor sincro ´nico, as´ı como algunas carodulo Moacter´ısticas del mismo, empleando el m´odulo tor/Alternador. Presentacion on ´

ısticas mas Las caracte r´ısticas ´as interesantes del motor f  sico son su capacidad para funcionar s´ıncrono ıncrono tri ´a elocidad que el campo magn´ etico etico gia la misma  v elo ratorio, operar con el factor de potencia unitario y suministrar potencia reactiva a una fuente CA, un motor asincronico ´onico siempre consume potencia reactiva, tanto si funciona como motor o como generador. Eso se debe a que el motor de induccio ´n  jaula de ardilla requiere potencia reactiva para producir el campo magn´ etico etico giratorio en el caso del motor s´ıncrono ıncrono trif a ´sico, dicho campo es la suma de los campos magn´eticos producidos por el estator  y  el rotor. Si el campo del rotor es d´ebil, ebil, el estator de bera ´ contribuir con casi to da la potencia reactiva para el campo magn´etico etico giratorio. De esta manera, el motor consume potencia reactiva como un inductor o un motor asincr onico. ´onico. Sin em bargo, si el campo del rotor es fuerte, el estator actu ´a ´a disminuyendo el campo resultante y as´ı, el motor suministra potencia reactiva igual que un condensador. En la figura18se muestra el grafico ´afico potencia reactiv a Q en funcio ´n de la corriente de camp o I f (corriente en el electroim´ an del rotor) de un moıo. Miensinc o nico f  sico funcionando r tor ´  tri a ´ en v ac´ıo. tras la corriente de campo I f es m´ınima, el campo magn´etico etico producido por el rotor es d´ebil ebil  y  el motor consume un maximo ´aximo de potencia reactiv a (Q es positiva). Cuando la corriente I f aumenta a causa del incremento de la fuerza del campo magn´ etico etico producido por el rotor, el consumo de la potencia reactiva cae a cero, en el momento que la corriente I f excede cierto valor que depende de las caracetico del rotor ter´ısticas del motor, el campo magn´etico es tan fuerte que el motor comienza a suministrar la potencia resistiva, es decir, Q se vuelve negativa, como se muestra en la figura18. figura18 . En la figura18 muestra que un generador sincro ´nico trif a ´sico sin carga acoplada, se comporta igual que una carga reactiva trif a ´sica, cuya naturaleza (inductiva o capacitiva) y valor dependen de la corriente If. Por lo tanto, cuando estos motores funcionan en vacío  y se utilizan para regular el factor de potencia de

26

El gra ´fico corriente de l´ınea en funcio ´n de la corriente de campo I f  ıncrono trif ´asico, f  para un motor s´ es una curva tipo V , semejante a la que ilustra la figura figura19. Dicho grafico ´afico muestra que se puede hacer m´ınima la m´ınima la corriente de l´ınea del l´ınea del motor, ajustando la corriente de campo I f con un valor apropiado. La corriente de campo necesaria para hacer m´ınima la corriente de l´ınea es la misma que aquella requerida para reducir la potencia reactiva a cero. Por lo tanto, la potencia reactiva del motor es cero cuando la corriente de l´ıneaes l´ınea esm´ınima. m´ınima. or inComo  y a se menciono ´ anteriormente, el ma y or con v eniente de los motores sincro ´nicos trif ´asicos es que no arrancan f acilmen ´acilmente.

Resumen del proceso

En la primera parte del ejercicio, usted mon- tar´a el equipo en el puesto de  traba jo, lo conec- tar´ a como lo muestra la figura20 y  realizar´ a los a justes apropiados en el modulo ´odulo Motor de impulsio ´n/Dinamometro. ´ometro. era omo hacer arrancar un En la segunda parte,  v er ´ c´omo motor sincro ´nico trif a ´sico con rotor a electroim´an. as,  v ariar ariara  Adem´as, ´ la corriente de campo por etapas para ver si eso afecta la velocidad del motor y la corriente de l´ınea. En la tercera parte, usted  v ariar ariara ´ la corriente de campo por etapas. En cada una, registrara ´ en la  tabla de datos diferentes par´ ectricos relacionados con el motor ametros el´ectricos s´ıncrono ıncrono trif ´asico. Finalmente, utilizar´a esos datos arios graficos para  trazar  v arios ´aficos  y  determinar muchas de las caracter´ısticas de dicho motor.

II. Preinforme 1.

2. 3. 4.

5. 6. 7.

 Haga la respectiva lectura del resumen y conclusiones anteriores, con el fin de obtener un buen desarrollo de la  pra´ctica. Describa el funcionamiento de una maquina ´aquina s´ıncrona (caso generador y motor). aquina s´ıncrona? ¿Por qu´e se conoce como m´aquina Explicar las condiciones que deben tenerse en cuenta cuando se conecta un generador s´ıncrono a la red. Explique los m´eto eto dos utilizados para sincronizar un generador a la red. ¿Como ´omo se puede evitar que un generador s´ıncrono absorba energ´ıa de la red? ¿Qu´e es un sincronoscopio  y  para qu´e sirv e?

´ QUINAS ELE ´ CTRICAS GU´IAS DEL LABORA TORIO DE M A  omo puede ayudar un motor s´ıncrono a cor8. ¿C´ 9. 10. 11.

12.

13.

regir el factor de potencia? ¿Por qu´e un motor s´ıncrono no tiene par de arranque? Explique. Describa dos m´etodos utilizados para poner en marcha un motor s´ıncrono. on de Explique qu´e influencia tiene la  v ariaci´ la potencia entregada a un generador s´ıncrono conectado a la red cuando se mantiene constante el campo. ¿Qu´e influencia tiene la  v ariaci´on de la potencia mec´anica entregada a un generador s´ıncrono aislado cuando se mantiene constante el campo? Explique. ¿Qu´e influencia tiene la  v ariaci´on de la excitacio ´n sobre un generador s´ıncrono conectado a la red cuando se mantiene constante el torque de entrada? Explique.

III. Lista de materiales Materiales del laboratorio •

Motor impulsio ´n  y  Generador s´ıncrono  LabVolt .

Materiales del almac´en •

Mult´ımetro.

•

Cable USB. Correa. ´n. 30 Cables de conexio

•

Destornillador.

•

Resistencia de 330 Ω.

•

•

4. Ejecute LVDAM para visualizar la venta

 Aparatos de Medicio ´n. 5. Conecte los equipos como lo muestra la figura ´n en paralelo de las 20. Realice la conexio odulo carga resistiv a para tres secciones del m´

obtener la resistencia R1. odulo Motor de im6.  Ajuste los controles del m´ pulsio ´n/Dinam´ometro de la siguiente forma: Selector Modo....DIN, Selector Modo Control de Carga....MAN, Perilla Control de ´ X (derecha), Selector  VisualCarga....M A  izador....VELOCIDAD (η)  ARRANQUE DE UN MOTOR ´ SICO INCR ONO TRIF A  S´ onico, coloque 7. En el Motor/Alternador sincr´

´ N en la posici´on I el interruptor EXCIT A CIO ´ N com(cerrado)  y  gire la perilla EXCIT A CIO pletamente hacia la derecha. Encienda la fuente de alimentacio ´n  y  a juste la perilla de control de tensio ´n para que las tensiones de l´ınea, indicado por el medidor E1 y el nominal del motor sincro ´nico resulten iguales. En el espacio en  blanco de m´as aba jo, anote el par de arranque (τ arranque) del motor sincro ´nico. ´n del τ ar  anque =......N.m (lbf-plg) (electroima rotor conectado) r 

onico, coloque 8. En el Motor/Alternador sincr´

IV. Procedimiento

´ N en la posici´on el interruptor EXCIT A CIO as 0 (abierto). En el espacio en  blanco de m´ abajo, escriba el par de arranque τ arranque del motor sincro ´nico. an del τ ar  anque =......N.m (lbf-plg) (electroim´ rotor desconectado) Compare los pares de arranque obtenidos para el electroima ´n del rotor desconectado y  conectado. A partir de los resultados obtenidos hasta aqu´ı, ¿Concluir´ıa usted que es conveniente desconectar el electroim´ an del rotor antes de hacer arrancar el motor sincro ´nico? Explique brevemente. r 

1. Dentro del puesto de trabajo EMS, instale los

siguientes m´ odulos: la fuente de alimentacio ´n, el motor de impulsio ´n/Dinam´ometro, el Motor/Alternador sincro ´nico, la carga resistiv a  y  la interfaz para la adquisici´on de datos (D AI).  Acople mec´anicamente el motor de impulsio ´n/Dinam´ometro al motor/Alternador sincro ´nico. 2. En la fuente de alimentacio ´n asegu ´rese de que el interruptor principal est´e en la posici´ on 0 (apagado) y que la perilla de control de tensio ´n se encuentre girada completamente hacia la izquierda.  Aseg u ´ rese de que la fuente de alimentaci´ on est´e conectada a una fuente trif ´asica. ´N 3. Conecte las entradas  ALIMENT A CIO

BAJA  POTENCIA  de los m´odulos D AI  Y Motor de impulsio ´n/Dinam´ometro a la salida 24  V  CA  de la fuente de alimentacio ´n. En la fuente de alimentaci´ on, coloque el interruptor on I (encendido). 24  V  CA  en la posici´

27

9. En el motor de impulsio ´n/Dinam´ometro gire

lentamente la perilla de CONTROL DE CARGA  hasta la posici´on M´IN (completamente hacia la izquierda). Luego espere hasta que la  v elocidad del motor sincro ´nico se esta bilice y anote la velocidad η en el espacio en  blanco de m´ as aba jo. η=......r/min En el motor /Alternador sincro ´nico, gire la ´ perilla EXCIT A CIO N hasta la mitad de su alcance y luego coloque el interruptor EX´ N en la posici´on I (cerrada). ¿CamCIT A CIO  bia la velocidad η del motor?

´ QUINAS ELE ´ CTRICAS GU´IAS DEL LABORA TORIO DE M A 

En el espacio en  blanco de m´as aba jo, anote la velocidad η del motor. η=......r/min ¿Encuentra usted que ahora la velocidad η es igual a la velocidad nominal del Motor/Alternador sincro ´nico (v elocidad de sincronismo η )? s

´nico,  v ar´ıe 10. En el Motor/Alternador sincro

´N lentamente el a juste de la perilla EXIT A CIO ´ X, para cambiar entre las posiciones M´IN y M A  la corriente de campo I f . Mientras realiza lo anterior, observe la velocidad η  y la corriente de l´ınea I Linea del motor, que aparece en el medidor I1. ¿Encuentra usted que variando la corriente de campo If, cambia la velocidad η del motor? ¿Encuentra usted que la corriente de l´ ınea I Linea del motor var´ıa cuando se cambia la corriente de campo I f ? En el Motor/Alternador, coloque la perilla ´ N en la posici´on M´IN. EXIT A CIO

CARA CTER ´ ISTICAS DE UN ´ SICO O MOTOR  SINCR ´ NICO TRIF A  Cambie el valor del resistor R1 y ajuste la per´ N del Motor/Alternador illa de EXCIT A CIO sincro ´nico para que la corriente de campo de la tabla4pase del  v alor m´ınimo al m´aximo. Realice la operacio ´n anterior en 10 etapas igualmente espaciadas. Tenga en cuenta que para llevar la corriente de campo al  v alor m´aximo indicado en la tabla4, puede resultar necesario cortocircuitar el resistor R1. Para cada ajuste de dicha corriente, registre en la tabla de datos la tensio ´n de l´ınea (E Linea ) la corriente de l´ınea(I Linea), la corriente de campo (I f ), la potencia activa (P) y la potencia reactiva (Q) del motor (indicadas por los medidores E1, I1, I3, C, y A respectivamente). Para obtener una mejor curva I Linea Vs I f , conecte un reo ´stato de 330 Ω en serie con R1 . 12. Despu´ es de registrar todos los datos, gire la perilla de control de tensio ´n completamente hacia la izquierda y apague la fuente de alimentacio ´n. En la ventana tabla de datos, confirme que todos los datos fueron almacenados y edite la tabla para guardar s´olo los  v alores de l´ınea E linea, la corriente de l´ınea I Linea, la corriente de campo I f , la potencia activa P y la potencia reactiva Q del motor (valores se las columnas E1, I1, I3, C y A, respectivamente). 11.

13. Realice la gr´ afica de corriente de l´ınea I Linea

del motor (obtenida del medidor I1) en funcio ´n de su corriente de campo I f (obtenida del medidor I3)

28

afico anterior determine la corriente de Del gr´ campo I f que hace m´ınima la corriente de la l´ınea I Linea del motor. En el espacio en blando de m´ as aba jo, anote el  v alor resultante. I f =......A (para la m´ınima corriente de l´ınea del rotor) afico de las potencias activ a (P) 14. Realice un gr´  y  reactiva (Q) del motor, en funcio ´n de su corriente de campo I f (obtenida del medidor I3). ¿Encuentra usted que variando la corriente de campo I f , cambia sensiblemente la potencia  activ a que consume el motor sincro ´nico? Cuando la corriente de campo I f aumenta, ¿C´omo  v ar´ıa la potencia reactiva Q? ¿Se podr´ıa utilizar un motor sincro ´nico funcionando en vac´ıo para mejorar el factor de potencia de una red el´ectrica trif ´ asica? Explique  brevemente. afico del numeral 14 a fin de deter15. Utilice el gr´ minar la corriente de campo I f , para la cual la potencia reactiva Q es cero. Anote su resultado en el siguiente espacio en blanco. I f =......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 l´ınea I Linea del motor.  A partir de los resultados obtenidos hasta aqu´ı,¿puede usted concluir que la corriente de l´ıneadel motor es m´ınima cuando la potencia reactiva es cero? 16. Coloque el interruptor 24 V CA de la fuente en la posici´ on 0 (apagado)  y  desconecte todos los cables.

Conclusio ´n En este ejercicio, usted ha visto que durante el arranque de un motor sincro ´nico se debe desconectar el electroim´ an del rotor para obtener un par elevado. Luego, ha observado que una  vez que dicho motor gira a una velocidad suficientemente alta, se puede conectar el electroim´ an del rotor para hacer girar el motor a la  velocidad de sincronismo ηs. As´ı mismo, usted ha encontrado que variando la corriente de campo I f del motor sincro ´nico (corriente en el electroim´ an del rotor) se  v ar´ıa su corriente de l´ınea as´ı como su potencia reactiva Q. Tambi´en aficos de I Linea , de la potencia ha trazado gr´ activa P y de la potencia reactiva Q del motor en funcio ´n de su I f . Ha podido encontrar que la I Linea del motor sincro ´nico se puede hacer m´ınima, a justando su I f .  Adem´as ha obser v ado que el motor sincro ´nico puede extraer o suministrar potencia reactiva Q, segu ´n el  valor de su corriente de campo I f . Finalmente,

´ QUINAS ELE ´ CTRICAS GU´IAS DEL LABORA TORIO DE M A 

puede observar que lo anterior permite utilizar este tipo de motores trif ´ asicos como condensadores sincro ´nicos para mejorar el factor de potencia de las redes el´ectricas trif ´ asicas.

•

3. La potencia reactiva en un motor sincro ´nico

sin carga esm´ınima cuando: •

 V. Informe

•

Fuera de responder las preguntas del procedimiento, tam bi´en responder las siguientes preguntas:

•

•

que se conoce:

trif ´asico aumenta cuando: •

•

•

•

El electroima ´n del rotor esta´ conectado. El electroim´an del rotor esta ´ desconectado. El factor de potencia de la red el´ectrica es igual a la unidad Se aplica una fuente CC a uno de los arrollamientos del estator.

•

•

•

•

•

conectado a una red el´ectrica CA  trif ´ asica, el factor de potencia resultante depende: •

•

El motor asincr´onico. El motor jaula de ardilla. El motor de fase partida. El motor sincro ´nico operando en  v ac´ıo.

´nico con 5. La jaula de ardilla en un motor sincro un rotor a electroima ´n:

2. Cuando un motor sincro ´nico sin carga esta ´

•

La corriente de l´ınea es m´axima. La corriente de l´ıneaes m´ınima La corriente de l´ınea es igual a la corriente de campo. La corriente de campo esm´ınima.

´nico es otro nom bre con 4. Condensador sincro

onico 1. El par de arranque de un motor sincr´ •

De la corriente de l´ınea.

•

De la velocidad del motor. De la potencia activa consumida por el motor. Del valor de la corriente de campo.

•

Minimiza la corriente de l´ıneadel motor. Previene la saturacio ´n del electroim´an del rotor. Permite que el motor arranque cuando se aplica una alimentacio ´n CA  a los arrollamientos del estator. Permite que el motor funcione como un condensador sincro ´nico.

Q[V ar ]

E motor consume portencia reactiva I f [ A]

El motor suministra portencia reactiva

Figura 18: Potencia reactiv a Q en funcio ´n de la corriente de campo I f para un motor sincro ´nico trif ´asico funcionando. Tensio ´n de l´ınea [V]

R1 [Ω]

120 220  240 

57 210 229

Tabla 3:  V alor de R1 para diferentes tensiones de alimentacio ´n.

29

´ QUINAS ELE ´ CTRICAS GU´IAS DEL LABORA TORIO DE M A 

I L[ A]

Cruva a carga nominal Cruva a media carga Cruva en vac´ıo I f [ A] Figura 19: Corriente de L´ınea

I L

en funcio ´n de la corriente de campo

+

+

I f  para

un motor sincro ´nico trif ´asico.

I 1

Motor s´ıncrono

E 1

ωm

208V LL

Motor de

+

impulsio ´n

-120V  C D

E 2

+

+ +

I 2

I 3

R1

120V DC

Figura 20: Motor sincro ´nico acoplado al dinamo ´metro. Tensio ´n de l´ınea [V]

120 220 240

Corriente de campo 300 a 900 100 a 500 100 a 500

I f [mA]

Tabla 4: Gama de corrientes de campo I f . ´ N DEL GENERA DOR  B. SINCRONIZA CIO

I. Objetivo Despue´s de completar este ejercicio, podr´ a sincronizar un generador sincro ´nico trif ´asico con la red de energ´ıa el´ectrica, empleando el m´ odulo odulo de sinMotor/Alternador sincro ´nico  y  el M´ cronizacio ´n.

sume actualmente. Dado que todos los d´ıas se consume una enorme cantidad de esa energ´ıa, las redes el´ectricas de CA  cuentan, en general, con gran nu ´mero de generadores sincro ´nicos funcionando todos con la misma frecuencia. Cuando la demanda de potencia aumenta, se conectan generadores adicionales a la red el´ectrica.  Antes de conectar un generador sincro ´nico trif ´asico a dicha red, es necesario respetar las siguientes condiciones:

Presentaci´ on •

Los generadores sincro ´nicos trif ´asicos producen la ma y or parte de la energ´ıa el´ectrica que se con-

30

La frecuencia de las tensiones producidas por el generador sincro ´nico debe ser igual a la frecuencia de la red el´ectrica.

´ QUINAS ELE ´ CTRICAS GU´IAS DEL LABORA TORIO DE M A 

•

•

•

La amplitud de las tensiones producidas por el generador tiene que ser igual a aquella de las tensiones de la red el´ectrica.

colo cado en la posici´ on abierto. Un  v olt´ımetro  V  y un frecuenc´ımetro f  est´ an conectados a la salida del generador para medir su tensio ´n  y  su frecuencia.

La secuencia de fases de las tensiones producidas por el generador debe ser la misma que aquella de la red el´ectrica.

La velocidad y la corriente de campo del generador sincro ´nico se a justan primero para que la frecuencia ´n de dicho generador sean aproximada y  la tensio mente iguales a aquellos de la red el´ectrica de CA la luminosidad de las l´ amparas cambiar´ a en sincronismo cuando las secuencias de fases del generador  y de la red sean las mismas. Por otra parte, la luminosidad de las l´ amparas cambia fuera de sincronismo cuando las secuencias de fases del generador  y  de la red no son iguales. En este u ´ltimo caso, se deber´ an intercambiar dos de las tres conexiones de los conductores de l´ınea del generador sincro ´nico, para invertir su secuencia de fases.

Las tensiones producidas por el generador tienen que estar en fase con las tensiones de la red el´ ectrica.

Una vez cumplidas todas las condiciones anteriores, se dice que el generador est´ a sincronizado. Nunca se debe conectar un generador sincro ´nico a una red el´ectrica de CA  antes de v erificar el sincronismo. Si se conectara un generador que no est´ a sincronizado con dicha red, se pro v ocar´ıan dan ˜ os muy serios en el generador a causa del gran par que resultar´ıa aplicado a su eje y a las enormes corrientes que circular´ıan en sus arrollamientos. onico a una Despue´s de conectar un generador sincr´ red el´ectrica de CA  no ha y  circulacio ´n de corriente entre los dos, debido a que ambos producen tensiones con igual amplitud y fase. Como resultado, el generador no entrega potencia activa ni reactiva a la red el´ectrica de CA  en este caso se dice que el generador esta ´ flotando sobre la red.  Adem´as, la frecuencia ya no se puede cambiar ajustando el par aplicado a su eje porque la red el´ectrica es tan fuerte que impone su propia frecuencia. No obstante, ajustando el par aplicado al eje del generador se puede cambiar la cantidad de potencia activa que se intercambia entre el generador y la red. Incrementado el par, aumenta la potencia activa que se entrega a dicha red. A la inversa, disminuyendo el par, decrece la cantidad de potencia activa suministrada a la red el´ectrica de CA  incluso, si se llevara a cero el par aplicado al eje del generador, ´este podr´ıa recibir potencia activ a de la red el´ectrica  y  funcionar como motor sincro ´nico.

 Al igual que en los motores sincro ´nicos trif ´asicos, la cantidad de potencia reactiva que se intercam bia entre el generador sincro ´nico  y  la red el´ectrica de CA se puede variar ajustando la corriente de campo. Por lo general, esta se ajusta para que no haya intercambio de potencia reactiva entre el generador y la red, es decir, para que el factor de potencia del generador sea unitario. Esto hace que las corrientes de l´ınea resulten muy pequen ˜ as y permite reducir al m´ınimo el taman ˜ o de los conductores que interconectan el generador con la red el´ectrica. La figura21muestra un circuito simple utilizado para sincronizar y conectar un generador a una red el´ectrica de CA  en este circuito se puede apreciar un generador sincro ´nico trif a´sico conectado a una red el´ectrica trif a ´sica (fuente de energ´ıa trif ´asica) a tra v ´es de tres l´amparas  y  un interruptor trip olar 31

Una vez que la secuencia de fases del generador sinco ´´onico est´a correcta, se aju sta la  v elocidad del generador de manera que el ritmo con que la luminosidad de las l´ amparas cambia sea lo m´ as  ba jo posible. De esta manera se ajusta la frecuencia del generador con aquella de la red. Despu´es se ajusta la corriente de campo del generador de manera que las l´ amparas disminuy an su luminosidad hasta apagarse completamente. De este modo se ajusta la tensio ´n del generador con aqu´el de la red el´ectrica. Luego se puede cerrar el interruptor en un momento que las l´ amparas est´en apagadas (las tensiones est´ an en fase s´olo en esos instantes) para conectar con toda seguridad el generador a la red. Resumen del proceso

En la primera parte del ejercicio, usted mon- tar´a el equipo en el puesto de  traba jo, lo conec- tar´ a como lo muestra la figura22 y  realizar´ a los a justes odulo Motor de imapropiados en el m´ pulsio ´n/Dinam´ometro. En la segunda parte, sincronizar´a el generador sincro ´nico trif ´asico con la red el´ectrica trif ´asica  y luego lo conectar´ a a dicha red. En la tercera parte del ejercicio, se  v ariar´a el par aplicado al eje del generador y la corriente de c ampo a c´omo esto afecta el funcionamiento I f  y  observar´ del generador sincro ´nico. II. Lista de materiales Materiales del laboratorio •

Motor impulsio ´n  y  Generador s´ıncrono  LabVolt .

Materiales del almace´n •

•

•

•

Mult´ımetro. Cable USB. Correa. ´n. 30 Cables de conexio

´ QUINAS ELE ´ CTRICAS GU´IAS DEL LABORA TORIO DE M A 

•

Destornillador.

III. Procedimiento 1. Dentro del puesto de trabajo EMS, instale la fuente de alimentacio ´n, el motor de im-

pulsio ´n /Dinam´ometro, el motor/Alternador sincro ´nico, el M´odulo de sincronizacio ´n  y  la interfaz para la adquisici´ on de datos (D AI).  Acople mec´anicamente el motor de impulsio ´n/Dinam´ometro al motor /alternador sincro ´nico.

9.

10.

2. En la fuente de alimentacio ´n asegu ´rese de que el interruptor principal est´e en la posici´ on

0 (apagado) y que la perilla de control de tensio ´n se encuentre girada completamente hacia la izquierda.  Aseg u ´rese de que la fuente de alimentaci´ on est´e conectada a una fuente trif ´asica. ´N 3. Conecte las entradas  ALIMENT A CIO BAJA POTENCIA de los m´odulos D AI  y  Motor de impulsio ´n/ Dinamo ´metro a las salida 24  V  CA  de la fuente de alimentacio ´n. En la fuente de alimentacio ´n, coloque el interruptor on I (encendido) 24  V  CA  en la posici´ 4. Ejecute LVDAM para visualizar la ventana

aparatos de medicio´n. 5. Conecte el equipo como se muestra en la figura

21. En el motor/alternador sincro ´nico, coloque ´ el interruptor EXCIT A CIO N en la posici´ on ´ I (cerrado)  y  la perilla EXCIT A CIO N en la on media. posici´ En el m´odulo de sincronizacio ´n, coloque el inon 0 (abierto) terruptor en la posici´ 6.  Ajuste los controles del m´ odulo motor de im-

pulsio ´n/dinam´ometro de la siguiente forma: Selector Modo....MOTOR DE IMPUL (M.I), Selector Visualizador....VELOCIDAD (η).

11.

12.

Observ e las l´amparas del m´odulo de sincronizacio ´n. La secuencia de fases del generador sincro ´nico, ¿concuerda con aquella de la red el´ectrica trif ´asica?  Apague la fuente de alimentacio ´n sin modificar al a juste de perilla control de tensio ´n. En el Motor/alternador sincro ´nico, intercam bie las conexiones de los conductores en los terminales 1 y 2. Encienda la fuente de alimentacio ´n Observ e las l´amparas del m´odulo de sincronizacio ´n La secuencia de fases del generador sincro ´nico ¿concuerda con aquella de la red el´ectrica trif ´asica? ¿Por qu´e? En la fuente de alimentacio ´n a juste la perilla de control de tensio ´n para que la luminosidad de las l´ odulo de sincronizacio amparas del m´ ´n cambie muy lentamente (si es necesario). En el instante que las l´amparas est´an completamente apagadas, ¿el generador est´ a sincronizado con la red el´ectrica trif a ´sica? En el m´odulo de sincronizacio ´n, coloque el interruptor en la posici´ on I (cerrado) en un instante que las l´ amparas est´en completamente apagadas. De esta manera, el generador sincro ´nico queda conectado a la red el´ectrica trif ´asica. En la  v entana aparatos de medicio´n, observ e la potencia activa indicada por los medidores. La potencia activa intercambiada entre el generador sincro ´nico y  la red el´ectrica trif a ´sica ¿es una cantidad importante? EFECTO DEL PAR Y DE LA CORRIENTE DE CAMPO SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR 

13. En la fuente de alimentacio ´n, gire lentamente

´ N DEL SINCRONIZA CIO GENERADOR 

´nico intercam7. En el motor/ alternador sincro  bie las conexiones de los conductores en los terminales 1 y 2. Encienda la fuente de alimentacio ´n  y  aju ste la perilla de control de tensio ´n para que el Motor de impulsio ´n gire a la velocidad nominal del Motor /Alternador sincro ´nico, menos aproximadamente 75 r/min. ´nico, a juste la 8. En el motor /alternador sincro

´ N para que la tensio perilla EXCIT A CIO ´n de salida l´ınea a l´ınea Eo del generador sincro ´nico (indicado por el medidor E1 de la ventana  Aparatos de Medicio ´n), sea igual al  v alor nominal.

32

la perilla de control de tensio ´n hacia la derecha hasta que el par indicado por el medidor T (par de entrada del generador) sea igual a -1,0 N.m (9,0 lbf-plg). Mientras realiza lo anterior, observe la potencia activa y la velocidad del generador. Nota: Cuando el valor indicado por los medidores es positiv o, el generador sincro ´nico entrega potencia activa Describa qu´e sucede.   ¿El generador sincro ´nico suministra potencia activ a a la red el´ectrica? 14. En la fuente de alimentacio ´n, gire lentamente la perilla de control de tensio ´n para que la po-

tencia activa indicada por los medidores disminuya hasta aproximadamente a cero. Mien-

´ QUINAS ELE ´ CTRICAS GU´IAS DEL LABORA TORIO DE M A 

tras realiza lo anterior, observe el par de enenerg´ıa activa que se intercambia entre dicho trada del generador que aparece en el medidor generador y la red. As´ımismo, se ha comproT.  bado que variando la corriente de campo del generador se altera la cantidad de potencia reEl generador sincro ´nico ahora est´a flotando soactiva que se intercambia entre dicho generonde pro viene la  bre la red el´ectrica. ¿De d´ ador  y  la red el´ectrica. potencia para  v encer la friccio ´n? ´n gire lentamente IV. Informe 15. En la fuente de alimentacio la perilla de control de tensio ´n completamente Fuera de responder las preguntas del procedhacia la izquierda. Mientras realiza lo anterior, imiento, tam bi´en responder las siguientes pregunobserve la potencia activa, el par de entrada tas: del generador y su velocidad, que aparecen en los medidores. ´nico 1.  Antes de sincronizar un generador sincro Describa qu´e sucede. con la red el´ectrica de CA, su secuencia de fases, su frecuencia  y  su tensio ´n deben ser: ¿Qu´e quiere decir lo anterior? 16. En la fuente de alimentacio Los mismos que aquellos de la red el´ectrica ´n, gire la perilla de control de tensio n h derec que ia la ha ´ ac hasta CA. el par indicado por el medidor T (par de enDiferentes de aquellos de la red el´ectrica trada del generador) sea igual a -1,0 N.m (9,0 CA. onico esta lbf-plg).  Ahora el generador sincr´ ´  Valores que dependan del generador y de entregando la potencia activa nominal (aproxsu motor de impulsio ´n. imadamente) a la red el´ectrica CA. Ninguna de las anteriores. En el motor/alternador sincr´onico, gire lenta2. Despu´ es de la sincronizacio ´n con la red ´ N hasta la mente la perilla EXCIT A CIO el´ectrica CA, la secuencia de fases, la frecuen´ X para incrementar la corriente on M A  posici´ cia  y  la tensio ´n de un generador sincro ´nico de campo. Mientras realiza lo anterior, obser´ an: serve las potencias activa y reactiva, el par Iguales a aquellos de la red el´ectrica CA. de entrada del generado y su velocidad, que Diferentes de aquellos de la el´ectrica CA. aparecen en los medidores.  V alores que dependera´n del generador  y Nota: Cuando el valor indicado por los medide su motor de impulsio ´n. dores de potencia reactiva es positivo, el genNinguna de las anteriores. erador sincro ´nico entrega potencia reactiv a. 3. ¿Qu´ e par´ ametros del generador sincro ´nico se Describa qu´e sucede. deben ajustar antes de conectarlo a la red ¿El generador sincro ´nico suministra potencia el´ectrica CA? reactiva a la red el´ectrica de C A? S´olo su secuencia de fases y  su frecuencia. onico, gire lenta17. En el motor/alternador sincr´ ´ N hasta la Solo su tensio ´n  y  su frecuencia. mente la perilla EXCIT A CIO ´ on MIN para disminuir la corriente de posici´ S´olo su secuencia de fases, su frecuencia y su tensio campo. Mientras realiza lo anterior, observe ´n. la potencia reactiva indicada por los medidores S´olo su  v elocidad. en la  v entana de aparatos de medicio ´n. onico flota sobre la 4. Cuando un generador sincr´ Describa que sucede. red el´ectrica, esto significa que: ¿Es posible ajustar la corriente de campo Su velocidad sube y baja con las fluctuapara que el factor de potencia del generador ciones de la red el´ectrica de CA. sincro ´nico resulte igual a la unidad? No se intercambia potencia activa ni reac18.  Apague la fuente de alimentacio ´n y  gire la p ertiv a con la red el´ectrica de CA. illa de control de tensio ´n completamente hacia Est´a sentado encima de una l´ınea l´ıquida. la izquierda. Luego, coloque el interruptor 24 La tensio ´n de salida es casi id´entica a la  V  CA  de la fuente en la posici´on (apagado)  y de la red el´ectrica. desconecte todos los cables. 5. La potencia  activ a para  v encer la friccio ´n deConclusio ´n  bida a la rotacio ´n de un generador sincro ´nico que est´ a flotando sobre la red de CA  pro viene En este ejercicio se ha sincronizado un generde: ador sincro ´nico trif ´asico con la red el´ectrica. La red. en se ha observado que  v ariando el par Tambi´ La fuente de alimentacio ´n. en el eje del generador se altera la cantidad de •

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

33

´ QUINAS ELE ´ CTRICAS GU´IAS DEL LABORA TORIO DE M A 

•

•

La fuente de potencia mec´anica acoplada al generador. La corriente de campo.

C.I. Hubert, “Electrical Machines: Theory, Operations, Applications, Adjustment and Control,” Prentice Hall. C.J. Chapman, “Electric Machinery Fundamental,” McGraw-Hill.

 V. Bibliograf ´ıa

 V 

f 

Generador s´ıncrono

Re

Figura 21: Circuito utilizado para sincronizar  y  conectar un generador a una red el´ectrica CA.

M´odulo de sincronizacio ´n

1

Genera or s´ıncrono ωm

120V DC

+

-

Motor de impulsio ´n

+ +

N

E 1

1

2

Red

3 E 2

+ +

I 2

I 3

+

120V DC

Figura 22: Circuito para desarrollar la pr´actica.

34