9.AlternadorTrifásico

U.P.T.C. Área de formación básica profesional Facultad Seccional Duitama Máquinas eléctricas I Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020705-09

PRACTICA DE LABORATORIO 9

ALTERNADOR TRIFASICO

INTRODUCCION

Las dinamos de A.C. funcionando como generadores se conocen como alternadores, los

alternadores pueden ser monofásicos o polifásicos, pero por lo demás, las características de

vacío y con carga son similares, siendo importante el conocimiento de éstas para el

aprovechamiento de sus propiedades.

1. OBJETIVOS

Determinar las características en vacío y en cortocircuito para el alternador trifásico.

Determinar el comportamiento de las características con carga para los distintos tipos

de esta.

2. GENERALIDADES

2.1 EL ALTERNADOR

Es posible construir dinamos síncronas de campo estacionario, así como de campo

giratorio. Las dinamos síncronas de campo estacionario tienen una construcción idéntica a

las dínamos de D.C. y el devanado de campo se excita mediante una fuente de D.C.,

mientras que el devanado de armadura se conecta con anillos rozantes, al igual que a un

conmutador. Esta dínamo puede funcionar como un generador síncrono de armadura

giratoria, así como motor. En la dinamo síncrona de campo rotatorio una fuente de D.C.

suministra corriente al devanado de campo mediante dos anillos rozantes, y la armadura se

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conecta en forma directa una carga o una fuente polifásica de A.C. Aunque se pueden usar

ambos tipos de construcción de un alternador, se prefiere la construcción en la cual la

armadura es estacionaria y el campo es rotatorio.

2.1.1 Ventajas de la construcción con armadura estacionaría y campo giratorio. La idea de

hacer estacionaría la armadura es un poco confusa ya que lo más normal sería sacar la

corriente alterna generada por la armadura en movimiento, a anillos rozantes y la corriente

generada por la misma armadura en movimiento a delgas de conmutación.

De este modo se tendrían dos dinamos universales que pueden suministrar corriente directa

así como corriente alterna o ambas en forma simultánea, de hecho esto se hace en un

convertidor síncrono, sin embargo existen varias razones por la cual la idea de una dínamo

universal con armadura de AC giratoria no es ventajosa frente a la configuración de una

armadura estacionaría, ya que una vez se hace estacionaría la armadura no se necesita el

cambio de AC a D.C. mediante conmutación y sólo se genera A.C.

Dentro de las ventajas más importantes están:

Mayor resistencia de los dientes de la armadura.

Menor reactancia de la armadura.

Mejor aislamiento.

Construcción más rígida.

Menor número de anillos aislados.

Menor peso e inercia del rotor.

Ventilación y mejor disipación de calor.

2.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS ALTERNADORES

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2.2.1 Característica en vacío . Representa la relación entre la tensión generada en

función de la corriente de excitación. Esta característica representa la curva de magnetismo

de la máquina y es la base para decidir si la máquina está bien diseñada.

Figura 1. Característica en vacío del alternador.

2.2.2 Característica en cortocircuito . Representa la relación entre la corriente de

cortocircuito en función de la corriente de excitación, manteniendo la velocidad constante.

Figura 2. Característica en cortocircuito del alternador.

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2.2.3 Característica con carga . Representa la relación entre la tensión en

terminales en función de la corriente de carga, manteniendo la velocidad constante. El

ensayo se realiza para diferentes factores de potencia dados por cargas inductivas,

capacitivas y resistivas.

Figura 3. Característica con carga del alternador

2.3 MÉTODO DE LA IMPEDANCIA SÍNCRONA PARA LA PREDICCIÓN DE LA

REGULACIÓN DE VOLTAJE

La diferencia entre el voltaje generado y el voltaje en terminales por fase de un alternador

es la caída de voltaje por impedancia síncrona: La caída de voltaje por impedancia síncrona

siempre es igual a la suma de la caída de voltaje por resistencia efectiva de armadura por

fase y a las caídas de voltaje de cuadratura equivalentes que se deben a la reactancia y

reacción de la armadura por fase para la misma carga.

En alternadores de muy alta potencia, cargarlos eléctricamente para determinar sus

características de voltaje y eficiencia es prácticamente imposible ya que se necesitaría una

carga tan alta como la de una ciudad muy grande, por tanto se acostumbra probar los

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alternadores de muy alta potencia por una técnica convencional que sin carga simula las

condiciones de carga, esta técnica se conoce como método de la impedancia síncrona y

consiste en pruebas de cortocircuito y circuito abierto, siendo necesarias tres mediciones

para conocer la regulación.

Las diversas ecuaciones de regulación se presentan en términos de las caídas de voltaje

producidas por la resistencia efectiva de armadura por fase (R) y por la reactancia síncrona

por fase ( ), por tanto la reactancia síncrona es:

(Ec. 1)

Donde SZ es la impedancia síncrona por fase y es igual a:

(Ec. 2)

Figura 4 Alternador trifásico.

Localización: Laboratorio de máquinas eléctricas U.P.T.C Duitama.

2.4 PRECAUCIONES

Se deben seguir los requisitos de seguridad expuestos en la práctica de laboratorio 1.

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2.5 AUTOEXAMEN

a. ¿Qué hace que una dínamo síncrona de campo estacionario pueda trabajar con

generador síncrono o como motor?

b. Al aplicar corriente directa a las escobillas de una dínamo síncrona de campo

estacionario, ¿trabajará simultáneamente como motor D.C. y como alternador de

A.C.?

c. Describa las ventas del uso de los alternadores polifásicos frente a los alternadores

monofásicos.

d. Describa cada una de las ventajas enunciadas en el numeral 2.1.1.

3. MATERIALES Y EQUIPOS

Tabla 1. Equipos.

Cantidad Elemento Observación

1 Fuente de tensión continua 0-115 V, 50 A

1 Amperímetro 0-5 A A.C.

1 Amperímetro 0-50 A A.C.

1 Voltímetro 0-250 V A.C.1 Tacómetro

Tabla 1. Materiales.

Cantidad Elemento Observación

1 Alternador trifásico 3.8 kVA, 220/380 V 10/5.8 A, 1800 rpm, 60 Hz

1 Motor trifásico 3.8 kVA, 220/380 V, 10/5.8 A, 1800 rpm, 60 Hz

1 Puente de Wheastone1 Reóstato de excitación1 Carga resistiva variable1 Carga inductiva variable1 Carga capacitiva variable

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4. PROCEDIMIENTO

4.1 CARACTERRISTICA EN VACIO

1) Monte el circuito de la figura 5 y Revise las conexiones. Con el circuito de excitación

desconectado ponga en marcha el conjunto y mida la tensión en terminales. .

2) Cierre el circuito de excitación y por medio del reóstato (R) aumente gradualmente la

excitación hasta que la tensión supere en 20 o 25% la excitación nominal. Empiece

luego a disminuir la excitación hasta cero, abra el circuito de excitación y tome el valor

de la tensión en terminales. Consigne los valores medidos en la tabla 3.

Figura 5. Circuito para la determinación de la característica en vacío.

4.2 CARACTERÍSTICA EN CORTOCIRCUITO

1) Monte el circuito de la figura 6. con la excitación abierta ponga en marcha el conjunto.

2) Cierre el circuito de excitación y aumente lentamente la corriente, teniendo en cuenta

que la corriente de cortocircuito no sobrepase 1.5 veces la intensidad nominal. Tome

simultáneamente los valores de las corrientes de excitación y de cortocircuito y

consigne los valores en la tabla 4.

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4.3 REACTANCIA E IMPEDANCIA SÍNCRONAS

1) Por medio del puente de Wheatstone mida la resistencia de inducido entre dos

terminales de éste. Tenga presente la conexión de inducido del alternador (estrella o

triángulo).

Figura 6. Circuito para el ensayo en cortocircuito.

4.4 CARACTERÍSTICA CON CARGA

1) Monte el circuito de la figura 7 y revise las conexiones. Con la carga desconectada

ponga en marcha el grupo y gradúe la corriente de excitación hasta obtener la tensión

nominal. Mantenga la excitación constante.

2) Aumente progresivamente la carga resistiva y tome las lecturas de la tensión en

terminales , de la velocidad n y de la corriente de carga .

3) Repita el procedimiento para las cargas inductivas y capacitivas. Consigne los valores

medidos en la tabla 5.

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Nota: La carga debe estar dispuesta en estrella o en triángulo y debe ser balanceada.

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5. TOMA DE DATOS

Tabla 3 Característica en vacío.

n (rpm)=

Creciente Decreciente

Tabla 4 Característica en cortocircuito.

n (rpm)

Tabla 5 Característica con carga.

Carga n (rpm)

Resistiva

Carga n (rpm)

Inductiva

Carga n (rpm)

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Capacitiva

6. CARACTERISTICAS A OBTENER

1) Dibuje las características en vacío, cortocircuito y con carga.

2) Determine los valores de reactancia e impedancia síncronas a la tensión nominal.

3) Halle la impedancia síncrona para valores comprendidos entre cero y el valor

nominal. Dibuje la característica .

7. CUESTIONARIO

1. Haga un cuadro comparativo entre las características y las propiedades de un

alternador trifásico y monofásico.

2. ¿Cuál es el factor de potencia más adecuado (si existe alguno) para colocarlo como

carga al alternador trifásico?

3. Enuncie la ecuación básica el generador para factor de potencia unidad, factor de

potencia el retraso y factor de potencia en adelanto.

4. ¿De qué depende la fase de la corriente de armadura (con respecto a voltaje generado

por el alternador)?

5. En una dínamo síncrona de campo rotatorio, ¿si la armadura del estator se conecta con

una fuente de AC monofásica, la dínamo funcionará como motor síncrono?

BIBLIOGRAFIA

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