EEPQ3 GENERADOR SINCRONICO

5/8/2018 EEPQ3 GENERADOR SINCRONICO - slidepdf.com

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ELECTROTECNIA

GENERADOR SÍNCRONICO TRIFÁSICOCON ARRANQUE COMO ASÍNCRONO

mod. EE-PQ3

manual PROFESOR/ALUMNO



EEPQ3$$101S0.DOC

127-220 V / 60 Hz



INDICE

NORMAS DE SECURIDAD

Leer atentamente las advertencias contenidas en el presente manual, ya que

proporcionan informaciones importantes referentes a la seguridad durante la

instalación, el uso y el mantenimiento del equipo.

Conservar el presente manual para cualquier consulta adicional.

DESEMBALAJE

Tras haber quitado el embalaje, poner a un lado todos los accesorios de modo que no se

pierdan y cerciorarse de la integridad del equipo; en particular, que el mismo esté íntegro y

que no presente daños visibles.

Antes de conectar el equipo a la red de distribución eléctrica, cerciorarse de que los cables

estén conectados debidamente con la unidad de alimentación.

Los cables de alimentación deberán colocarse de manera tal como para que no puedan ser

pisados o aplastados por objetos.

El equipo presenta hendiduras y aperturas para la ventilación, al objeto de garantizar un

funcionamiento fiable del mismo y protegerlo contra el recalentamiento; las referidas

hendiduras y aperturas no deberán obturarse ni cubrirse. El equipo deberá situarse en una

posición que permita su aireación.

Cualquier operación de instalación del equipo deberá ajustarse a las instrucciones delfabricante y deberá realizarse utilizando los accesorios aconsejados.

Este equipo deberá destinarse sólo para el uso para el cual ha sido manifiestamente

concebido; es decir, como sistema didáctico, y deberá utilizarse bajo el directo control por

parte de personal experto. Cualquier otro uso deberá considerarse impropio y por lo tanto

peligroso.

El fabricante no podrá considerarse responsable de eventuales daños debidos a un uso

impropio, erróneo o irrazonable del sistema.

PRECAUCIONES

AI objeto de amparar la seguridad y la incolumidad del operador, así como el funcionamiento

del equipo, el uso de aparatos eléctricos contempla el cumplimiento de algunas reglas

fundamentales; en particular, deberán respetarse las normas de uso siguientes:

Temperatura ambiente entre 0°C y 45°C

Humedad relativa entre 20% y 80%

así como deberá evitarse cualquier cambio rápido de temperatura y humedad.

En caso de avena y/o mal funcionamiento, apagar inmediatamente el equipo y no efectuar

descomposturas. Para llevar a cabo una eventual reparación, dirigirse al centro de asistenciatécnica o pedir exclusivamente piezas de re puesto originales.

El incumplimiento de lo anterior podrá petjudicar la seguridad del equipo.



Si penetraran objetos o líquidos en el interior del equipo, desconectar el cable de alimentación

y pedir el control por parte de personal cualificado antes de utilizarlo nuevamente.

LIMPIEZA DEL SISTEMAUtilizar un paño suave y seco para la limpieza del armazón y del panel sinóptico. Jamás

utilizar insecticidas, productos químicos o disolventes.

VIBRACIONES E IMPACTOS

Prestar atención a no causar vibraciones o impactos.

1. Esta máquina deberá destinarse sólo para el uso para el cual ha sido manifiestamente

concebida; es decir, como máquina didáctica, y deberá utilizarse bajo el directo control

por parte de personal experto. Cualquier otro uso deberá considerarse impropio y por

consiguiente peligroso. EL fabricante no podrá considerarse responsable de eventuales

daños debidos a un uso impropio, erróneo o irrazonable de la máquina.

2. Todas las conexiones requeridas para alimentar la máquina o las máquinas eléctricas

deberán efectuarse con la máquina apagada y con las partes rotatorias inmóviles,

utilizando exclusivamente cables al efecto con clavija de 4 mm y protegidos contra los

contactos accidentales o de seguridad.

3. La máquina deberá accionarse sólo con las protecciones insertadas, al objeto de

salvaguardar las juntas de acoplo. Para satisfacer las exigencias de acoplo con otras

máquinas de la misma serie, algunas protecciones son de tipo móvil, las cuales deberán

insertarse para la salvaguardia del extremo que queda asequible.4. Si por exigencias especificas de uso de la máquina las juntas de acoplo quedaran

asequibles, como forma de protección deberá adoptarse el distanciamiento; la máquina o

el grupo de máquinas deberá situarse de forma tal como para que no sea alcanzado por el

operador durante su funcionamiento.



1

1. GENERADOR SINCRONICO TRIFASICO CON INDUCTOR ROTANTE

MAQUINA Mod. EE-PQ3

Se llaman sincrónicas las maquinas en donde la frecuencia y la

velocidad están ligadas estrechamente entre sí.

Estas comprenden los alternadores o generadores sincrónicos de

corriente alterna y los motores sincrónicos que, por su construcción, son

idénticos a los primeros. Un alternador puede funcionar como motor

sincrónico y un motor sincrónico como generador.

Para obtener las mejores condiciones de funcionamiento es bueno que la

máquina sea calculada y construida teniendo presente su función

particular.

Hablando de la dinamo, hemos visto que las fuerzas electromotrices

generadas en los conductores son alternas. Por lo tanto, conectandooportunamente estos conductores y aplicando en lugar del colector dos

o mas anillos aislados, sobre los cuales se apoyan carbones, nosotros

podemos recabar con el mismo sistema inductor de una dínamo,

corrientes alternas. Este tipo de alternador, llamado de inductor fijo o de

inducido rodante, hoy día se usa solamente para potencias pequeñas.

La construcción usada en los alternadores modernos es la inversa a ésta

porque la armadura (inducido) siempre es fija y el sistema inductor es

rodante (rueda polar). La ventaja de esta construcción esta en el hecho

de que la armadura fija permite aislar los bobinados con menor

dificultad, inclusive para altas tensiones de ejercicio, y que la corrientede armadura es tomada de los bornes fijos y no a través de anillos de

deslizamiento como en el caso de maquinas con inducido rodante. El



2

bobinado de campo, siendo rodante, deberá ser alimentado a través de

dos anillos, pero esto no crea ninguna dificultad porque normalmente la

tensión de excitación es muy baja y la potencia requerida para la

excitación es pequeña. Examinando la fig.1.l es fácil ver que cuando un

conductor se encuentra en la mitad entre dos polos (o sea enel plano

neutro), éste es sede de una fuerza electromotriz cero; en cambiocuando se encuentra antes del centro de los polos (como en A, B), la

fuerza electromotriz inducida en éste es máxima y su dirección depende

de la polaridad del polo que pasa delante del conductor en ese instante.

La fuerza electromotriz inducida en un conductor pasa a través de un

período completo en una distancia angular igual al doble del paso polar

(distancia polar entre los centros de dos polos consecutivos).

Resulta que la cantidad de períodos para cada giro será igual a p si con

2 p indicamos la cantidad de los polos; o sea, la cantidad de períodos

por segundo (frecuencia), siendo "n" la cantidad de RPM, será dada por

la fórmula conocida

60

npf ⋅=

Una vez fijadas la frecuencia y la velocidad, también queda fijada la

cantidad de los polos del alternador. Mientras que en la dínamo la

cantidad de polos puede ser escogida a voluntad; en el caso del

alternador esta libertad de selección, una vez establecida la frecuencia,

está limitada por la velocidad; por ejemplo, para un generador

sincrónico a 50 Hz, con dos polos, la velocidad deberá ser 3000 RPM ycon cuatro polos deberá ser 1500 RPM.

El rotor de las máquinas sincrónicas puede ser del tipo con polos

salientes o bien del tipo liso; el primer tipo es empleado para las

máquinas lentas y el segundo para las máquinas veloces.

El inductor con polos salientes, tiene los polos fijados radialmente en la

superficie exterior de una robusta corona de acero o de fundición

solidaria con el eje de la máquina. En cambio en el inductor liso los

polos no salen de la superficie externa cilíndrica del rotor y las bobinas

de excitación están ubicadas con los lados mayores dispuestos dentro de

hoyos situados simétricamente a los lados de la superficie polar según

generatrices del cilindro.

Se adoptarán soluciones constructivas particulares en los sistemas

inducidos de máquinas sincrónicas previstas para funcionamiento como

motores (como en el caso de la máquina mod. EE-PQ3).

De esto se hablará en los próximos párrafos



3

fig. 1.1 Después de estas introducciones se pasará al examen a vista dela máquina mod. EE-PQ3.

Quitando el carter de protección del lado generador, se puede examinar

la construcción mecánica y eléctrica interna de la máquina.

Mirando el rotor de la máquina se pueden observar las siguientes partes:

• rueda polar tipo liso

• bobinado de excitación (inductor)• colector de anillos

• cantidad de anillos del colector

Mirando en el interior del estator:

• bobinado de armadura (inducido)

• carbones y sistema porta-carbones

De un examen más profundo resulta que:

• el bobinado de armadura está constituido por tres series diferentes

de madejas aisladas entre sí, realizadas con conductor de sección

determinante, instalados, en el interior de hoyos, y cabecillas de los

bornes U1-U2, V1-V2, W1-W2 respectivamente.

• el circuito de excitación (inductor) está constituido por tres

bobinados conexos internamente por un lado y conectados a los tres

anillos del colector por el otro. La sección del conductor empleado

es inferior a aquélla de armadura; en cambio lá cantidad de espiras

es superior. Como se verá más adelante, esta disposición también

permite utilizar la máquina como motor sincrónico auto-arrancador.



4

HAGANLO POR SI SOLOS

a) Utilizando un ohmetro o los instrumentos en dotación, identificar

los bornes correspondientes al inicio y fin de cada fase del

bobinado de armadura, controlando que entre una fase y otra nohaya continuidad eléctrica.

b) Con el mismo instrumento, identificar los bornes relativos al

circuito de excitación, controlando también que entre éste y la

armadura no haya continuidad eléctrica.

c) Observar si el sistema porta-carbones es igual a aquél de los

generadores de c.c. y, eventualmente, indicar las diferencias.

d) Observando el colector se notan los tres anillos, cabecillas del

bobinado inductor y sus relativos carbones de conexión; en cambio

observando la bornera del generador, los bornes solamente son dos:

tratar de dar una explicación de esta diferencia.

1.1 Medición de la resistencia de los bobinados de la máquina

Esta prueba que permite familiarizarse con los bobinados de la máquina,

consiste en medir la resistencia eléctrica de cada bobinado, usando el

método voltamperimétrico; sucesivamente con los datos obtenidos

también se podrán calcular las pérdidas en el cobre de cada bobinado.

El esquema de la prueba està indicado en la fig. 1.2 y se relaciona con

una fase del bobinado inducido. La alimentación en corriente continua

puede ser tomada de la línea variable de 0 a 250 V.c.c. a través de un

amperímetro y un voltímetro, así como también de un reóstato de

regulación.

Para la medición, activar la línea variable c.c. y actuar lentamente en el

variador de tensión, y si es necesario, en el reóstato hasta obtener el

valor de corriente I deseado que no debe superar el rango nominal de la

línea y debe ser mucho más pequeño que la corriente nominal del

bobinado en prueba; leer en el voltímetro la tensión V y, mediante larelación

I

VR =

recabar la resistencia de una fase del bobinado inducido.



5

fig. 1.2 Esquema para la medición de la resistencia del bobinado inducido1: voltímetro antes del amperímetro2: voltímetro después del amperímetro

Calcular las pérdidas en el cobre del mismo mediante la fórmula

2TRP ⋅=

Ahora, repetir el procedimiento para las otras dos fases de armadura de

la máquina (bornes V1-V2 y W1-W2).

En todo caso, es necesario poner atención en no superar el rango

nominal del bobinado porque bastará una tensión modesta para alcanzar

un valor de corriente elevado por lo que, antes de activar la línea

variable de c.c., habrá que poner al máximo el valor de resistencia del

reóstato R (véase la fig. 1.2) y aumentar gradualmente la tensión de

alimentación y, sucesivamente, afinar con el reóstato hasta obtener el

valor de corriente deseado.

Queriendo llevar a 75° los valores de resistencia obtenidos de las

mediciones tendremos:

tao1

75o1R75R

⋅α+⋅α+

⋅=°

donde ta es la temperatura ambiente con la cual se ha efectuado la

prueba, medida con un termómetro normal.

En efecto, dada la rapidez de la prueba y la exigüidad de la corriente en juego con respecto a la nominal, se supone que la temperatura de los

bobinados no se aleje en forma apreciable de la temperatura ambiente.

αo es el coeficiente de temperatura del material en examen

(normalmente cobre: αo = 0,00426·1/°C )

o bien

R75° = R · [1+αt(75-ta)]

donde

to

1

1t

⋅α

=α



6

por lo tanto para el cobre

t5,234

1t

+=α

Instrumentos y equipos usados en la prueba

Véase el esquema eléctrico de la fig. 1.2.

• Alimentación: línea variable de 0 a 250 Vc.c.

• R: reóstato de regulación: 3 x 50 Ohm / 500 W (en este caso serà

utilizado un solo sector de 50 Ohm).

• A: amperímetro 2-4 A

• V: voltímetro 250-500 V• Máquina mod. EE-PQ3


a) ¿Cuál debería ser el valor de corriente que circula en el circuito de

excitación con tensión de alimentación igual a 220 Vc.c.?

b) ¿Las tres resistencias medidas en los extremos de cada fase del

bobinado de armadura son iguales ?

c) Si se debiera alimentar cada una de las fases con la tensión de

220 Vc.a. ¿cuál debería ser la corriente resultante?

d) Conectar entre si los bornes U2-V2-W2 (conexión en estrella) y

repetir la medición de la resistencia entre los bornes U1-V1; V1-

W1; W1-U1.

e) Conectar entre sí los bornes U1-W2; V1-U2; W1-V2 (conexión

triángulo) y repetir la medición de resistencia entre los bornes

U1-V1; V1-W1; W1-U1.

f) ¿Cuál de las dos conexiones indicadas en los puntos d) y e)

determina una resistencia menor?

1.2 Característica de magnetización del alternador (prueba al vacío)

Los alternadores siempre han sido las fuentes más importantes de

energía eléctrica.

Como ya indicamos anteriormente los alternadores generan una tensión

alterna cuya frecuencia depende exclusivamente de la velocidad de

rotación. El valor de tensión generada depende de la velocidad, de la

intensidad de campo magnético (excitación) y del factor de potencia de

la carga.



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Cuando la excitación de un alternador es aumentada (con velocidad

constante de la máquina), el flujo magnético y la tensión de salida

aumentan en forma directamente proporcional a la corriente.

Sin embargo, con progresivo aumento de la corriente de excitación el

flujo a veces puede alcanzar valores elevados que saturan el hierro en el

alternador.Como la tensión está ligada directamente con la intensidad del campo

magnético, ésta puede ser usada como una medida del grado de

saturación.

Las tres fases del alternador están mecánicamente distanciadas entre sí

con iguales intervalos, per consecuencia las respectivas tensiones

generadas no están en fase, sino que éstan distanciadas entre sí 120°

eléctricos.

Ahora pasemos. a la realización de la experiencia relativa a la máquina

mod. EE-PQ3.

La finalidad de la prueba es, como para la dínamo, la determinación de

la característica de magnetización o sea, la determinación de la

variación de tensión inducida en los bornes con el variar de la corriente

de excitación (fig. 1.3).

fig. 1.3 Característica de magnetización del generador sincrónico trifásico

La prueba se hace con velocidad y con frecuencia nominal. El circuito

de medición consta de un amperímetro de bobina móvil puesto en serie

en el circuito de campo y de uno a tres voltímetros, así como también de

un frecuencímetro, derivados en los bornes inducidos de la máquina. El

circuito de medición torna así el aspecto de la fig.1.4.

Dada la necesidad de tener velocidad nominal constante se empleará el

motor de corriente continua mod. EE-PQ1. Para el primer motor no

serán necesarios instrumentos particulares: bastarán pocos conductorespara conectar los bornes de llegada de la tensión con aqué1los del motor



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de corriente continua. Este será arrancado mediante acción en el

interruptor de marcha de la línea fija c.c. El operador, antes del

arranque, deberá poner los reóstatos de arranque y de excitación en la

posición ideal para permitir la partida con la mínima corriente de

arranque (véase párrafo 1.9).

fig. 1.4 Esquema para la determinación de la característica de magnetizacióndel alternador

Las diferentes fases de la prueba serán las siguientes: arranque del

motor y del alternador en prueba con la velocidad mínima; regulaciónde la velocidad en el valor nominal (normalmente 3000 RPM ó 3600)

mediante una acción en el reóstato de campo del motor y control con el

tacómetro; con el voltímetro, determinación del primer punto de la

característica en subida (para corriente de excitación igual a cero:

tensión igual a la tensión debida al magnetismo residual); mediante el

interruptor, cierre del circuito de campo en la alimentación procedente

del variac y del puente de rectificadores de la línea variable c.c. con

variac en cero y reóstato de campo completamente introducido;

regulación en constante aumento de la corriente de campo mediante una

acción en el variac y en el reóstato y determinación de cada aumento de

tensión correspondiente a los aumentos de corriente de excitación. La



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prueba va conducida hasta un valor de tensión superior del 10 - 20% a

la tensión nominal.

En el diagrama se indicarán los valores de la tensión estrellada; para la

máquina con conexión a triángulo, ésta corresponde a la tensión

concadenada medida; para la máquina con conexión en estrella, la

tensión concadenada medida (eventualmente el promedio de las trestensiones medidas) va dividida por la raíz de tres (√3).

Análogamente a la determinación de la característica de magnetización

en subida, también será posible determinar aquélla en bajada: bastará

disminuir, del punto máximo de la prueba, la corriente de excitación

constantemente deteniéndose para determinar poco a poco las

correspondientes disminuciones de tensiones inducidas.

Así, se obtendrá una curva característica que, como para la dínamo, será

mayor que la anterior. Cual característica de la máquina, se tomará

aquella intermedia entre las dos trazadas así o sea, la curva trazada con

guiones de la fig.1.3. Hay que notar que la doble regulación mediante

variac y reóstato permitirá obtener una sensibilidad notable en la

regulación de la corriente de excitación.

No son necesarias correcciones de la velocidad regulada inicialmente en

el valor nominal, dada la pequeña potencia en juego.

En todo caso, si por cualquier motivo la prueba no se podrá realizar con

frecuencia nominal o si se desea llevar los valores encontrados a otra

velocidad, será lécito hacerlo con una simple relación de

proporcionalidad entre tensión y velocidad o frecuencia. Por lo tanto si

nosotros, para una determinada medición , hemos determinado latensión Eo, a la velocidad n y a la frecuencia f correspondiente,

analíticamente podremos recabar la Eo' a la velocidad n' y a la

frecuencia f correspondiente, mediante la fórmula:

f

'f Eo

n

'nEoo'E ==

Se puede realizar simultáneamente la determinación de las pérdidas

mecánicas y en el hierro de la máquina en prueba.

Para este fin, es suficiente introducir en el circuito de alimentación del

motor de c.c. un voltímetro y un amperímetro oportunamente escogidos

para la medición de la potencia absorbida por el mismo.

Una medición preliminar con el alternador desconectado, da como

resultado, la entrada total de las pérdidas del motor de c.c. funcionante

al vacío con velocidad y tensión nominal.

La introducción del alternador arrastrado con velocidad nominal y sin

excitación, ocasionará un incremento de pérdidas correspondiente a las

pérdidas mecánicas del alternador, determinables así por diferencia

entre las dos mediciones efectuadas.



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Excitando ahora el alternador y obteniendo los valores de tensión, poco

a poco crecientes, para la determinación de la característica de

magnetización, se obtienen correspondientemente incrementos de

potencia debidos a las pérdidas en el hierro del alternador, siempre

determinables por la diferencia entre las primeras dos mediciones

efectuadas.Obviamente existe la hipótesis que, para la carga mínima aplicada, no

hayan variaciones sensibles de pérdidas en el motor de c.c., y que todos

los incrementos de potencia medidos en la red de alimentación del

mismo, correspondan a las pérdidas del alternador.



• Alimentación: motor c.c.: línea fija 220 Vc.c.

excitación alternador: línea variable 0 a 250 Vc.c.

• A: amperímetro de hierro móvil 3-6 A

• V: voltímetro de hierro, móvil 250-500 V

• F: frecuencímetro a laminillas 50-60 Hz 250-500 V

• RA: reóstato de arranque motor: 3 x 35 Ohm / 500 W

• RCM: reóstato de campo motor: 200 Ohm - 500 W

• RCA: reóstato de campo alternador: 5000 Ohm / 500 W

• Máquina mod. EE-PQ1


• Contador de revoluciones electrónico digital


a) Trazar la curva de magnetización promedia en un diagrama

b) ¿Hasta qué valor de tensión la curva es casi recta?

c) ¿A cuáles valores de tensión se comienza a observar la

denominada “rodilla” de la curva de saturación?d) ¿Por qué la tensión aumenta con menor rapidez mientras que la

corriente de excitación aumenta?



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1.3 Prueba de cortocircuito y determinación de la impedancia sincrónica del alternador

La prueba tiene la finalidad de determinar la característica de

cortocircuito del alternador en prueba o sea, la variación de corriente en

los bobinados inducidos cerrados en cortocircuito,en dependencia de la

variación de la corriente de excitación.Esta determinación dará lugar a una recta que podrá ser llevada a un

diagrama junto con la característica de magnetización anteriormente

trazada. La relación entre varias ordenadas correspondientes permitirá

la construcción de la curva de impedancia sincrónica siempre en

función de la corriente de excitación:

Icc

EoZs =

Evidentemente la corriente de cortocircuito indicada en dicho diagrama(fig. 1.5) será aquélla de fase, y para las máquinas conectadas en estrella

aquella correspondiente a la corriente de línea medida; para las

máquinas conectadas en triángulo, aquella medida en línea dividida por

la raíz de tres. La prueba podrá desarrollarse inmediatamente después

de la prueba al vacío sin interrumpir el grupo, bastará abrir el circuito de

excitación y cerrar el circuito de armadura del generador sincrónico en

los tres amperímetros conectados entre sí, como se observa en la fig.1.6.

fig. 1.5 Prueba de cortocircuito y determinación de la impedancia sincrónicadel alternador



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fig. 1.6 Esquema para la determinación de la característica de cortocircuitodel alternador

En estas condiciones, para corriente de excitación = 0, si los

amperímetros han sido escogidos con rangos correspondientes a la

corriente nominal de la máquina, no se podrá determinar sobre éstos un

pasaje de corriente apreciable. En efecto, disponiendo de amperímetros

más sensibles en el circuito, podremos determinar un pasaje de corriente

más bien pequeña. Esta determinación normalmente no es efectuada por

ser muy superficial.

En todo caso, esta pequeña corriente justifica el hecho de que la

característica rectilínea de cortocircuito no sale de su origen y que,consecuentemente, el valor de impedancia sincrónica correspondiente a

la corriente de excitación = 0, no toma un valor con tendencia al

infinito.

La determinación verdadera y propia se obtendrá cerrando el interruptor

de alimentación del circuito de campo, regulando con el variac y el

reóstato la corriente de excitación y determinando para algunos valores

de ésta, los valores correspondientes de corriente de cortocircuito que

circula en el inducido. Serán suficientes pocas determinaciones para

luego poder obtener, en el diagrama, la construcción de la recta. En todo

caso será útil alcanzar, con la corriente de cortocircuito, el valor de la

corriente nominal o también va1ores superiores de 20-30%.



13

No habiendo variado la velocidad del grupo con respecto a la prueba

anterior, obviamente nos encontraremos todavía en la velocidad

nominal, dado que también en este caso la potencia en juego es irrisoria

con respecto a la potencia del primer motor.

Este particular es de poca importancia dado que la corriente decortocircuito es independiente de la frecuencia y de la velocidad.

Como para la prueba al vacío, aquí se pueden determinar las pérdidas en

el cobre mediante la medición de potencia absorbida por el motor de

c.c., por diferencia con las pérdidas al vacío del mismo y las pérdidas

mecánicas del alternador ya determinadas en la prueba anterior.

Excitando el alternador para obtener los valores poco a poco crecientes

de corriente inducida para la determinación de la característica de

cortocircuito, correspondientemente se obtienen incrementos de

potencia, debidos a las pérdidas en el cobre del alternador, que siempre

se determinan por la diferencia con las primeras dos mediciones

efectuadas.

Obviamente existe la hipótesis que, dada la carga mínima aplicada, no

hayan sensibles variaciones de pérdidas en el motor de c.c., y que todos

los incrementos de potencia medidos en la red de alimentación del

mismo, correspondan a las pérdidas del alternador.

1.4 Prueba con carga del alternador en régimen óhmico, inductivo y capacitivo

La tensión generada por un alternador depende principalmente del flujo

total en el entre-hierro. Al vacío, este flujo es determinado

exclusivamente por la excitación de campo c.c.

Con carga, el flujo en el entre-hierro es determinado por las

ampervueltas de rotor y por las anpervueltas de estator. Estas pueden

añadirse u oponerse a la fuerza magnetomotriz del rotor según sea el

factor de potencia de la carga. Factores de potencia en anticipo asesoran

el motor mientras que aquéllos en retardo lo oponen.

Como la fuerza magnetomotriz tiene un gran efecto sobre el flujomagnético, la regulación de tensión de los alternadores es más bien

pobre y la corriente continua de campo debe ser regulada continuamente

para poder mantener constante la tensión en las condiciones de carga

variable.

Si una fase de un alternador trifásico es cargada fuertemente, su tensión

disminuirá por causa de las caídas Ra · Ia e Ia · XL en el bobinado de

estator. Esta caída de tensión no puede compensarse modificando la

corriente de campo, porque también la tensión de las otras dos fases

aumentaría. Por lo tanto es esencial que los alternadores trifásicossolamente tengan cargas equilibradas.



14

Las características que normalmente se pueden determinar en el

alternador son:

1. las características externas, o sea, la determinación de la variación

de tensión con el variar de la corriente de carga, con factor de

potencia de la carga constante y corriente de excitación de lamáquina constante.

2. las características de excitación bajo carga, o sea, la determinación

de la variación de tensión con el variar de la corriente de excitación

de la máquina conectada a una carga constante en módulo

(corriente) y en fase (cos ϕ).

3. las características de regulación, o sea, la determinación de la

variación de corriente de excitación necesaria para mantener, en los

extremos de la máquina, una tensión constante con el variar de la

corriente erogada sobre una carga con factor de potencia constante.

Para la determinación de estas características es necesaria una carga

trifásica variable en módulo y en fase que la empresa suministra bajo

pedido. En estas condiciones, con maniobras oportunas y un poco de

pericia se podrá realizar cualquier carga variable en modulo y en fase.

Para el circuito de medición podemos hacer referencia a la fig. 1.7.

Los vatímetros tienen la finalidad de determinar el factor de potencia de

la carga mediante relación de sus indicaciones:

fig. 1.7 Esquema para la determinación de la característica de funcionamiento del alternador con carga



15

13P

23PX =

y la conocida relación:

2XX12

X1cos

+−+=ϕ

Por ejemplo para obtener un factor de potencia inferior a 0,2 la relación

X deberá ser negativa y por lo menos inferior a -0,5, lo que significa

que la indicación del vatímetro P23 deberá ser negativa y por lo menos

superior a la mitad de la indicación del vatímetro Pl3

Partiendo de las condiciones de tensión al vacío del alternador igual a la

nominal y con frecuencia nominal, las diferentes pruebas podrán ser

desarrolladas en la forma siguiente:

1. Características externas:

la carga se regulará actuando sobre las 3 secciones para así

aumentar la corriente erogada por el generador sincrónico,

manteniendo constante el factor de potencia de la carga. Será

suficiente controlar, poco a poco que aumenta la corriente, que la

relación de las indicaciones de los dos vatímetros quede constante

en el valor prefijado relativo al cosfí deseado; también puede servir

el cosfimetro montado en la carga.

Naturalmente se deberá determinar en el voltímetro las variacionescorrespondientes de tensión. Durante toda la prueba no se deberá

variar la corriente de excitación del alternador pero se deberá seguir

la frecuencia constantemente y llevarla a los valores normales a

través de una simple acción en el reóstato de campo del motor de

c.c. Se podrán determinar numerosas características relativas a los

diferentes factores de potencia y los resultados indicados en un

diagrama tomarán el desarrollo de la fig. 1.8, en donde se han

representado las características para cosfí menor de uno en retardo y

en anticipo, así como también la característica con cosfí uno.

2. Características de excitación bajo carga:se variará el circuito de carga, en la forma arriba indicada, hasta

obtener la corriente y el cosfí preseleccionados para la

determinación con la máxima corriente de excitación que

normalmente está a la disposición en el alternador; también

tendremos la máxima tensión disponible para las condiciones de

carga preseleccionadas. De este modo se determinarán el valor de la

tensión y el de la corriente de excitación indicándolos en un

diagrama. Se procederá para aumentar la carga actuando en las

cargas activa y reactiva. Obviamente, este aumento de carga

ocasiona un aumento de corriente inducida del generador que será

llevada lo antes posible al valor preseleccionado bajando la

corriente de excitación del generador en prueba y la tensión. La



16

operación se repetirá varias veces, determinando cada vez, la

corriente de excitación y la tensión en los bornes hasta determinar

toda la característica.

La fig. 1.9 muestra las características completas relativas al valor de

corriente nominal y a los cosfí iguales a cero, en anticipo y en

retardo, así como también con cosfí iguales a uno. Naturalmente, lavelocidad de la máquina deberá ser mantenida bajo control.

fig. 1.8 Características externas de un alternador con corriente de excitaciónconstante

fig. 1.9 Características de excitación bajo carga por corriente constante iguala la nominal

3. Características de regulación:

será suficiente aumentar la carga tratando de mantener constante el

factor de potencia y aumentando sucesivamente la corriente de

excitación para volver a llevar la tensión al valor original (también

será necesario controlar la velocidad).

La determinación de las diferentes corrientes de excitación

obtenidas así, en función de la corriente erogada, dará origen a la



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característica de regulación para tensión y factor de potencia

constantes (fig. 1.10).

Todas las determinaciones descritas en este párrafo pueden

realizarse, una después de otra, sin detener jamás las máquinas.

fig. 1.10 Característica de regulación del alternador



• Alimentaciones: motor c.c.: línea fija 220 Vc.c.

campo alternador: línea variable 0 a 250 Vc.c.


• V: voltímetro de hierro móvil 250-500 V

• F: frecuencímetro a laminillas 50-60 Hz / 250-500 V

• W: vatímetro electrodinámico 2,5-5 A / 250-500 V

• RCM: reóstato de campo motor c.c.: 200 Ohm – 500 W)

• RA: reóstato de campo arranque motor c.c.: 3x35 Ohm – 500 W

• RCA: reóstato de campo alternador: 5000 Ohm - 500 W

• Carga variable RLC mod. EE-RV, EE-IV, EE-CV

• IC: interruptor de separación carga





a) ¿Con cargas capacitivas, la tensión erogada por el alternador

aumenta o disminuye? ¿ Por qué ?

b) Utilizando los conmutadores apropiados predispuestos. en la carga,

desequilibrar la carga y observar el desarrollo de las tres corrientesy de las tres tensiones del alternador. Explicar lo que sucede.



18

1.5 Determinación del rendimiento con el método directo o indirecto

Las pruebas con el método directo normalmente son realizables

solamente si el grupo está equipado con un dinamómetro de

transmisión. En este caso será posible la determinación mediante la

medición directa del rendimiento del generador sincrónico trifásico.

Mediante la medición del par C en el eje, expresado en kgm, y de la

velocidad "n", expresada en RPM, se llegará a la potencia mecánica

absorbida por el generador, expresada en vatios, mediante la relación:

60

n2C81,9Pabs

⋅π⋅=

Con el circuito utilizado varias veces en las pruebas anteriores (véase

fig. 1.7 ) y con las mismas modalidades previstas en la determinacióndirecta de las características bajo carga, será posible determinar los

valores de potencia rendida por el alternador haciendo variar la carga

según se desee, esto con valor de cosfí constante.

Para esta finalidad servirán dos vatímetros conectados en Aron en el

circuito de medición. La relación entre las potencias rendidas

determinadas así y las potencias correspondientes absorbidas darán, por

un determinado factor de potencia de la máquina, la curva de

rendimiento que podrá ser indicada en función de la corriente erogada.

Normalmente los métodos indirectos se basan en la determinación decada una de las pérdidas de la máquina y definen así el rendimiento

convencional de la máquina mediante la relación:

PpPr

Prrend

+=

donde Pr es la potencia rendida y Pp la suma de las pérdidas.

Las pérdidas en el hierro y las mecánicas son determinadas mediante el

dinamómetro de transmisión (con tal que sea suficientemente sensible)

poniendo la máquina en rotación, con velocidad nominal, a través delmotor de c.c. y regulando la excitación hasta obtener en los bornes la

tensión nominal, y leyendo simultáneamente en el dinamómetro el par

transmitido. Esta prueba también podría ser realizada en el transcurso

de la prueba al vacío descrita en el párrafo 1.2.

Las otras pérdidas, por excitación, en los carbones, en los bobinados

inducidos y adicionales son recabadas analiticamente.



19

1.6 Paralelo de dos alternadores

Para el funcionamiento simultáneo de dos o más alternadores, en el

mismo circuito, no pueden tener valor las mismas condiciones que ya

conocemos para las máquinas de corriente continua.

Ya que las potencias de los alternadores acoplados pueden sumarse, es

evidente que las formas de onda de las tensiones que actúan en el

circuito común se deben sobreponer perfectamente, o sea, tener la

misma frecuencia y estar en sincronismo. A no ser así las máquinas

estarían en oposición durante ciertas fracciones del periodo.

Ahora, supongamos tener un alternador que funciona en un determinado

circuito y tener que conectarle a éste un segundo alternador, que luego

deberá tomar una parte de la carga del primero, para el acoplamiento en

paralelo se deberán satisfacer las siguientes condiciones:

los dos alternadores serán puestos en rotación por sus respectivos

primeros motores y debidamente excitados para poder generar la misma

tensión con la misma frecuencia. Estas magnitudes serán controladas a

través de instrumentos colocados en los respectivos circuitos.

También podrán ser conectados sobre el último aparato de maniobra

que servir para la puesta en paralelo (por ej., el interruptor previsto en el

grupo de sincronización, módulo AZ 68).

Obtenido el control de la tensión y de la frecuencia, no nos queda que

controlar la identidad del sentido cíclico de los dos circuitos que

estamos por cerrar en paralelo y el momento en que entre losconductores asomados del interruptor la tensión se reduce a cero.

Para este fin normalmente se usan medios industriales cuales lámparas

de sincronismo o sincronoscopios.

Para esta finalidad, el banco está dotado de un módulo de

sincronización completo con lámparas que son cabecillas de bornes

libres de modo que puedan ser conectadas en el circuito a voluntad

Así, se podrá constituir un sincronoscopio con lámparas rodantes o bien

con lámparas "homonimas". Sobre las lámparas se podrán colocar

voltímetros y frecuencímetros para el control de los parámetros de los

dos ternos como se indica en la fig. 1.11.

En paralelo a las lámparas también se podrán colocar los voltímetros

obteniendo así un método más adecuado para un laboratorio de

mediciones eléctricas.

Se necesitan tres voltímetros iguales con rangos poco superiores al

doble de la tensión estrellada de las dos máquinas y que serán colocados

entre los bornes correspondientes del interruptor.

Estos voltímetros demostrarán, con mayor sensibilidad con respecto a

las lámparas, la identidad del sentido cíclico de los dos circuitossolamente si tienen evoluciones iguales, o sea, si los tres tienen sus



20

índices colocados al mismo tiempo hacia la indicación máxima para

luego descender juntos hacia el cero de la escala.

fig. 1.11 Esquema para la puesta en paralelo de dos alternadores

En caso contrario, los dos sentidos cíclicos serán considerados opuestosy será suficiente intercambiar entre sí dos conductores de uno de los

sistemas para volver a encontrar la identidad.

A este punto, en uno de los pasajes por cero de los tres voltímetros, se

podrá cerrar el interruptor, poniendo así en paralelo las dos máquinas.

Los tres instrumentos también podrán ser desconectados del circuito

después de la maniobra de paralelo.

Para esta prueba se deberá disponer de dos generadores sincrónicos

mod. EE-PQ3; en cambio por lo que se relaciona con los primeros

motores, se podrán utilizar dos de las máquinas de la dotación minima

con tal que tengan una velocidad variable.



21


Véase el esquema eléctrico de la fig. .11.

• Alimentación: motor c.c. línea variable c.c. de 0 a 250 V.


• F: frecuencímetro a laminillas 50-60 Hz / 250-500 V• RCA: reóstato de campo alternador A: 3000 Ohm / 500 W.

• RCB: reóstato de campo alternador B: 5000 Ohm / 500 W.

• Grupo de sincronización (módulo AZ 68)

• Máquina mod. EE-PQ1 (dos móquinas) o EE-PQ2

• Máquina mod. EE-PQ3 (dos móquinas)



a) Dos alternadores pueden dañarse seriamente durante la puesta en

paralelo. ¿Bajo cuáles dos condiciones puede suceder esto?.

b) Un alternador que se pondrá en paralelo con otro ya en función,

genera una tensión ligeramente diferente y tampoco está en fase

con el primero. ¿Cuáles de las dos condiciones debe ser cambiada

absolutamente para poder realizar el para1elo.

1.7 Características de arranque del motor sincrónico trifásico

El principio de funcionamiento de la máquina sincrónica como motor

eléctrico puede ser determinado fácilmente con el siguiente

razonamiento.

Considérese una máquina sincrónica trifásica inicialmente parada.

Supóngase alimentar el bobinado inductor con una fuente auxiliar de

corriente continua y conectar las tres fases del estator con un sistema

trifásico de tensiones. Las corrientes que circulan en las fases producen

en la cavidad estatórica de la máquina un campo rotante que esperfectamente similar a aquél que se constituye como campo de

reacción de inducido cuando la máquina funciona como generador. La

única diferencia está en el hecho de que, mientras que el campo de

reacción es producido por las corrientes generadas por la máquina

misma, en cambio en el caso del motor las corrientes que producen el

campo rodante son tomadas de la línea de alimentación. La velocidad

del campo rodante no depende más de la velocidad imprimida al rotor,

sino que es determinada por la frecuencia de las corrientes de

alimentación.



22

Aunque el rotor esté parado, cuando se alimentan las tres fases

estatóricas con un sistema trifásico de corrientes a la frecuencia f,

enseguida se origina el campo rodante que asume y mantiene la

velocidad dada en RPM por la conocida fórmula

pf 60n ⋅=

siendo p la cantidad de los pares de polos de la máquina.

Con las fuerzas tangenciales que éste ejerce en los polos inductores, este

campo tiende a arrastrar el rotor en rotación sincrónica. Claro está que

si la velocidad del campo rodante en el momento en que se constituye es

muy alta para que se pueda transmitir instantáneamente al rotor, éste por

inercia queda inmóvil.

Entonces se intuye que el rotor podrá ponerse en rotación sincrónica

solamente si es llevado preventivamente a la velocidad de sincronismo

con el campo rodante que luego deberá arrastrarlo. Esto equivale a

decir que se deberá arrancar la máquina con un medio auxiliar adecuado

para llevarla a la velocidad de sincronismo antes de cerrar el interruptor

que la conecta con la línea de alimentación.

Por otra parte, como la máquina está excitada regularmente, el

interruptor no podrá ser cerrado sino cuando haya alcanzado el

sincronismo, o sea, con todas las modalidades que se requieren para

hacer el paralelo con la línea, exactamente como si se tratara de poneren servicio un nuevo generador. Cuando se haya alcanzado el paralelo

se podrá suprimir la acción motriz que ha servido para producir el

arranque.

Consecuentemente, el clásico motor sincrónico, de por sí no es un motor

auto-arrancador, sino que requiere un preventivo arranque con un medio

auxiliar. Ahora, todos los motores sincrónicos son proyectados de modo

tal que pueden ponerse en marcha ya desde la condición de reposo,

acelerar y alcanzar el sincronismo con el campo rodante sin necesidad

de arrastre.

El motor se pone en marcha como un motor de inducción; para este fin

se usan los siguientes bobinados de arranque:

a) motores con polos o rotor macizos: las corrientes parásitas que

circulan en el hierro producen el par de arranque;

b) motores a jaula en donde los conductores de cobre o sus ligas

están colocados dentro de los hoyos del rotor; éstos son

interconexos en las extremidades para obtener así un bobinado

suplementario a jaula;

c) máquinas con rotor bobinado en donde bobinas aisladas están

conexas en forma similar a bobinados polifásicos; éstas son



23

cabecillas de anillos colectores en el árbol (como la máquina mod.

EE-PQ3).

Cada uno de estos bobinados de arranque puede ser asociado con los

diferentes tipos de motor sincrónico. Los de uso más común pueden ser

divididos así

• motores sincronicos con polos macizos: motores sincrónicos con

polos salientes con expansíones polares de hierro macizo;

• motores sincrónicos a jaula: motores sincrónicos de polos salientes

con bobinados a jaula colocados en las expansiones polares;

• motores sincrónicos de inducción: motores sincrónicos con rotor

cilíndrico con bobinado secundario similar a un rotor bobinado para

motores de inducción; este bobinado se usa para el arranque y para

la excitación (como la máquina mod. EE-PQ3)

• motores sincrónicos de inducción con polos salientes: motoressincrónicos con polos salientes que presentan bobinados en las

expansiones polares; estos bobinados están conexos a un colector de

anillos puesto en el rotor.

Como ya se ha dicho, la máquina mod. EE-PQ3 utiliza uno de estos

modos, precisamente se trata de un bobinado trifásico colocado en el

interior de un rotor con polos lisos y conectado en estrella por un lado y

por el otro es cabecilla de los 3 anillos del colector. Dos de estos anillos

son cortocircuitados permanentemente así que los conductores llevados

a la bornera solamente son dos.

Este tipo de solución ofrece las siguientes posibilidades:

• arranque del motor sincrónico como asincrónico mediante

cortocircuito del campo (se enlazan los bornes F1-F2).

• excitación y sincronización del motor ya arrancado mediante la

apertura del cortocircuito y conexión del campo (que por un

momento queda abierto) con una fuente de alimentación en c.c.

adecuada.

A continuación indicamos las modalidades para la verificación dedichas posibilidades de arranque.

La máquina, con rotor en cortocircuito (bornes F1-F2 cortocircuitados)

puede ser arrancada con plena tensión de red pero, para poder observar

mejor el funcionamiento durante la fase de arranque, es oportuno

disponer de una fuente de tensión alterna variable que muy bien

podremos tomar del banco.

Como instrumentos serán necesarios un voltímetro y un amperímetro en

el circuito de armadura y un amperímetro en el circuito de campo; este

ultimo durante el arranque dará el valor de la corriente que circula en elrotor.



24

El esquema para la prueba toma el desarrollo de la fig. 1.12, en donde se

ponen en evidencia las dos fases principales de arranque y

sincronización.

fig. 1.12 Arranque y sincronización del motor sincrónico de inducción

a: arranque con rotor en cortocircuitob: sincronización con la red

La excitación será suministrada a la máquina solamente en un segundo

momento, una vez alcanzada la velocidad nominal. Esta excitación

podrá ser tomada de la línea fija c.c. interponiendo un reóstato con valorde resistencia elevado.

Durante la fase de arranque, la función del amperímetro introducido en

el circuito inducido del motor es de fundamental importancia. Este

instrumento será el que dará la señal de obtención la sincronización con

la red, con una doble posibilidad de comportamiento:

1. mientras que la corriente de excitación de la máquina es aumentada

gradualmente, la corriente absorbida por la red (antes era más bien

elevada, por el funcionamiento anormal como asincrónico del

motor), primero disminuye lentamente y luego de repente va hasta



25

valores muy bajos, denunciando así el haber alcanzado la condición

de sincronismo con la red;

2. lo contrario de antes, mientras se aumenta la corriente de excitación,

la corriente de inducido (más bien elevada) tiende a aumentar más

aún hasta que, insistiendo en el alza de la corriente de campo,

aquella inducida rápidamente va hasta valores muy bajos. Esta vezel fenómeno está acompañado por un ruido característico de la

máquina que anuncia haber alcanzado la sincronización.

Ambas condiciones pueden verificarse haciendo girar la máquina

primero en un sentido y luego en el otro.

En el caso de valores excesivos de corriente absorbida durante el

arranque, el amperímetro en el circuito de armadura podrá estar

temporáneamente cortocircuitado.



• Alimentación: armadura: línea trifásica variable 0 a 250 Vc.a.

campo: línea fija c.c. 220 V.

• A:- Amperímetro de hierro móvil 3-6 A


• RE : reóstato de campo mod. 3000 Ohm / 500 W• Máquina mod. EE-PQ3


a) ¿Qué precauciones se deben tomar durante el arranque del motor

sincrónico?

b) Con el circuito rotórico abierto, ¿el motor puede ponerse en

marcha normalmente?

c) Conectar un voltímetro con rango 500 Vc.a. fondo escala en los

extremos de los bornes F1-F2 (rotor) y verificar los valores de

tensión que se obtienen cuando se alimenta gradualmente la

armadura

d) ¿A que se debe la tensión medida eri los extremos de F1-F2?

¿Cuánto debería ser la tensión en los bornes F1-F2 con la

armadura alimentada a tensión nominal?

e) ¿Qué puede causar una tensión excesiva en los bobinados de la

máquina?



26

1.8 Motor sincrónico en régimen de sobre o sub excitación compensador sincrónico para

corregir el factor de potencia

Las máquinas sincrónicas, generalmente trifásicas, cumplen la función

de transformar energía mecánica en energía eléctrica bajo forma de

corriente alterna o viceversa; en el primer caso toman el nombre degeneradores sincrónicos o alternadores; en cambio en el segundo caso

son denominadas motores sincrónicos.

Hay que notar que mientras los alternadores erogan potencia activa a la

red donde están conectados, los motores sincrónicos absorben de la red

dicha potencia.

El intercambio de potencia activa, ya sea en el funcionamiento como

alternador que como motor, generalmente está acompañado por un

intercambio de potencia reactiva; esto sucede cuando la máquina

funciona con una excitación diferente a aquélla correspondiente a cosfí

= 1.

La máquina sincrónica, en su funcionamiento como alternador, eroga

potencia reactiva de naturaleza capacitiva, si trabaja en régimen de sub-

excitación; mientras que eroga potencia reactiva de naturaleza

inductiva, si trabaja en régimen de sobre-excitación; en cambio, en el

funcionamiento como motor sincrónico, absorbe potencia reactiva de

naturaleza inductiva en régimen de sub-excitación y potencia reactiva

de naturaleza capacitiva en régimen de sobre-excitación.

Dicho esto, si pensamos que una potencia reactiva erogata de naturaleza

capacitiva, equivale a una potencia reactiva absorbida de naturaleza

inductiva y que una potencia reactiva erogada de naturaleza inductiva

corresponde a una absorbida de naturaleza capacitiva, resulta que no

hay ninguna diferencia entre alternador y motor sincrónico en relación

con el intercambio de potencia reactiva con la red con la cual la

máquina está conectada con respecto al régimen de excitación.

Un caso particular es dado por el motor sincrónico funcionante al vacío,

o sea, sin absorbimiento de potencia activa, si se exceptúa aquella

relativamente muy pequeña correspondiente a las pérdidas propias y quesolamente absorbe potencia reactiva (de naturaleza inductiva o

capacitiva según sea el régimen de excitación): en este caso la máquina

se comporta como un reactor o como un condensador y es denominada

sintéticamente compensador sincrónico.

Frecuentemente el compensador sincrónico es puesto a funcionar como

condensador (normalmente por refasaje de líneas) tornando el nombre

de condensador sincrónico.

Después de estas introducciones hay que pasar al montaje del circuitode la fig. 1.13 . Se necesitarán un amperímetro, un voltímetro y dos



27

vatímetros en intercalación Aron en el circuito de armadura y un

miliamperímetro en el circuito de campo.

fig. 1.13 Esquema para la determinación de las características de funcionamiento del motor en regimen desobre o subexcitacion

La prueba tendrá el siguiente desarrollo:

1. arranque del motor sincrónico con plena tensión de red a través del

reóstato trifásico de arranque, para evitar una corriente elevada de

arranque;

2. conexión del circuito de campo con los bornes de alimentación c.c.

variable, con corriente de excitación mínima;

3. en estas condiciones ei motor absorbe de la red una potencia

reactiva con carácter inductivo que será marcada por los índices de

los dos vatímetros. Particularmente, si el sentido cíclico ha sido

controlado preventivamente, el vatímetro en posición P23 dará unaindicación negativa por causa del bajo factor de potencia (cosϕ< 0,5

con corriente en retardo con respecto a la tensión)

4. aumentando gradualmente la corriente de excitación, el índice del 2°

vatímetro irá hasta el cero de la escala (cos ϕ = 0,5: corriente en

retardo con respecto a la tensión),mientras que la corriente

absorbida mientras tanto disminuirá;

5. aumentando todavía la excitación, se alcanzará una condición en la

cual los vatímetros señalarán la misma cantidad de divisiones y

ambas serán positivas (cos ϕ = 1), condición correspondiente a la

indicación mínima del amperímetro de campo;

6. aumentando todavía la corriente de excitación, será el vatímetro enposición Pl3 el que marcará cero mientras que la corriente de



28

armadura aumentará nuevamente (cos ϕ= 0,5: corriente en anticipo

con respecto a la tensión);

7. aumentando todavía la excitación, el vatímetro en posición Pl3 dará

indicación negativa por causa del bajo factor de potencia (cos ϕ<

0,5: con corriente en anticipo con respecto a la tensión).

Los datos relativos a tensión, corriente de armadura, potencia absorbida

y corriente de excitación indicados en una tabla, permitirán calcular la

potencia aparente

)VA(IV3A ⋅⋅=

la potencia activa

P = Pl3 ± P23 (w)

la potencia reactiva

Q = 1,73 (P13 - P23)

el factor de potencia

XX12

X1cos

2 −+

+=ϕ (var)

con13

23

P

PX =



• Alimentación: armadura: línea fija trifásica, campo: línea variable 0

a 250 Vc.c.


• V: voltímetro de hierro móvil 250-500 V• W: vatímetros electrodinámicos 2,5-5 A / 250-500 V

• RE : reóstato de campo motor: 5000 Ohm / 500 W

• RA : reóstato de arranque: 3x 35 Ohm / 500 W



Trazar las curvas relativas a corriente de armadura y a factor de

potencia en función de la corriente de excitación.



29

1.9 Características de funcionamiento, con carga, del motor sincrónico trifásico. Pérdida

del sincronismo

Esta prueba no difiere sustancialmente de aquella explicada en el

párrafo 1.10 para el motor de corriente continua.

Todas las particularidades explicadas en dicho capítulo, para el buen

uso de la dínamo freno, son siempre válidas y podemos tomarlas como

referencia.

Para la máquina sincrónica en prueba, no podemos hablar más de

regulación de velocidad dado su funcionamiento sincrónico con la red.

Además, debemos recordar que las características hay que recabarlas

por factor de potencia constante. Esta obligación impone la

determinación de diferentes características para varios valores de cosfí

ya prefijados.

El factor de potencia puede ser regulado con variación de la corriente de

campo de la máquina sincrónica y medido con la ayuda de los

vatímetros.

En cambio, tendrá un particular interés la determinación del par

denominado "desganche" correspondiente a una condición de

sobrecarga tal que puede hacerle perder el sincronismo a la máquina.

El punto máximo de sobrecarga para el motor sincrónico, depende de la

corriente de excitación. Más allá de este punto, los polos de rotor sedesganchan del campo magnético rodante del estator y el rotor pierde el

sincronismo; si no fuera por el bobinado rotórico particular, se realizaría

una rápida parada de la máquina; por lo que, cuando un motor

sincrónico pierde el sincronismo, debe ser desconectado rápidamente de

la red de alimentación.

Para la verificación de esta última particularidad es necesario el

acoplamiento del motor con la dínamo freno mod. EE-PQ12.

El esquema para la realización de la prueba está indicado en la fig. 1.14

y a continuación sintetizamos las fases:

1. arrancar el motor sincrónico acoplado con la dinamo freno y

sincronizarlo con la red

2. excitar ligeramente la dínamo freno hasta leer en el amperímetro del

motor una fracción de la corriente nominal de armadura;

3. regular la excitación del motor sincrónico hasta que las indicaciones

de los dos vatímetros sean iguales y ambas positivas (cos ϕ = 1); la

excitación no deberá ser aumentada más;

4. aumentar gradualmente la carga de la dínamo freno determinando

varios valores de corriente, potencia absorbida y par erogada elmotor, así como también la corriente de excitación del motor



30

5. aumentar la carga hasta que el motor pierda el sincronismo.

Registrar el par requerido y quitar la alimentación;

6. repetir las fases desde la 1 hasta la 5, pero esta vez aumentando

aproximadamente el 20% la corriente de excitación.

Con los datos registrados en los dos diferentes valores de corriente deexcitación recabar:

• potencia aparente

• potencia activa

• potencia reactiva

• factor de potencia

• potencia en c.c.

• potencia rendida

• rendimiento

fig. 1.14 Esquema para la determinación de las características de funcionamiento del motor sincrónicocon carga



31



• Alimentaciones: Armadura motor sincrónico: linea fija trifásica

220 V. Campo motor sincrónico: línea variable 0a 250 Vc.c.

campo dinamo freno: línea fija 220 Vc.c.



• W: vatímetro electrodinámico 2,5-5 A / 250-500 V

• RE : reóstato de campo motor: 3000 Ohm / 500 W

• RD : reóstato de campo dinamo freno: 5000 Ohm / 500 W

• RA : reóstato de arranque motor: 35 Ohm / 500 W

• RC reóstato de carga dínamo freno mod. EE-RV

• IC : interruptor de separación carga• Máquina mod. EE-PQ3





32

1.10 Paralelo con la red y determinación de la curva en "V"

Para efectuar el paralelo del generador con la red bastará repetir las

operaciones indicadas en el párrafo 1.6 entre los bornes del alternador y

la tensión disponible en los tres bornes de llegada de la alimentación

fija.

De este modo se presentará una segunda valiosa solución al problema

de la carga del alternador variable en módulo y en fase ya tratado en los

párrafos anteriores. En efecto, ya no será necesaria la carga trifásica

variable en módulo y en fase pero todo se podrá desarrollar en el banco.

Obteniendo el paralelo del generador en prueba con la red, se obtendrán

varias ventajas: antes que nada todo el grupo quedará firmemente

vinculado a la frecuencia de red; siendo ésta constante, también la

velocidad quedará fija en el valor nominal por toda la prueba (para

nuestras máquinas con dos polos, de 50 Hz: 3000 RPM ó 60 Hz 3600

RPM). No será necesario el control continuo de la velocidad sobretodo

durante las pruebas con carga variable. El aumento de potencia activa

generada por el alternador se obtendrá, partiendo de la posición relativa

a la puesta en paralelo, actuando en el reóstato de campo del motor de

c.c. en el sentido de aumentar la velocidad. Naturalmente ésta, por

cuanto ya dicho arriba, no podrá variar y será la potencia activa

generada 1a que aumentará regresando en la red con recuperación de

energía (exactamente como en una central, el aumento de caudal del

fluido en la turbina, no influye en la cantidad de revoluciones sino

solamente en la potencia activa emitida en la red por el alternador).

Naturalmente, por los mismos motivos, actuando en el reóstato de

campo del motor de c.c., en el sentido de disminución de la velocidad

(siempre partiendo de la posición de paralelo) ei generador no podrá

rebajar y, habiéndose invertido el par en el árbol, funcionar como motor

arrastrando el motor de c.c. y absorbiendo de la red la potencia activa

que podrá ser variada, dentro de los límites de estabilidad, con la simple

maniobra en el reóstato.

El aumento o la disminución de potencia reactiva se obtendrán actuando

en la excitación del generador sincrónico y, aumentando la excitación,el generador suministrará potencia reactiva a la red. Estas

consideraciones evidencian la sencillez de las maniobras de carga con

respecto a cuanto se ha explicado en los capítulos anteriores. Esta

valiosa solución, lamentablemente no es realizable para la

determinación con el método directo de las características del alternador

bajo carga. En efecto, en algunas de estas pruebas la corriente de

excitación del alternador debe ser mantenida constante; en otras debe

ser variada para determinadas condiciones de carga constante,

condiciones que se pueden obtener solamente con una carga externa.

Obviamente entre generador y red se habrán colocado: un amperímetro,un voltímetro y dos vatímetros en Aron para el control de la fase, el

frecuencímetro puede ser introducido con una única finalidad didáctica.



33

Con este circuito se podrán determinar con mucha facilidad las curvas

en "V" para la máquina funcionante ya sea como generador que como

motor.

Fijando, como ya se ha dicho, una cierta potencia activa absorbida ogenerada con una acción en el reóstato del motor de c.c. (también podría

ser una potencia casi igual a cero para las condiciones de paralelo

apenas alcanzado), será suficiente variar la corriente de excitación para

determinar las consecuentes variaciones de corriente absorbida por la

máquina sincrónica, o bien erogada. Esta corriente llevada en función

de la corriente de excitación torna el clásico desarrollo en "V".

La prueba puede ser repetida para varios valores de potencia absorbida

o generada. La fig. 1.15, muestra el desarrollo de tales curvas para el

motor sincrónico. Los vértices de las curvas representan los puntos de

funcionamiento con cosfí igual a uno (corriente mínima absorbida); los

valores en sub-excitación con respecto a dicho límite representan

corrientes absorbidas por el motor en retardo sobre la tensión mientras

que los puntos en sobre-excitación representan corrientes absorbidas en

anticipo. En el generador estas funciones se invierten, o sea, en la zona

de sub-excitación la máquina suministrará a la red corriente desplazada

en anticipo mientras que en la zona en sobre-excitación la máquina

suministrará corriente en retardo.

Hay que notar que en estas pruebas la potencia activa generada por el

alternador regresa a la red. Este sistema, denominado de recuperaciónde energía, permite un derroche mínimo de trabajo para la ejecución de

la prueba.

La selección de los instrumentos y de los procedimientos de ejecución

de esta prueba, es confiada a los mismos estudiantes.

fig. 1.15 Determinación de la curvas en “V” de un motor sincrónico

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EEPQ3 GENERADOR SINCRONICO