ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICAtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/12324/1/TESIS... · 2017-06-08 · buenas y en las malas, con cariño y respeto a mi madre

e

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PUESTA EN SERVICIO DEL MODELO DL30190 PARA

GENERADORES SÍNCRONOS TRIFÁSICOS

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTA

MARÍA DEL ROSARIO LAGUNAS SÁNCHEZ

ASESORES ING. DOMINGO ALMENDARES AMADOR

M. en C. JOSE ANTONIO CASTILLO JIMÉNEZ

MÉXICO, D. F. JUNIO DE 2013



MÉXICO D.F. JUNIO 2013

DEDICATORIAS

Para todas las personas que han estado conmigo en las

buenas y en las malas, con cariño y respeto a mi madre María

del Rosario Sánchez Pérez y a mis hermanos que a pesar de

los problemas seguimos unidos.

Gracias a todas las personas involucradas en la realización

de este trabajo, por su apoyo, tolerancia, paciencia y amistad

esto ha sido posible.

Gracias por todo el apoyo de las personas que se encuentran

lejos de mí, por sus buenos deseos y cariño y palabras de

aliento que me dieron cuando más lo necesite.

A esta Institución que me dio la oportunidad de desarrollarme

y expandir mis expectativas.

GRACIAS

María del Rosario Lagunas Sánchez



AGRADECIMIENTOS

A mi madre y hermanos, por la paciencia y el apoyo en todo este tiempo, este trabajo es por

ustedes y espero no haberlos defraudado, cada letra de este trabajo fue escrito para ustedes,

gracias¡¡ una disculpa por la demora, todos sus esfuerzos y tiempo les serán recompensados

A mis amigos, Eduardo, Raúl y Ulises por brindarme su amistad incondicional y sus

palabras de aliento, por los momentos buenos y malos que compartimos y por ayudarme a

seguir adelante, sin su apoyo no hubiera logrado esto.

A Mayra y Daniel, a pesar del tiempo y la distancia sus buenos deseos y su amistad han

estado conmigo y se los agradezco de todo corazón, este esfuerzo también es para ustedes.

Ingeniero Domingo Almendares Amador, por su apoyo y sobre todo la paciencia que

tuvo para que sacara adelante este trabajo, por compartir algunas de sus experiencias

conmigo, es una de las personas que más admiro y respeto por ser un gran ser humano y

amigo.

M. en C. José Antonio Castillo Jiménez, por apoyarme en la dirección de este trabajo, por

ser un maestro paciente y aunque fue poco tiempo el que le conocí, le tengo gran respeto y

admiración gracias.

Al Instituto Politécnico Nacional, en especial a la Academia de Electrónica de la ESIME

Zacatenco, a los profesores de la misma que me brindaron su apoyo y tiempo. “Gracias

Maestros”.

Y a todas las personas en general que de alguna forma participaron en la contribución de

este trabajo.

GRACIAS



i

ÍNDICE DE CONTENIDO

ÍNDICE i ÍNDICE DE FIGURAS iv ÍNDICE DE TABLAS viii ESTRUCTURA DEL PROYECTO TERMINAL x

1. CONCEPTOS GENERALES 1

1.1 INTRODUCCIÓN 1

1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 2

1.3 OBJETIVO GENERAL 2

1.3.1 OBJETIVOS PARTICULARES 3

1.4 JUSTIFICACIÓN 3

1.5 ALCANCE 3

1.6 CONCEPTOS GENERALES 4

1.7 ESTADO DEL ARTE 5

2. GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO 8

2.1 INTRODUCCIÓN 8

2.1.1 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS 9

2.1.1.1 Estator 9

2.1.1.2 Rotor 11

2.1.1.3 Excitatriz (Sistema de Excitación) 13

2.1.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 14

2.1.2.1 Generación Sinusoidal 15

2.1.3 CIRCUITO EQUIVALENTE 18

2.2 CARACTERÍSTICAS DEL GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO 25

2.2.1 CARACTERÍSTICA DE CIRCUITO ABIERTO (EN VACÍO) 25

2.2.2 CARACTERÍSTICA DE CIRCUITO CERRADO ( CORTOCIRCUITO) 27

2.3 IMPEDANCIA SÍNCRONA 28

3. PRUEBAS PARA LA PUESTA EN SERVICIO DEL MÓDULO DL30190 30

3.1 INTRODUCCIÓN 30

3.2 MÓDULO DE PRUEBA DL30190, EQUIPO DE MEDICIÓN Y ACCESORIOS 32

3.2.1 GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO DL30190 32



ii

3.2.2 GENERADOR DE CC CON EXCITACIÓN EN PARALELO DL30250 33

3.2.3 MÓDULO DE ALIMENTACIÓN PARA MÁQUINAS Y MEDICIONES

ELÉCTRICAS DL30018

35

3.2.3.1 Disposición de señalizadores y controles 36

3.2.4 TRANSDUCTOR ÓPTICO DL2031M 37

3.2.4.1 Composición del transductor óptico DL2031M 38

3.2.4.2 Instalación 38

3.2.5 TACÓMETRO ELECTRÓNICO DL2025DT 39

3.2.6 MÓDULO PARA LA MEDICIÓN DE LA POTENCIA ELÉCTRICA DL30061 42

3.2.7 MEDIDOR DEL FACTOR DE POTENCIA DL2109T27 44

3.2.8 REÓSTATO DE ARRANQUE PARA MÁQUINAS CC DL30200RHD 45

3.2.9 REÓSTATO DE EXCITACIÓN DL30205 46

3.2.10 SINCRONOSCOPIO DL1030 47

3.2.11 CARGAS DE LA SERIE 300 49

3.2.11.1 Características eléctricas de la carga capacitiva DL 30040C 50

3.2.11.2 Características eléctricas de la carga inductiva DL30040L 51

3.2.11.3 Características eléctricas de la carga resistiva DL30040R 52

3.3 DESCRIPCIÓN DE LAS PRUEBAS BASADAS EN EL MÓDULO DL30190 53

3.3.1 INTRODUCCIÓN 53

3.3.2 OBJETIVOS GENERALES DE LAS PRUEBAS 54

3.4 PRUEBAS DE LABORATORIO USANDO EL MÓDULO DL30190 55

PRUEBA 1 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS DEL GENERADOR

SÍNCRONO TRIFÁSICO DL30190

55

PRUEBA 2 CARACTERÍSTICA DE MAGNETIZACIÓN O VACÍO DEL MÓDULO

DL30190

62

PRUEBA 3 MEDICIÓN DE LAS PÉRDIDAS EN EL GENERADOR SÍNCRONO

TRIFÁSICO DL30190

68

PRUEBA 4 CARACTERÍSTICA DE CORTOCIRCUITO DEL MÓDULO DL30190 79

PRUEBA 5 DETERMINACIÓN DE LA IMPEDANCIA SÍNCRONA POR EL MÉTODO DE

BEHN-ESCHENBURG

84

PRUEBA 6 DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DEL MÓDULO

DL30190

89

PRUEBA 7 DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE REGULACIÓN DEL

MÓDULO DL30190

97

PRUEBA 8 DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES Xd y α POR EL MÉTODO DE

POTIER

103

PRUEBA 9 PARALELO DEL MÓDULO DL30190 CON LA RED ELÉCTRICA 111



iii

PRUEBA 10 CURVAS EN “V” O DE MORDEY DEL MOTOR SÍNCRONO DL30190 126

CONCLUSIONES 181

APÉNDICE A COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LAS PRUEBAS REALIZADAS CON EL

MÓDULO DL30190, CON OTROS LABORATORIOS

186

APÉNDICE B CÁLCULOS POSTERIORES DE LAS PRUEBAS REALIZADAS AL MÓDULO DL30190 194

APÉNDICE C DETERMINACIÓN DE LAS REACTANCIAS TRANSITORIAS Y SUBTRANSITORIAS DEL

GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO

213

BIBLIOGRAFÍA 217

4. ANÁLISIS DEL RESULTADO DE LAS PRUEBAS REALIZADAS AL MÓDULO DL30190 134

4.1 INTRODUCCIÓN 134

PRUEBA 1 MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS DEL GENERADOR


135

PRUEBA 2 CARACTERÍSTICA DE MAGNETIZACIÓN O VACÍO DEL MÓDULO

DL30190

138

PRUEBA 3 MEDICIÓN DE LAS PÉRDIDAS EN EL GENERADOR SÍNCRONO

TRIFÁSICO DL30190

142

PRUEBA 4 CARACTERÍSTICA DE CORTOCIRCUITO DEL MÓDULO DL30190 145

PRUEBA 5 DETERMINACIÓN DE LA IMPEDANCIA SÍNCRONA POR EL MÉTODO

DE BEHN-ESCHENBURG

147

PRUEBA 6 DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DEL MÓDULO

DL30190

150

PRUEBA 7 DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE REGULACIÓN DEL

MÓDULO DL30190

157

PRUEBA 8 DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES Xd y α POR EL MÉTODO DE

POTIER

162

PRUEBA 9 PARALELO DEL MÓDULO DL30190 CON LA RED ELÉCTRICA 169

PRUEBA 10 CURVAS EN “V” O DE MORDEY DEL MOTOR SÍNCRONO DL30190 177



iv

ÍNDICE DE FIGURAS

CAPÍTULO 2

Figura 2.1 Partes principales de un generador síncrono trifásico 9 Figura 2.2 Estator de un generador síncrono trifásico 10 Figura 2.3 Tipos de construcción de rotor de máquina síncrona: A) Polos salientes, B) Polos lisos 11 Figura 2.4 Sistema de excitación sin escobillas o electrónico 13 Figura 2.5 Esquema del principio de funcionamiento del generador síncrono trifásico 14 Figura 2.6 Generador elemental 15 Figura 2.7 Detalle de la espira en el campo magnético 16 Figura 2.8 Sinusoides de flujo y F.E.M. 18 Figura 2.9 Circuito equivalente de un generador síncrono trifásico 19 Figura 2.10 Curva en vacío de un generador síncrono trifásico 20 Figura 2.11 Posición de los campos magnéticos del rotor y de reacción de armadura para carga resistiva 22 Figura 2.12 Diagrama fasorial para carga resistiva (F.p. unitario) 22 Figura 2.13 Posición de los campos magnéticos del rotor y de reacción de armadura para carga inductiva 23 Figura 2.14 Diagrama fasorial para carga inductiva (F.p. atrasado) 24 Figura 2.15 Posición de los campos magnéticos del rotor y de reacción de armadura para carga capacitiva 24 Figura 2.16 Diagrama fasorial para carga capacitiva (F.p. adelantado) 25 Figura 2.17 Diagrama para realizar la prueba de circuito abierto 26 Figura 2.18 Curva de vacío de un generador síncrono trifásico 26 Figura 2.19 Diagrama para realizar la prueba de corto circuito 27 Figura 2.20 Curva de corto circuito de un generador síncrono trifásico 28 Figura 2.21 Características de circuito abierto y de corto circuito de un generador síncrono trifásico 29

CAPÍTULO 3

Figura 3.1 Placa de conexiones del módulo DL30190 32 Figura 3.2 Placa de datos del módulo DL30190 33 Figura 3.3 Placa de conexiones del módulo DL30250 34 Figura 3.4 Placa de datos del módulo DL30250 34 Figura 3.5 Parte frontal del módulo DL30018 para conexiones 36 Figura 3.6 Parte trasera del módulo DL30018 37 Figura 3.7 Composición física del módulo DL2031M 38

Figura 3.8 Diagramas de instalación del módulo DL2031M 39

Figura 3.9 Parte frontal del módulo DL2025DT 40 Figura 3.10 Parte trasera del módulo DL2025DT 41

Figura 3.11 Parte frontal del módulo DL30061 para conexiones 43 Figura 3.12 Diagrama físico del módulo DL2109T27 44 Figura 3.13 A Diagrama de conexión para máquinas con excitación derivada 45

Figura 3.13 B Diagrama de conexión para máquinas con excitación compuesta 45

Figura 3.14 A Diagrama de conexión reostática del módulo DL30205 46 Figura 3.14 B Diagrama de conexión potenciométrica del módulo DL30205 46 Figura 3.15 Diagrama eléctrico de conexión del módulo DL1030 47



v

Figura 3.16 Diagrama físico de conexión del módulo DL1030 47 Figura 3.17 A Diagrama físico de conexión en estrella del módulo DL30040C, 30040L y 30040R 49 Figura 3.17 B Diagrama físico de conexión delta del módulo DL30040C, 30040L y 30040R 49 Figura 3.17 C Diagrama físico de conexión en paralelo del módulo DL30040C, 30040L y 30040R 49 Figura 3.18 Diagrama de conexión para la prueba de medida de resistencia de los devanados 55 Figura 3.19 Diagrama de conexión del módulo DL30250 (excitatriz del generador síncrono) 58 Figura 3.20 Diagrama eléctrico para la prueba de medida de resistencia del devanado de inducido 59 Figura 3.21 Diagrama eléctrico para la prueba de medida de resistencia del devanado de excitación 60

Figura 3.22 Diagrama eléctrico para obtener las características de magnetización del módulo DL30190 63

Figura 3.23 Curva de magnetización de una máquina síncrona 63

Figura 3.24 Diagrama eléctrico para la prueba de características de magnetización 65

Figura 3.25 Curva de magnetización a 3600 r.p.m. 67

Figura 3.26 Diagrama de conexión para la medición de las pérdidas en el generador síncrono trifásico 70

Figura 3.27 Curva de las pérdidas adicionales en relación con la curva de cortocircuito 72

Figura 3.28 Diagrama eléctrico para las pérdidas en vacío del motor de arrastre 74

Figura 3.29 Diagrama eléctrico para las pérdidas mecánicas del generador síncrono 75

Figura 3.30 Diagrama eléctrico para las pérdidas en el hierro del generador síncrono 76

Figura 3.31 Diagrama eléctrico para las pérdidas adicionales en el generador síncrono 77 Figura 3.32 Diagrama eléctrico de conexión para la prueba de cortocircuito 79

Figura 3.33 Curva característica de cortocircuito del generador síncrono trifásico 79

Figura 3.34 Diagrama eléctrico para la prueba de cortocircuito 81

Figura 3.35 Curva de cortocircuito del módulo DL30190 83

Figura 3.36 Diagrama eléctrico del método de Behn-Eschenburg para la obtención de la impedancia síncrona 85

Figura 3.37 Curva de la impedancia síncrona por el método de Behn-Eschenburg 86

Figura 3.38 Curva de la impedancia síncrona del módulo DL30190 88

Figura 3.39 Circuito equivalente del generador alimentando una carga 89

Figura 3.40 Curvas de características externas del generador síncrono 90

Figura 3.41 Diagrama eléctrico para la obtención de las características externas 92

Figura 3.42 Diagrama eléctrico para determinar las características de regulación del generador síncrono 97

Figura 3.43 Curvas de las características de regulación del generador síncrono trifásico 98

Figura 3.44 Diagrama eléctrico para la obtención de las características de regulación 100

Figura 3.45 Diagrama eléctrico para la prueba de factor de potencia = 0 104

Figura 3.46 Procedimiento grafico para determinar los puntos Xd y α 105

Figura 3.47 Diagrama vectorial de la determinación de los puntos Xd y α 107

Figura 3.48 Diagrama eléctrico para la curva de reactancias 109

Figura 3.49 Diagrama eléctrico para el paralelo del alternador con la red eléctrica 113

Figura 3.50 Diagrama vectorial del generador conectado en paralelo a la red eléctrica 115

Figura 3.51 Diagrama vectorial del generador con distintas secuencias 116

Figura 3.52 Diagrama vectorial del generador con el sistema de lámparas encendidas 117

Figura 3.53 Diagrama vectorial del generador con el sistema de lámparas encendidas con la misma tensión 118

Figura 3.54 Diagrama eléctrico para conectar el generador en paralelo con la red eléctrica 119 Figura 3.55 Curvas en “V” del motor síncrono 127 Figura 3.56 Diagrama eléctrico para conectar el generador como motor síncrono 130



vi

CAPÍTULO 4

Figura 4.1 Diagrama físico de la medición de la resistencia de armadura utilizando el reóstato de armadura DL30200RHD

135

Figura 4.2 A Diagrama físico de la medición de la resistencia de armadura 137

Figura 4.2 B Diagrama físico de la medición de la resistencia de campo 137

Figura 4.3 Diagrama físico de la prueba de magnetización o de vacío 138

Figura 4.4 Diagrama físico de la prueba de magnetización a 3400 r.p.m. 139

Figura 4.5 Curva de magnetización a 3600 r.p.m. 140

Figura 4.6 Diagrama físico para la prueba de determinación de pérdidas en el generador síncrono 142

Figura 4.7 Curva de las pérdidas del generador síncrono trifásico en relación a la ICC 144

Figura 4.8 Diagrama físico para la característica de cortocircuito 145

Figura 4.9 Curva de cortocircuito del generador síncrono trifásico DL30190 en valores en p.u. 146

Figura 4.10 Curva de las características de circuito abierto y cortocircuito del módulo DL30190 147

Figura 4.11 Curva de comportamiento de la impedancia síncrona en relación al cortocircuito y circuito abierto 148

Figura 4.12 Curva de comportamiento de la tensión con carga inductiva 150

Figura 4.13 Curva de comportamiento de la tensión con carga capacitiva 151

Figura 4.14 Curva de comportamiento de la tensión con carga resistiva 152

Figura 4.15 Familia de curvas de características externas del módulo DL30190 153

Figura 4.16 Diagrama físico de conexión para determinar las características externas del módulo DL30190 155

Figura 4.17 Pantalla del analizador de redes AEMC 156

Figura 4.18 Analizador de redes AEMC 156

Figura 4.19 Comportamiento de la corriente de excitación con carga capacitiva 157

Figura 4.20 Familia de curvas de las características de regulación del módulo DL30190 158

Figura 4.21 Comportamiento de la corriente de excitación con carga RC 159

Figura 4.22 Diagrama físico de conexión para determinar las características de regulación del módulo DL30190

161

Figura 4.23 Cara frontal de la carga inductiva variable 162

Figura 4.24 Vista trasera de la carga inductiva variable 162

Figura 4.25 Carga inductiva variable de 5A 163

Figura 4.26 Construcción del Triángulo de Potier en relación a las curvas de vacío, cortocircuito y reactancia 164

Figura 4.27 Diagrama vectorial del Triángulo de Potier 167

Figura 4.28 Diagrama físico de conexión para la curva de reactancias 168

Figura 4.29 Diagrama físico para la puesta en paralelo del generador con la red eléctrica 169

Figura 4.30 Diagrama vectorial del paralelo aumentando la corriente de excitación 174

Figura 4.31 Diagrama vectorial del paralelo al disminuir la corriente de excitación 175

Figura 4.32 Conexión del módulo DL30190 como motor síncrono 177

Figura 4.33 Conexión del módulo DL30190 como motor síncrono impulsando una carga 178

Figura 4.34 Diagrama eléctrico de un generador de C.C. con excitación independiente 178

Figura 4.35 Curvas en “V” del motor síncrono DL30190 179



vii

APÉNDICE A

Figura A.1 Curva de vacío de la máquina síncrona de 1 kVA 187 Figura A.2 Curva de vacío de la máquina síncrona de 1.68 MVA 189 Figura A.3 Curva de vacío de la máquina síncrona de 5 MVA 190 Figura A.4 Curva de vacío de la máquina síncrona de 6.25 KVA obtenida a través de MATLAB 192 Figura A.5 Comparación de las curvas de vacío de máquinas síncronas de distinta potencia en p.u. 193

APÉNDICE C

Figura C.1 Determinación de Xd 213 Figura C.2 Oscilograma de cortocircuito trifásico 214 Figura C.3 Determinación de X´d y X´´d 214



viii

ÍNDICE DE TABLAS

CAPÍTULO 3

Tabla 3.1 Clasificación del equipo según el fabricante 31

Tabla 3.2 Características eléctricas del módulo DL30018 35

Tabla 3.3 Simbología de las partes componentes del módulo DL30018 36

Tabla 3.4 Características eléctricas del tacómetro electrónico DL2031M 39

Tabla 3.5 Características físicas del tacómetro DL2025DT 40

Tabla 3.6 Características eléctricas del módulo DL30061 42

Tabla 3.7 Definición y características eléctricas de cada salida del módulo DL30061 43

Tabla 3.8 Características eléctricas del módulo DL2109T27 44

Tabla 3.9 Características eléctricas del módulo DL30040C 50

Tabla 3.10 Características eléctricas del módulo DL30040L 51

Tabla 3.11 Características eléctricas del módulo DL30040R 52

Tabla 3.12 Resistencia en los devanados del generador síncrono sin tensión 57

Tabla 3.13 Valores de tensión y corriente para determinar la resistencia de armadura 60

Tabla 3.14 Valores de tensión y corriente para determinar la resistencia de campo 61

Tabla 3.15 Tensión y corriente para la curva de magnetización 66

Tabla 3.15 (CONTINUACIÓN) Tensión y corriente para la curva de magnetización 67

Tabla 3.16 Valores de tensión y corriente para el cálculo de las pérdidas del módulo DL30190 78

Tabla 3.17 Pérdidas del generador síncrono por el método del motor de arrastre 78

Tabla 3.18 Valores de corriente de cortocircuito y de excitación 83

Tabla 3.19 Valores de corriente de cortocircuito, de excitación y tensión de armadura para determinar la impedancia síncrona

87

Tabla 3.19 (CONTINUACIÓN) Valores de corriente de cortocircuito, de excitación y tensión de armadura para determinar la impedancia síncrona

88

Tabla 3.20 Valores de tensión y corriente solo con carga inductiva 94

Tabla 3.21 Valores de tensión y corriente para las características externas con distintos tipos de cargas 95

Tabla 3.21 (CONTINUACIÓN) Valores de tensión y corriente para las características externas con distintos tipos de cargas

96

Tabla 3.22 Valores de tensión y corriente para las características de regulación con distintos tipos de cargas 102

Tabla 3.23 Valores de corriente de excitación y tensión de carga para la curva de F.p. = 0 110

Tabla 3.24 Valores iniciales para comprobar la sincronización del generador con la red eléctrica 122

Tabla 3.25 Valores para comprobar el intercambio de potencia activa entre el generador y la red eléctrica 122

Tabla 3.26 Valores del intercambio de potencia activa entre el generador y la red eléctrica aumentando la velocidad del motor de arrastre

122

Tabla 3.27 Valores del intercambio de potencia activa entre el generador y la red eléctrica reduciendo la excitación del motor de arrastre

123

Tabla 3.28 Valores del nuevo intercambio de potencia activa entre el generador y la red eléctrica 123 Tabla 3.29 Valores del intercambio de potencia reactiva entre el generador y la red eléctrica disminuyendo

la corriente de excitación del módulo DL30190 124

Tabla 3.30 Valores del intercambio de potencia reactiva entre el generador y la red eléctrica aumentando la corriente de excitación

125

Tabla 3.31 Valores de potencia y corriente para las curvas en “V” del motor síncrono DL30190 133



ix

CAPÍTULO 4

Tabla 4.1 Valor de la resistencia de armadura utilizando el módulo DL30200RHD 135 Tabla 4.2 Valor de la resistencia de campo utilizando el módulo DL30200RHD 136 Tabla 4.3 Valor de la resistencia de campo y armadura sin el módulo DL30200RHD 136 Tabla 4.4 Potencias en watts de las características externas del módulo DL30190 154 Tabla 4.5 Potencias en watts de las características de regulación del módulo DL30190 160 Tabla 4.6 Valores de potencia y corriente del estado inicial del paralelo antes el intercambio de potencias 170 Tabla 4.7 Valores de potencia y corriente para el intercambio de potencia activa entre el módulo DL30190 y

la red eléctrica 170

Tabla 4.8 Valores de potencia y corriente reduciendo la excitación del motor de arrastre 171 Tabla 4.9 Valores de potencia y corriente del nuevo intercambio de potencia entre la red y el módulo

DL30190 171

Tabla 4.10 Valores de potencia y corriente para verificar el intercambio de potencias entre la red y el módulo DL30190 reduciendo la corriente de excitación del generador

172

Tabla 4.11 Valores de potencia y corriente para verificar el intercambio de potencias entre la red y el módulo DL30190 aumentando la corriente de excitación del generador

173

APÉNDICE A

Tabla A.1 Resultados de las pruebas de vacío y cortocircuito 186 Tabla A.2 Datos de placa de la máquina síncrona 188 Tabla A.3 Resultados de la prueba de vacío 188 Tabla A.4 Resultados de la prueba de cortocircuito 188 Tabla A.5 Datos de placa del generador síncrono 190 Tabla A.6 Resultado de la prueba de vacío 190 Tabla A.7 Datos de placa de la máquina 191 Tabla A.8 Resultados de la prueba de vacío 191 Tabla A.9 Resultados de la prueba de cortocircuito 192

APÉNDICE C

Tabla C.1 Reactancias típicas de máquinas síncronas en p.u. 216



x

ESTRUCTURA DEL PROYECTO TERMINAL

CAPÍTULO 1. En este capítulo se exponen las razones y se justifica el porqué de la

realización de este trabajo, el impacto que puede causar en un futuro, así como una

introducción acerca de cómo influye esta máquina rotatoria en nuestra vida diaria.

CAPÍTULO 2. En este capítulo se hace referencia sobre la parte teórica del Generador

Síncrono Trifásico, las partes que lo componen, su principio de funcionamiento,

características, circuito equivalente, etc., que nos servirán para entender la operación de

esta máquina rotatoria.

CAPÍTULO 3. En este capítulo Pruebas para la Puesta en Servicio del módulo DL30190, se

dará la información técnica sobre cada uno de los módulos que se usaran en este trabajo,

una introducción teórica de cada una de las pruebas y parámetros que se deben obtener

con las mismas, esperando que con los resultados obtenidos queden bien aterrizados

todos los conceptos que involucran al generador síncrono, así como también el

funcionamiento del equipo de prueba que se usa para la realización de las mismas.

CAPÍTULO 4. Análisis del resultado de las pruebas realizadas al módulo DL30190. En este

capítulo se hará un análisis sobre los resultados obtenidos de las pruebas realizadas al

módulo DL30190, para tener un estudio de la máquina más preciso y conocer a través de

estos la manera de atender las fallas que en un momento dado pueda tener una máquina

de este tipo. También en base a estos resultados analizar qué tan exactos son los equipos

que se usaron en las pruebas.

PUESTA EN SERVICIO DEL MODELO DL30190 PARA GENERADORES SÍNCRONOS TRIFÁSICOS

CAPÍTULO 1 Pág. 1

CAPÍTULO 1. CONCEPTOS GENERALES

1.1 INTRODUCCIÓN

El generador síncrono trifásico es una máquina rotatoria de gran importancia que forma

parte del Sistema Eléctrico de Potencia al igual que los motores y transformadores, esta

máquina también conocida como Alternador se encarga de transformar la energía

mecánica en energía eléctrica mediante la generación de una o varias corrientes alternas.

Debido a la actuación de esta máquina en el Sistema Eléctrico de Potencia es importante

el estudio de su comportamiento y de todo lo que puede aportar al mismo ya que sin esta

máquina rotatoria toda la energía generada por centrales hidroeléctricas, eólicas,

carboeléctricas, mareomotrices, etc. no podría ser convertida en energía eléctrica, la

energía que empresas, escuelas, casas-habitación, etc. a diario consumimos.

Al ser una máquina de gran tamaño, las pruebas que se le realizan son demasiadas,

justificadas en el hecho de que, si esta máquina falla todo el proceso de generación

quedaría suspendido a no ser que se sepa con precisión qué tipo de falla es y donde está

localizada, es por eso que aunque son muchas evaluaciones las que deben realizarse, estas

son para saber atender alguna falla cuando se presente.

En la etapa de educación superior de Ingeniería Eléctrica se nos da la oportunidad de

estudiar y conocer al Generador Síncrono Trifásico, pero en un solo semestre no se

pueden realizar todas las pruebas que se le pueden hacer al Alternador ni conocer todas

sus características; por limitaciones de tiempo.

Aunado a esto, es importante mencionar la innovación tecnología que cada día nos exige

estar a la vanguardia en cuestión no solo de estudio, sino también en nuestra etapa

laboral, en pocas palabras en nuestra vida cotidiana.


CAPÍTULO 1 Pág. 2

Esta tecnología ha creado equipo como el módulo DL30190 y demás equipo que más

adelante se detallará y que, es importante mencionar tiene un tamaño más compacto que

el de un alternador normal, con los cuales podremos realizar todas estas pruebas, dar

resultados, analizarlos y compararlos con las pruebas realizadas no solo en el Laboratorio

de Conversión de la Energía II, sino también con otros Laboratorios, y de esa forma

conocer más a fondo el comportamiento y las características del Generador Síncrono

Trifásico completando así el conocimiento adquirido en el curso de Conversión de la

Energía II.

1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Al igual que cualquier otra máquina rotatoria el generador síncrono trifásico puede ser

estudiado a través de la elaboración de diversas pruebas, que dan como resultado un

óptimo funcionamiento y la correcta aplicación del mismo. Sin embargo, a veces el equipo

utilizado para hacer dichas pruebas es insuficiente, además de esto la tecnología cada vez

nos alcanza más y se requiere de una actualización continua.

Como ejemplo de esto, la currícula de la asignatura donde se estudia esta máquina se

realiza en un solo semestre y hay imprevistos, como el no contar con los generadores

suficientes y habilitados con su equipo anexo de pruebas, lo que provoca que el estudio

de esta máquina quede inconcluso. Actualmente se han desarrollado módulos como el

DL30190, que está diseñado para hacer todas las pruebas posibles al generador de forma

más práctica y eficaz.

1.3 OBJETIVO GENERAL

Analizar los procedimientos de las pruebas que nos permitirán complementar y aprender,

el estudio y comportamiento de los generadores síncronos trifásicos, empleando el

módulo de prueba DL30190.


CAPÍTULO 1 Pág. 3

1.3.1 OBJETIVOS PARTICULARES

Analizar diversos métodos para conocer más a fondo el comportamiento del

generador síncrono trifásico ya sea como alternador o motor y su

comportamiento en la red eléctrica.

Realizar las pruebas propuestas a Generadores Síncronos Trifásicos empleando el

módulo DL30190 para complementar el estudio y análisis de esta máquina

rotatoria.

Comparar los resultados obtenidos con pruebas publicadas por especialistas.

1.4 JUSTIFICACIÓN

Realizar un comparativo de todo lo que ofrece este nuevo equipo en cuanto a práctica y

teoría, con lo se imparte en el curso normal de Conversión de la Energía II, ya que en este

curso es donde se estudian los generadores síncronos trifásicos, y así, a través de este

trabajo se espera mejorar y complementar mucho más el estudio de la máquina rotatoria

antes mencionada.

Para lograr esto se cuenta con los nuevos módulos de prueba como el DL30190, con los

que se pueden realizar estudios y análisis más completos de todos los parámetros

existentes en los generadores síncronos trifásicos, así como determinar sus curvas de

operación y su comportamiento en la red eléctrica.

1.5 ALCANCE

Comparar y proponer las pruebas propuestas por el fabricante basadas en el módulo

DL30190 de generadores síncronos trifásicos para complementar los conocimientos ya

adquiridos.


CAPÍTULO 1 Pág. 4

1.6 CONCEPTOS GENERALES

A continuación se describirán algunos conceptos generales que servirán para comprender

la parte teórica de este trabajo sobre el generador síncrono trifásico:

Generador síncrono: Su función es convertir la energía mecánica en eléctrica a partir de

otras fuentes primarias para generar la electricidad que todos nosotros ocupamos en

nuestra vida diaria, pero no solo eso, sino que también se utiliza acoplándolo en paralelo

a la red eléctrica, esto es con la finalidad de que si un generador síncrono falla, en el

momento que está operando haya uno de “auxilio” para evitar que el servicio se

suspenda, este generador “auxiliar” trabajará en lugar del que este fallando mientras se

le da mantenimiento correctivo al principal, para que una vez arreglado el problema

vuelva a retomar su función de forma normal.

Motor síncrono: Este convierte la energía eléctrica en energía mecánica, estos motores se

utilizan en grandes fábricas donde sus procesos industriales requieren de velocidades de

transmisión constantes, además de que estos motores a diferencia de los asíncronos

tienen la propiedad de modificar el factor de potencia, suministrando potencia mecánica

y operar como condensador síncrono [1].

Condensador síncrono: Los condensadores se utilizan para regular el factor de potencia,

esto es para evitar que existan pérdidas debidas a que las cargas o el sistema en general,

no está trabajando como es debido, para que se diga que está trabajando se debe

aumentar la capacidad de conducción de corriente de la red y mejorar la potencia activa

del sistema eléctrico [1].

F.E.M.: Se denomina fuerza electromotriz (F.E.M.) a la energía proveniente de cualquier

fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la


CAPÍTULO 1 Pág. 5

existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro

positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a

través de un circuito cerrado [2].

F.M.M.: La Fuerza Magnetómotriz es la capacidad que posee la bobina de generar líneas

de fuerza en un circuito magnético. La fuerza magnetomotriz aumenta con la intensidad

de la corriente que fluye por la bobina y con el número de espiras de la misma [3].

C.C. (CORRIENTE CONTINUA): Es el flujo continuo de electrones a través de un conductor

entre dos puntos de distinto potencial, es decir sus cargas eléctricas o electrones fluyen

siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado [4].

C.A. (CORRIENTE ALTERNA): Es la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección

varían cíclicamente, a diferencia de la corriente continua, la alterna cambia

constantemente de polaridad efectuada por cada ciclo de tiempo, esto es que durante un

instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo mientras que en el instante

siguiente cambian de polaridad [4].

r.p.m.: Una revolución por minuto es una unidad de frecuencia que se usa también para

expresar velocidad angular. En este contexto, se indica el número de rotaciones

completadas cada minuto por un cuerpo que gira alrededor de un eje [2].

1.7 ESTADO DEL ARTE

En 1994 entre mayo y junio Sakutaro Nonaka, Kesamaru Katsumi, y Kazuo Horita

analizaron el campo magnético de un Generador Síncrono Trifásico de 4 polos sin

escobillas a través del método directo de Elementos Finitos en la que los valores de

corriente y potenciales magnéticos pueden ser obtenidos de forma directa [5].

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_angular


CAPÍTULO 1 Pág. 6

El 18 de Agosto del 2001 Zhou Ji, Liu Xiaofang, Cui Xiang; Hai Bao, Meng Liang, Zhao

Lingzhi y Luo Yingli; realizaron un estudio para calcular de forma exacta los

comportamientos de operación de un Generador Síncrono tomando en cuenta las curvas

de saturación en las que el coeficiente y el ángulo de potencia sirven como parámetros,

aunque el estudio se enfoca más a un Turbogenerador de 300MW [6].

M. Karrari y O.P. Malik publicaron la investigación de oscilaciones de baja frecuencia y el

diseño de estabilizadores de energía en el sistema para obtener los parámetros de los

generadores síncronos a través de mediciones en línea, dependiendo de las condiciones

de operación, desarrollando un modelo de tabla de búsqueda en la que según sean las

condiciones de operación se ajuste al modelo del generador síncrono utilizando el Método

de Heffron-Phillips el 13 de Febrero del 2006 [7].

El 10 de Abril del 2007 Xiaoping Tu, Louis-A. Dessaint, Nicolas Fallati y Bruno De Kelper

publicaron un artículo que habla de un modelo de simulación que toma en cuenta todos

los armónicos del espacio enfocado a generadores síncronos de gran potencia para

investigar los distintos tipos de corrientes que se crean en los devanados conectados en

paralelo en el caso de fallas internas. Así como también de realizar los cálculos de las

inductancias de la máquina de una forma más sencilla [8].

En ese mismo año, pero el 24 de Septiembre Ahmed M. El-Serafi, Life Fellow, y Narayan C.

Kar, expusieron los modelos utilizados por las máquinas síncronas de polos salientes para

el análisis de las características de saturación de la maquina a través de dos ejes, el eje

directo, y cuadratura del eje, así mismo se mencionan otros 4 métodos aparte para

conocer el eje de saturación de las máquinas de polos salientes [9].

Erdal Bekiroglu y Alper Bayrak, realizaron un estudio publicado en el año 2009 en el cual

abordan el tema de los generadores conectados en paralelo de forma automática a través


CAPÍTULO 1 Pág. 7

del desarrollo de una unidad de control. Con esta unidad todas las mediciones que se

realizan como tensiones, frecuencias, secuencias de fase, etc. son transferidas a un micro

controlador, estos datos son monitoreados y evaluados por el algoritmo de control

codificado en el microcontrolador.Sugieren además de que con este sistema se puede dar

un seguimiento más seguro y eficaz de las mediciones realizadas al generador síncrono así

como a su operación [10].

Yamazaki, K.; Tamiya, S.; Shima, K.; Fukami, T. realizaron un estudio el 17 de Septiembre

del 2011, en el que investigaron las características y ventajas del campo de cuerda en

máquinas síncronas asistidos por pequeños imanes permanentes, los cuales no se utilizan

para el campo de excitación, sino para reducir la saturación magnética en los polos del

rotor [11].

El libro de Máquinas Eléctricas de Jesús Fraile Mora aborda el tema de generadores

síncronos trifásicos, fue editado en el año 2008 esta fue la sexta edición [1].

El libro Electric Machines Theory, Operation, Applications, Adjustment and Control de

Charles I. Hubert también aborda el tema de generadores síncronos, este fue editado en

Estados Unidos en 1991 [12].

La consulta más importante se hará a los manuales DL30190 del generador síncrono

trifásico, y para los módulos DL30250, DL30018, DL2031M, DL2025DT, DL30061,

DL30040L, DL30040C, DL30040R, ,DL30200RHD, DL30205, DL1030 y el DL2109T27, los

cuales ayudaran a la realización de las pruebas, sus características se mencionarán en el

Capítulo 3 junto con la información correspondiente de la máquina antes descrita.


CAPÍTULO 2 Pág. 8

CAPÍTULO 2. GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO

2.1 INTRODUCCIÓN

El Generador Síncrono Trifásico es una máquina rotatoria de Corriente Alterna que igual

opera como generador que como motor a una velocidad síncrona; esta velocidad síncrona

es la velocidad a la que gira el campo magnético que es creado por las bobinas del mismo

campo, sin olvidar que también puede operar como condensador síncrono.

“Los generadores síncronos son la principal fuente de potencia eléctrica del mundo,

convirtiendo energía mecánica en energía eléctrica desde una fracción de 1 kVA hasta los

1500 MVA.

En la generación eléctrica a pequeña escala se emplean alternadores acoplados a motores

de combustión interna, que se utilizan en equipos de emergencia en hospitales,

aeropuertos, salas de ordenadores, centrales telefónicas, entre otros, y que entran en

servicio en el momento que falta la tensión de la red” [13].

Pero aún con todas las aplicaciones que esta máquina rotatoria tiene en el campo

eléctrico su empleo más frecuente es como Generador, que como ya se mencionó se usa

para producir grandes volúmenes de energía eléctrica en todas las Centrales Eléctricas de

Generación a partir de fuentes primarias de energía como la hidráulica, térmica o nuclear.

Como toda máquina rotativa consta de una parte fija y una móvil, estas son el estator y el

rotor respectivamente, ambas partes forman el circuito magnético de la máquina. A su

vez el estator aloja en sus ranuras el devanado del inducido y el rotor tiene el devanado

del inductor alimentado por C.C. Estos devanados forman los circuitos eléctricos de la

máquina.


CAPÍTULO 2 Pág. 9

2.1.1 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

El generador síncrono trifásico está compuesto de dos partes principales que son el

estator y el rotor, además de la excitatriz que es la componente requerida para energizar

el campo del generador, aunque la clasificación de las partes principales de una máquina

como el generador síncrono es corta, esta a su vez está compuesta de más partes que la

hacen funcionar de la manera en que se requiere. Estas componentes se muestran en la

Figura 2.1:

Figura 2.1 Partes principales de un generador síncrono trifásico

2.1.1.1 ESTATOR

El estator es la parte donde se alojan todos los elementos que no están en movimiento lo

que forma la parte magnética de la máquina como son:

Carcasa

Tapas

Yugo de la armadura

Ranuras

Devanado de armadura (inducido)

Colector


CAPÍTULO 2 Pág. 10

“Está formado por laminaciones delgadas de acero al silicio sumamente permeable a fin

de reducir las pérdidas en el núcleo. Las laminaciones se mantienen juntas por medio del

bastidor del estator. El bastidor, que puede ser de hierro fundido o fabricarse con placas

soldadas de acero suave, no se diseña para conducir flujo, sino para dar apoyo mecánico

al generador síncrono” *13].

El interior del estator tiene una variedad de ranuras cuyo objetivo es alojar los gruesos

conductores de la armadura (devanados). Los conductores de la armadura se encuentran

simétricamente dispuestos para formar un devanado polifásico equilibrado, para ello el

número de ranuras por polo y por fase debe ser un número entero. La F.E.M. inducida por

fase en generadores síncronos de gran tamaño es del orden de kV con capacidad de

generación que se mide en MVA [13].

En la Figura 2.2 se muestra el estator de un generador trifásico de 500 MVA, cuyo

diámetro interno es de 9.25m y su longitud axial efectiva de las laminaciones de hierro es

de 2.35 m, finalmente cuenta con 378 ranuras [13].

Figura 2.2 Estator de un generador síncrono trifásico



2.1.1.2 ROTOR

El rotor es la parte donde se encuentran los elementos que están en movimiento, estos

elementos forman la parte eléctrica de la máquina como:

Flecha

Núcleo del rotor

Piezas polares (electroimanes)

Ventilación

Muñón

Está fabricado de material ferromagnético laminado y está montado sobre una flecha que

le permite rotar libremente. Para máquinas grandes con una potencia que oscila entre los

1000 – 1500 MVA el rotor del generador síncrono se construye de dos formas, por no

decir que las únicas estas son, el rotor de polos salientes y el rotor de polos lisos; estos

dos tipos de rotores se muestran en la Figura 2.3 [14]:

Figura 2.3 Tipos de construcción de rotor de máquina síncrona: A) Polos salientes, B) Polos lisos

El rotor de polos salientes por lo general se utiliza en centrales hidráulicas con

generadores de baja velocidad y con un número de polos mayor a cuatro; los polos se

construyen con laminaciones de acero al silicio de 0.35 mm de espesor rodeados con la

bobina de campo o de excitación [1 y 14].



El rotor de polos lisos es más utilizado en centrales térmicas o nucleares con generadores

de alta velocidad, con número de polos menor a cuatro. El material con que se

construyen es acero al silicio laminado de diferentes espesores.

Como se observa el generador síncrono trifásico no utiliza el mismo rotor para trabajar ya

que depende en gran medida del servicio que va a dar y en donde se va a ocupar, de esta

forma se pueden dividir en tres tipos de generadores:

Turbogeneradores

Hidrogeneradores

Generadores diesel (Generadores acoplados a motores diesel)

“Los turbogeneradores son movidos por turbinas de vapor, su rotor es cilíndrico,

generalmente de dos polos, con una velocidad síncrona de 3000 r.p.m. a 50 Hz y sus

unidades abarcan potencias de hasta 1000 MVA”, CFE por ejemplo, utiliza 2

turbogeneradores en centrales como Agua Prieta II, de Ciclo Combinado con campo solar

que tendrá una capacidad aproximada de 405 MW o como en la central de Cogeneración

Salamanca donde usara 3 turbogeneradores y tendrá una capacidad aproximada de 430

MW y 800 ton/ hora de vapor [1 y 15].

Los Hidrogeneradores se mueven a través de turbinas hidráulicas cuyas características

dependen del tipo de salto y velocidad de giro, por lo regular usan tres tipos de turbinas:

• Turbinas Pelton: entre 750 y 375 r.p.m. para saltos de gran altura con eje

horizontal.

• Turbinas Francis: cerca de los 150 r.p.m. para saltos de media altura con

disposición vertical de grupo.

• Turbinas Kaplan: inferior de los 100 r.p.m. para saltos de pequeña altura (menos

de 30m) con el eje vertical [1].



2.1.1.3 SISTEMA DE EXCITACIÓN (EXCITATRIZ)

La excitatriz corresponde a una fuente de Corriente Directa producida por un generador

de corriente continua (C.C.), cuya función principal es la de aumentar la rapidez de

respuesta del generador. Como se mencionó anteriormente, el devanado de campo de la

máquina síncrona se encuentra en el rotor, y es alimentado con C.C. y ya que el rotor se

encuentra en movimiento, se requiere de un arreglo especial para entregar potencia de

C.C. a sus devanados de campo. Existen dos formas comunes de suministrar esta

potencia:

Excitación propia: Cuando la excitatriz esta acoplada directa o indirectamente al

eje del rotor.

Excitación separada: Cuando el alternador es excitado por un generador de C.C.

que no está acoplado al mismo, como baterías, acumuladores, red de C.C., etc.

[16].

Esto en otras palabras no es más que el sistema de excitación de la máquina que sirve

para que la máquina genere esto se muestra en la Figura 2.4:

Figura 2.4 Sistema de excitación sin escobillas o electrónico

En la Figura 2.4 se muestra este sistema de excitación en el que “el devanado trifásico de

la excitatriz está colocado en el rotor y su devanado inductor en el estator.



La salida de C.A. de la excitatriz se convierte en C.C. por medio de rectificadores

montados en el eje, que alimentan directamente el rotor del alternador sin necesidad de

anillos ni escobillas (rectificadores giratorios)”. *1]

2.1.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El generador síncrono trifásico al tener la capacidad de operar como motor, comparte

también el mismo principio de funcionamiento, el cual se anuncia a continuación:

Cuando el rotor se pone en movimiento, sus líneas de fuerza cortan a los conductores que

se encuentran en el estator que crea un campo magnético, esto genera una F.E.M. que

varía al igual que la densidad de flujo en el circuito magnético en forma de onda

sinusoidal. Esta onda que se genera es de la frecuencia y dependerá de la velocidad a la

que trabaje la máquina.

Cuando la corriente circula por la armadura se produce otro campo magnético conocido

como campo magnético de reacción de armadura. En el caso de esta máquina trifásica

adopta las mismas características del rotor estas son: girar en la misma dirección y

velocidad. Este efecto se puede apreciar en la Figura 2.5 [17]:

Figura 2.5 Esquema del principio de funcionamiento del generador síncrono trifásico



Este campo creado se relaciona con el campo del rotor lo que da por resultado un par

electromagnético que comenzará a alinearlos. Este par es lo que produce la rotación del

generador cuando opera como motor.

Es importante mencionar que el generador síncrono trifásico puede funcionar en vacío y

con carga; de estas condiciones se hablará más a detalle en las pruebas donde se

mencionara de forma detallada cuales son las diferencias y características de su

funcionamiento en vacío y con carga [17].

2.1.2.1 LA GENERACIÓN SINUSOIDAL

Los grandes volúmenes de energía eléctrica son creados por medio de máquinas

rotatorias, el alternador es un generador de tensión del tipo alterno, el cual se basa en los

principios de la Ley de Faraday, y de la Ley de Lenz, ambos principios establecen que la

tensión generada (Fuerza Electromotriz Inducida F.E.M.) en una bobina es directamente

proporcional a la variación del flujo magnético en el tiempo.

En la Figura 2.6 se muestra un generador elemental, con una espira que rota a velocidad

constante dentro de un campo magnético uniforme, generado por dos polos magnéticos

permanentes (norte y sur) y la espira entrega una tensión al circuito eléctrico externo, a

través de un par de anillos colectores [18].

Figura 2.6 Generador elemental



En la Figura 2.7 se muestra el detalle de la espira que se mueve dentro del campo

magnético.

Figura 2.7 Detalle de la espira en el campo magnético

La Ley de Faraday nos enuncia que: La fuerza electromotriz inducida (F.E.M.) en las

terminales de la espira, es igual a la razón de cambio de flujo (φ) en el tiempo (t). En la

ecuación 2.1 se observa esta relación [18]:

(2.1)

Para el caso que nos ocupa, la cantidad de flujo magnético que cruza el área contenida

(Ac) por la espira estará cambiando al girar, variando de cero a un máximo dado por sus

dimensiones, dependiendo del ángulo de rotación (θ), así queda la siguiente ecuación 2.2:

(2.2)

Dónde:

l = Largo de la espira (longitud activa).

D = Diámetro de giro de la espira.

Para una distribución de flujo uniforme (φ), el número de líneas por unidad de superficie

normal a su dirección, es decir la inducción magnética (B), está dada por la ecuación 2.3:

(2.3)



Dónde:

Φ = Flujo magnético (Wb)

B = Densidad de flujo magnético (To )

Ac = Área contenida (m2)

Despejando al flujo y sustituyendo en la ecuación 2.1:

(2.4)

Del movimiento rotacional, la velocidad angular (ω), es:

(2.5)

Sustituyendo (2.5) en (2.4), la F.E.M. o tensión inducida es:

(2.6)

Dado que ω = 2πf, la F.E.M. o tensión inducida también se puede escribir:

(2.7)

Para N espiras y considerando la Ley de Lenz, que nos dice: El sentido de la corriente

inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que lo produce; de tal manera que se

manifiesta con un signo negativo en la fuerza electromotriz inducida, como lo muestra la

ecuación 2.8 [18]:

(2.8)



La F.E.M. dada por la ecuación 2.6; es un valor temporal cuyo valor eficaz se muestra en la

ecuación 2.9:

(2.9)

De lo anterior podemos concretar que estrictamente el flujo magnético y la tensión

generada por un sistema rotatorio, son estrictamente senoidal y cosenoidal, exhibido en

la Figura 2.8:

f

e

q, Grad

F, E

T

0 90 180 270 360

Figura 2.8 Sinusoides de flujo y F.E.M.

Teniendo en cuenta que para facilitar el manejo de los parámetros eléctricos en general,

se transforman a valores eficaces con objeto de tratarlos en el plano complejo como

fasores [18].

2.1.3 CIRCUITO EQUIVALENTE

Un circuito equivalente en general nos es de mucha ayuda para comprender mejor el

comportamiento de cualquier máquina, circuito o modelo eléctrico que queramos

entender. El diagrama fasorial nos ayuda a determinar gráficamente la relación de todos

los parámetros que intervienen en el funcionamiento de una máquina.



.

Para el caso del generador síncrono el circuito equivalente y el diagrama fasorial nos van

ayudar a determinar “la relación existente entre la F.E.M. y la tensión de los diversos

regímenes de funcionamiento de la máquina, estudiando al mismo tiempo la interacción

entre las F.M.M’s de excitación y de inducido que conducen a la F.M.M. resultante que

origina el flujo en el circuito magnético”. El circuito equivalente de un generador síncrono

se observa en la Figura 2.9 [1]:

Figura 2.9 Circuito equivalente de un generador síncrono trifásico

Para nuestro caso de estudio usaremos el circuito equivalente de un generador síncrono

de polos lisos que, como se ha mencionado la F.E.M. que se induce en el estator es a

causa del flujo magnético que se crea en el rotor, cuando este está en movimiento.

Es importante mencionar que sí la máquina no tiene carga, la tensión que se medirá en

las terminales de la máquina, es la F.E.M. inducida y se considera entonces que la

maquina está operando en vacío.

Algo que caracteriza este funcionamiento en vacío de la máquina es la Curva en vacío o

curva E0 = f (Ie); en esta curva se puede observar a la F.E.M. inducida que se mide en los

bornes de la máquina cuando la carga no está conectada en ella, esto en función de la

corriente de excitación que hace su recorrido por los devanados inductores [1].



Esta curva solo se puede determinar en forma experimental; (en el siguiente capítulo se

detallará más acerca de esta característica), pero en general lo que se hace es girar el

generador síncrono a su velocidad de sincronismo a través del primomotor, y

posteriormente ir cambiando de forma gradual la corriente de excitación desde cero

hasta el valor máximo, que sería la corriente de saturación y de éste valor máximo

retomarlo al valor cero.

La Figura 2.10 muestra la curva en vacío de tensión contra corriente del generador

síncrono:

Figura 2.10 Curva en vacio de un generador síncrono trifásico

A diferencia la operación en vacío donde no existe una carga conectada a la máquina, en

la operación con carga la tensión en sus terminales si se modifica debido a que hay carga,

esta puede ser resistiva, inductiva y/o capacitiva e influenciada por otros factores que se

describirán a continuación:

Reactancia de dispersión: Esta es producto del flujo de dispersión del estator que no

se relaciona con el flujo propio del rotor, el flujo de dispersión nos permite tener un

coeficiente de autoinducción Lσ, que al incrementarse por la pulsación de la corriente (ω),

da lugar a este fenómeno que se crea en el estator mostrado en la ecuación 2.10 [1]:

(2.10)



Reacción del inducido: La reactancia de dispersión nos da una tensión inductiva del

generador síncrono, esta tensión puede alcanzar valores del 10-15% de la tensión

inducida a plena carga y está dada por el efecto de la F.M.M. del inducido sobre la F.M.M.

del inductor haciendo que el flujo del entrehierro se vaya modificando.

Entonces, si conectamos el sistema trifásico del estator en un punto común, formando

una conexión estrella y se colocan distintos tipos de carga a través de las cuales circulara

una corriente que va relacionada al tipo de carga que se le conecte a la máquina, hará

que la corriente se desfase 120° ya sea en atraso o en adelanto.

Con esta corriente se crea un campo magnético “alternativo” en las tres fases que, al

juntarse dará origen a la reacción de armadura que gira a velocidad de sincronismo; es

decir, a la misma velocidad y dirección que el rotor [1].

A continuación se analizarán los efectos con distintos tipos de carga en el estator del

generador síncrono:

Carga resistiva: Con este tipo de carga la corriente y la tensión en los bornes de la

máquina están en fase, es decir, no existe un desplazamiento entre ellos. Debido a esta

característica se crea un campo magnético en el estator, esto hace que los ejes

magnéticos del rotor y el estator formen un ángulo de 90°, provocando que la tensión de

los bornes sea distinta a la F.E.M. inducida ya que el campo en el entrehierro del

generador síncrono no solo se produce por el rotor, sino que además tiene como una de

sus componentes principales la reacción de armadura, a diferencia de su operación en

vacío donde dicha reacción no existe [19].



En la Figura 2.11 se muestra la posición de los campos magnéticos (parte izquierda de la

figura) y el movimiento de las corrientes con carga resistiva (parte derecha):

Figura 2.11 Posición de los campos magnéticos del rotor y de reacción de armadura para carga resistiva

En el diagrama fasorial de la Figura 2.12 se muestra de forma gráfica el comportamiento

de la reacción del inducido con carga resistiva, es decir, la tensión y la corriente están en

fase y su factor de potencia es igual a 1:

Figura 2.12 Diagrama fasorial para carga resistiva (F.p. unitario)

Dónde:

Φp= Flujo por polo del generador sin carga Īa = Corriente de fase Ēa= Tensión en las terminales por fase Ea= Tensión generada Φar= Flujo de armadura

Φe= Flujo efectivo por polo (Φe = Φp + Φar) Ēar = Reacción de armadura jīaXa = Caídas de tensión de Ēe

īaRa = Caídas de tensión de Ēr

a)Sentido de las fuerzas electromotrices incluidas en las bobinas del estator sin carga para la posición del rotor

indicada

b)Sentido de las corrientes en las bobinas del estator con carga óhmica pura, y posición del campo rotante de reacción

de armadura



Las variables en los diagramas fasoriales son las mismas en los tres tipos de cargas.

• Carga Inductiva: Se tiene el conocimiento que cuando una carga es inductiva el

desfasamiento que existe entre la corriente y la F.E.M. es de 90°, para este tipo de cargas

las corrientes se atrasan con respecto a las F.E.M’s 90° en sentido contrario al giro del

rotor.

En esta situación las F.M.M’s del rotor y del estator se oponen, esto quiere decir este tipo

de carga crea una reacción “desmagnetizante” haciendo que la F.M.M. resultante se

reduzca, esto se logra disminuyendo el flujo del entrehierro, lo que a su vez provoca que

la F.E.M. inducida también comience a reducirse [19].


figura) y el movimiento de las corrientes con carga inductiva (parte derecha):

Figura 2.13 Posición de los campos magnéticos del rotor y de reacción de armadura para carga inductiva

La forma gráfica del comportamiento de la reacción del inducido con cargas inductivas, es

cuando la tensión y la corriente están desfasadas y su factor de potencia es igual a 90˚ (-)

esto quiere decir que está atrasado.


indicada

b)Sentido de las corrientes en las bobinas del estator con carga inductiva pura, y posición del campo rotante de reacción de

armadura



Este comportamiento se muestra en el diagrama fasorial de la Figura 2.14:

Figura 2.14 Diagrama fasorial para carga inductiva (F.p. atrasado)

• Carga Capacitiva: Cuando una carga se dice que es capacitiva, al igual que en la carga

inductiva el desfase entre las corrientes y las F.E.M’s también es de 90° solo que en este

caso las corrientes se adelantan 90° con respecto a las F.E.M’s. En este caso las F.M.M’s

del rotor y el estator se superponen, esto nos indica que una carga capacitiva causa un

efecto “magnetizante”, este efecto ayuda a la acción de los campos de los polos [19].


figura) y el movimiento de las corrientes con carga capacitiva (parte derecha):


indicada

b)Sentido de las corrientes en las bobinas del estator con carga capacitiva pura, y posición del campo rotante de reacción de

armadura

Figura 2.15 Posición de los campos magnéticos del rotor y de reacción de armadura para carga capacitiva



En el diagrama fasorial de la Figura 2.16 se muestra de forma gráfica el comportamiento

de la reacción del inducido con cargas capacitivas, es decir, la tensión y la corriente están

desfasadas y su factor de potencia es igual a 90˚ (+), esto quiere decir que esta

adelantado.

Figura 2.16 Diagrama fasorial para carga capacitiva (F.p. adelantado)

2.2 CARACTERÍSTICAS DEL GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO

La determinación de las características de un generador síncrono trifásico nos ayuda a

comprender como opera este tipo de máquina, así como determinar las curvas de

operación de la misma para tener datos más confiables de su funcionamiento. Además de

que con estos datos podremos saber en qué momento y como utilizarlos, que clase de

servicio va a suministrar, determinar fallas que comprometan el servicio que esta máquina

le brinda a todo sistema eléctrico; ya que sin importar de qué forma se opere las

características son las mismas, así como el mantenimiento, su manipulación, etc.

2.2.1 CARACTERÍSTICA DE CIRCUITO ABIERTO (EN VACÍO)

Como se ha mencionado anteriormente cuando un generador síncrono está operando en

vacío, la tensión que existe en ese momento es la misma que la tensión de entrada, esta

es la que existe en las terminales de la máquina, y la corriente en ese momento no existe,

es igual a cero.



Esta característica del generador relaciona la tensión de los bornes de la máquina con la

corriente de excitación del rotor a velocidad síncrona sin que esta corriente roce las

bobinas del estator, que como consecuencia nos dice que esta tensión se relacione con la

F.E.M. inducida por el flujo magnético del rotor. El circuito de esta prueba se observa en la

Figura2.17:

Figura 2.17 Diagrama para realizar la prueba de circuito abierto

En esta prueba lo que se hace es impulsar al generador síncrono a su velocidad nominal y

al mismo tiempo el devanado de la armadura tiene que estar abierto. La corriente con la

que se va a alimentar este sistema es una fuente de C.C. que se tendrá que ir variando y

las lecturas de tensión que se den en el vóltmetro se irán registrando para crear un

reporte y crear su curva en vacío. En la Figura 2.18 se muestra la gráfica de tensión de

salida contra corriente de excitación:

Figura 2.18 Curva de vacío de un generador síncrono trifásico



En esta curva podemos observar como en un inicio existe una relación de tipo lineal entre

la tensión y la corriente de excitación, después comienza a aparecer un codo que

manifiesta la saturación que posteriormente entra a una zona en la que al aumentar la

corriente excitación, la tensión no se incrementa permaneciendo constante [19].

2.2.2 CARACTERÍSTICA DE CIRCUITO CERRADO (EN CORTO CIRCUITO)

En esta característica se obtiene un resultado distinto a la característica en vacío de la

máquina, ya que en este caso la tensión en las terminales de la máquina es cero, debido a

que están se cortocircuitan, y se tendrá una gran influencia de las corrientes de excitación

y de la corriente del estator.

Los bornes de la máquina se ponen en corto circuito; al igual que en la prueba en vacío la

velocidad nominal debe ser constante y la corriente de excitación es la que se irá

variando, pero en este caso las lecturas que se tomaran son las de la corriente del estator

en cada fase no las de tensión por que están en corto circuito, posteriormente los valores

deben registrarse para un reporte en el que se darán los resultados de la corriente por

cada fase, en la Figura 2.19 se muestra esta prueba:

Figura 2.19 Diagrama para realizar la prueba de corto circuito



Esta prueba nos ayuda a comprender la influencia de la corriente en el funcionamiento del

generador, es importante mencionar que la corriente de la armadura en cortocircuito no

debe exceder el doble de la corriente nominal que está especificada en los datos de placa

del generador. En la Figura 2.20 se muestra la curva de corto circuito de un generador

síncrono:

Figura 2.20 Curva de corto circuito de un generador síncrono trifásico

En esta curva se observa cómo es que las corrientes de corto circuito y de excitación están

relacionadas entre sí de forma lineal, esto debido a que la reacción de armadura es

desmagnetizante debida a una sola carga que como se dijo anteriormente es inductiva,

están atrasadas 90˚ en relación a la tensión.

Y como en este caso la tensión en los bornes de la máquina es cero, para saber la tensión

en cada fase se tendrá que obtener a través de la impedancia síncrona y la corriente de

cortocircuito que podemos conocer con esta prueba.

2.3. IMPEDANCIA SÍNCRONA

Esta impedancia a la que podremos reconocer como Zs es el resultado de la relación entre

la tensión y la corriente de cortocircuito del generador síncrono por fase.



A través de las pruebas de vacío y cortocircuito podemos realizar una gráfica en la que al

sobreponer las curvas de cada prueba podemos observar como estos parámetros se

relacionan entre sí, para darnos el valor de la impedancia síncrona de la máquina como se

muestra en la ecuación 2.11:

(2.11)

En la Figura 2.21 se muestra la gráfica donde se relacionan las características de corto

circuito y circuito abierto del generador síncrono trifásico:

Figura 2.21 Características de circuito abierto y de corto circuito de un generador síncrono trifásico

En la gráfica se observa además de las curvas de C.C. y de C.A. una línea recta que se

nombra como línea del entrehierro, donde por lo regular se consume gran parte de la

F.M.M. del generador; esta línea tiene una relación directa con la corriente de circuito

abierto ya que mientras el campo magnético del generador síncrono no se sature la ICA

sigue un camino lineal, pero si se satura la ICA comienza a desviarse de la línea del

entrehierro formando la curva que es conocida como “la curva de magnetización” del

generador síncrono sin carga [1] y [13].

Este valor de impedancia síncrona es constante solo mientras esta dentro de la curva de

vacío, si se aleja y entra a la zona de saturación el valor ira variando.



CAPÍTULO 3. PRUEBAS PARA LA PUESTA EN SERVICIO DEL MÓDULO DL30190

3.1 INTRODUCCIÓN

La realización de pruebas a máquinas eléctricas es de vital importancia para conocer su

funcionamiento, sus posibles fallas, mantenimiento, etc. con el fin de obtener un sistema

eléctrico estable y en óptimas condiciones de funcionamiento.

Algo importante en la elaboración de pruebas, es el material y/o equipo que se utiliza para

las mismas, en nuestro caso son prácticas que se realizan en la escuela, en laboratorios

especializados en máquinas eléctricas; el material que se usa son generadores síncronos

trifásicos, cables de conexión y un tablero donde vienen integrados todos los medidores

correspondientes a la tensión, corriente, y frecuencia.

En este trabajo se usó un equipo más compacto en cuanto a tamaño y disponibilidad de

espacio se habla, incluyendo cables más cortos comparados con los que usualmente se

ocupan en el Laboratorio de Conversión de la Energía II, y aunque este equipo tiene

valores nominales de corriente, tensión y potencia más bajos que los de una máquina

síncrona que está en la industria, se tienen los resultados adecuados para caracterizarlo.

En algunos países hay laboratorios que se han encargado de elaborar módulos de prueba,

con los cuales no solo nos ponemos al día en cuanto a tecnología se refiere, sino que

además podemos elaborar pruebas no solo al Generador Síncrono Trifásico que es nuestra

máquina de estudio, también se pueden realizar pruebas a instalaciones eléctricas

industriales y residenciales, y a cualquier otro tipo de máquina rotatoria de C.C. y C.A.,

pero para no salirnos del tema hablare en específico del módulo DL30190 que está

especializado en Generadores Síncronos Trifásicos, con este módulo se pueden realizar

varias pruebas con las cuales conoceremos como se ha mencionado anteriormente sus

características de Regulación, de Cortocircuito, etc.



“Los datos nominales de la máquina en prueba, normalmente los suministra el fabricante,

se aplican en una placa y sirven como "tarjeta de identidad" de modo que el usuario

pueda visualizar las características de funcionamiento más importantes. Debido a que los

valores nominales puestos en estas placas son resultado de pruebas realizadas a

prototipos, una vez que se aprueban y comienza la producción en serie de estos equipos

los datos estándar tienden a variar debido a las tolerancias constructivas de las

máquinas.”*20]

El uso de este equipo es con un fin didáctico, durante la ejecución de las pruebas al

módulo DL30190, conoceremos más equipo que sirve para completar las pruebas que más

adelante se detallarán, se mencionaran las características más importantes de todos los

módulos que se utilizaran en este trabajo. El fabricante clasifica los módulos en 10

secciones de las cuales solo ocuparemos 6, estas se muestran en la Tabla 3.1:

Tabla 3.1 Clasificación del equipo según el fabricante

TIPO DE MÓDULO MÓDULO CARACTERÍSITCA

MÁQUINAS SÍNCRONAS TRIFÁSICAS DL30190 Generador Síncrono Trifásico

MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

DL 30250

Generador de Corriente Continua con Excitación en

Paralelo

MÓDULOS DE ALIMENTACIÓN GENERAL

DL30018

Módulo de Alimentación para Maquinas y mediciones

Eléctricas

MÓDULOS DE MEDICIÓN

DL2031M Transductor óptico

DL2025DT Tacómetro Electrónico

DL30061 Módulo para la Medición de Potencia Eléctrica

DL2109T27 Medidor del Factor de Potencia

ACCESORIOS

DL30200RHD Reóstato de Arranque

DL30205 Reóstato de Excitación

DL1030 Mesa de Paralelo

CARGAS

DL30040C Carga Capacitiva

DL30040L Carga Inductiva

DL30040R Carga Resistiva



3.2 MÓDULO DE PRUEBA DL30190, EQUIPO DE MEDICIÓN Y ACCESORIOS

En esta sección se describen las características físicas y eléctricas de los módulos que se

utilizaron en la realización de este trabajo.

3. 2 .1 GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO DL30190

Esta máquina es la encargada de convertir energía mecánica en energía eléctrica, cuenta

con un rotor de polos lisos y un devanado trifásico en el inducido del estator, que la hace

una maquina versátil para funcionar ya sea como generador, motor síncrono o

condensador síncrono, lo que a su vez le ayuda a mejorar el factor de potencia [20].

Como se mencionó en el punto 2.11 del Capítulo 2, un generador síncrono básicamente

está constituido por un estator en el que se aloja el arrollamiento de armadura o inducido

y por un rotor bipolar o multipolar en el que se encuentra el arrollamiento de campo o

inductor, este se excita con corriente continua que normalmente proviene de un pequeño

dínamo denominado excitatriz. El diagrama de la Figura 3.1 muestra el diagrama de

conexión del DL30190 que está conectado en estrella debido a que la conexión delta se

evita ya que pueden crearse corrientes de circulación interiores debidas a las F.E.M’s

inducidas que resultan entre ellas, conocidas como armónicos las cuales ocasionarían un

mal funcionamiento de la máquina.[20]

Figura 3.1 Placa de conexiones del módulo DL30190



En la Figura 3.2 se observan las características eléctricas del generador, tanto en alta como

en baja tensión que nos servirán de base al momento de realizar las pruebas, así también

para comparar y analizar los resultados que se obtengan en las mismas.

Figura. 3.2 Placa de datos del módulo DL30190

La placa de datos de la Figura 3.2, sirve para conocer los datos de inicio para cálculos, que

nos sirven para comprobar y analizar los resultados que se obtengan en la realización de

una prueba así como para identificar el tipo de máquina que es y todas sus condiciones de

operación.

3.2.2 GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA CON EXCITACIÓN EN PARALELO DL30250

El Generador con excitación shunt o paralelo suministra energía eléctrica a una tensión

más o menos constante, cualquiera que sea la carga, cuando el circuito exterior está

abierto, la máquina tiene excitación máxima porque toda la corriente producida se destina

a la alimentación del circuito de excitación, por lo tanto, la tensión en los bornes es

máxima [21].

Los devanados de inductor e inducido se conectan en paralelo, un caso particular de este

tipo de conexión es aquél en que el devanado excitador y el inducido se conectan a redes

de corriente continua independientes; este tipo de conexión se designa con el nombre de

excitación independiente [22].



La función de este módulo es excitar al módulo DL30190, es decir, este equipo se

considera el sistema de excitación requerido para que el generador comience a trabajar.

En la Figura 3.3 se muestra como el módulo DL3250 está constituido por dos devanados

diferentes (A y D), donde A1 y A2 son los bornes del circuito de la armadura y D1 y D2 son

los bornes del circuito de campo, [22] y [23]:

Figura 3.3 Placa de conexiones del módulo DL30250

En la Figura 3.4 se muestra la placa de datos del Generador de C.C., donde se observan las

características eléctricas del generador, que nos servirán de base al momento de realizar

las pruebas.

Figura 3.4 Placa de datos del módulo DL30250



3.2.3 MÓDULO DE ALIMENTACIÓN PARA MÁQUINAS Y MEDICIONES ELÉCTRICAS

DL30018

El módulo de alimentación DL30018 es el encargado de suministrar energía en C.A. fija y

variable, energía en C.C. fija y variable, que servirán para alimentar al módulo DL30190 y

al módulo DL30250 en las pruebas, todas las salidas están protegidas por interruptores

termomagnéticos y cada línea se controla por un interruptor propio.

Para satisfacer las normas de seguridad, todos los circuitos de salida se realizan a baja

tensión y tienen un aislamiento galvánico respecto de la red eléctrica [24].

En la Tabla 3.2 se muestran los valores de tensión con respecto al tipo de energía con la

que trabaja el módulo DL30018:

Tabla 3.2 Características eléctricas del módulo DL30018

Con estas especificaciones se podrá seleccionar la fuente que más se convenga

dependiendo de la máquina a prueba.

SALIDA TENSIÓN

(V)

CORRIENTE

(A)

CA

Variable

3 x 0 ÷380 2

3 x 0 ÷240 3

Fija

3 x 380 2

3 x 220 + N 10

Estándar fija 127 / 220 10

CC

Variable

0 - 240 4

0 - 225 1

Fija 220 4

ALIMENTACIÓN --------- 3 x 220 + N; 50/60 Hz -------



3.2.3.1 DISPOSICIÓN DE SEÑALIZADORES Y CONTROLES:

En la Tabla 3.3 se describe la simbología que aparece en las Figuras 3.5 y 3.6, para

conocer las partes que componen este módulo de alimentación universal [24]:

Tabla 3.3 Simbología de las partes componentes del módulo DL30018

En la Figura 3.5 se muestran de forma física todas las salidas de energía que componen

este módulo, así como también algunos otros accesorios que complementan la función

del módulo y cuya descripción se observa en la Tabla 3.3:

Figura 3.5 Parte frontal del módulo DL30018 para conexiones

Ch 1 INTERRUPTOR GENERAL CON LLAVE Pc 1 PULSADOR DE EMERGENCIA J1A INTERRUPTOR GENERAL TERMOMAGNÉTICO DIFERENCIAL TRIFÁSICO J1B INTERRUPTOR GENERAL TERMOMAGNÉTICO DIFERENCIAL MONOFÁSICO J2 CONMUTADOR DE SALIDA TRIFÁSICA FIJA A RED J3 CONMUTADOR DE SALIDA CORRIENTE CONTINUA J4 CONMUTADOR DE SALIDA TRIFÁSICA VARIABLE O FIJA J5 CONMUTADOR PARA LA SELECCIÓN DE LAS SALIDAS J6 CONMUTADOR DE SALIDA TRIFÁSICA VARIABLE J7 CONMUTADOR DE SALIDA DE EXCITACIÓN DE CORRIENTE CONTINUA Pm1 BOTÓN DE ARRANQUE Pa1 BOTÓN DE PARADA L1 - L7 LUZ DE ALARMA Var 1 REGULADOR PARA SALIDA PARA C.A O C.C. Var 2 REGULADOR PARA SALIDA DE EXCITACIÓN DE C.C. K1 CONECTOR DE MÁXIMA VELOCIDAD Temp CONTACTOS PROTECCIÓN TÉRMICA DE LOS MOTORES Th1 PROTECCIÓN TERMOMAGNÉTICA PARA SALIDA DE C.C. PR1 ENCHUFE MONOFÁSICO



En la Figura 3.5 se pueden identificar todas las salidas de tensión que integran al módulo

DL30018; estas salidas están conectadas a un transformador trifásico interno que se ajusta

a través del variador VAR1, y están protegidos por un interruptor termomagnético Th1, en

la Figura 3.6 se muestra la parte trasera del módulo DL30018 en la cual se identifica a este

interruptor [24].

Figura 3.6 Parte trasera del módulo DL30018

Esta simbología, será de gran utilidad para comprender mejor la operación de este

módulo, saber identificar todos sus componentes será vital para que las personas que lo

ocupen puedan realizar sus pruebas sin ningún contratiempo y sea más fácil familiarizarse

con el equipo.

3.2.4 TRANSDUCTOR ÓPTICO DE VELOCIDAD DL2031M

Este quipo está diseñado para medir la velocidad de rotación del motor, está constituido

por un interruptor opto-electrónico y un disco codificado, que puede ser utilizado para

medidas estroboscópicas; es decir, que también sirve para medir movimientos periódicos

muy rápidos, es un conector que sirve para transmitir la señal del movimiento al

tacómetro[25].



3.2.4.1 COMPOSICIÓN DEL TRANSDUCTOR ÓPTICO DL2031M

Este módulo está compuesto por una pequeña caja metálica brillante y pintada al fuego

donde tiene puesto el interruptor y el disco codificado. El disco codificado presenta

también sectores para eventuales medidas estroboscópicas mientras que el orificio

circular (H) permite introducir el eje de un tacómetro que deberá apoyarse contra el rotor

de la máquina, estos aspectos físicos se muestran en la Figura 3.7 [25]:

Figura 3.7 Composición física del módulo DL2031M

3.2.4.2 INSTALACIÓN

La aplicación del transductor óptico sobre las máquinas rotativas es muy simple. Después

de quitar la cubierta protectora (X) del eje posterior de la máquina, en ese punto se fija el

fondo (A) mediante tornillos (F), que son los mismos que se usan cuando se fija la cubierta

protectora, se ensambla el disco (C) en el eje (D) del motor y se fija con los tornillos (E),

A: Fondo H: Orificio circular B: Cubierta I: Tornillos de plexiglás C: Disco codificado J: Tornillos de la cubierta D: Árbol rotante K: Tornillos para interruptor óptico E: Tornillitos para fijar el disco L: Interruptor óptico F: Tornillos de fondo M: Placa en plexiglás con orificio G: Llave



después de haber centrado en la sede del interruptor óptico: eventuales regulaciones

finales se pueden obtener aprovechando los orificios abajo los tornillos (F) del fondo(A).

Posteriormente se fija la cubierta (B) sobre el fondo (A) mediante los tornillos (L) y el

transductor estará listo para ser usado, como lo muestra la Figura 3.8 [25]:

Figura 3.8 Diagramas de instalación del módulo DL2031M

Para la medida de la velocidad se debe conectar el conector (K) al análogo (K2) del

tacómetro mediante el cable.

3.2.5 TACÓMETRO ELECTRÓNICO DL2025DT

El tacómetro electrónico es un instrumento analógico, que se acopla con el transductor

óptico de velocidad, este equipo permite medir la frecuencia de rotación de las máquinas

eléctricas. La Tabla 3.4 muestra las características eléctricas de este módulo [26].

Tabla 3.4 Características eléctricas del tacómetro electrónico DL2031M

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

CAMPO DE MEDIDA 1500/3000/6000 min-1

PRECISIÓN 1.5%

TENSIÓN DE SALIDA 1V /1000 min-1

ALIMENTACIÓN Red monofásica



La Figura 3.9 muestra la cara frontal del tacómetro electrónico DL2025DT [26]:

Figura 3.9 Parte frontal del módulo DL2025DT

En la Figura 3.9 se pueden observar las partes que conforman este módulo, como lo son la

pantalla (A), la perilla de las escalas (J1), el conector que va directo al transductor óptico

(C) y su conexión a tierra (D). En la Tabla 3.5 se dan las especificaciones físicas del

tacómetro que se muestran en la Figura 3.9 [26]:

Tabla 3.5 Características físicas del tacómetro DL2025DT

DESCRIPCIÓN

ESCALA CIRCULAR 240°

Vmin– 1

SELECTOR DE CAPACIDAD

K2 CONECTOR PARA EL TRANSDUCTOR ÓPTICO

OVERRANGE LED DE SUPERACIÓN DE CAPACIDAD

POWER ON LED DE ALIMENTACIÓN AUXILIAR



Antes de conectar el módulo al suministro eléctrico, primero hay que verificar:

1. La tensión de suministro indicado en la placa de datos (Tdm) del módulo, es el mismo

que el de la red eléctrica.

2. El fusible está presente en el receptor Pr1.

En la Figura 3.10 se muestra la parte trasera del módulo DL2025DT donde se muestran la

placa de datos y el fusible.

Figura 3.10 Parte trasera del módulo DL2025DT

Cuando el módulo este alimentado el led de encendido se iluminará, la terminal K2 se

conecta al transductor óptico montado en la máquina bajo prueba y se posiciona el

interruptor J1 en la velocidad elegida [26].

En caso de un sobrepaso de rango; es decir, que sobrepase a la velocidad seleccionada por

el interruptor J1, el instrumento se posicionará por si mismo en cero, y el led indicador

“overrange " (todo el rango) se iluminará: en este caso coloque el interruptor J1 en un

rango superior [26].



3.2.6 MÓDULO PARA LA MEDICIÓN DE POTENCIA ELÉCTRICA DL30061

Este módulo de medición puede ser utilizado por máquinas que no sean de la marca,

siempre y cuando cumplan con la potencia especificada por las características de este

instrumento, también puede ser conectado al sistema de adquisición de datos del módulo

mediante las boquillas frontales de “output”. La Tabla 3.6 muestra las características

eléctricas de los aparatos de medición que conforman al módulo DL30061 [27].

Tabla 3.6 Características eléctricas del módulo DL30061

Las tensiones que alimentan los instrumentos digitales, están aisladas entre ellas y hacia la

red de alimentación. Las regulaciones se han efectuado a 20°C y a humedad relativa de

50% [27].

ALIMENTACIÓN ESTÁNDAR Monofásica, como se indica en la placa de datos con cordones en contenedor red.

SECCIÓN DE MEDICIÓN PARA C.C.

La sección de medida para C.C. está constituida por 2 instrumentos (un ampérmetro y un vóltmetro)

Ampérmetro:

De 3 cifras, fondo escala de 9.99 A, precisión de 0.5% 1 cifra con resolución de 10 mA.

Vóltmetro: De 3 cifras, fondo escala de 500 V, precisión de 0.5% 1 cifra resolución de 1 V.

SECCIÓN DE MEDICIÓN PARA C.A.

La sección de medición para C.A. está constituida por 3 instrumentos: 1 ampérmetro, 1 vóltmetro y 1 wattmetro

Ampérmetro:

De 3 cifras, fondo escala de 9.99 A, precisión de 0.5% 1 cifra resolución de 10 mA. El ampérmetro para C.A. se puede conmutar en las tres fases sin interrumpir el circuito en prueba.

Vóltmetro

De 3 cifras, fondo escala de 500 V, precisión de 0.5% - 1 cifra resolución de 1 V. El vóltmetro para C.A. es conmutable para la medida de sistemas trifásicos.

Wattmetro

De 3 ½ cifras, fondo escala de 500 W, precisión de 0.5% - 1 cifra resolución de 1 W.



En la Figura 3.11 se muestra la parte frontal del DL30061, donde se exhiben los medidores

y las salidas respectivas de cada uno.

Figura 3.11 Parte frontal del módulo DL30061 para conexiones

En la Tabla 3.7 se especifica la simbología de las salidas mostradas en la Figura 3.11:

Tabla 3.7 Definición y características eléctricas de cada salida del módulo DL30061

Es importante tener en cuenta que todos los instrumentos deben encender sus lámparas,

lo cual indicará el buen funcionamiento del equipo, para tener una correcta y buena

lectura es mejor esperar algunos minutos para que los instrumentos se estabilicen

térmicamente [27].

Ampérmetro CC En las boquillas B1, está presente una tensión de 250 mV por A.

(Ejemplo: 3.65 A en el instrumento dan 912 mV en las boquillas)

Ampérmetro CA En las boquillas B4, está presente una tensión de 250 mV por A.

(Ejemplo: 3.65 A en el instrumento dan 912 mV en las boquillas).

Vóltmetro CC En las boquillas B2, está presente una tensión de 10 mV por V.

(Ejemplo: 150 V en el instrumento dan 1500 mV en las boquillas).

Vóltmetro CA En las boquillas B5, está presente una tensión de 10 mV por V.

(Ejemplo: 150 V en el instrumento dan 1500 mV en las boquillas).

Wattmetro

La salida del wattmetro es trifásica con conexión Aron.

En las boquillas B3, está presente una tensión de 1 mV por cada W.

(Ejemplo: 3200 W en el instrumento dan 3200 mV en las boquillas).



3.2.7 MEDIDOR DEL FACTOR DE POTENCIA DL2109T27

Este es un panel demostrativo de tipo monofásico para la medida del factor de potencia y

el ángulo de fase de una carga conectada, en la Figura 3.12 se muestra la parte frontal de

este equipo donde se pueden observar sus entradas y salidas de conexión, es importante

que el medidor esté conectado siempre entre el conductor de línea y el conductor de

neutro [28].

Figura 3.12 Diagrama físico del módulo DL2109T27

En la Tabla 3.8 se muestran las características eléctricas del módulo DL2109T27:

Tabla 3.8 Características eléctricas del módulo DL2109T27

RANGOS DE MEDIDA

Factor de potencia: 0…1…0

Angulo de fase: -900 Cap. y +90

0 Ind.

Tensión: 3….1000 V

Corriente: 0.1…30 A

RANGO DE FRECUENCIA 20 Hz…20kHz

ALIMENTACIÓN AUXILIAR 220 V, 50-60 Hz



3.2.8 REÓSTATO DE ARRANQUE PARA MÁQUINAS DE C.C. DL30200RHD

El Reóstato de arranque para máquinas de C.C. tiene una tensión de armadura de 220 V,

una potencia 300 W y arranque a medio par. Cuando se trabaja con el motor a plena

carga no hay que olvidar que el reóstato no debe estar en una posición intermedia sino

que hay que posicionarlo siempre en 0. En la Figura 3.13A, se muestra la conexión de este

módulo para máquinas con excitación derivada, el reóstato de arranque se debe conectar

en serie a la armadura [29].

Figura 3.13 A) Diagrama de conexión para máquinas con excitación derivada

En la Figura 3.13B, se muestra la conexión para máquinas con excitación compuesta o

serie, el reóstato se conecta en serie a la armadura de la máquina y a la excitación serie.

Figura 3.13 B) Diagrama de conexión para máquinas con excitación compuesta

Al momento del arranque del motor el interruptor se pone en la posición Ohm MAX, por

lo tanto, una vez que la máquina está trabajando se debe pasar a las posiciones 2-3-4 y al

final en la posición 0 (cortocircuito) [29].



3.2.9 REÓSTATO DE EXCITACIÓN DL30205

El DL30205 es un reóstato de excitación para motores de C.C. de excitación derivada o

compuesta y para generadores; este tipo de reóstato nos sirve para aumentar el campo en

el motor sin limitar el paso de la corriente, esto es apropiado para llevar al motor y el

generador a velocidad de sincronismo, considerándose el comportamiento ideal de la

máquina síncrona.

La Figura 3.14 A, muestra la conexión de forma reostática al hacer la inserción con una de

las salidas del reóstato [30].

Figura 3.14 A) Diagrama de conexión reostática Figura 3.14 B) Diagrama de conexión potenciométrica

del módulo DL30205 del módulo DL30205

En la Figura 3.14 B, se muestra la conexión potenciométrica. Lo importante de las

conexiones es no superar la corriente máxima del reóstato [30].

Este equipo cuenta con un reóstato toroidal de 1500 Ω, una corriente de 0.2 A y una

potencia de 120 W.



3.2.10 SINCRONOSCOPIO DL1030

El sincronoscopio DL1030 es un sincronoscopio de luces rotantes, que tiene todos los

elementos necesarios para efectuar el paralelo entre generadores síncronos con la red

eléctrica. Para verificar la igualdad de la frecuencia, tensiones y fases, la mesa de paralelo

es unida eléctricamente entre la línea y el alternador. En la Figura 3.15 se observa el

diagrama eléctrico del DL1030 en donde se observa como las tres fases se conectan en

paralelo a la plancha de paralelo y de ahí salen al generador síncrono que esta

directamente conectado la red eléctrica [31].

Figura 3.15 Diagrama eléctrico de conexión del módulo DL1030

En la Figura 3.16 se muestra de forma física como se realiza la conexión con el equipo que

se utilizara para esta prueba:

Figura 3.16 Diagrama físico de conexión del módulo DL1030



En la Figura 3.16 se muestra la forma de operar del DL1030, en la cual es necesario

arrancar y regular el generador síncrono de manera que se produzca una tensión idéntica

a la que circula en la red con valores eficaces y de fase, esto para cerrar el interruptor I3

que enlaza el alternador con la red, esto se hace conectando un vóltmetro y un

frecuencímetro a el sincronoscopio como se muestra en la Figura 3.16 [31].

Es importante tener en cuenta que si en el instante de cierre del interruptor de paralelo la

diferencia de las frecuencias es demasiado elevada (el parpadeo de las luces de los focos

no es suficientemente lento), los pares sincronizantes no pueden vencer

instantáneamente la inercia del par polar; la tensión de la red y del alternador, en el cual

se está cerrando, es decir, el interruptor de paralelo se está equilibrando y se encuentran

en serie entre ellas; tal incidente resulta ciertamente destructivo, ya sea por efecto

térmico (en el alternador circularía una corriente de corto circuito elevada) , o por la

reacción mecánica (porque el alternador tendería a girar en sentido contrario provocando

un par mecánico tan alto que provocaría la ruptura o la torsión de eje); estas corrientes así

de elevadas provocarían la fusión de los fusibles puestos para proteger los arrollamientos

de la máquina (F1; F2; F3) [31].

Se puede demostrar que el alternador deja de funcionar como generador síncrono

trifásico convirtiéndose en motor síncrono trifásico y la máquina que antes desempeñaba

la función de motor, se comporta ahora como un generador. De hecho, es posible retirar

la alimentación al motor de arrastre de la máquina sin que sean modificadas las nuevas

condiciones de trabajo [31].



3.2.11 CARGAS DE LA SERIE 300

Las cargas utilizadas son la resistiva, capacitiva e inductiva, estas se han proyectado para

completar el Laboratorio de Máquinas Eléctricas de 300 W, están construidas de una

robusta estructura mecánica y un tablero frontal hecho de metal en lámina pintada a

fuego. Las Figuras 3.17 A, B y C muestran el tablero frontal donde se alojan los elementos

de comando, las protecciones, los bornes de relieve y los esquemas de conexión de las 3

cargas, ya que son los mismos esquemas para las 3 cargas solo se presentan una vez [32]:

Figura 3.17 A Diagrama físico de conexión en estrella del módulo DL30040C, 30040L y 30040R

Figura 3.17 B Diagrama físico de conexión delta del módulo DL30040C, 30040L y 30040R

Figura 3.17 C Diagrama físico de conexión en paralelo del módulo DL30040C, 30040L y 30040R



Aunque se usan los mismos esquemas de conexión para las tres cargas, sus características

eléctricas son diferentes, ya que el comportamiento de cada carga tiene un efecto distinto

en los sistemas eléctricos, en la siguiente sección se muestran las características propias

de cada carga:

3.2.11.1 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LA CARGA CAPACITIVA DL 30040C

Esta carga está constituida por tres grupos de condensadores con posibilidad de conexión

en Delta o Estrella monofásica, comandados por tres conmutadores, uno por cada fase, y

dependiendo de la posición del conmutador se obtendrán los siguientes valores de

capacitancia y potencia por fase a 50 y 60 Hz que se muestran en la Tabla 3.9 [32]:

Tabla 3.9 Características eléctricas del módulo DL30040C

POSICIÓN

CAPACIDAD EN μF

POTENCIA MÁXIMA POR FASE

PARA 50 Hz PARA 60 Hz PARA 50 Hz (VAR) PARA 60 Hz (VAR)

0 1 1 15 18

1 2 1.5 30 28

2 3 2.50 45 45

3 4 3.15 60 58

4 5 4.15 75 75

5 6 4.65 90 85

6 7 5.65 105 103

La Tabla 3.9 muestra los valores de capacitancia y potencia para las siete posiciones que

tiene el DL30040C a diferentes niveles de frecuencia. Esta carga cuenta con una potencia

máxima reactiva de 3 x 105 VAR y una tensión nominal de 380 V en conexión estrella y

una tensión de 220 V en conexión delta y una tensión monofásica de 220 V [32].



3.2.11.2 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LA CARGA INDUCTIVA DL30040L

Esta carga está constituida por tres inductancias con posibilidad de conexión en Delta o

Estrella monofásica, comandados por tres conmutadores, uno por cada fase, y


inductancia y potencia por fase a 50 y 60 Hz que se muestran en la Tabla 3.10:

Tabla 3.10 Características eléctricas del módulo DL30040C

POSICIÓN

CAPACIDAD EN H

POTENCIA MÁXIMA POR FASE

PARA 50 Hz

PARA 60 Hz

PARA 50 Hz (VAR)

PARA 60 Hz (VAR)

1 10 8.3 15 18

2 5 4.16 30 28

3 3 2.5 51 51

4 2.3 1.9 67 67

5 1.89 1.56 81 81

6 1.5 1.25 102 102

0 0 0.00 0 0

La Tabla 3.10 muestra los valores de inductancia y potencia para las siete posiciones que

tiene el DL30040L a diferentes niveles de frecuencia. Esta carga cuenta con una potencia

máxima reactiva de 3 x 100 VAR [33].



3.2.11.3 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LA CARGA RESISTIVA DL30040R

Esta carga está constituida por tres resistencias con posibilidad de conexión en Delta o

Estrella monofásica, comandados por tres conmutadores, uno por cada fase, y


resistencia y potencia por fase a 50 y 60 Hz que se muestran en la Tabla 3.11:

Tabla 3.11 Características eléctricas del módulo DL30040R

La Tabla 3.11 muestra los valores de resistencia y potencia para las siete posiciones que

usa el DL30040R a diferentes niveles de frecuencia. Esta carga cuenta con una potencia

máxima reactiva de 3 x 100 W [34].

Es importante mencionar que el equipo no presenta ninguna dificultad de intervención. En

caso que alguno de los sectores no funcione es suficiente verificar que los componentes y

las conexiones estén bien realizadas y hagan buen contacto [34].

POSICIÓN

RESISTENCIA

(Ω)

POTENCIA MÁXIMA

POR FASE (W)

1 3300 15

2 1650 30

3 1100 45

4 820 65

5 656 80

6 547 95

7 470 110



3.3 DESCRIPCIÓN DE LAS PRUEBAS BASADAS EN EL MÓDULO DL30190

3.3.1 INTRODUCCIÓN

La siguiente introducción teórica de cada una de las pruebas será de utilidad para

comprender de manera más clara los fenómenos que se presentan en un generador

síncrono trifásico trabajando con y sin carga u operando en cualquiera de sus modalidades

ya sea como generador o como motor síncrono. Se trata de dar la información necesaria

de cada prueba, lo más básico para que se comprenda de mejor manera lo que cada

prueba quiere dar a conocer, basándose en las siguientes preguntas:

¿De qué se trata?

¿Para qué se usa?

¿Qué se espera saber con la prueba?

¿Coincide con la teoría ya conocida?

Con estas cuestiones, y con la teoría planteada a continuación, se espera que quien lea

este trabajo quede conforme con la información y sea completamente fácil de entender y

realizar las pruebas y por supuesto que aprenda a manejar el equipo, para cumplir los

objetivos planteados al principio de este capítulo. Desde la construcción del primer

alternador hasta nuestros días se han hecho pruebas que podemos realizar, y a través de

las cuales podemos descubrir nosotros mismos parámetros propios del alternador como:

La resistencia de sus devanados

Perdidas mecánicas, en el hierro y adicionales

Características de corto circuito

Características de regulación

Impedancia Síncrona



Y por supuesto las que son más relevantes en esta máquina, su operación como motor y

su influencia en la red eléctrica por mencionar algunas. Todas estas pruebas en conjunto

nos arrojan resultados que nos permiten entender y trabajar con esta máquina de una

forma más segura, ya que dependiendo de los resultados sabremos en qué momento y

como operar esta máquina rotatoria; así como detectar las fallas que impidan el óptimo

funcionamiento de la misma.

3.3.2 OBJETIVOS GENERALES DE LAS PRUEBAS

Como en todo laboratorio práctico, la realización de pruebas tiene como fin común

comprobar, medir o experimentar determinado fenómeno que permita a estudiosos

obtener o analizar de manera física dicho fenómeno o el aprendizaje de equipos de

medición. Se considerarán los siguientes puntos como parte de los objetivos que se

plantearon y sean de gran ayuda para obtener más conocimiento sobre el generador

síncrono trifásico.

1. Comprobación de los datos obtenidos de la práctica con lo propuesto

teóricamente.

2. Familiarizarse con el equipo de laboratorio.

3. Realización de las conexiones entre fuentes, equipos de medición, máquinas y

cargas.

4. Detección de fallas en la conexión y/o en el equipo.

5. Aprender a resolver problemas de forma individual.

Los métodos que se utilizarán para realizar estas pruebas son por muchos conocidos pero

para la mayoría de los estudiantes quizá resulten ser temas novedosos, a pesar de esto se

espera que todas las personas que vean este trabajo entiendan lo que cada práctica

quiere dar a conocer de esta máquina.



3.4 PRUEBAS PARA PRÁCTICAS DE LABORATORIO UTILIZANDO EL MÓDULO DL30190

PRUEBA 1. MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS DEL GENERADOR SÍNCRONO

TRIFÁSICO DL30190

“El propósito de esta prueba en C.C. es para determinar la resistencia de los devanados

del generador síncrono trifásico. Esto se realizará conectando cualquiera de los dos

inducidos del lado de baja tensión de la fuente de C.C. como se muestra en la Figura 3.18:

Figura 3.18 Diagrama de conexión para la prueba de medida de resistencia de los devanados

El reóstato se ajusta para suministrar valores legibles de tensión y corriente y la

resistencia entre los dos estatores será determinada por la Ley de OHM “. El valor de esta

resistencia sirve para determinar el rendimiento convencional de la máquina, así como

también las variaciones de tensión de vacío a tensión con carga [12] y [20].

El devanado del inducido, tiene una resistencia baja debido a la corriente nominal (este

valor es proporcionalmente más pequeño mientras mayor sea la potencia dada en los

datos de placa de la máquina).

Naturalmente se sabe que las tres fases deben presentar el mismo valor de resistencia, y

por tanto, la media aritmética de las tres fases nos dará el resultado de resistencia

esperado. En el caso del devanado de excitación, su valor de resistencia suele ser mayor

que el del inducido, en especial si el valor de la tensión de excitación es mayor a 100V.



Es importante mencionar que esta prueba se debe efectuar con una fuente de tensión de

C.C. y con la máquina parada a temperatura ambiente, ya que de lo contrario la medida de

la resistencia podría tener variaciones debido a los cambios que la resistencia del cobre

presenta por cambios de temperatura.

En caso de estas variaciones la norma de procedimientos IEEE 113, para máquinas

síncronas indica que los valores de resistencia calculados para la prueba a una

temperatura t1 deben utilizarse para calcular el valor de la resistencia a una temperatura

t2 de operación. Para la realización de esta prueba se darán algunas observaciones [35]:

A) El vóltmetro debe estar conectado después del ampérmetro, ya que debido al bajo

valor de la resistencia desconocida es preferible, además de que vuelve innecesaria la

corrección debido a la utilización de los instrumentos.

B) El vóltmetro, además de estar conectado después del ampérmetro se encuentra

conectado directamente con los anillos de inducido sobre los cuales se apoyan las

escobillas, para evitar contener también en la medida, la resistencia de contacto que está

entre la escobilla y el anillo [20].

I.OBJETIVO: Conocer el valor de la resistencia de los devanados de armadura y campo de

un generador síncrono, con y sin tensión, lo que a su vez nos ayudara a conocer el

rendimiento de la máquina.

II.MATERIAL A EMPLEAR:

• Generador Síncrono Trifásico DL30190

• Generador de C.C. con excitación en paralelo DL30250

• Módulo de Alimentación para máquinas y mediciones eléctricas DL30018

• Módulo de Medición para la Potencia Eléctrica DL30061

• Cables de conexión



III.PROCEDIMIENTO:

Para tener una referencia del valor de resistencia de los devanados de campo y armadura

del generador se toman lecturas sin tensión, cuyos valores se presentan en la Tabla 3.12:

Tabla 3.12 Resistencia en los devanados del generador síncrono sin tensión

Tomando como referencia que el valor de tensión no varía en los pares de bornes, las

tablas se realizaran con valores de tensión de 10V – 50 V, con su respectiva corriente.

PRIMERA PARTE MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR

1. Conexión de los módulos:

1) Antes de energizar cualquier aparato se debe de confirmar que ninguna fuente

esté conectada, por seguridad del usuario y del equipo.

2) Para las pruebas se ocupara el módulo DL30018 como fuente de alimentación, el

cual para todas las pruebas se operara de la siguiente forma:

Girar la llave en la posición que indica la línea.

Subir los interruptores que se encuentran en la parte trasera del módulo DL

30018.

Encender la fuente posicionando el botón que se encuentra en la parte de

atrás del módulo en “1”.

TERMINALES

RESISTENCIA MEDIDA CON EL OHMETRO

(Ω)

ESTATOR

W2 – W1 18.90

U2 –U1 18.96

V2 – V1 18.78

ROTOR

F1 – F2 0.692



Posicionar la perilla de 3 posiciones (a, b, 0) en “a”, esta posición nos indica

que se ocupara la fuente variable de C.C. de 0/240 V - 4 A y de 0/380 V - 2 A.

3) Una vez encendido el Módulo DL30018, se debe proteger al motor (Modulo

DL30250), para lo cual se deben conectar el módulo DL30018 y el motor (DL30250),

estos dos equipos tienen este símbolo: , solo deben conectarse para protección.

Esta operación se realiza para excitar al generador y llevarlo a su tensión nominal

de 220 V.

4) El módulo DL30061 es el que usaremos como medidor de tensión y corriente, se

conectara de la siguiente forma:

Las salidas L+ y L- del vóltmetro de C.C. se conectaran a las salidas L+ y L- del módulo de

alimentación DL30018.Los bornes de salida del DL30061 son los de abajo, el que sale del

positivo se conecta al borne W2 del DL30190 y el negativo se conecta al borne V1.

En esta parte de la prueba se mide la resistencia del devanado de la armadura por lo tanto

se realizara un puente entre los puntos W1, V1 y V1.

Una vez encendida la fuente se conecta el motor DL30250 como lo muestra el circuito de

la Figura 3.19:

Figura 3.19 Diagrama de conexión del módulo DL30250 (excitatriz del generador síncrono)



El circuito eléctrico de la Figura 3.20 sirve para guiarse en la conexión de los aparatos que

se van a utilizar:

Figura 3.20 Diagrama eléctrico para la prueba de medida de resistencia del devanado de inducido

2. Preparación de los módulos:

1) Del módulo de alimentación DL30018 la salida de C.C. el interruptor debe estar en

posición ON y el regulador debe estar en cero.

2) Una vez que los módulos ya están preparados se activa el módulo de alimentación

pulsando el botón verde o “start”, y se energiza para tomar las medidas de tensión

y corriente en las terminales del Generador W1 -W2.

3. Toma de lecturas:

Para la Primera parte de esta prueba se tomaran los valores de tensión y corriente en la

armadura del generador síncrono, para obtener su resistencia:

1) Mediante la perilla de la salida del módulo de alimentación, se debe regular la

corriente del ampérmetro hasta llegar a su valor nominal de 0.46 A y de ahí se

irá aumentando.

2) Teniendo en cuenta que el valor de la resistencia sin tensión es el mismo, se

toman los valores de tensión y corriente en un solo par de bornes, la tensión

variara de 10V – 50V y los valores se anotaran en la Tabla 3.13



3) Tomar el registro de la temperatura y desconectar el equipo.

Tabla 3.13 Valores de tensión y corriente para determinar la resistencia de armadura

SEGUNDA PARTE MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DEL ROTOR

Para la segunda parte de la prueba se medirán los valores de tensión y corriente del

campo del generador síncrono, el procedimiento es el mismo, lo único que cambia es el

circuito el cual se muestra en la Figura 3.21:

Figura 3.21 Diagrama eléctrico para la prueba de medida de resistencia del devanado de excitación


1) Del módulo DL30018 se usara la salida de C.C. Variable de Excitación que maneja

valores de 0-240 Volts, esta parte se encuentra del lado derecho del módulo.

TENSIÓN (V) CORRIENTE (A) TEMPERATURA

10 0.569

20.07 1.134

30.03 1.654 20.70

40.02 2.160

50 2.609




1) Del módulo de alimentación la salida de C.C. el interruptor debe estar abierto y el

regulador debe estar en cero.

2) Una vez que los módulos ya están preparados se energiza y se activa el módulo de

alimentación, pulsando el botón verde o “start” para tomar las medidas de

tensión y corriente en las terminales del Generador W1 -W2.


1) Mediante la perilla de la salida del módulo de alimentación, se debe regular la

corriente del ampérmetro hasta llegar a un valor de 0.010 A.

2) Registrar los valores de tensión y corriente en la Tabla 3.14.

3) Tomar el registro de la temperatura

4) Calcular el valor de las resistencias corregidas a temperatura ambiente y anotar

los resultados en la Tabla 3.15

Tabla 3.14 Valores de tensión y corriente para determinar la resistencia de campo

En el Apéndice B, se muestran los cálculos correspondientes para determinar a través de

la Ley de Ohm y las mediciones tomadas, los valores de las resistencias de campo y

armadura corregidas a temperatura ambiente.

TENSIÓN (V) CORRIENTE (A) TEMPERATURA

10.02 0.016

20.02 0.031

30 0.047 21.30

40.08 0.061

50 0.075



PRUEBA 2. CARACTERÍSTICA DE MAGNETIZACIÓN O VACÍO DEL MÓDULO DL30190

La característica de magnetización de un generador síncrono trifásico y su diagrama se

puede representar a través del flujo de salida de los polos inductores en función de la

fuerza magnetómotriz de excitación. En lenguaje técnico la curva de esta característica se

conoce con el mismo nombre y es fácil obtenerla. La correspondencia perfecta del

diagrama y la curva antes mencionados resulta evidente considerando que:

a) La tensión V prevista al vacío de la máquina coincide perfectamente con la F.E.M.

inducida. En el funcionamiento a velocidad constante esa resulta por lo tanto,

directamente proporcional al flujo del inducido.

b) La corriente de excitación y la fuerza magnetómotriz difieren solamente por un

coeficiente representado por el número de las espiras del devanado de los polos de

excitación.

La realización de esta prueba es importante para el generador ya que con esta, se podrán

obtener valores de tensión en las terminales del generador que varían según los distintos

valores de corrientes de excitación, que se presentan tanto en la zona lineal (gráfica de

cortocircuito), como en la zona de saturación magnética, lo que a su vez nos dará como

resultado conocer la impedancia síncrona del generador.

Así mismo, con esta prueba se pueden obtener de forma indirecta las condiciones de

funcionamiento a plena carga, que se pueden obtener de forma gráfica [20].



En la Figura 3.22 se muestra como se debe conectar el equipo a utilizar para esta práctica:

Figura 3.22 Diagrama eléctrico para obtener las características de magnetización del módulo DL30190

En la Figura 3.22 se muestra al generador conectado en paralelo con un motor, el

generador debe ser llevado a su velocidad nominal (3600 r.p.m.) y una vez alcanzada, las

corrientes de campo irán variando hasta lograr generar una tensión en cada una de sus

fases, lo que como se mencionó anteriormente nos será de ayuda para determinar la

relación existente entre el campo magnético producido y la corriente de excitación en la

zona lineal de la curva y la relación entre la corriente de excitación y la tensión generada

en la zona de saturación de la misma curva, esta curva antes descrita se observa en la

Figura 3.23 [20]:

Figura 3.23 Curva de magnetización de una máquina síncrona



I.OBJETIVO: Conocer el nivel de tensión en vacío, que existe en las terminales de un

generador síncrono en relación a la corriente de excitación, para conocer el valor de

tensión de saturación del generador y así poder trazar la curva de magnetización que nos

servirá para determinar la impedancia síncrona.

II.MATERIAL A EMPLEAR:


• Generador de Corriente Continua con Excitación en Paralelo DL30250


• Módulo de Medición de Potencia Eléctrica DL30061

• Reóstato de Excitación DL30205

• Tacómetro Electrónico DL2025DT

• Transductor óptico DL2031M

• 2 Vóltmetros

• 1 Ampérmetro


III.PROCEDIMIENTO:


1) Antes de energizar cualquier aparato se debe de confirmar que ninguna fuente

esté conectada, por seguridad del usuario y del equipo.

2) Conectar el equipo en base al circuito eléctrico de la Figura 3.24:



Figura 3.24 Diagrama eléctrico para la prueba de características de magnetización

1) La conexión del motor para excitar al generador se debe realizar de la misma

forma que en la prueba 1.

2) Del Módulo de Alimentación se usaran las dos salidas de energía de C.C., la salida

de C.C. de excitación (lado derecho del DL30018) y la salida de C.C. y C.A. del lado

izquierdo.

3) Conectar el DL30061 para las mediciones de tensión y corriente, las salidas L+ y L-

del vóltmetro de C.C. se conectaran a las salidas L+ y L- del módulo de alimentación

DL30018, el borne que sale de la salida positiva del DL30061 se conecta a la salida

“A1” del Generador de C.C. y el otro borne se conecta a la salida “t” del reóstato

de arranque y a la salida “A2” del Generador de C.C.

4) En el reóstato de excitación se hará un puente entre los bornes t y s, de la misma

forma se hace un puente entre las terminales U1, V1 y W1 del DL3090.

5) Para medir la velocidad, el transductor óptico estará instalado en la parte lateral

izquierda del DL30190 de la salida K2 del transductor óptico se conecta a la salida

K2 del tacómetro electrónico.




1) Del módulo DL30018 (Alimentación) la salida de C.C. de excitación, el interruptor

debe estar abierto y completamente en cero. La salida del lado izquierdo de

C.A. el interruptor debe estar abierto también pero este debe estar en 220V

aproximadamente.

2) El reóstato de excitación debe marcar la resistencia mínima.

3) Arrancar el motor hasta alcanzar la tensión nominal del generador síncrono.

4) Activar la salida de C.C. de excitación.


1) Regular la corriente de excitación con la perilla hasta que aumente a un valor del

20-30% mayor de la corriente nominal, partiendo desde cero.

2) Por cada valor de corriente se deben medir los valores de tensión de salida a través

del vóltmetro 2.

3) Por último se retira la excitación de campo del generador síncrono y se bloquea el

motor, los datos se anotaran en la Tabla 3.15:

Tabla 3.15 Tensión y corriente para la curva de magnetización

IEXC (A) VCA (V) f (Hz) n (r.p.m.)

0.0009 08.34 60 3600

0.0203 38.83 60 3600

0.0409 71.75 60 3600

0.0610 107.50 60 3600

0.0810 143.40 60 3600

0.1005 179.40 60 3600

0.1202 210.90 60 3600

0.1402 242.40 60 3600

0.1606 275.50 60 3600

0.1812 303.10 60 3600



Tabla 3.15 (CONTINUACION) Tensión y corriente para la curva de magnetización

IEXC (A) VCA (V) f (Hz) n (r.p.m.)

0.2007 329.20 60 3600

0.2202 353.10 60 3600

0.2403 373.20 60 3600

0.2605 394.60 60 3600

0.2812 409.20 60 3600

0.3005 424.30 60 3600

La curva resultante de estas mediciones es la que se muestra en la Figura 3.25:

Figura 3.25 Curva de magnetización a 3600 r.p.m.



PRUEBA 3. MEDICIÓN DE LAS PÉRDIDAS EN EL GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO DL30190

En las máquinas eléctricas, se presentan fallas que pueden alterar el sistema de

funcionamiento de las mismas, fallas como que la corriente aumente de forma notable

provocando que se quemen los devanados; esto provocado por Efecto Joule, o que el

rendimiento de la máquina no sea el adecuado o que una de estas fallas sea tan grave que

se tenga que interrumpir el suministro de energía.

Algunas de estas fallas se conocen como “pérdidas”, debido a que estas provocan un

consumo excesivo de energía, lo que equivale también a pérdidas económicas ya que esta

energía es desperdiciada y no se puede recuperar. Estas pérdidas se pueden clasificar en

dos tipos:

• Pérdidas eléctricas, están son generadas por la circulación de corriente en los

devanados por Efecto Joule, y también son producidas por contactos deslizantes

entre el colector de la máquina y las escobillas.

• Pérdidas mecánicas, son ocasionadas por la velocidad y por el rozamiento entre las

partes móviles de la máquina; sin embargo, también hay otras que dependen en

gran parte del valor del flujo de la máquina estas son conocidas como “pérdidas en

el hierro” [36].

MÉTODO DEL ARRASTRE DEL MOTOR EN PRUEBA

Durante el funcionamiento del generador se debe de verificar la disipación de potencia en

su interior, estas disipaciones son causadas por varias razones. Conocer el valor numérico

de estas potencias pérdidas en la máquina bajo condiciones de carga son indispensables

para obtener la curva de rendimiento de la misma.

Esta prueba nos servirá para medir los valores de estas pérdidas en el generador síncrono

trifásico, las cuales se nombran a continuación [20]:



a) PÉRDIDAS MECÁNICAS: Son generadas por el rozamiento entre las partes móviles de la

máquina y representan la potencia disipada por la parte rotativa de la máquina (Pm), esta

potencia al estar relacionada solamente con la velocidad de rotación no sufre cambios que

afecten en el paso del funcionamiento del generador (al vacío y con carga). Estos cambios

por lo regular se presentan en máquinas de gran tamaño ya que pueden presentar una

leve variación de pérdidas por rozamiento debido al aumento inevitable de las vibraciones

[20].

b) PÉRDIDAS EN EL HIERRO: El generador síncrono se excita con una fuente de C.C.

conocida como excitatriz, esta fuente es la que excita el circuito magnético de la máquina

y por ende está relacionado a un flujo constante el cual no ocasiona pérdidas. Sin

embargo, la rotación que se ejerce en el hierro del inducido (armadura) crea una

magnetización variable, la cual crea pérdidas de potencia por histéresis y por corrientes

parasitas o de Foucault. Estas pérdidas constituyen las pérdidas en el hierro del

generador, las que están unidas al flujo, a la frecuencia y por supuesto a la velocidad de

rotación de la máquina PFe, por lo cual es importante conocer no solo el valor del flujo de

los polos sino el valor del flujo que resulta de la composición de este flujo con el flujo de

la reacción de armadura [20].

c) PÉRDIDAS ADICIONALES: Son las pérdidas que están ligadas únicamente a la corriente

del inducido del generador, como las siguientes [20]:

Pérdidas por corrientes parasitas generadas en las partes metálicas del generador

del flujo disperso en los devanados del inducido.

La distribución no uniforme de la corriente en la sección transversal de los

conductores del inducido, mejor conocida como “Efecto piel”, que también es

causada por el flujo del inducido que atropella los conductores que lo generan.



La Figura 3.26 muestra el diagrama de conexión para esta prueba:

Figura 3.26 Diagrama de conexión para la medición de las pérdidas en el generador síncrono trifásico

Para la medición de las pérdidas en el generador se realizaran 4 pruebas:

1. PÉRDIDAS AL VACÍO DEL MOTOR EN PRUEBA: Esta prueba se realiza cuando el

motor a prueba esta desconectado del generador, haciéndolo girar a la velocidad

nominal del generador el cual absorberá la potencia. Esta potencia representa las

pérdidas en vacío del motor sin tomar en cuenta las pérdidas de excitación esta

relación se muestra en la ecuación 3.4:

(3.4)

2. PÉRDIDAS MECÁNICAS: Una vez el motor este acoplado con el generador síncrono,

ambos se llevan a la velocidad nominal del generador, retirando el campo de este

último, así la potencia que absorberá el motor será la mostrada en la ecuación 3.5:

(3.5)

Esta potencia es la suma de las pérdidas del generador y las del motor, y aunque el

generador este sin excitar, el motor de alguna forma lo necesita para tomar únicamente

sus pérdidas mecánicas.



Y dado que el motor trabaja bajo las condiciones de la prueba 1, sus pérdidas no son de

gran consideración por lo que se requiere de las pérdidas mecánicas del generador lo que

equivaldría a lo mostrado en la ecuación 3.6:

(3.6)

3. PÉRDIDAS EN EL HIERRO: Con el motor y el generador síncrono acoplados, ambos

se llevaran a la velocidad nominal del generador síncrono, y se regulara la

corriente de excitación, de esta forma se llega a la tensión nominal en vacío de la

máquina, por lo que la potencia absorbida por el motor en esta caso será la que se

muestra en la ecuación 3.7:

(3.7)

Esta potencia es ligeramente superior a la potencia de la prueba 2, tomando en

cuenta que el motor lleva consigo no solo sus propias pérdidas sino también las del

generador síncrono. En determinado caso que las pérdidas del motor en prueba no

varíen, entonces las pérdidas en el hierro serán las mostradas en la ecuación 3.8:

(3.8)

4. PÉRDIDAS ADICIONALES: Una vez cerrado el cortocircuito, el inducido se remite en

rotación al motor y generador manteniendo la velocidad constante a tensión

nominal, de esta forma excitando el generador síncrono con los valores de

corriente, se podrá observar la característica de cortocircuito, aunque lo

importante de esta prueba es evaluar los valores de potencia que es absorbida por

el motor, los cuales resultaran por los distintos valores de corriente cortocircuito,

esto se muestra en la ecuación 3.9:

(3.9)



Tomando en cuenta que las pérdidas en el hierro son de poca importancia, debido al flujo

se pueden calcular con la ecuación 3.10:

(3.10)

Por lo que las pérdidas en el cobre son ligeramente superiores a las que pueden

calcularse, comenzando por los valores de las resistencias de los devanados del inducido

(PRUEBA PRÁCTICA NO. 1) y la de la corriente de cortocircuito que circula durante la

prueba. Por último las pérdidas adicionales debidas al corriente cortocircuito del inducido

Icc estarán dadas por la ecuación 3.11:

(3.11)

Con la realización de las pruebas al generador podremos darnos cuenta de que todas se

relacionan de cierta forma, ya que para poder entender más la importancia de las

pérdidas adicionales en el funcionamiento del generador, una vez obtengamos los

resultados de la siguiente prueba que es la Determinación de las Características de

Cortocircuito, se podrá observar de forma más detallada el comportamiento de estas

pérdidas (adicionales) al variar la corriente del inducido, este comportamiento se puede

observar a través de una curva similar a la Figura 3.27 [20]:

Figura 3.27 Curva de las pérdidas adicionales en relación con la curva de cortocircuito



I.OBJETIVO: Identificar y conocer los diferentes tipos de pérdidas que existen en un

generador síncrono trifásico, para conocer como estas afectan el rendimiento de la

máquina, así como también trazar su curva de pérdidas.

II.MATERIAL A EMPLEAR PARA LA PRUEBA:




• Módulo de Medición para la Potencia Eléctrica DL30061




• 1 Vóltmetro

• 2 Ampérmetros


III.PROCEDIMIENTO:

Para esta prueba se debe verificar que la frecuencia y la velocidad sean las correctas, para

eso se usa el reóstato de campo, esto nos lleva a obtener una frecuencia de 60 Hz y una

velocidad de 3600 r.p.m., provocando que la tensión nominal baje.

PRIMERA PARTE: PÉRDIDAS EN VACÍO DEL MOTOR DE ARRASTRE.


1) Antes de realizar cualquier conexión se debe verificar que ninguna fuente esté

conectada.



2) Para esta primera parte el motor debe estar desconectado del generador así que el

circuito para esta primera parte es el mostrado en la Figura 3.28:

Figura 3.28 Diagrama eléctrico para las pérdidas en vacío del motor de arrastre

2. Conexión de los módulos.

Se debe usar la salida de C.A. del lado izquierdo del Módulo de alimentación.

1) Del módulo DL30018 (Alimentación) la salida de C.C. de excitación el interruptor

debe estar abierto y completamente en cero. En la salida del lado izquierdo de C.A.

el interruptor también debe estar abierto, pero debe estar en 220V aprox.


3) Una vez hecho esto el ampérmetro 1, se pone en derivación haciendo un puente

entre sus terminales, esto se realiza para que pueda protegerse el ampérmetro si

llegase a suscitarse un pico de corriente al momento del arranque.


1) Activar el módulo de alimentación accionando el interruptor, en ese momento el

motor debe ponerse en marcha, se debe verificar que el motor gire en el sentido

correcto, quitar la derivación.

2) Regular la perilla hasta que la tensión de alimentación sea igual al valor nominal y

con el reóstato de excitación regular la velocidad al valor nominal de la velocidad

del generador.



3) Medir los valores que se den en el vóltmetro y ampérmetro, los cuales se anotaran

en la Tabla 3.16.

4) Parar el motor abriendo el interruptor.

SEGUNDA PARTE: PÉRDIDAS MECÁNICAS EN EL GENERADOR SÍNCRONO.

Para esta parte de la prueba el motor se tiene que conectar al generador síncrono, el

generador no debe ser excitado. Por lo que el circuito para esta prueba es el de la Figura

3.29:

Figura 3.29 Diagrama eléctrico para las pérdidas mecánicas del generador síncrono

Una vez verificadas las conexiones se operaran los módulos de la siguiente forma:

1) La operación de los módulos es la misma que en la prueba 1.

2) Arrancar el motor y llevarlo a velocidad nominal del generador síncrono.

3) Repetir los pasos 3 al 6 de la primera prueba

4) Los resultados se anotaran en la Tabla 3.16.

TERCERA PARTE: PÉRDIDAS EN EL HIERRO DEL GENERADOR.

En esta prueba se deben seguir las mimas instrucciones que en las dos anteriores en

cuanto a la operación de los módulos.



El circuito para esta prueba es el mostrado en la Figura 3.30:

Figura 3.30 Diagrama eléctrico para las pérdidas en el hierro del generador síncrono


1) Se debe conectar el generador al motor de forma mecánica.

2) En el módulo DL30018 (Alimentación) la salida de C.C. de excitación (lado derecho)

el interruptor debe estar abierto y completamente en cero.

3) Cuando la velocidad de rotación sea igual a la velocidad nominal se debe excitar el

generador síncrono hasta que la tensión de salida sea igual a la tensión nominal,

controlar esta acción a través del vóltmetro 2.

4) Medir la tensión de entrada y la corriente del motor y anotar los resultados en la

Tabla 3.16.

CUARTA PARTE: PÉRDIDAS ADICIONALES DEL GENERADOR.

Para esta el motor debe estar conectado al generador y se debe realizar un puente entre

las terminales U1 Y V1, de forma tal que quede en cortocircuito.



El circuito para esta prueba es el mostrado en la Figura 3.31:

Figura 3.31 Diagrama eléctrico para las pérdidas adicionales en el generador síncrono


1) Conectar el ampérmetro 2 en serie con las terminales U2 y V1.

2) En el módulo DL30018 (Alimentación) la salida de C.C. de excitación (lado

derecho) el interruptor debe estar abierto y completamente en cero.

3) Arrancar el motor.

4) Cuando la velocidad de rotación coincida con la velocidad nominal, se debe

excitar el generador hasta que la tensión de salida en corto circuito sea

aproximadamente el 20% de los valores nominales, controlar esta acción a

través del ampérmetro 2

5) Medir la tensión de entrada y la corriente del motor.

6) Repetir las mediciones por valores decrecientes de la corriente de entrada.

7) Parar el motor abriendo el interruptor

8) Los valores de estas pruebas se anotaran en la Tabla 3.16.

9) En la Tabla 3.17, se anotaran los resultados de las pérdidas del generador.



Tabla 3.16 Valores de tensión y corriente para el cálculo de las pérdidas del módulo DL30190

MEDICIÓN TENSIÓN (V) CORRIENTE 1 (A) CORRIENTE 2 (A) NOTAS

1 220 0.8 ----------- MOTOR EN VACÍO

2

221.40

0.8

-----------

MOTOR + GENERADOR

DESEXCITADO

3

221.80

0.80

-----------

MOTOR + GENERADOR

EXCITADO

4 20.46 0.032 0.13 MOTOR +

GENERADOR EN CORTOCIRCUITO

5 32.24 0.050 0.20

6 53.95 0.084 0.32

7 70.3 0.104 0.40

8 83.1 0.123 0.46

En la Tabla 3.17 se puede observar como las pérdidas mecánicas y en el hierro

permanecen constantes durante toda la prueba y las pérdidas en el cobre totales y en la

armadura del generador van disminuyendo.

Tabla 3.17 Pérdidas del generador síncrono por el método del motor de arrastre

En el Apéndice B, se muestran los cálculos correspondientes para la obtención de las

pérdidas del módulo DL30190, y los valores en p.u. de las potencias para la curva de

rendimiento del generador.

NO. DE

PRUEBA

PÉRDIDAS

EN

VACÍO

(P0)

PÉRDIDAS

MECÁNICAS

(Pm)

PÉRDIDAS

EN EL

HIERRO

(PFE)

PÉRDIDAS EN EL

COBRE Y EN EL

GENERADOR

(PCU)

PÉRDIDAS

EN EL COBRE

DEL ESTATOR

(PCU)

PÉRDIDAS

ADICIONALES

(Padd)

1 176 -------- --------- ------------ ------------ -------------

2 --------- 1.12 --------- ------------ ------------ -------------

3 --------- 1.12 0.32 ------------ ------------ -------------

4

--------- 1.12 0.32 174.47 173.55 0.92

--------- 1.12 0.32 170.68 168.50 2.18

--------- 1.12 0.32 159.86 154.28 5.58

--------- 1.12 0.32 149 140.28 8.72

--------- 1.12 0.32 138.07 126.036 12.03



PRUEBA 4. CARACTERÍSTICA DE CORTOCIRCUITO DEL MÓDULO DL30190

Con esta prueba se puede mostrar la relación que existe entre la corriente de

cortocircuito y la corriente de excitación en el generador síncrono. El diagrama de esta

prueba es importante cuando se quiere aplicar un método de prueba indirecto al

generador síncrono trifásico. Esta prueba se realiza llevando al generador síncrono a su

velocidad nominal, con las terminales del devanado de armadura en cortocircuito, con el

generador conectado en estrella, como lo muestra la Figura 3.32 [20]:

Figura 3.32 Diagrama eléctrico de conexión para la prueba de cortocircuito

“Se coloca un ampérmetro en serie con una de las líneas del generador en cortocircuito y

la corriente de campo se irá incrementando de forma gradual. La corriente máxima de la

armadura en cortocircuito no debe ser del doble de la corriente nominal del generador.”

Con los resultados obtenidos se podrá obtener la curva característica de cortocircuito

mostrada en la Figura 3.33 [13]:

Figura 3.33 Curva característica de cortocircuito del generador síncrono trifásico



Debido a que no se requiere una tensión elevada para llevar al motor en cortocircuito a

condiciones de carga nominal, la corriente de excitación estará por debajo de su valor

nominal y no presentara condiciones de saturación magnética [37].

Para esta prueba se presentan las siguientes observaciones que serán de gran ayuda para

la realización de la misma:

a) La corriente de armadura (inducido) que se considera para esta prueba es la que

corresponde a la corriente de cortocircuito trifásico, es decir la ICC.

b) La gráfica de ICC es lineal pasando por el origen, esto quiere decir que el circuito

magnético trabaja a lo largo del primer trecho de la curva de magnetización que es

completamente lineal.

c) La corriente de cortocircuito está estrictamente ligada con la corriente de

excitación, por lo que es estrictamente independientemente de la velocidad de la

máquina [20].

I.OBJETIVO: Conocer las características de cortocircuito del generador síncrono que

servirán para observar el comportamiento de la corriente de la armadura y su relación con

la impedancia síncrona.

II. MATERIAL A EMPLEAR PARA LA PRUEBA:




• Módulo de Medición de la Potencia Eléctrica DL30061







III.PROCEDIMIENTO:


1) Antes de proceder a utilizar el equipo se debe revisar que ninguna fuente está

conectada.

2) Conectar en base al circuito que se muestra en la Figura 3.34:

Figura 3.34 Diagrama eléctrico para la prueba de cortocircuito

1. Del Módulo de Alimentación se usaran las dos salidas de energía de C.C., de la

salida de C.C. de excitación (lado derecho del DL30018) y la salida de C.A. del lado

izquierdo.

2. En el reóstato de excitación se hará un puente entre los bornes t y s.

3. Se debe hacer un puente entre las terminales U1, V1 y W1 del DL3090

4. Para medir la velocidad el transductor óptico estará instalado en la parte lateral






Una vez verificadas las conexiones se procederá a usar los módulos de la siguiente

manera:

1) En el módulo DL30018 (Alimentación) la salida de C.C. de excitación el interruptor

debe estar abierto y completamente en cero. La salida del lado izquierdo de C.A. el

interruptor debe estar abierto también pero este debe estar en 220V

aproximadamente.



1) Arrancar el motor hasta que alcance la velocidad nominal del generador síncrono.

2) Cerrar el interruptor del módulo de salida C.C. variable de excitación y regular la

perilla hasta la corriente nominal del generador.

3) Medir la corriente de armadura por cada valor de corriente de excitación.

4) Cuando la corriente de armadura esté bastante cerca del valor nominal, cambiar la

velocidad de rotación del generador y verificar que la corriente de cortocircuito

sea constante.

5) Retirar la excitación del campo del generador y parar el motor.

6) Los datos se anotaran en la Tabla 3.18.



Tabla 3.18 Valores de corriente de cortocircuito y de excitación

Con estos resultados se obtiene la siguiente curva de cortocircuito que se observa en la

Figura 3.35:

Figura 3.35 Curva de cortocircuito del módulo DL30190

Iexc (A) Icc (A) n (r.p.m.) NOTAS

0.0215 0.1021 3600

Se utilizó un medidor de

frecuencia para corroborar la velocidad de sincronismo

0.0455 0.2034 3600

0.0779 0.3046 3600

0.1068 0.4076 3600

0.1351 0.5036 3600

0.1571 0.6046 3600

0.1853 0.7081 3600

0.2195 0.8027 3600

0.2417 0.9047 3600

0.2631 1.0046 3600

0.2931 1.1093 3600

0.3025 1.1986 3600



PRUEBA 5. DETERMINACIÓN DE LA IMPEDANCIA SÍNCRONA POR EL MÉTODO DE BEHN-

ESCHENBURG

En esta prueba nos enfocaremos en el método de Behn-Eschenburg. “Este método

propuesto en la primera década del siglo XX por el Ingeniero Behn-Eschenburg, tuvo como

objetivo inicial poder predeterminar la caída de tensión de un generador. Este método se

aplica a máquinas con rotor cilíndrico que trabajan en régimen lineal, esto significa que los

flujos son proporcionales a las F.M.M’s y en consecuencia puede utilizarse el principio de

superposición. La ventaja de este método es que permite obtener un circuito eléctrico

equivalente de la máquina síncrona con las ventajas que este método supone.

Como se ha mencionado en este capítulo la existencia de un flujo en el entrehierro de la

maquina síncrona es producido por la acción conjunta de las F.M.M’s de excitación y de la

reacción del inducido, sin embargo, resulta más cómodo considerar que cada una de estas

F.M.M’s produce su propio flujo y a su vez este flujo crea una F.E.M. inducida

correspondiente, de esta manera solo se trabaja con F.E.M’s y magnitudes eléctricas,

dejando a un lado el aspecto magnético. Por lo que se puede decir que en este método

están implicados tres flujos [1] y [20]:

a) FLUJO DE DISPERSIÓN: este se obtiene en las cabezas de las bobinas, que están en

fase con la corriente del inducido y que da lugar a una caída de tensión en la

reactancia del mismo nombre Xσ, esto quiere decir que la caída de tensión

producida por la reactancia de dispersión esta adelantada 90˚con respecto a la

corriente del inducido.

b) FLUJO DE EXCITACIÓN: Este es producido por la F.M.MFe y está en fase con ella,

esta F.E.M. está atrasada 90˚ respecto al flujo.

c) FLUJO DE REACCIÓN DE INDUCIDO: Este es producido por la F.M.M. y está en fase

con la corriente lo que da lugar a una F.E.M. atrasada 90˚



Dicho de otra manera este método considera lo siguiente:

a) En su funcionamiento al vacío, el generador presenta tensión nominal en sus

bornes.

b) En su funcionamiento con carga, la tensión en los bornes del generador varía

debido a la impedancia síncrona, la cual provoca caídas de tensión.

c) La tensión de salida en los bornes del generador se puede calcular bajo cualquier

condición de carga restándole la caída de tensión sobre la impedancia síncrona

interna de la F.E.M. generada al vacío.

La Figura 3.36 muestra las características antes mencionada del método Behn-Eschenburg:

Figura 3.36 Diagrama eléctrico del método de Behn-Eschenburg para la obtención de la impedancia síncrona

Para aplicar de forma práctica este método se debe conocer el valor numérico de la

impedancia síncrona ZS, para lo cual se debe recurrir a una prueba en vacío y una de

cortocircuito, de esta forma, aplicando el método de Behn-Eschenburg en función del

cortocircuito del generador se puede escribir con la relación de las siguientes ecuaciones

3.12 y 3.13:

(3.12)

(3.13)



Dónde:

E0= F.E.M. del inducido en la fase donde se crea el cortocircuito y determinable sobre la

característica de magnetización en correspondencia al valor de la corriente excitación.

ICC = Corriente de cortocircuito correspondiente a la corriente de excitación que ha

producido E0.

Al repetir este cálculo con distintos valores de la corriente de excitación se puede trazar la

curva de la impedancia síncrona como lo muestra la Figura 3.37:

Figura 3.37 Curva de la impedancia síncrona por el método de Behn-Eschenburg

La Figura 3.37 muestra claramente que el valor de la impedancia síncrona no es constante,

debido a que está unida al grado de saturación magnética de la máquina, la cual bajo

cualquier condición de funcionamiento depende de los siguientes [20]:

- La corriente de excitación

- La corriente de la carga

- El valor del Factor de potencia de la carga

Para escoger el valor de la impedancia que se debe usar, en los cálculos se deben seguir

los pasos siguientes:

1. Conocer el valor de la Z´s, que corresponde al valor de la Corriente de excitación.

2. Conocer el valor de la Z´´s, que corresponde al valor de la Corriente del inducido.

3. De los dos valores considerar el que sea menor.



La impedancia síncrona determinada de esta forma se puede descomponer en sus dos

componentes, como lo muestra la ecuación 3.14, una vez conocido el valor de la

resistencia de la prueba práctica NO. 1:

(3.14)

De esta ecuación R es constante, por lo que la reactancia también resulta ser

independiente de la ICC y del cosφ.

I. OBJETIVO: Conocer a través de las características de cortocircuito y circuito abierto

obtenidas en las pruebas 3 y 4 la impedancia síncrona del generador síncrono trifásico

DL30190 y conocer su curva de operación.

III. PROCEDIMIENTO:

En base a los valores obtenidos de cortocircuito y circuito abierto, se realizaran los

cálculos correspondientes para obtener la curva de impedancia síncrona del generador

síncrono DL30190, la Tabla 3.19 muestra los valores obtenidos de IEXC y VARM, los valores

de la ICC, se tomaron a partir de la curva de corto circuito (Prueba 4).

Tabla 3.19 Valores de corriente de cortocircuito, de excitación y tensión de armadura para determinar la

impedancia síncrona

IEXC (A) VCA (V) ICC (V) ZS(Ω)

0.0009 08.31 0.0193 430.56

0.0203 38.77 0.0901 430.77

0.0409 71.75 0.1667 430.41

0.0610 107.50 0.2497 430.51

0.0810 143.40 0.3410 420.52



Tabla 3.19 (CONTINUACION) Valores de corriente de cortocircuito, de excitación y tensión de armadura

para determinar la impedancia síncrona

En la Figura 3.38 se muestra únicamente el comportamiento de la impedancia síncrona:

Figura 3.38 Curva de la impedancia síncrona del módulo DL30190

En esta curva se aprecia la variación de la impedancia síncrona en relación a la IEXC, en la

cual a mayor corriente de excitación el valor de la impedancia va disminuyendo, debido a

la saturación del Generador.

IEXC (A) VCA (V) ICC (V) ZS(Ω)

0.1005 179.40 0.4386 409.02

0.1202 210.90 0.5325 396.05

0.1402 242.40 0.6400 378.75

0.1606 275.50 0.7585 363.21

0.1812 303.10 0.8653 350.28

0.2007 329.20 0.9651 341.10

0.2202 353.10 1.0550 334.69



PRUEBA 6. DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DEL GENERADOR SÍNCRONO

TRIFÁSICO DL30190

La característica externa de un generador síncrono es una de las más importantes para

esta máquina, ya que esta nos indica la variación de tensión en sus bornes, en función de

la corriente que absorbe la carga; es decir, si la corriente de excitación es constante la

tensión también será constante, esto se observa en la Figura 3.37 [13].

Debido a esta condición, se tiene que no solo la corriente de excitación interviene en la

variación de la tensión, sino que también intervienen la corriente del inducido y el factor

de potencia de la carga; donde la corriente de excitación interviene cambiando el valor de

E0 y la corriente del inducido interviene provocando una configuración distinta del campo

de reacción del inducido [37].

“Por lo tanto, existen infinitas características exteriores (normalmente su conjunto se

denomina familia) correspondientes cada una de ellas a una distinta corriente de

excitación y, por lo tanto, a un diferente valor de tensión”. Para calcular estas

características se necesita del circuito equivalente del generador alimentando una carga

como lo muestra la Figura 3.39 [20]:

Figura 3.39 Circuito equivalente del generador alimentando una carga



De este circuito se analiza una sola fase del generador, por lo que el valor de tensión en

las terminales del generador se muestra en la ecuación 3.15:

(3.15)

De aquí obtendremos los cambio de la tensión Va en función de la carga con los factores

de potencia unitario y atrasado, que son los que delimitan el campo normal de

variabilidad [20].

Las características exteriores que se obtengan deberán arrojar unas curvas similares a la

mostrada en la Figura 3.40:

Figura 3.40 Curvas de características externas del generador síncrono

En la Figura 3.40 se observa el comportamiento de la tensión con respecto a las corrientes

de excitación y al factor de potencia en atraso y unitario, las cuales nos permitirán

determinar la variación de tensión a plena carga [20].

Es importante mencionar 2 cosas importantes de las características exteriores:

1) Las reacciones de armadura provocadas por corrientes óhmico – inductivas por lo

general son desmagnetizantes; al contrario de las cargas capacitivas, las cuales al

ser “magnetizantes” pueden compensar la caída de tensión provocada por la

resistencia y por la reactancia de dispersión de los devanados [17].



2) Con el factor de potencia en atraso, las caídas de tensión son mayores a las caídas

con factor de potencia unitario, por lo que la reacción de armadura desarrolla un

flujo en los polos lo que reduce sensiblemente su valor [20].

I.OBJETIVO: Conocer las características externas del generador síncrono para aprender el

comportamiento de la tensión con respecto a la corriente de excitación y factor de

potencia lo que nos dará como resultado conocer el comportamiento de la tensión del

generador síncrono a plena carga.






• Medidor del Factor de Potencia DL2109T27




• Carga Inductiva DL30040L

• Carga Resistiva DL30040R

• Carga Capacitiva DL30040C

• 2 Vóltmetros

• 2 Ampérmetros




III.PROCEDIMIENTO:



conectada.

2) Conectar en base al siguiente circuito de la Figura 3.41:

Figura 3.41 Diagrama eléctrico para la obtención de las características externas



izquierdo.

2. En el reóstato de excitación se hará un puente entre los bornes s y q.

3. Se debe hacer un puente entre las terminales U1, V1 y W1 del DL3090, así como

también entre las terminales W2 y V2.


izquierda del DL30190, la salida K2 del transductor óptico se conecta a la salida K2

del tacómetro electrónico.





manera:

Para la primera parte de características de la corriente:

1. En el módulo DL30018 (Alimentación) la salida de C.C. de excitación el interruptor



aproximadamente.

2. El reóstato de excitación debe marcar la resistencia mínima:





3) Posicionar los conmutadores solo del módulo de carga inductiva en la posición 1 e

ir variando hasta 6, controlar que la velocidad sea estable (se puede cambiar

eventualmente la excitación del motor) y la del generador de tal manera que la

tensión de salida este cerca del valor nominal.

4) Los datos se anotaran en la Tabla 3.20.



Tabla 3.20 Valores de tensión y corriente solo con carga inductiva

CARGA CORRIENTE DE EXCITACIÓN

(A)

TENSIÓN DE EXCITACIÓN

(V)

CORRIENTE EN LA CARGA

(A)

TENSIÓN EN LA CARGA

(V)

cosφ POTENCIA (W)

L0 0.179 130.27 0.0010 292.7 0.60 0.304

L1 0.180 130.85 0.1509 240.6 0 0

L2 0.180 130.77 0.2495 198.6 0 0

L3 0.180 130.90 0.3412 160.3 0 0

L4 0.181 130.63 0.3855 141.6 0 0

L5 0.181 130.46 0.4255 127.7 0 0

L6 0.181 130.09 0.4618 115.8 0 0

Para la segunda parte de las características exteriores:



debe estar abierto y completamente en cero. La salida del lado izquierdo de C.C. el


aproximadamente.

2. El reóstato de excitación debe marcar la resistencia mínima





3) Realizar las mediciones en base a las distintas cargas, como se especifica a

continuación:



3a) Característica en cosφ= 1

Llevar el conmutador solo de la carga Resistiva en la posición 1 e ir variando hasta la 6,

los resultados se anotaran en la Tabla 3.21

3b) Característica en cosφ= 0.8 (-)

Llevar simultáneamente los conmutadores de la carga resistiva y la carga inductiva en

la posición 1 e ir variando hasta la 6, los resultados se anotaran en la Tabla 3.21

3c) Característica en cosφ= 0.8 (+)

Llevar simultáneamente los conmutadores de la carga resistiva y carga capacitiva en la

posición 1 e ir variando hasta la 6, los resultados se anotaran en la Tabla 3.21


Tabla 3.21 Valores de tensión y corriente para las características externas con distintos tipos de cargas


(A)


(V)


(A)


(V)

Cosφ POTENCIA (W)

R0 0.177 130.76 0.0009 297.8 0.60 0.278

R1 0.177 130.05 0.0845 293.5 0.98 42.097

R2 0.177 130.91 0.1704 284.6 0.98 82.317

R3 0.177 130.13 0.2455 280.2 0.98 116.763

R4 0.177 129.83 0.3115 269.6 0.99 144.003

R5 0.177 129.96 0.3766 258.7 0.99 167.060

R6 0.177 130.08 0.4334 246.9 0.99 183.487

R7 0.177 130.18 0.4822 235.3 0.99 194.556

C0 0.174 130.02 0.0015 298.7 0.60 0.465

C1 0.175 130.84 0.2349 317.8 0.92 118.955

C2 0.176 130.97 0.2641 318.9 0.50 72.937

C3 0.177 130.61 0.4069 327.2 0.50 115.300

C4 0.177 130.32 0.5333 332.7 0.50 153.657

C5 0.178 130.49 0.7432 338.6 0.50 217.933



Tabla 3.21 (CONTINUACION) Valores de tensión y corriente para las características externas con distintos

tipos de cargas


(A)


(V)


(A)


(V)

Cosφ POTENCIA (W)

RL0 0.174 130.29 0.0015 288.7 0.60 0.450

RL1 0.174 130.42 0.1158 259.7 0.60 31.253

RL2 0.173 129.89 0.2543 220.3 0.75 72.775

RL3 0.174 129.92 0.3442 183.4 0.75 82.003

RL4 0.173 129.74 0.4094 160.7 0.75 85.464

RL5 0.174 130.18 0.4683 147 0.75 89.425

RC0 0.174 130.27 0.0010 294.8 0.60 0.306

RC1 0.174 130.05 0.2092 310.6 0.99 111.418

RC2 0.174 130.36 0.3071 312.6 0.90 149.648

RC3 0.174 130.22 0.5271 318.5 0.90 261.701



PRUEBA 7. DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE REGULACIÓN DEL GENERADOR


Esta característica es a tensión constante y representa la relación entre la corriente de

excitación y la corriente de la carga, manteniendo constante la tensión, la frecuencia y el

factor de potencia [20].

Figura 3.42 Diagrama eléctrico para determinar las características de regulación del generador síncrono

En la Figura 3.42 del lado izquierdo se muestra como la corriente de excitación irá

variando con respecto a la tensión, frecuencia y factor de potencia que deben ser

constantes, el análisis para determinar estas características, se hace en una sola fase como

lo muestra el lado derecho de la Figura 3.42.

La importancia de esta práctica es debida a que en condiciones normales no se admiten

variaciones en las tensiones de alimentación, a menos que se encuentren entre los límites

especificados del ±5%. La regulación también se puede realizar de forma manual mediante

la intervención automática de aparatos adecuados [20].

Es natural la relación que existe entre estas características con las características externas

del generador síncrono, ya que cada alternador presenta diferentes características de

regulación debidas a un distinto valor de tensión nominal que se debe de mantener

constante.



Así mismo, hay que mencionar que las características de regulación se diferencian por el

valor del factor de potencia, y entre estas hay que mencionar los F.p. que delimitan el

campo normal de variabilidad: los cuales son el F.p. unitario y el F.p. atrasado [20].

Una vez se obtengan los datos de esta prueba se podrán obtener las curvas

correspondientes a las características de regulación como lo muestra la Figura 3.43:

Figura 3.43 Curvas de las características de regulación del generador síncrono trifásico

En la Figura 3.43 se observa como las curvas evidencian la necesidad de aumentar la

corriente de excitación de manera proporcional conforme la carga aumenta, debido a la

progresiva saturación del circuito magnético.

El valor de la corriente de excitación a plena carga debe ser idéntico a menos que existan

tolerancias marcadas en la placa de datos del alternador [20].



I.OBJETIVO: Conocer las características de regulación del generador síncrono que nos

servirán para entender la relación entre estas y las características externas ya antes vistas

para aprender el comportamiento de la tensión con respecto a las corrientes nominales y

de excitación con distintos tipos de carga.











• Carga Resistiva DL30040R

• Carga Capacitiva DL30040C

• 2 Vóltmetros

• 2 Ampérmetros


III.PROCEDIMIENTO:


1. Antes de proceder a utilizar el equipo se debe revisar que ninguna fuente esta

conectada.



2. Conectar en base al circuito de la Figura 3.44:

Figura 3.44 Diagrama eléctrico para la obtención de las características de regulación

1) Del Módulo de Alimentación se usaran las dos salidas de energía de C.C., de la

salida de C.C. de excitación (lado derecho del DL30018) y la salida de C.A. del

lado izquierdo.

2) En el reóstato de excitación se hará un puente entre los bornes s y q.

3) Se debe hacer un puente entre las terminales U1, V1 y W1 del DL3090, así

como también entre las terminales W2 y V2.

4) Para medir la velocidad el transductor óptico estará instalado en la parte

lateral izquierda del DL30190 de la salida K2 del transductor óptico se conecta

a la salida K2 del tacómetro electrónico.

Se puede observar que el circuito eléctrico y el diagrama físico son los mismos ya que en

esencia el procedimiento es el mismo solo cambia el hecho de que las características que

se obtendrán en este caso son las de regulación.







aproximadamente.

2. El reóstato de excitación debe marcar la resistencia mínima:





3) Realizar las mediciones en base a las distintas cargas, como se especifica a

continuación:

3a) Característica en cosφ= 1

Llevar el conmutador solo de la carga Resistiva en la posición 1 e ir variando hasta la 6,

los resultados se anotaran en la Tabla 3.22

3b) Característica en cosφ= 0.8 (-)

Llevar simultáneamente los conmutadores de la carga resistiva y la carga inductiva en

la posición 1 e ir variando hasta la 6, los resultados se anotaran en la Tabla 3.22

3c) Característica en cosφ= 0.8 (+)

Llevar simultáneamente los conmutadores de la carga resistiva y carga capacitiva en la

posición 1 e ir variando hasta la 6, los resultados se anotaran en la Tabla 3.22




Tabla 3.22 Valores de tensión y corriente para las características de regulación con distintos tipos de

cargas


(A)

CORRIENTE DE CARGA

(A)

TENSIÓN DE EXCTACIÓN

(V)

TENSIÓN DE CARGA

(V)

Cosφ POTENCIA

(W)

R0 0.1269 0.0009 87.69 220.5 0.8 0.10

R1 0.1251 0.0663 87.42 219.3 0.95 9.53

R2 0.1307 0.1326 91.79 220.2 0.95 20.02

R3 0.1347 0.1955 94.90 220.4 0.97 31.25

R4 0.1424 0.2633 100.74 219.3 0.97 44.56

R5 0.1498 0.3305 107.32 220.2 0.97 59.59

R6 0.1612 0.3987 116.26 221.1 0.99 79.48

R7 0.1702 0.4640 122.83 221.6 0.99 97.72

R8 0.1831 0.5266 129.86 220.7 0.99 117.26

C0 0.1227 0.0010 91.23 220.7 0.8 0.12

C1 0.0970 0.1442 71.56 220.4 0.93 16.62

C2 0.0901 0.1404 65.34 220.7 0.60 9.53

C3 0.0687 0.2113 49.43 221.6 0.45 8.14

C4 0.0537 0.2680 38.88 221 0.50 9.02

C5 0.0306 0.3584 23.05 221.2 0.50 7.15

C6 0.0198 0.4424 14.59 221.7 0.50 5.58

L0 0.1240 0.0010 88.19 220.3 0.7 0.10

L1 0.1422 0.0702 101.30 220.4 0 0

L2 0.1605 0.1388 114.62 220.3 0 0

L3 0.1803 0.2304 135.48 220.3 0 0

L4 0.2012 0.2937 147.93 220.2 0 0

L5 0.2211 0.3590 162.40 220.3 0 0

L6 0.2460 0.4501 182.80 220.6 0 0

RL0 0.1270 0.0010 89.93 221.8 0.80 0.12

RL1 0.1469 0.0986 104.76 220.4 0.58 10.37

RL2 0.1705 0.2038 122.78 221.6 0.55 23.83

RL3 0.1969 0.3149 142.90 220.9 0.50 38.97

RL4 0.2195 0.4145 161.35 219.7 0.50 57.91

RL5 0.2448 0.5158 183.56 220.6 0.50 81.99

RL6 0.2741 0.6305 211.36 221.2 0.50 115.40

RC0 0.1232 0.0010 93.17 220.36 0.80 0.12

RC1 0.0215 0.1346 75.53 220.7 0.98 17.25

RC2 0.0199 0.1970 71.03 221.3 0.90 21.81

RC3 0.0172 0.3186 61.54 222 0.88 29.88

RC4 0.0170 0.4450 59.90 221.3 0.80 36.93

RC5 0.0162 0.6372 57.42 219.3 0.85 53.86



PRUEBA 8. DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES Xd y α POR EL MÉTODO DE POTIER

Como se mencionó en prácticas anteriores, específicamente en la práctica 5 (impedancia

síncrona por el método de Behn-Eschenburg) los resultados que se obtienen con este

método tienden a ser inexactos ya que este método se aleja de la realidad de los

fenómenos que están ligados en el paso de vacío a carga en el generador síncrono [20].

En particular lo siguiente:

- Cuando el generador funciona en vacío la tensión inicial se debe únicamente al flujo

inductor provocado por la corriente de excitación de los polos. Pasando a su

funcionamiento con carga el inducido crea ampere-vueltas que se componen

vectorialmente con los polos, el flujo que resulta de esta forma asume un valor que puede

ser diferente (por lo regular menor) con respecto al valor que existe en vacío y por lo

tanto la F.E.M. adquiere un valor distinto de E0 [20].

- La F.E.M. de carga no es cien por ciento aplicable a los bornes ya que encuentra las

caídas de tensión de todos los devanados inducidos de corriente alterna; estas son:

a) La caída de tensión óhmica debida a la resistencia equivalente R de inducido.

b) La caída de tensión inducida debida a la reactancia de dispersión Xd del inducido que

tiene en cuenta la porción de flujo generado por la corriente de carga que no “reacciona”

con el flujo inductor sino que se encierra alrededor de los cabezales de los devanados o

pasa directamente de un diente del devanado a otro sin atravesar el entrehierro. Esta

reactancia de dispersión es mucho menor que la reactancia síncrona Xs según el método

de Behn-Eschenburg, que también abarca los efectos del flujo de reacción de armadura

[20].

En este caso el método de Potier analiza por separado los efectos antes mencionados, lo

que nos lleva a resultados más cercanos al real.



Para utilizar este método se deben determinar los siguientes puntos:

- La resistencia R de inducido, que se puede determinar fácilmente.

- La reactancia de dispersión Xd de inducido.

- El coeficiente α de proporcionalidad que "traduce" la corriente de inducido en corriente

de excitación equivalente desde el punto de vista del flujo generado. De tal manera se

podrá fácilmente efectuar la composición de las amperes-vueltas de inducido con las

inductoras.

La Figura 3.45 muestra cómo se debe realizar la prueba para medir la característica de

carga sin tensión:

Figura 3.45 Diagrama eléctrico para la prueba de factor de potencia = 0

3.3.8.1 PROCEDIMENTO GRÁFICO PARA DETERMINAR Xd y α:

En la Figura 3.46 se muestra como se deben graficar algunas características del generador

para poder determinar los puntos Xd y α que nos servirán para interpretar de forma más

exacta el comportamiento de las corrientes en un generador utilizando únicamente dos

puntos:



Figura 3.46 Procedimiento grafico para determinar los puntos Xd y α

A continuación se muestran los pasos para graficar los puntos Xd y α como se muestra en

la Figura 3.46:

1) Deducir las características de magnetización y cortocircuito y representarlas sobre un

único sistema de ejes cartesianos.

2) En correspondencia al valor OA de la corriente de excitación realizada durante la

medición del factor de potencia ≅ 0, representar el valor AB de la tensión de fase medida

en la misma prueba.

3) Localizar en la característica de cortocircuito el valor de la corriente de excitación OC

correspondiente a la corriente de inducido realizada en la prueba con el factor de potencia

≅ 0.

4) Del punto B llevar hacia el origen y paralelamente al eje de las abscisas, un segmento

BD = OC.

5) Del punto D trazar una paralela al trazado inicial, prácticamente rectilínea, de

características de magnetización hasta que encuentre la misma característica en el punto

E.



6) Del punto E bajar una vertical localizando de esta forma el punto F y el triángulo de

Potier EFB. El triángulo de Potier es un triángulo característico que proporciona dos datos

de interés [20]:

• F.M.M. de armadura (Fa)

• Reactancia de Dispersión (Xδ)

7) Medir el segmento EF, que representa la tensión de reactancia que se refiere a la

corriente obtenida en la prueba de factor de potencia = 0, y después de haberlo traducido

en volts a través de la escala de las tensiones, se calcula con la ecuación 3.16:

(3.16)

8) Medir el segmento BF, que representa la reducción de magnetización debida a la

reacción de inducido referida a la corriente de prueba, y después de haberlo convertido

en amperes a través de la escala de las corrientes, se calcula con la ecuación 3.17:

(3.17)

Observaciones:

1) La condición de funcionamiento que se ha representado en el punto B se ha deducido

de un factor de potencia ≅ 0 con retraso porque en dicho caso se pueden admitir las

siguientes simplificaciones que se han aplicado para deducir los valores de Xd y α:

a) La relación vectorial se muestra en la ecuación 3.18:

(3.18)



Dada la particular posición angular de los vectores representativos y la modesta entidad

de RI, se puede reconducir, con bastante aproximación, a una simple relación numérica

que se muestra en la ecuación 3.19:

(3.19)

Y todo esto se evidencia con claridad en el diagrama vectorial de la Figura 3.47:

Figura 3.47 Diagrama vectorial de la determinación de los puntos Xd y α

La Figura 3.47 muestra como se establece el diagrama vectorial con el método de Potier,

que se explicó al realizar el procedimiento gráfico del mismo.

b) Las ampere-vueltas de reacción provocadas por una corriente desfasada de 90° con

retraso se presentan exactamente contrarias a las inductoras (corrientes de inducido no

presentes en cuadratura, en cambio darían lugar a ampere-vueltas de reacción

angularmente desplazadas en el entrehierro con respecto a las inductoras).

Con el factor de potencia = 0 la composición entre ampere-vueltas por lo tanto se traduce

en una simple diferencia numérica.



2) Con el fin de evitar equivocaciones de interpretación y para no introducir inútiles

complicaciones, aconsejamos afinar los trazos iníciales de las características de

magnetización y de cortocircuito de manera que empiecen en el origen de los ejes aún si

los resultados de prueba pongan en evidencia un sensible campo magnético residual [20].

Como ya hemos ampliamente demostrado, el magnetismo residual en efecto puede

asumir valores importantes solamente en alternadores de potencia muy pequeña.

I.OBJETIVO: Crear la curva de reactancias del módulo DL30190, para trazar el triángulo de

Potier y conocer la relación entre las curvas de vacío, cortocircuito y reactancias para

conocer el comportamiento de la tensión con carga.











• 2 Vóltmetros

• 2 Ampérmetros




III.PROCEDIMIENTO:



conectada.

4) Conectar en base al siguiente circuito de la Figura 3.48:

Figura 3.48 Diagrama eléctrico para la curva de reactancias



izquierdo.



8. también entre las terminales W2 y V2.








manera:


6) Cerrar el interruptor del módulo de alimentación la salida de C.C. variable de

excitación y regular la perilla hasta la corriente nominal del generador.

7) Posicionar la carga inductiva en cero e ir variando hasta llegar a la IN y mantener

este valor hasta llegar al 100% de la carga inductiva anotar los valores de tensión

en los bornes de la armadura y de los parámetros del campo del Generador.

8) Se deberá de ir manipulando el valor del Generador de C.C., de forma tal que la

corriente sea constante.

9) Los datos se anotaran en la Tabla 3.23

Tabla 3.23 Valores de corriente de excitación y tensión de carga para la curva de F.p. = 0

% DE INDUCTANCIA

CORRIENTE DE EXCITACIÓN

(A)

TENSIÓN DE CARGA

(V)

CORRIENTE DE CARGA

(A)


(V)

VELOCIDAD (r.p.m.)

20% 0.1665 97.17 0.4657 124.26 3600

40% 0.1904 141.79 0.4627 142.39 3600

60% 0.2117 175.23 0.4637 152.81 3600

80% 0.2281 196.59 0.4654 164.64 3600

100% 0.2457 220.7 0.4606 195.20 3600



PRUEBA 9. PARALELO DEL MÓDULO DL30190 CON LA RED ELÉCTRICA

La máquina síncrona se puede utilizar como generador, tanto para alimentar cargas

aisladas como para entregar potencia a un sistema eléctrico de potencia. Para

incrementar la cantidad de potencia es necesario aumentar el flujo de vapor, agua o gas

que está circulando por la turbina de accionamiento. Al incrementar la potencia de

accionamiento de un generador que alimenta a una carga aislada, las masas rotantes del

sistema se aceleran y aumentan la frecuencia y la fuerza electromotriz. [1].

“Una maniobra que se realiza frecuentemente en una central eléctrica es la conexión de

los alternadores en paralelo con la red de distribución de la energía”. Dos o más

generadores operando en paralelo suministran economía de operación y flexibilidad para

programar una rutina de mantenimiento, como incrementar la carga que se acerca a la

velocidad de carga de la o las máquinas en el bus, y máquinas adicionales que quizá estén

en paralelo tomando parte de la carga” [17 y 10].

Después de la instalación en paralelo, el alternador central se encuentra conectado a un

circuito en el que ya están entregando un gran número de alternadores, de los que se

extrae una gran cantidad de cargas, con un juego de potencias generalmente más elevado

con respecto a la máxima entregada por el mismo.

Las consecuencias de esta desproporción de potencias son:

a) La red "impone" al alternador conectado al mismo valor de tensión y de frecuencia;

dichos valores no podrán mutar ni siquiera cuando se modifique la corriente de excitación

de los polos o el par motriz del eje de la máquina.

b) Cualquier maniobra que pretenda cambiar tensión y frecuencia del alternador en

cambio producirá una variación de la potencia reactiva y de la potencia activa

intercambiada entre las máquinas y la red.



Dado el modesto valor de su potencia de matrícula, desde el instante de la conexión a la

red, el alternador se encontrará sometido a los mismos lazos de funcionamiento de los

alternadores de central y por lo tanto podrán verificarse experimentalmente los puntos a

y b. La conexión del alternador en paralelo con la red se puede realizar, sin provocar un

violento cortocircuito, solamente cuando:

1. La frecuencia del alternador es igual a la de la red.

2. La tensión del alternador es igual a la de la red.

3. Los vectores de las tensiones del alternador y de la red coinciden con la fase.

4. El sentido cíclico de las tensiones del alternador coincide con el de las tensiones de red.

La condición indicada en el punto 4 es una directa consecuencia de la aplicación, en las

tres tensiones de fase, de la condición indicada en el punto 3.

Para verificar la igualdad de los puntos 1 y 2 es suficiente con un frecuencímetro y un

vóltmetro conmutables; la coincidencia de las fases en cambio se puede medir mediante

instrumentos indicadores (sincronoscopios de índice) o también mediante la señalización

de bombillas adecuadamente introducidas (sincronoscopios con luces giratorias o de luces

batientes).



En la Figura 3.49 se muestra el diagrama eléctrico que se utiliza para conectar el

generador en paralelo con la red eléctrica:

Figura 3.49 Diagrama eléctrico para el paralelo del alternador con la red eléctrica

En la Figura 3.49 se muestra el diagrama en el cual el instante de la operación de paralelo

es aquél en el que la lámpara L1 está apagada y se verifica la igualdad de las tensiones y

de la frecuencia.

1 - El alternador ahora está conectado en paralelo con la red y, si las maniobras se han

realizado correctamente, estará completamente en equilibrio. El ampérmetro y los

vóltmetros conectados entre la máquina y la red evidenciarán que no existe intercambio

de corriente y de potencia [20].

2 - Si a continuación probamos a aumentar la velocidad de rotación del motor antes

regulando su excitación, se verá que la velocidad permanece constante.



El ampérmetro y los vóltmetros indican en ese momento un intercambio de corriente y de

potencia que aumenta durante esta regulación (habrá que tener cuidado de no superar el

valor nominal de corriente del alternador para no acercarse demasiado al límite de

estabilidad de la máquina).

De esta forma se podrá verificar que:

a) La potencia real Wa + Wb resulta positiva lo que significa que la misma fluye del

alternador hacia la red (la posición de los bornes diferenciados por las bobinas

ampermétricas y voltmétricas de los vóltmetros conectados en el circuito no

permite ninguna duda a este respecto).

b) La potencia reactiva √3 (Wa - Wb) intercambiada entre la máquina y la red es

muy modesta y no cambia apreciablemente durante esta regulación.

3 - Reduciendo ahora la excitación del primer motor se nota que la velocidad permanece

constante mientras que disminuyen corriente y potencia hasta volver a ser nulas como en

el momento del paralelo (punto 1) [20].

Si se prosigue con la disminución de la excitación del primer motor para reducir la

velocidad, se notará el renacer de un intercambio de corriente y de potencia real entre

máquina y red pero esta vez la suma Wa + Wb resulta negativa.

La potencia en juego ahora va de la red a la máquina que por lo tanto está funcionando

con motor sincrónico.

4 - Retornando a las condiciones de paralelo, anulando de nuevo el intercambio de

corriente y potencia, si ahora se aumenta o disminuye la corriente de excitación del

alternador se puede verificar la tensión nominal no cambia sino que hace nuevamente un

intercambio de corrientes y de potencias entre máquina y red (tampoco en este caso

conviene superar los valores de corriente nominal) [20].



De esta forma se podrá observar que:

1. La potencia real Wa + Wb intercambiada entre máquina y red es muy modesta y no

cambia apreciablemente durante la regulación de la excitación del alternador.

2. La potencia reactiva √3 (Wa - Wb) intercambiada entre máquina y red cambia

notablemente como consecuencia de la regulación de la excitación del alternador.

Se puede verificar fácilmente, también, que dicha potencia reactiva inductiva asume

valores positivos, es decir fluye del alternador hacia la red, cuando la corriente de

excitación se aumenta, mientras que en cambio asume valores negativos, es decir fluye de

la red hacia el alternador, cuando la corriente de excitación se disminuye.

La Figura 3.50 muestra el diagrama fasorial del generador conectado en paralelo en la red

eléctrica:

Figura 3.50 Diagrama vectorial del generador conectado en paralelo a la red eléctrica

En la Figura 3.50 vemos que las tensiones que aparecen sobre las lámparas son iguales y

su valor es la diferencia de potencial entre las tensiones de fase de la red y las del

generador. Si hay diferencia de velocidades angulares, el brillo de las lámparas varía en

forma simultánea con un mismo valor para las tres, pasando por un máximo cuando los



fasores de la misma fase están en sentido opuesto y un mínimo cuando son coincidentes

(En fase) [38].

En el caso de que el brillo de las lámparas sea cero, los módulos de las tensiones son

iguales. Para acoplar el generador a la red, se debe maniobrar de forma tal que si las

lámparas no se llegan a apagar, se debe actuar sobre la excitación de la máquina para

variar su tensión hasta que las lámparas lleguen a estar apagadas (Mayor corriente de

excitación, mayor tensión), en algún instante [38].

Luego si la variación en el brillo de las lámparas es muy rápido se debe actuar sobre la

velocidad de la máquina impulsora (Modificación de frecuencia), hasta que la variación

sea lenta, y en el momento en que las lámparas se apaguen se debe cerrar el interruptor

de acoplamiento, ya que en ese momento se cumplen las condiciones de sincronismo. En

esa situación el generador tiene la misma tensión en sus bornes e igualdad de frecuencia

(Impuestos por la red) Si las secuencias son distintas se observa lo de la Figura 3.51:

Figura 3.51 Diagrama vectorial del generador con distintas secuencias

En la Figura 3.51 se observa que las lámparas no tienen el mismo brillo, sino que se

produce un efecto de rotación del mismo. Para modificar esta situación se deben

permutar dos fases cualesquiera, de forma tal que se tengan iguales secuencias [38].



El método que hemos analizado se denomina de lámparas apagadas, motivo por el cual se

debe tener sumo cuidado de verificar que ninguna de ellas se encuentra “quemada”, ya

que en caso contrario podríamos estar cerrando el interruptor sin cumplir las condiciones

y por lo tanto circularían corrientes que podrían dañar el generador.

En las centrales eléctricas la maniobra de sincronización se efectúa en forma automática

mediante sincronoscopios, que en el momento de estar cumplidas las condiciones

mencionadas, el mismo, envía la orden de cerrar el interruptor de acoplamiento, con lo

cual la máquina en paralelo con la red [38].

También se puede efectuar la sincronización mediante un sistema de lámparas encendidas

de acuerdo al circuito mostrado en la Figura 3.52:

Figura 3.52 Diagrama vectorial del generador con el sistema de lámparas encendidas

En la Figura 3.52 se observa que una lámpara está conectada igual que en el caso anterior

la fase “R” del generador con fase “R” de la red y que las otras dos tiene las conexiones

cruzadas, la fase “S” del generador con la fase “T” de la red y la fase “T” del generador con

la fase “S” de la red [38].



Este efecto se observa en la Figura 3.53:

Figura 3.53 Diagrama vectorial del generador con el sistema de lámparas encendidas con la misma tensión

En la Figura 3.53 se muestra como cuando las dos ternas estén superpuestas y tengan

igualdad de módulos de tensión, la lámpara sobre la fase común “R” estará apagada y las

otras dos lámparas tendrán el mismo brillo, momento en el cual se deberá cerrar el

interruptor [38].

I.OBJETIVO: Comprobar el intercambio de las potencias que se da en la maniobra de un

generador síncrono acolado a la red eléctrica.









• Plancha de Paralelo DL1030



III.PROCEDIMIENTO


1. Antes de proceder a utilizar el equipo se debe revisar que ninguna fuente esté

conectada.


Figura 3.54 Diagrama eléctrico para conectar el generador en paralelo con la red eléctrica



izquierdo.



también entre las terminales W2 y V2.








manera:




aproximadamente, la salida trifásica variable debe tener el interruptor abierto al

igual que la plancha de paralelo.

2) El interruptor de la salida trifásica fija debe cerrarse y controlar la variación de

tensión de la red, lo mismo se realizara para la salida de C.A. variable, para esta

salida se debe cuidar que la tensión de salida sea similar a la tensión de red.

3) Controlar la frecuencia de la red y regular la excitación del generador hasta que

alcance un valor de tensión de salida igual al de la red.

4) Observar las lámparas H1 - H2 - H3; notaremos que estas se encienden y se apagan

con una sucesión en el tiempo que da la impresión de una rotación de luces.

Convertir esta rotación en lo más lenta posible actuando ligeramente sobre la

excitación del motor mediante la manivela del reóstato de excitación.

5) Realizar el paralelo del generador con la red cerrando el interruptor (posición "on")

en la "plancha de paralelo" en el instante en el que la lámpara H1 está apagada y las

H2 y H3 presentan la misma intensidad luminosa.

6) Si las operaciones de paralelo se han realizado correctamente, el generador hará

perfectamente el equilibrio entre la red y los instrumentos situados entre el

generador y la red evidenciando que no existe intercambio de corriente y potencia

anotar los datos en la Tabla 3.24.



Comprobación del intercambio de potencia activa entre el generador y la red eléctrica.

7a) Aumentar lentamente la excitación del motor de arrastre "intentando" aumentar

la velocidad de rotación del grupo. Se notará que la velocidad permanece constante

mientras que la potencia activa resulta positiva fluyendo del generador hacia la red.

7b) Disminuir la excitación del motor de arrastre intentando reducir la velocidad de

rotación del grupo. Se notará que la velocidad permanece constante mientras que la

potencia de entrada disminuirá hasta anularse como en el momento del paralelo.

7c) Disminuyendo aún la excitación del motor de arrastre se notará un nuevo

intercambio de la potencia activa desde la red hacia el generador por lo que el

generador se encuentra ahora funcionando como motor síncrono.

7d) Se pueden realizar estas maniobras a distintos valores de potencia para observar

el intercambio de la energía entre el módulo DL30190 y la red.

7e) Anotar los resultados en las tablas correspondientes

Comprobación del intercambio de potencia reactiva entre el generador y la red eléctrica.

8a) Volver a asumir las posiciones de paralelo, anulando la corriente y la potencia

entre la red y el generador actuando sobre la excitación del motor de arrastre.

8b) Accionar ahora lentamente de manera que aumente o disminuya la excitación del

generador.

8c) Comprobar que la tensión de salida no cambie. En caso contrario un nuevo

intercambio de potencia reactiva nacerá entre el generador y la red.

8d) Anotar los resultados en las tablas correspondientes a la disminución y aumento

de la tensión de campo.

9) Abrir el interruptor para parar el grupo.



Tabla 3.24 Valores iniciales para comprobar la sincronización del generador con la red eléctrica

TENSIÓN (V)

FRECUENCIA (HZ)

SECUENCIA DE FASES

GENERADOR DL30190 220.732 60.01 W L3, V L2, U LI RED ELÉCTRICA 220.700 60.01 W L3, V L2, U LI

PRIMERA PARTE: Comprobación del intercambio de potencia activa entre el generador y la

red eléctrica, los valores obtenidos se anotaran en las Tablas 3.25 a 3.28:

Tabla 3.25 Valores para comprobar el intercambio de potencia activa entre el generador y la red eléctrica

TENSIÓN MOTOR DE

ARRASTRE (V)

CORRIENTE MOTOR DE ARRASTRE

(A)

POTENCIA WA (W)

POTENCIA WB (W)

FRECUENCIA (Hz)

219.10 0.69 0 86.19 60.00 TENSIÓN EN LA

RED (V)

TENSIÓN EN EL GENERADOR

(V)

TENSIÓN DE EXCITACIÓN DEL GENERADOR (V)

CORRIENTE DE ARMADURA

(A)

VELOCIDAD r.p.m.

221.70 221.71 137.92 0.4738 3600

Tabla 3.26 Valores del intercambio de potencia activa entre el generador y la red eléctrica aumentando la

velocidad del motor de arrastre

TENSIÓN MOTOR DE

ARRASTRE (V)


(A)

POTENCIA WA (W)

POTENCIA WB (W)

FRECUENCIA (Hz)

218.80 0.49 -28 91.02 60.04

TENSIÓN EN LA RED (V)


(V)



(A)

VELOCIDAD r.p.m.

221.36 221.30 136.56 0.5092 3602.4



Tabla 3.27 Valores del intercambio de potencia activa entre el generador y la red eléctrica reduciendo la

excitación del motor de arrastre

TENSIÓN MOTOR DE

ARRASTRE (V)


(A)

POTENCIA WA (W)

POTENCIA WB (W)

FRECUENCIA (Hz)

217.80 0.72 0 86.19 60.01



(V)



(A)

VELOCIDAD r.p.m.

219.47 219.45 136.31 0.4738 3600.6

Tabla 3.28 Valores del nuevo intercambio de potencia activa entre el generador y la red eléctrica

TENSIÓN MOTOR DE

ARRASTRE (V)


(A)

POTENCIA WA (W)

POTENCIA WB (W)

FRECUENCIA (Hz)

221.90 0.15 -135 90.2 59.98



(V)



(A)

VELOCIDAD r.p.m.

221.60 221.66 137.21 0.4908 3598.8



SEGUNDA PARTE: Comprobación del intercambio de potencia reactiva entre el generador

y la red eléctrica reduciendo y aumentando la corriente de excitación del Generador

Síncrono Trifásico.

1. Disminuyendo la corriente de excitación del Generador Síncrono Trifásico, los datos se

anotaran en la Tabla 3.29:

Tabla 3.29 Valores del intercambio de potencia reactiva entre el generador y la red eléctrica

disminuyendo la corriente de excitación del módulo DL30190

TENSIÓN EN LA RED

(V)

TENSIÓN EN EL

GENERADOR (V)


DEL GENERADOR (V)

CORRIENTE DE

EXCITACIÓN (A)

VELOCIDAD

r.p.m.

220.61 220.62 80.2 0.1152 3598.8

CORRIENTE DE

ARMADURA(A)

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)

FRECUENCIA

(Hz)

0.2065 12 28.6 59.98

TENSIÓN EN LA RED

(V)

TENSIÓN EN EL

GENERADOR (V)


DEL GENERADOR (V)

CORRIENTE DE

EXCITACIÓN (A)

VELOCIDAD

r.p.m.

218.76 218.79 75.6 0.0730 3601.8

CORRIENTE DE

ARMADURA (A)

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)

FRECUENCIA

(Hz)

0.1190 3.810 22.0095 60.03

TENSIÓN EN LA RED

(V)

TENSIÓN EN EL

GENERADOR (V)


DEL GENERADOR (V)

CORRIENTE DE

EXCITACIÓN (A)

VELOCIDAD

r.p.m.

220.13 220.11 48.51 0.0480 3598.8

CORRIENTE DE

ARMADURA (A)

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)

FRECUENCIA

(Hz)

0.0986 0.32 21.67 59.98

TENSIÓN EN LA RED

(V)

TENSIÓN EN EL

GENERADOR (V)


DEL GENERADOR (V)

CORRIENTE DE

EXCITACIÓN (A)

VELOCIDAD

r.p.m.

226.37 226.30 15.113 0.0206 3598.8

CORRIENTE DE

ARMADURA (A)

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)

FRECUENCIA

(Hz)

0.020 0 0 59.98



2. Aumentando la corriente de excitación del Generador Síncrono Trifásico los datos se

anotaran en la Tabla 3.30:

Tabla 3.30 Valores del intercambio de potencia reactiva entre el generador y la red eléctrica aumentando

la corriente de excitación

TENSIÓN EN LA RED

(V)

TENSIÓN EN EL

GENERADOR (V)

TENSIÓN DE

EXCITACIÓN DEL

GENERADOR (V)

CORRIENTE DE

EXCITACIÓN (A)

VELOCIDAD

r.p.m.

226.40 226.43 85.88 0.1212 3601.2

CORRIENTE DE

ARMADURA (A)

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)

FRECUENCIA

(Hz)

0.37 -27.16 -47.7 60.02

TENSIÓN EN LA RED

(V)

TENSIÓN EN EL

GENERADOR (V)

TENSIÓN DE

EXCITACIÓN DEL

GENERADOR (V)

CORRIENTE DE

EXCITACIÓN (A)

VELOCIDAD

r.p.m.

227.25 227.25 115.16 0.1594 3598.2

CORRIENTE DE

ARMADURA (A)

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)

FRECUENCIA

(Hz)

0.47 -25.5 -49 59.97

TENSIÓN EN LA RED

(V)

TENSIÓN EN EL

GENERADOR (V)

TENSIÓN DE

EXCITACIÓN DEL

GENERADOR (V)

CORRIENTE DE

EXCITACIÓN (A)

VELOCIDAD

r.p.m.

225.78 225.72 145.54 0.1993 3596.4

CORRIENTE DE

ARMADURA (A)

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)

FRECUENCIA

(Hz)

0.59 -15.7 -24.9 59.94

TENSIÓN EN LA RED

(V)

TENSIÓN EN EL

GENERADOR (V)

TENSIÓN DE

EXCITACIÓN DEL

GENERADOR (V)

CORRIENTE DE

EXCITACIÓN (A)

VELOCIDAD

r.p.m.

226.80 226.75 187.23 0.2431 3598.2

CORRIENTE DE

ARMADURA (A)

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)

FRECUENCIA

(Hz)

0.79 -23.4 -35.7 59.97



PRUEBA 10. CURVAS EN “V” O DE MORDEY DEL MOTOR SÍNCRONO DL30190

Si la máquina síncrona que hemos estado analizando como generador, la desacoplamos

de la máquina impulsora y alimentamos sus devanados de armadura mediante un sistema

de tensiones trifásico, esta funcionará como motor, a una velocidad constante que es la

síncrona. Debido a su forma constructiva y de funcionamiento, este tipo de motor no

presenta un par de fuerzas de arranque de valor suficiente para que su rotor comience a

girar [39].

Uno de los métodos consiste en construir en el rotor una jaula de ardilla como tienen los

motores asíncronos, a los efectos que arranque como tal. Este tipo de jaula se llama

“amortiguadora” y algunos generadores cuentan con ella, para efectos de amortiguar los

cambios bruscos en la carga, ya que al así suceder, se altera la velocidad de su eje y por lo

tanto aparecen corrientes parásitas en la jaula, que tienden a oponerse a la causa que las

generó, restableciéndose más rápidamente la velocidad síncrona [39].

Uno de los sistemas para poner en rotación como motor una máquina síncrona es,

efectivamente, el de hacerla funcionar preventivamente como alternador, efectuar el

paralelo con la red y por lo tanto desactivar el motor propulsor.

Esta operación bastante complicada se hace necesaria en cuanto el motor síncrono

prácticamente no dispone de par de aceleración de salida y por lo tanto no se pondría en

marcha si lo alimentáramos con rotor parado sin adoptar particulares artificios.

En efecto el motor síncrono tiene un comportamiento "rígido" y puede funcionar solo a

una velocidad rigurosamente constante e independiente ya sea del cargo que de la

tensión de alimentación y ligada únicamente a la frecuencia (f) y al número (p) de polos

según la relación como se observa en la ecuación 3.20 [20]:

(3.20)



Sin embargo se puede intuir que si durante el funcionamiento el par de frenado

aumentase más que el valor del par motriz máximo desarrollado por el motor, estos se

pararían bruscamente (comúnmente se dice que "pierde el paso") y la corriente absorbida

aumentaría a valores muy elevados.

Una característica singular del motor síncrono consiste en la posibilidad de regular dentro

de amplios límites el valor de la corriente absorbida y del cos de absorción, en cualquier

condición de carga, actuando únicamente sobre la corriente de excitación, también es

posible, siempre regulando la excitación, hacer de manera que la absorción se realice con

desfases en adelanto, realizando de esta forma un comportamiento capacitivo.

La curva “V” relaciona la corriente de armadura del motor con la corriente de excitación

para una carga en el eje constante. Puede trazarse una familia de curvas para diferentes

cargas en el eje, estas curvas se muestran en la Figura 3.55:

Figura 3.55 Curvas en “V” del motor síncrono



La Figura 3.57 muestra la familia de curvas de un motor síncrono. Estos gráficos se realizan

manteniendo la tensión de armadura en un valor constante, generalmente en su valor

nominal. Las curvas en “V” fueron utilizadas en el pasado con la finalidad de evitar los

laboriosos cálculos fasoriales. Estas curvas permiten una rápida visualización de los límites

operativos de la máquina [38].

Algunos puntos importantes de estas curvas son:

En estas curvas el punto mínimo corresponde al funcionamiento con Factor de

potencia unitario.

Las líneas de trazo punteado representan lugares geométricos de Factor de potencia

constante. El correspondiente al Factor de potencia unitario se obtiene uniendo los

puntos mínimos de las curvas “V”.

Las curvas “V” se emplean para determinar la corriente de excitación necesaria

para mantener el Factor de potencia constante cuando varía la carga en el eje del

motor [38].

Para bajos valores de excitación, la máquina es inductiva y consume potencia reactiva Q.

Para cos =1, la corriente es mínima, por lo que los mínimos en cada estado de carga

determinan la curva de cos =1.

Estos puntos se encuentran desplazados hacia la derecha porque a mayor carga más

reacción de inducido, por lo que es necesario aumentar la excitación. Para valores grandes

de excitación la máquina es capacitiva y suministra potencia reactiva al sistema. Es

importante destacar que al controlar la corriente de excitación, se puede controlar la

potencia reactiva suministrada a, o consumida, por el sistema de potencia [39].



Para muy bajos valores de excitación llega un punto en que la fuerza de atracción

magnética no es suficiente para mantener al rotor ligado al campo giratorio, y la máquina

se desengancha y se detiene. Estos puntos determinan el límite de estabilidad [39].

Un motor puede trabajar subexcitado o sobreexcitado para un mismo estado de carga

(punto 1 o 2 a media carga), pero ante una sobrecarga (I2 – I1) en el primer caso se detiene

(punto 1’); en cambio en el segundo solo pasa a un estado de carga mayor (punto 2’). Por

tanto, el motor sobreexcitado, además de entregar un par máximo más grande, es más

estable y presenta mejor cos [39].

I.OBJETIVO: Analizar el comportamiento de las corrientes de armadura y campo del motor

síncrono para obtener las curvas V del generador síncrono funcionando como motor

síncrono.









• Plancha de Paralelo DL1030

• 3 Vóltmetros

• 1 Ampérmetro

• 1 Analizador de redes



III.PROCEDIMIENTO


1. Antes de proceder a utilizar el equipo se debe revisar que ninguna fuente esté

conectada.


Figura 3.56 Diagrama eléctrico para conectar el generador como motor síncrono



izquierdo.



también entre las terminales W2 V2.








manera:

Se puede observar que el circuito eléctrico y el diagrama físico son los mismos ya que en

esencia el procedimiento es el mismo solo cambia el hecho de que ahora las

características que se obtendrán son las del motor síncrono:


manera:




aproximadamente, la salida trifásica variable debe tener el interruptor abierto al

igual que la plancha de paralelo.

2) El interruptor de la salida trifásica fija debe cerrarse y controlar la variación de

tensión de la red, lo mismo se realizara para la salida de C.C. variable, para esta

salida se debe cuidar que la tensión de salida sea similar a la tensión de red.

3) Controlar la frecuencia de la red y regular la excitación del generador hasta que

alcance un valor de tensión de salida igual al de la red.




1) Observar las lámparas H1 - H2 - H3; notaremos que estas se encienden y se apagan

con una sucesión en el tiempo que da la impresión de una rotación de luces.

Convertir esta rotación en lo más lenta posible actuando ligeramente sobre la

excitación del motor mediante la manivela del reóstato de excitación.

2) Realizar el paralelo del generador con la red cerrando el interruptor (posición "on")

en el sincronoscopio en el instante en el que la lámpara H1 está apagada y las H2 y

H3 presentan la misma intensidad luminosa.

3) Si las operaciones de paralelo se han realizado correctamente, el generador hará

perfectamente el equilibrio entre la red y los instrumentos situados entre el

generador y la red evidenciando que no existe intercambio de corriente y potencia.

4) Con el paralelo realizado, abrir el interruptor de la salida de C.C. variable. El motor

de arrastre se desconectará y será arrastrado por el generador que ha pasado

automáticamente a funcionar como motor síncrono.

5) El generador de C.C. que antes impulsaba al módulo DL30190, ahora será

arrastrado por el motor síncrono, cuando esto pase se le conectara una carga

resistiva al generador de C.C., que ahora trabajara como un generador con

excitación independiente, haciendo su conexión correspondiente.

6) Aumentar la excitación de la máquina síncrona mediante la manivela de manera

que absorba el motor una corriente de aproximadamente del 10 al 20 % superior

al valor nominal. Anotar las indicaciones de los instrumentos.

7) Reducir progresivamente la excitación y anotar las indicaciones de los

instrumentos. Se notará que al disminuir la corriente de excitación, también se

reduce la corriente absorbida hasta alcanzar un valor mínimo, para a continuación

volver a aumentar, determinando de esta forma la típica forma en "V" del

diagrama I = f (i)

8) Parar el grupo



Conviene realizar gradualmente las inducciones de la corriente de excitación para evitar

que se reduzca excesivamente su valor con el consiguiente debilitamiento del par motriz y

posible peligro de que "pierda el paso" la máquina.

Otra observación para realizar esta prueba es que para poder usar al generador como

motor síncrono, se debe regresar a condiciones nominales de campo para poder

trabajarlo, ya que de otra forma al manipular la corriente de campo, puede disminuir o

aumentar de forma muy rápida provocando que el motor se pare.

Los resultados se anotaran en la Tabla 3.31:

Tabla 3.31 Valores de potencia y corriente para las curvas en “V” del motor síncrono DL30190

CORRIENTE DE

EXCITACIÓN (A)

CORRIENTE DE

ARMADURA (A)

POTENCIA

WA (W)

POTENCIA

WB (W)

FRECUENCIA

(Hz)

TENSIÓN EN LA

RED (V)

TENSIÓN DEL

GENERADOR (V)


(V)

MOTOR EN

VACÍO

0.1752 0.62 -49 -94.50 59.97 227.10 226.97 129.49

MOTOR SUB

EXCITADO

0.1598 0.58 -48.80 -92.40 60.02 226.91 227 121.13

0.1404 0.55 -47.60 -91.90 60 226.83 226.80 106.33

0.1202 0.51 -47.20 -92 60.02 227.60 227.68 90.08

0.1002 0.51 -46.70 -92.10 60 226.56 226.70 74.80

0.0810 0.55 -47.80 -94.70 60 227.32 227.40 60.03

0.2004 0.70 -50.70 -95.50 59.97 227.30 227.40 149.55 MOTOR SOBRE

EXCITADO

0.2211 0.78 -52.80 -100.80 59.97 226.89 227.10 167.27

0.2418 0.86 -55.90 -104.20 59.97 226.86 227.10 186.87

1/3 DE POTENCIA NOMINAL

0.1721 0.76 -76.50 -146.60 60.03 226.32 226.40 130.52

MOTOR SUB

EXCITADO

0.1587 0.71 -81.60 -159.90 59.99 226.93 227 119.43

0.1150 0.67 -103 -143.65 59.98 220.97 220.90 80.7

0.1134 0.63 -188 -148.74 59.98 219.78 219.80 80.4

0.1800 0.65 -60.6 -118.2 59.98 226.80 226.70 120.22

0.1986 0.85 -84.5 -161.5 59.98 226.62 226.80 151.13 MOTOR SOBRE

EXCITADO

0.2212 0.90 -86.1 -164.60 60.01 226.77 226.80 170.48

0.2397 0.94 -85.4 -160.80 59.99 226.31 226.60 185.59



CAPITULO 4. ANÁLISIS DEL RESULTADO DE LAS PRUEBAS REALIZADAS AL MÓDULO

DL30190

4.1 INTRODUCCIÓN

En este capítulo se analizan los resultados obtenidos de las pruebas que se realizaron en

este trabajo, estas pruebas que, ciertamente no son todas las que se le realizan a un

Generador Síncrono, son las pruebas básicas de rutina y de aplicación que se le realizan a

esta máquina en la escuela.

Estas pruebas permiten caracterizar el módulo DL30190, y verificar que el uso de este

módulo puede realizar las mismas pruebas que a un Generador Síncrono de una potencia

más grande, como los que se encuentran en el Laboratorio de Conversión de la Energía II

de ESIME Zacatenco.

De las pruebas realizadas, algunas si presentaron contratiempos con el equipo, los

medidores, etc., que pudieron superarse, cada prueba se llevo tiempo, debido a que al ser

equipo nuevo se necesito leer y entender su manejo logrando resultados satisfactorios.

Las pruebas propuestas fueron realizadas en base a los manuales del equipo logrando

reproducir de manera satisfactoria la mayoría de estas.

Es por esto que, para analizar estas pruebas se realizaron las graficas en valores en por

unidad (p.u.), para facilitar la realización de las mismas ya que los distintos parámetros de

las mediciones pueden llegar a causar un poco de confusión al momento de realizar los

cálculos de las corrientes y tensiones, para graficarlos después.




TRIFÁSICO DL30190

Esta prueba se realizó para obtener las mediciones de resistencia los devanados de campo

y armadura del módulo DL30190 (generador síncrono), los resultados obtenidos en esta

prueba tuvieron variaciones debido a los cambios realizados en el material. El fabricante

maneja en la lista de materiales un reóstato de armadura como limitador de corriente,

para la medición de la resistencia de armadura instalado en el diagrama físico que se

muestra en la Figura 4.1 con el cual se obtuvieron los resultados mostrados en las Tablas

4.1 y 4.2:

Figura 4.1 Diagrama físico de la medición de la resistencia de armadura utilizando el reóstato de armadura DL30200RHD

Tabla 4.1 Valor de la resistencia de armadura utilizando el módulo DL30200RHD

TENSIÓN (V) CORRIENTE (A) RESISTENCIA (Ω)

0.45 0.03 15

20 1.21 16.52

40.6 2.18 18.62

60.2 3.14 19.17

80.53 3.85 20.91

100 4.23 26.64

120.4 4.55 26.46



Tabla 4.2 Valor de la resistencia de campo utilizando el módulo DL30200RHD

En la medición de la resistencia se tuvo un contratiempo ya que al llegar al valor resaltado

en negro de la Tabla 4.1, el generador comenzó a calentarse, debido a que la resistencia

aumento provocando que la corriente disminuyera, por lo que para medir la resistencia

del campo solo llegamos hasta 100 volts.

Con estos resultados, se decidió quitar este reóstato pues nos daba valores de resistencia

demasiados grandes, en comparación a los tomados en vacío, que oscilaban entre los 18Ω

para la resistencia del estator y de 0.690Ω para la resistencia del rotor, también se

redujeron las mediciones a una tensión de 50 v en escalas de 10 en 10. Lo que nos dio los

valores de resistencia mostrados en la Tabla 4.3:

Tabla 4.3 Valor de la resistencia de campo y armadura sin el módulo DL30200RHD

El reóstato de armadura DL30200RHD, para la prueba esta demás debido a que el valor de

la tensión se puede manejar fácilmente a través de la fuente (módulo DL30018).

TENSION (V) CORRIENTE (A) RESISTENCIA (Ω)

0.03 0.01 3

20.18 0.01 2018 KΩ

41.3 0.03 1376.6 KΩ

60.2 0.06 1003.3 KΩ

80 0.09 888

100 0.12 833

RESISTENCIA DE

CAMPO (Ω)

RESISTENCIA DE

ARMADURA(Ω)

626.25 17.57

645.80 17.69

638.29 18.15

657.04 18.52

666.66 19.16



Por lo que los diagramas que se ocuparon para estas pruebas son los que se muestran en

las Figuras 4.2 A y 4.2 B:

Figura 4.2 A) Diagrama físico de la Figura. 4.2 B) Diagrama físico de la

medición de la resistencia de armadura medición de la resistencia de campo

Por último se realizó la corrección de temperatura a las resistencias con la ecuación (3.3):

(3.3)

Ya que la temperatura ambiente en el momento de efectuar las pruebas era de entre 20°

y 21: aproximadamente se corrigieron a una temperatura de 20°C, esta corrección

disminuyó el valor de las resistencias, debido a los 20˚ C que se usaron como base. Los

valores obtenidos se acercan todavía más a los medidos de inicio, que son de 18.16 Ω para

la armadura y 0.643 Ω para el campo, el valor de las resistencias de campo y armadura

son importantes ya que estas tienen un papel importante en el rendimiento de la máquina

y también intervienen para conocer la reactancia síncrona del generador DL30190 como

se verá más adelante.




En esta prueba se trabajó con la tensión de armadura y la corriente de excitación del

módulo DL30190 (Generador Síncrono Trifásico) a velocidad constante en vacío. Los

valores obtenidos en esta prueba son importantes para conocer como es el

comportamiento del generador en vacío y su relación directa con la impedancia síncrona

por método indirecto. El diagrama físico de la prueba es el que se muestra en la Figura 4.3:

Figura 4.3 Diagrama físico de la prueba de magnetización o de vacío

Esta prueba se realizó con la velocidad nominal de 3600 r.p.m., dejando la máquina

trabajando alrededor de 15 minutos con velocidad nominal, para que la máquina se



aclimatara ya que estuvo sin funcionar por lo que se obtuvieron datos más exactos, esta

condición es importante ya que las mediciones pueden alterar el comportamiento del

generador si no se mantiene la velocidad y frecuencia nominales, como se puede mostrar

en la grafica de la Figura 4.4:

Figura 4.4 Diagrama físico de la prueba de magnetización a 3400 r.p.m.

En la curva de la Figura 4.44, se observa como al no mantener la velocidad y frecuencia

nominales constantes la curva puede presentar una alteración como se observa en la

Figura 4.4, el comportamiento es prácticamente lineal, lo que indica que la máquina no

tiene un punto de saturación lo que es incorrecto, ya que al elevar la corriente de

excitación la tensión también aumenta puesto que es proporcional a la corriente y esta

seguirá elevándose hasta alcanzar el punto de saturación magnética del generador y de

ahí la tensión será constante.



La curva de la Figura 4.4 se realizo con valores de 50 Hz y una velocidad síncrona de 3400-

3500 r.p.m. y aunque se logra llegar a la tensión nominal del Generador no es suficiente

para ver si realmente el generador se satura. Por el contrario si se respetan estas

condiciones entonces la curva resultante de estas mediciones es la que se muestra en la

Figura 4.5:

Figura 4.5 Curva de magnetización a 3600 r.p.m.

En la curva de la Figura 4.5 se puede observar como el codo de saturación se presenta

muy ligeramente en un valor de 1.23 p.u., esto es 270 V aproximadamente, aunque no es



un codo completamente, no quiere decir que la máquina no llegue a un valor de

saturación, lo que pasa es que tarda mucho en saturarse, esto debido a que el material

con el que está construido es de buena calidad lo que le permite trabajar a valores que

sobrepasan su tensión nominal sin tanto problema y se sature mas tardíamente.

En la curva también se observa la línea del entrehierro que es el comportamiento de la

tensión del generador si este, no se saturara y las corrientes de excitación

correspondientes a la tensión nominal en la línea del entrehierro y la curva de vacio

respectivamente.

Estos valores son de 0.63 p.u o 0.1134 A con respecto a la línea del entrehierro y 0.67 p.u.

o 0.1206 A con respecto a la curva de vacío, de estos valores se tiene en la llave de color

rojo, la corriente total para la característica de saturación del módulo DL30190 y que es

aproximadamente la misma corriente que se requiere para que se cree el cortocircuito en

la máquina como se observara más adelante.

También se puede apreciar que la velocidad y la frecuencia son las nominales y constantes

por lo que la curva ahora si lleva el comportamiento propio del Generador Síncrono

trabajando en vacío, aunque es importante mencionar que la prueba si puede ser

realizada aun sin valores constantes pero en ese caso se debe realizar una proporción

lineal para tener los valores correctos a partir de la ecuación 4.1:

(4.1)




En esta prueba se tomaron mediciones de tensión y corriente para conocer los tipos de

pérdidas que un generador síncrono puede tener en su interior, esto se hace para conocer

como estas pérdidas pueden llegar a afectar el rendimiento de la máquina. En esta prueba

se realizan cuatro mediciones, por método indirecto, para obtener los valores de las

pérdidas en el Generador Síncrono. En la Figura 4.6 se muestra el Diagrama físico que se

utilizo para la realización de esta prueba:

Figura 4.6 Diagrama físico para la prueba de determinación de pérdidas en el generador síncrono



Para esta prueba se tomaron mediciones en vacío, con el motor y generador acoplados

retirando la excitación del generador, con el generador excitado y en cortocircuito. Cada

una de estas mediciones son las pérdidas en el hierro, mecánicas, etc. El módulo DL30190

maneja los siguientes valores nominales de corriente:

0.46 A de armadura y 0.18 A de campo, y debido a que la máquina comenzó a calentarse

solo se tomaron 5 mediciones. La Tabla3.16 (Capítulo 3) muestra los resultados de los

cálculos para las pérdidas del generador síncrono:

Tabla 3.16 Resultados de los cálculos de las pérdidas en el generador síncrono

***Todas estas mediciones se realizaron con el generador trabajando sin carga.

Las pérdidas mecánicas y en el hierro permanecen constantes, mientras que las pérdidas

en el cobre y totales se relacionan a través de la corriente de cortocircuito, ya que la

aumentar la corriente las pérdidas se van reduciendo.

En cuanto a las perdidas adicionales que el fabricante maneja, no entran en ninguna de las

categorías de pérdidas, es decir, no son eléctricas ni mecánicas, estas se “escapan”, por lo

que se consideran adicionales o dispersas, en la gran mayoría de las máquinas estas se

toman convencionalmente como el 1% de la plena carga [18].

NO. DE

PRUEBA

PÉRDIDAS

EN

VACÍO

(P0)

PÉRDIDAS

MECÁNICAS

(Pm)

PÉRDIDAS

EN EL

HIERRO

(PFE)

PÉRDIDAS EN EL

COBRE Y EN EL

GENERADOR

(PCU)

PÉRDIDAS

EN EL COBRE

DEL ESTATOR

(PCU)

PÉRDIDAS

ADICIONALES

(Padd)

1 176 -------- --------- ------------ ------------ -------------

2 --------- 1.12 --------- ------------ ------------ -------------

3 --------- 1.12 0.32 ------------ ------------ -------------

4

--------- 1.12 0.32 174.47 173.55 0.92

--------- 1.12 0.32 170.68 168.50 2.18

--------- 1.12 0.32 159.86 154.28 5.58

--------- 1.12 0.32 149 140.28 8.72

--------- 1.12 0.32 138.07 126.036 12.03



En la Figura 4.7 se muestra la curva que relaciona las pérdidas en el cobre del Generador

Síncrono con las pérdidas totales:

Figura 4.7 Curva de las pérdidas del generador síncrono trifásico en relación a la ICC

En la Figura 4.7 se aprecia la curva que se realizó en valores en p.u. por la facilidad de las

escalas, en esta curva se observa como las pérdidas se relacionan con la corriente de

cortocircuito, a medida que la ICC aumenta, las pérdidas en el cobre del generador van

disminuyendo, siendo mayores las pérdidas totales del cobre del generador.

Esta prueba resulta ser apropiada ya que la potencia del Generador es prácticamente igual

a la potencia del Generador de C.C. que se usa como excitatriz.




En esta prueba se realizan mediciones de corriente de campo y de armadura, con esta

última se llegara a la corriente de cortocircuito, esta prueba no tuvo mayor problema en

su realización. Los valores que se obtienen en esta prueba influyen en las prácticas 3 y 5

ya que esta es importante para determinar la gráfica de rendimiento del Generador

(Figura 4.7) y la impedancia síncrona en relación a la curva de magnetización (Figura 4.6).

La corriente de cortocircuito es una de las características más importantes, debido a la

estrecha relación que tiene con la corriente de excitación lo que a su vez se relaciona con

la tensión de armadura. En la Figura 4.8 se muestra el Diagrama físico de esta prueba:

Figura 4.8 Diagrama físico para la característica de cortocircuito



La curva obtenida para esta prueba se muestra en la Figura 4.9 en valores en p.u.:

Figura 4.9 Curva de cortocircuito del generador síncrono trifásico DL30190 en valores en p.u.

En la Figura 4.9 se observa que la ICC se crea a partir de un valor de 0.6613 p.u. de

corriente de excitación, que corresponde a un valor de 0.1190 A, que es casi la misma

corriente que se necesita para que comience la saturación del generador en vacío, que

recordando es de un valor de 0.67 p.u. que es igual a 0.1206 A de corriente, se puede

apreciar que la diferencia es mínima por lo que es la misma corriente.

Esta curva es de gran importancia ya que a través de esta se pueden aplicar métodos de

prueba indirectos como la Prueba de Vacío, las Pérdidas de Generador y la determinación

de la Impedancia Síncrona, en relación a esta corriente de cortocircuito.



PRUEBA 5. DETERMINACIÓN DE LA IMPEDANCIA SÍNCRONA POR EL MÉTODO DE BEHN-

ESCHENBURG

Esta prueba como se mencionó anteriormente es un método indirecto para obtener la

impedancia del Generador, para esta prueba se necesitan los valores de cortocircuito y

circuito abierto para formar su curva, con las características mencionadas se puede

observar como el Generador relaciona estos parámetros como lo muestra la Figura 4.10:

Figura 4.10 Curva de las características de circuito abierto y cortocircuito del módulo DL30190

En esta gráfica se observan las curvas de circuito abierto y cortocircuito del generador

síncrono en base a los resultados obtenidos en las pruebas, la línea punteada es la línea

del entrehierro, también se observan las corrientes I1 e I2 que corresponden a la corriente

de campo para la curva de vacío y la corriente de campo para la línea del entrehierro a



tensión nominal, se aprecia que a una tensión nominal comienza ligeramente a

presentarse la saturación del módulo DL30190, pero es a partir del valor de 1.23 p.u. que

comienza la saturación, mientras que en algunos libros sino es que en la mayoría la

saturación se crea exactamente a tensión nominal, en nuestra caso no es así.

Ahora, para este método se dice que la impedancia síncrona se calcula en base a la

tensión de armadura con respecto a la corriente de excitación, que a su vez, es en esa

corriente de campo donde se crea el cortocircuito. En la Figura 4.11 se muestra este

comportamiento en relación a las curvas de cortocircuito y circuito abierto:

Figura 4.11 Curva de comportamiento de la impedancia síncrona en relación al cortocircuito y circuito abierto



Debido a que el valor de la impedancia tenía valores mayores a las tensiones se salía de la

escala, por lo que se hizo un cambio de base para lograr que la escala quedara dentro del

rango de esa forma se puede graficar la curva como se muestra en la Figura 4.11.

Las cuatro primeras impedancias se consideran impedancias NO saturadas debido a que

estas se encuentran en la parte lineal de la curva de magnetización del generador

síncrono, mientras que las impedancias restantes, son las impedancias saturadas que se

encuentran en el codo de la saturación de la máquina.

Las impedancias Z´ Y Z´´ que se observan son las correspondientes a la impedancia

síncrona saturada y la impedancia síncrona no saturada, cuyos valores son:

Z´= 0.6981 p.u. que equivale a 336.018Ω

Z´´ = 0.8853 p.u. que equivale a 426.124Ω



PRUEBA 6. DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DEL GENERADOR SÍNCRONO

TRIFÁSICO DL30190

Esta prueba de características externas nos ayuda a comprender mejor el

comportamiento del generador síncrono ahora con carga, recordando las pruebas

anteriores se elaboraron con el generador en vacío, el comportamiento con carga es

diferente por lo que con esta prueba podremos ver cómo cambia el comportamiento de la

tensión con respecto a la corriente de excitación, utilizando los valores de la Tabla 3.18

(CAPITULO 3) se puede obtener el siguiente comportamiento de la tensión con relación a

la corriente de excitación primero usando únicamente carga inductiva, este

comportamiento se observa en la Figura 4.12:

Figura 4.12 Curva de comportamiento de la tensión con carga inductiva



En la Figura 4.12 se observa como la tensión va decayendo en relación al aumento de la

corriente esto provocado por las caídas de tensión de la carga inductiva que son

“desmagnetizantes”, se puede apreciar como estas delimitan el paso de la tensión, es

decir a mayor corriente de carga la tensión en la misma disminuye, a diferencia de las

cargas capacitivas que compensan las caídas de tensión esto es que a mayor corriente la

tensión en la carga aumenta como se puede apreciar en la Figura 4.13:

Figura 4.13 Curva de comportamiento de la tensión con carga capacitiva

Aquí se puede apreciar que con la carga capacitiva a mayor corriente la tensión aumenta

por lo que efectivamente se compensa la tensión que se cae con la carga inductiva, un



comportamiento similar a la carga inductiva se observa con la carga resistiva en la Figura

4.14:

Figura 4.14 Curva de comportamiento de la tensión con carga resistiva

En la Figura 4.14 se observa como la carga resistiva mantiene la tendencia de bajar su

tensión en la carga al aumentar la corriente, sin embargo, a diferencia de las dos cargas

antes mencionadas, la resistiva tienen un comportamiento neutral, se puede decir que la

tensión no sube pero tampoco se cae tanto.



Para tener una mejor comparación del comportamiento de las cargas en la Figura 4.15 se

aprecia la familia de curvas obtenidas con esta prueba:

Figura 4.15 Familia de curvas de características externas del módulo DL30190

En la Figura 4.15 se puede observar el comportamiento de las distintas cargas usadas, al

graficar la carga únicamente capacitiva la tensión se eleva un poco más que si estuviera

combinada con la resistencia, la resistiva tienen un comportamiento neutral y la carga

inductiva se cae todavía más que combinada.



Estas mediciones se realizaron con valores nominales de corriente y tensión del campo

constantes. Los valores medidos de tensión, corriente y factor de potencia, nos dan un

valor de potencia en kVA, para pasar estos valores a kW, se usara la ecuación 4.2:

(4.2)

Haciendo los cálculos correspondientes se tienen los siguientes valores de potencia en W,

que se muestran en la Tabla 4.4:

Tabla 4.4 Potencias en watts de las características externas del módulo DL30190

De los valores mostrados en la Tabla 4.4 se observa que no existe potencia en la carga

inductiva, lo que es que no existe F.p., mientras que en las otras cargas la potencia se va

incrementando incluso en la carga RL. En algunos textos se menciona que este tipo de

pruebas no se pueden realizar experimentalmente debido a que es difícil conseguir las

cargas y el motor adecuado para el generador en prueba, sobre todo por el valor de la

potencia que es muy importante.

POTENCIA EN (W) DE LOS DISTINTOS TIPOS DE CARGA

CARGA INDUCTIVA

CARGA RESISTIVA

CARGA CAPACITIVA

CARGA RL POTENCIA

CARGA RC POTENCIA

0.304 0.278 0.465 0.450 0.306

0 42.097 118.955 31.253 111.418

0 82.317 72.937 72.775 149.648

0 116.763 115.300 82.003 261.701

0 144.163 153.657 85.464 ---------

0 167.060 217.933 89.425 ---------

0 183.487 --------- --------- ---------

------- 194.556 --------- --------- ---------



Estas pruebas efectivamente fue difícil realizarlas ya que las cargas son difíciles de

manipular como se puede observar en las tablas algunas tienen más mediciones que

otras, pero finalmente se pudieron realizar ya que la potencia del motor es prácticamente

la misma que el generador.

En la Figura 4.16 se observa el diagrama físico de la prueba 6, para esta prueba se utilizó

de inicio el módulo DL30021 medidor de la potencia eléctrica, este módulo nos metía

armónicos en la prueba y en las mediciones haciendo que estas fueran erróneas, dado

esta caso, se desconectaron los Wattmetros correspondientes de este módulo y se metió

en su lugar un analizador de redes, al volver a tomar las mediciones los armónicos se

redujeron dando mediciones más reales y confiables.

Figura 4.16 Diagrama físico de conexión para determinar las características externas del módulo DL30190



El analizador de redes que se uso tanto para esta prueba como para la siguiente de

Características de regulación, este equipo nos ayudó a medir las potencias en kVA y el F.p.

y realizar los cálculos posteriores en kW, este analizador tiene 7 salidas 4 de ellas son para

la tensión y se conectan en los bornes W2, U2, V2 y en cualquiera de los bornes W1, U1 y

V1 que es el neutro del DL30190, las otras 3 salidas del analizador son pinzas estas miden

la corriente y cada pinza se engancha en una de las fases más específico en los cables y no

en los bornes de salida del DL30190. En la Figura 4.17 se observa la pantalla del analizador

de redes marca AEMC, donde se aprecian las formas de onda de las tensiones de cada fase

del DL30190.

Figura 4.17 Pantalla del analizador de redes AEMC

En la siguiente Figura 4.18 se muestra el Analizador de forma física en el cual se aprecian

las salidas de tensión que están de colores y las salidas de corriente que están en negro.

Figura 4.18 Analizador de redes AEMC



PRUEBA 7. DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE REGULACIÓN DEL GENERADOR


La prueba de regulación nos ayuda a comprender la relación entre las corrientes de

cortocircuito y de excitación como si fuera la prueba 4 de Cortocircuito pero con carga, en

esta prueba al contrario de la Prueba 6, se presentan unas características que trabajan de

forma inversa que las características externas, en esta prueba todas las cargas son de igual

importancia ya que en esta familia de curvas se puede observar como al aumentar la carga

la corriente de excitación va aumentando, todo esto a tensión nominal.

Algunos libros no manejan la carga capacitiva, quizá porque compensa la caída de

tensión en las características externas o por que se cae demasiado al regular la tensión en

la Figura 4.19 se observa este comportamiento de la carga capacitiva al regular la tensión

en la prueba:

Figura 4.19 Comportamiento de la corriente de excitación con carga capacitiva



En la Figura 4.19 se puede observar como con la carga capacitiva la corriente de excitación

se va cayendo conforme la carga va aumentando, a diferencia de las cargas inductiva y

resistiva donde la corriente de excitación va aumentando conforme aumenta la carga,

como lo muestra la Figura 4.20:

Figura 4.20 Familia de curvas de las características de regulación del módulo DL30190

En la curva de la Figura 4.20, se presenta la familia de curvas de regulación del módulo

DL30190 donde se puede observar también como a diferencia de la Prueba 6, las curvas

donde se grafican únicamente las cargas capacitiva e inductiva sin combinación con la

carga resistiva quedan por arriba de su equivalente combinada, además de que ahora las



cargas capacitivas quedan abajo y las inductivas arriba, en la Figura 4.17 se mencionaba el

comportamiento de la carga capacitiva sola como se ve en la Figura 4.18 la combinación

RC queda muy por debajo de la carga capacitiva.

En la Figura 4.21 se observa como la carga RC mantiene valores de corriente de excitación

por debajo de 0.1 p.u. o 0.018 A, el análisis de interpolación crea este comportamiento

además de que hay una gran diferencia de valores de corriente de su paso en vacio a

carga.

Figura 4.21 Comportamiento de la corriente de excitación con carga RC

Tal vez por el análisis realizado a cada curva por separado algunas de las cargas como la

inductiva presenta un comportamiento lineal, en esta prueba a algunas cargas no se les

pudieron meter todos los pasos ya que el generador se forzaba y se calentaba por lo que

algunas cargas solo se metieron 5 o 4 pasos el mismo caso que con las externas.



Estas mediciones se realizan con valores nominales de tensión de carga constante. Los

valores medidos de tensión, corriente y factor de potencia, nos dan un valor de potencia

en kVA, para pasar estos valores a kW, se usara la ecuación 4.2:

(4.2)

Haciendo los cálculos correspondientes se tienen los siguientes valores de potencia en W,

que se muestran en la Tabla 4.5:

Tabla 4.5 Potencias en watts de las características de regulación del módulo DL30190

POTENCIA EN (W) DE LOS DISTINTOS TIPOS DE CARGA

CARGA INDUCTIVA

CARGA RESISTIVA

CARGA CAPACITIVA

CARGA RL POTENCIA

CARGA RC POTENCIA

0.305 0.274 0.305 0.307 0.305

0 23.924 51.194 21.831 50.423

0 48.044 32.201 43.022 67.959

0 72.720 36.495 60.241 107.805

0 97.011 51.292 78.865 136.455

0 122.270 68.656 98.541 205.728

0 151.157 84.939 120.781 ------------

--------- 176.312 ---------- ----------- ------------

--------- 199.287 ---------- ----------- ------------

Al igual que la prueba 6 se observa que con la carga inductiva no existe potencia debido a

que con este tipo de carga el F.p. es cero, con las cargas resistiva, capacitiva, RL y RC la

potencia va en aumento.

El comportamiento de la potencia es propio de cada tipo de carga, ya que con la carga

capacitiva la corriente de excitación en vez de aumentar bajaba y la corriente de la carga

aumentaba, ademas de que el F.p. era mayor con la combinacion RC que con la carga

capacitiva sola.



En la Figura 4.22 se muestra el diagrama fisico de la prueba, se puede observar que es el

mismo que la prueba 6, y los inconvenientes tambien tambien se uso el analizador de

redes para esta prueba.

Figura 4.22 Diagrama físico de conexión para determinar las características de regulación del módulo DL30190

El analizador de redes es un equipo de mucha utilidad ya que no solo mide corrientes y

tensiones también permite medir los tres tipos de potencias reactiva, activa y aparente.



PRUEBA 8. DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES Xd y α POR EL MÉTODO DE POTIER

En esta prueba se realizo la curva de reactancias o Factor de Potencia = 0 en relación a las

características de circuito abierto y corto circuito del generador síncrono trifásico

DL30190. Esta prueba debe ser realizada a una corriente de carga constante, en nuestro

caso esta corriente es de 0.46 A, esta corriente es un requerimiento para esta prueba que

se realizó con la ayuda de una carga inductiva variable que se tuvo que hacer ya que la

carga inductiva que maneja el fabricante no nos permite obtener esta corriente, la carga

construida se muestra en la Figura 4.23.

Figura 4.23 Cara frontal de la carga inductiva variable

En la Figura 4.23 se muestra la cara frontal de la carga que se construyo para la realización

de la prueba, se pueden observar las perillas para manipular la inductancia y los bornes de

entrada y salida, esta carga variable fue construida con tres autotransformadores

montados sobre una lámina conectadas entre sí con la entrada por arriba en la posición 1

(Cable rojo) y la salida por abajo en la posición 4 (Cable negro), como se observa en la

Figura 4.24:

Figura 4.24 Vista trasera de la carga inductiva variable



La inductancia que usamos se conectan en lugar de las cargas por pasos, a través de las

perillas que se observan en la Figura 4.25 se va subiendo poco a poco el valor de la misma,

lo que nos permite valores más reales y confiables aunque en ambos casos los valores

variaban demasiado pues la máquina comenzaba a trabajar de más.

Figura 4.25 Carga inductiva variable de 5A

Al construir esta inductancia se obtuvieron los puntos mostrados en la Tabla 3.26

(Capítulo 3), y dados los resultados de la prueba se recomienda al 100% utilizar una

inductancia que sea variable y no por pasos ya que las cargas que se deben usar aumentan

demasiado la tensión de las mediciones lo que hace que la curva, quede muy cerca de la

curva de vacío, evitando que exista un valor Xd mínimo para hacer el triángulo lo que

equivaldría a que el generador no tiene reacción de armadura lo que es un error.

Caso completamente distinto a la inductancia variable que nos muestra unos valores de

tensión más confiables permitiéndonos trazar el triángulo de Potier que se trazo en la

curva de la Figura 4.26.

Antes de pasar a la curva, la literatura habla de que con dos puntos es suficiente para

trazar la curva de factor de potencia 0 lo cual es una buena opción, sin embargo con este

equipo tomamos 5 puntos de medición los cuales se pueden observar en la grafica aunque

dos puntos si pueden ser suficientes, 5 puntos nos dan más precisión y confianza al trazar

la curva.



Esta curva nos muestra como es el comportamiento de la tensión de saturación con carga

a una corriente de excitación cuando tiene un F. p. 0, no debe confundirse con las pruebas

6 y 7 ya que en estas la corriente de carga era uno de los parámetros que se iban

regulando y no quedaban constantes como en esta prueba por eso la curva tiene un

comportamiento distinto que se muestra en la Figura 4.26:

Figura 4.26 Construcción del Triángulo de Potier en relación a las curvas de vacío, cortocircuito y reactancia

De la curva de la Figura 4.26 se observa cómo se construyo de forma gráfica el triángulo

de Potier ABC, en relación a las curvas de vacío, cortocircuito y Factor de Potencia = 0. Por

lo que a continuación se describen todas las partes que componen esta gráfica:



VK =1.7 p.u = 374 V aprox. Es la tensión existente en la armadura en vacío, con una

corriente de excitación OV, que se mide en los bornes de la máquina.

OV = 1.37 p.u. = 0.2466 A. Es la corriente de campo necesaria para crear la tensión VK.

VA = 1 p.u. = 220 V. Es la tensión de fase generada por la armadura a plena carga con F.P.

0, a la misma corriente de campo OV.

AK = 0.8280 p.u. = 176.846 V. Es la caída de tensión en la reactancia síncrona.

AG = 0.1977 p.u. = 43.509 V. Es la caída de tensión en la reactancia de fuga.

GK = 0.5022 p.u. = 110.49 V. Caída de tensión incluyendo la reacción de armadura.

OE=α= 0.01173 p.u. esta es el coeficiente de proporcionalidad de la corriente de armadura

en la corriente de excitación necesaria según el flujo. Contrarresta el efecto de la

reactancia de fuga.

ED = 0.1188 p.u, es la corriente para el efecto de la reacción de armadura

OD= Es la corriente de campo necesaria para hacer circular la corriente de corto circuito,

esta es la base del Triángulo de Potier.

La línea del entrehierro intercepta VA en J*, cuando la máquina opera en A, la corriente de

excitación OV se utiliza para:

VJ*= producir la tensión VA, en caso de que no existiera saturación.

HC = contrarrestar el efecto de la reactancia de fuga.

CA = contrarrestar el efecto de la reacción de armadura.

J*H = contrarrestar el efecto de la saturación.

Todos estos parámetros conforman la gráfica antes presentada, los triángulos DEF,

A*B*C* y A**, B**, C** son triángulos congruentes, estos se usan únicamente para

corroborar que el Triángulo ABC lleva el mismo comportamiento durante toda la curva al

ser desplazado paralelamente manteniendo el vértice B sobre la curva de vacío [40].



De esta prueba se obtienen los siguientes resultados:

Con la ecuación 4.3 se obtiene la tensión Vx, para obtener el valor de la reactancia de

dispersión del modulo DL30190:

(4.3)

Con la ecuación 4.4 y obtenido el valor de Vx se tendrá la reactancia de dispersión:

(4.4)

El valor de la reactancia síncrona ya se tiene y es Xs = j336.036 Ω

Para obtener el valor de la reacción de armadura de la maquina, se necesita el valor de la

reactancia de armadura que se obtiene con la ecuación 4.5:

(4.5)

j336.036 Ω = -j241.45 Ω

Con este valor se obtiene la reacción de armadura del DL30190, con la ecuación 4.6:

(4.6)



En base a los resultados obtenidos se crea el diagrama vectorial del Triángulo de Potier

que se muestra en la Figura 4.27, se dan los resultados en valores reales de los parámetros

de impedancia y reactancia síncrona, tensión nominal, tensión de vacío, caída de tensión y

corriente nominal, este diagrama vectorial representa el comportamiento de los

parámetros al meter la carga inductiva en el generador.

Figura 4.27 Diagrama vectorial del Triángulo de Potier



En la Figura 4.28 se muestra el diagrama físico de conexión de la prueba 8, con las cargas

del fabricante, como se mencionaba estas cargas no nos daban los resultados esperados,

por lo que se cambiaron por la carga inductiva variable que se mostro en la Figura 4.23:

Figura 4.28 Diagrama físico de conexión para la curva de reactancias



PRUEBA 9. PARALELO DEL MÓDULO DL30190 CON LA RED ELÉCTRICA

El poner en paralelo un generador síncrono trifásico a la red eléctrica es una maniobra de

gran importancia ya que como se sabe, puede ayudar a compensar la potencia que se

consume, así como también para dar mantenimiento a algún otro generador que no este

funcionando correctamente. Esta prueba se hace de muchas formas, como poner dos

generadores en paralelo, usar un sincronoscopio usando el método de lámparas

encendidas y apagadas que es el método que utilizamos, el paralelo se realiza a través del

módulo DL1030, que es un sincronoscopio.

El uso de este equipo fue realmente fácil para poner el generador en paralelo, usando el

método de Lámparas Encendidas. En la Figura 4.29 se muestra el diagrama físico que se

utilizo para realizar la maniobra del paralelo.

Figura 4.29 Diagrama físico para la puesta en paralelo del generador con la red eléctrica



Al momento de poner en paralelo al generador con la red eléctrica, como se observa en

las Tablas 3.25 a 3.28 (Capítulo 3) hay un intercambio de potencia activa entre la red

eléctrica y el módulo DL30190, así que analizaremos el resultado de cada una.

De la Tabla 4.6 se aprecian las condiciones del paralelo en donde no existe intercambio de

potencia:

Tabla 4.6 Valores de potencia y corriente del estado inicial del paralelo antes el intercambio de potencias

En esta parte inicial la velocidad del motor de arrastre era de 3600 r.p.m. que es la

velocidad nominal. Posteriormente si se aumenta un poco la velocidad del motor

entonces comienza a existir el intercambio de potencia entre la red y el generador, para

esto la velocidad del motor de arrastre aumento a 3602.40 r.p.m., aunque la velocidad

aumento muy poco el intercambio se hace evidente, esto se muestra en la Tabla 4.7:

Tabla 4.7 Valores de potencia y corriente para el intercambio de potencia activa entre el módulo DL30190

y la red eléctrica

De aquí se tiene que:

Esto es, que el Generador está entregando potencia activa a la red eléctrica, la corriente

nominal del generador aumenta sobrepasando la misma sin embargo, no afecta el

intercambio de las potencias.

POTENCIA WA (W)

POTENCIA WB (W)

CORRIENTE DE ARMADURA (A)

0 86.19 0.4793

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)


(A)

-28 91.02 0.5092



Si se reduce la excitación del motor de arrastre, la velocidad debería permanecer

constante, aunque si su valor nominal de 3600.6 r.p.m., el intercambio de potencia se

vuelva prácticamente cero como en la Tabla 4.8:

Tabla 4.8 Valores de potencia y corriente reduciendo la excitación del motor de arrastre

En este caso, es como si se acabara de realizar el paralelo entre el módulo DL30190 y la

red eléctrica. Si se reduce todavía más la excitación del primer motor se vuelve a dar un

intercambio de energía entre el generador y la red eléctrica.

Tabla 4.9 Valores de potencia y corriente del nuevo intercambio de potencia entre la red y el módulo

DL30190

De los valores mostrados en la Tabla 4.9 se tiene que:

Este intercambio ahora se hace de la red al generador, que está funcionando como motor

síncrono, a una velocidad de 3598.8 r.p.m., aunque la corriente medida es mayor a la

nominal, no provoca ningún problema para el intercambio de la potencia y tampoco se

crean complicaciones por el límite de estabilidad de la máquina.

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)


(A)

0 85.80 0.4793

POTENCIA WA

(W)

POTENCIA WB

(W)


(A)

-135 90.2 0.4908



Esta parte se realizo para comprobar el intercambio de potencia activa, ahora se hará la

comprobación del intercambio de potencia reactiva, Primero reduciendo la corriente de

excitación del Generador Síncrono, los valores se muestran en la Tabla 4.10:

Tabla 4.10 Valores de potencia y corriente para verificar el intercambio de potencias entre la red y el

módulo DL30190 reduciendo la corriente de excitación del generador

De los resultados mostrados se puede observar como la disminuir la corriente de campo

del módulo DL30190, la corriente de armadura y las potencias disminuyen de forma

proporcional a ella. Partiendo de estas mediciones, con las ecuaciones 4.2 y 4.3 se verán el

comportamiento de la potencia activa y el intercambio de la potencia reactiva con la red.

(4.7)

(4.8)

Comportamiento de la potencia activa:

POTENCIA WA (W)

POTENCIA WB (W)


(A)


(A)

12 28.6 0.2065 0.1152

3.810 26.061 0.1190 0.0730

0.32 21.692 0.0986 0.0480

0 0 0.020 0.0260



Y la potencia reactiva queda:

La potencia activa es entregada a la red por parte del módulo DL3090. Con estos

resultados se observa que la red está entregando potencia reactiva capacitiva al DL30190.

En la Tabla 4.11 se muestran los valores de corriente y potencia ahora aumentando la

corriente de excitación:

Tabla 4.11 Valores de potencia y corriente para verificar el intercambio de potencias entre la red y el

módulo DL30190 aumentando la corriente de excitación del generador

En este caso al contrario, al aumentar la corriente de campo, la corriente de armadura y

las potencias aumentan, aunque ahora el generador está recibiendo potencia activa por

parte de la red. Haciendo los cálculos se puede ver como la potencia activa es casi

constante en cada aumento de corriente de campo.

POTENCIA WA (W)

POTENCIA WB (W)


(A)


(A)

-27.16 -47.70 0.37 0.1212

-25.50 -49 0.47 0.1594

-15.7 -24.9 0.59 0.1993

-23.40 -35.70 0.79 0.2431



Comportamiento de la potencia activa:

Y la potencia reactiva queda:

Y el comportamiento de la potencia reactiva ahora es entregado por parte del generador

a la red, por lo tanto esta potencia es reactiva inductiva. Esto se observa más claramente

en los diagramas vectoriales de las Figuras 4.30 y 4.31 que se muestran a continuación:

Figura 4.30 Diagrama vectorial del paralelo aumentando la corriente de excitación



En el diagrama de la Figura 4.30 se aprecia como al aumentar la corriente de campo la

corriente de armadura también aumenta, provocando que la tensión en el campo del

generador aumente, por lo que la caída de tensión de la reactancia también se modifica

debido a la corriente de armadura, de forma que la tensión de campo aumente más del

doble que la tensión nominal del generador, y la corriente se desfasa 900 de la tensión, lo

que hace que el generador conduzca corriente reactiva inductiva y por lo tanto potencia

reactiva inductiva.

Al disminuir la corriente de campo, la corriente de armadura también se reduce

provocando que la caída de tensión de la reactancia síncrona sea menor que al aumentar

la corriente de campo, esto provoca que la tensión de campo total sea menor a la tensión

nominal del generador. Lo que pasa con la corriente es que ahora va adelantada 900 de la

tensión, lo que ocasiona que el generador conduzca a hora corriente reactiva capacitiva y

de igual forma potencia reactiva capacitiva. En la Figura 4.31, se observa este

comportamiento:

Figura 4.31 Diagrama vectorial del paralelo al disminuir la corriente de excitación



Donde:

V = Tensión nominal del generador DL30190

Ia = Corriente de armadura del generador DL30190, en relación a la corriente de

excitación.

Ep = Tensión de campo del generador DL30190

jIaXsd = Caída de tensión de la reactancia síncrona en función del aumento y disminución

de la corriente de excitación.



PRUEBA 10. CURVAS EN “V” O DE MORDEY DEL MOTOR SÍNCRONO DL30190

El motor síncrono es una de las aplicaciones que tiene un generador síncrono trifásico, el

motor síncrono al contrario del generador convierte la energía eléctrica en energía

mecánica, además de que pueden modificar su factor de potencia. Sin embargo una de

sus desventajas es que si la corriente de carga sobrepasa su límite, este se desconecta de

inmediato dejando de trabajar a diferencia de los motores asíncronos. Esta prueba

consiste en poner en paralelo al generador con la red eléctrica y posteriormente quitar el

campo para ponerlo a trabajar como motor síncrono, las maniobras deben de realizarse

con mucho cuidado ya que de lo contrario puede ocurrir que la corriente se eleve

demasiado. En la Figura 4.32 se muestran todos los aparatos que se utilizaron para esta

prueba, en la cual también hicimos uso del analizador de redes, en esta figura se puede

apreciar que el motor está trabajando en vacío, sin tener una carga conectada. Se puede

observar también como la mesa de paralelo tiene las lámparas encendidas, eso se hizo

para poner en paralelo al generador para posteriormente quitarle el campo y empezara a

trabajar como motor síncrono.

Figura 4.32 Conexión del módulo DL30190 como motor síncrono



Para poder trazar las curvas del motor síncrono es necesario meter carga, en la Figura 4.33

se puede observar que al generador de C.C., se le conecto una carga resistiva, todo este

conjunto es impulsado por el motor síncrono DL30190.

Figura 4.33 Conexión del módulo DL30190 como motor síncrono impulsando una carga

La conexión del generador de C.C. en paralelo, cambia a un generador con excitación

independiente como se muestra en la Figura 4.34:

Figura 4.34 Diagrama eléctrico de un generador de C.C. con excitación independiente

La conexión de la Figura 4.34 muestra que el generador de C.C. que antes impulsaba al

módulo DL30190 y que ahora está trabajando como un generador con excitación

independiente, al cual se le conecta la carga resistiva, que es la carga que será impulsada

por el motor síncrono.



Sin embargo, para esta prueba el motor síncrono no nos permitió sobreexcitar demasiado

el motor porque se apagaba por lo cual solo se lograron realizar dos curvas una en vacío y

otra a 1/3 de la potencia nominal del generador. Los resultados de esta prueba permiten

trazar una familia de curvas con el motor subexcitado y el motor sobreexcitado, cada

parte corresponde a un comportamiento inductivo y capacitivo respectivamente, al trazar

esas curvas se debe apreciar el comportamiento de la corriente de carga contra la

corriente de excitación a una potencia, F.p. y tensión nominales para cada lado de la

curva, como se observa en la Figura 3.33 del Capítulo 3.

Esto se muestra en la Figura 4.35:

Figura 4.35 Curvas en “V” del motor síncrono DL30190



En la Figura 4.35 se aprecian las curvas en V del motor síncrono DL30190, son solo dos

curvas las que se lograron obtener una en vacio y otra con carga, la línea punteada es el

trazo de factor de potencia unitario en el cual se unen los puntos mínimos de las curvas,

de ahí nuevamente la corriente de armadura comienza a aumentar hasta llegar al final

donde la máquina se paraba al tratar de aumentar la corriente de campo, en esta parte el

motor síncrono tiene un comportamiento capacitivo entregando potencia reactiva a la red

que es cuando trabaja como condensador síncrono mejorando su factor de potencia.

Del otro lado donde el motor esta subexcitado, hay más puntos tanto en vacío como con

carga, en esta parte el motor trabaja con corriente inductiva, que se encuentra atrasada

con relación a la tensión.

Se observa como al meter carga los limites de trabajo del generador se reducen, no nos

permite tomar más corriente, lo que da como consecuencia que al meter más carga las

curvas serían mucho más pequeñas ya que la corriente sería más pequeña y

probablemente solo se trazarían dos puntos lo cual no permitiría apreciar mas allá de 1/3

de potencia el funcionamiento del motor. Esta prueba fue de complicada realización ya

que no logramos llegar a la potencia nominal debido a que la corriente se elevaba y el

motor se apagaba solo se pudo llegar a 1/3 de la potencia nominal.

El diagrama físico es el mismo que el de la prueba 9, como se mostraba en las Figura 4.29,

aunque se añadió un analizador de redes y la carga resistiva al equipo para realizar la

prueba, también se cambia la conexión del generador de C.C.


CONCLUSIONES Pág. 181

CONCLUSIONES

Este trabajo presenta un equipo de laboratorio con el cual se pueden realizar pruebas a

máquinas eléctricas, en este caso al Generador Síncrono Trifásico DL30190. Los resultados

obtenidos nos ayudan a entender y observar el comportamiento de esta máquina en

relación a cuatro parámetros fundamentales Corriente de cortocircuito, Corriente de

campo, Tensión de armadura e Impedancia Síncrona. El generador síncrono trifásico

DL30190, es un máquina experimental construida con mas cantidad de acero de gran

calidad, lo que le permite trabajar a valores de tensión mayores a la tensión nominal, lo

que nos da como resultado una máquina de buena calidad perfecta para pruebas en

laboratorio, permitiendo trabajar con una tensión mayor a la nominal, sin que esto afecte

a la máquina.

En su comportamiento en vacío este material hace que la saturación de este módulo

empiece a una tensión por encima de la nominal, sin que esto afecte su funcionamiento,

como se puede apreciar en la curva de magnetización del Capítulo 4. En cortocircuito el

módulo DL30190 tiene una recta que supera el valor nominal de corriente de armadura a

más del doble, sin que el circuito magnético se sature.

El valor de estos parámetros, de vacío y cortocircuito, permiten obtener la curva de

impedancia síncrona de la máquina, en la cual se aprecia que la impedancia síncrona

saturada tiene un comportamiento lineal.

En cuanto al rendimiento de la máquina, las pérdidas que genera el módulo DL30190, son

poco más del doble de la potencia nominal del generador, pero dado que está construida

con mayor cantidad de cobre, es mas tardío de saturar, por lo que no sería raro que se

tarde más en desgastarse al momento del arrastre, provocando que la máquina se

esfuerce mas produciendo más calor y por lo tanto más pérdidas.



Al trabajar con carga, el módulo DL30190, se obtienen características externas, de

regulación y factor de potencia 0, que dependiendo de los parámetros que se obtengan

puede elevar la tensión mucho mas allá de la nominal, aunque la corriente se llega a

limitar al usar carga capacitiva en la caracterización externa y aumentarla de más en la

caracterización de regulación, volviendo las cargas inestables, impidiendo meter todos los

pasos de cada una, debido a que el aumento de la corriente de carga provoca el

calentamiento de la máquina, haciendo que se esfuerce de más, aun así con los pasos de

cada carga se lograron obtener la familia de curvas para este módulo.

Adicionalmente con la elaboración del Triángulo de Potier se calcularon las caídas de

tensión que representan la reacción de armadura y reactancias de fuga. Esto permite

identificar las caídas de tensión del módulo DL30190 con carga nominal.

Las pruebas 9 y 10, donde se trabaja en conjunto con la red eléctrica, se muestra que

aunque el módulo DL30190 es una máquina de capacidad muy pequeña puede lograr un

intercambio considerable en paralelo con la red eléctrica, este procedimiento se logra de

forma fácil a través del método de lámparas encendidas con el sincronoscopio DL1030.

La prueba 10 tuvo un grado de dificultad mayor, debido a que se tenía que trabajar el

módulo DL30190 como motor síncrono, aunque se presentaron dificultades con la

corriente se lograron obtener dos curvas en las que se puede apreciar cómo se relacionan

las corrientes de campo con la de carga a una potencia nominal, moviendo una carga, que

en este caso fue resistiva.

Los métodos utilizados en este trabajo están basados en métodos indirectos de prueba

muy utilizados por la facilidad de realización, además de que son los mas conocidos. Algo

que es importante mencionar es que, se puede jugar de varias formas con estos equipos,

se puede usar equipo anexo como la carga inductiva que se construyo para la prueba 8, se

puede usar un analizador de redes sin que nada afecte al equipo.



A través de estas pruebas se puede comprobar el cumplimiento de los objetivos que se

plantearon al inicio de este trabajo, ya que cumple con las necesidades básicas de un

laboratorio para la enseñanza de esta máquina, ya que se pueden obtener sus

características principales con el material propuesto en cada prueba, aunque costo un

poco de trabajo manejarlo al inicio con la práctica se vuelve sencillo de usar y manipular

sin problema. La diferencia de escalas puede afectar en la apreciación de los

comportamientos, es por eso, que cada característica se grafico en valores en p.u. para

observar mejor, esto es muy recomendable ya que no hay que establecer distintas

unidades para graficarlas.

Las personas que usen este tipo de módulos se darán cuenta que el manejo es muy fácil,

no hay limitantes para realizar pruebas aún para el motor síncrono que fue la mas difícil,

se logran sacar 2 curvas que son suficientes para comprender como funciona el motor.

Para la puesta en paralelo no hay límites tampoco, se puede jugar con las corrientes

aumentarlas y bajarlas sin problema.

En algunos libros se dice que obtener las características externas y de regulación de un

generador síncrono, puede resultar difícil por que no hay cargas propias para su

realización o es difícil conseguir un generador o motor que tenga la misma potencia del

generador síncrono trifásico para hacer pruebas como la de pérdidas, o que si el

generador es de poca potencia dificulta la realización de las pruebas.

Si bien todo eso es cierto, el equipo usado para este trabajo es de la SERIE MÁQUINAS DE

300 W, y todo esta disponible para hacer las pruebas, no se debe dejar todo a los

manuales, en el caso de este equipo se debe buscar la forma de elaborar las pruebas, ya

que hay cosas que se omiten. El manual de este equipo presenta únicamente 8 pruebas, y

para este trabajo se realizaron 10, además de que en el procedimiento se omiten pasos, lo

que hace confusa la explicación.



Este trabajo propone un manual de pruebas, en el cual se explica de una forma sencilla lo

que se debe hacer para obtener parámetros de un generador, para que posteriormente

todos los conocimientos adquiridos sean relacionados de forma práctica y sencilla. A

través de las pruebas realizadas se presentan algunos puntos sobre el equipo:

El módulo DL30190 cumple con sus valores nominales pero es recomendable que

se deje trabajando aproximadamente 10 minutos, esto permite que la máquina se

aclimate para que los resultados de las pruebas sean más exactos y confiables,

pero solo debe hacerse la primera vez que se use, o si se deja mucho tiempo sin

rodarla ya que con el uso constante la máquina se adapta a las condiciones de

trabajo.

El módulo DL30018 que utilizamos como fuente de alimentación funciona como

una fuente trifásica de onda completa. Además con este módulo se puede dejar a

un lado el reóstato de armadura, ya que para alcanzar los valores nominales del

generador y el motor solo basta con ajustar la fuente junto con el reóstato de

campo que aumenta precisamente el campo logrando llegar a los valores

nominales esperados.

El módulo DL30061 debe de estar bien polarizado, si la polarización no es la

correcta podrían darse lecturas erróneas, además de que su exactitud no es

adecuada, esto se comprobó con el uso de multímetros para verificar los valores

de tensión y corriente, observándose la diferencia que no es mucha; también este

equipo induce ruido o armónicos que afectan el resultado de las mediciones, por lo

que se utilizo un analizador de redes para verificar y tener mediciones reales y

confiables de las pruebas.

Las cargas inductiva, resistiva y capacitiva suelen ser inestables, no son exactas y

limitan el paso de la corriente para las características de regulación es por eso, que



no se lograron hacer curvas con todos los pasos de las cargas, pero si nos permiten

caracterizar la máquina con los puntos suficientes.

Estas observaciones lejos de hacer una crítica al equipo son indicaciones que se deben

tomar en cuenta para la manipulación de los equipos en pruebas futuras.

Las pruebas mostradas en este trabajo muestran como este equipo cumple con el trabajo

didáctico de equipo de prueba, como se mencionó en uno de los objetivos de la

realización de estas pruebas.

Si bien el equipo tiene un costo elevado puede ser una ventaja a largo plazo ya que las

personas que lo utilicen obtendrán una excelente experiencia en el manejo del equipo.

APÉNDICE A

COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LAS PRUEBAS REALIZADAS CON EL MÓDULO DL30190, CON OTROS LABORATORIOS

APÉNDICE A Pág. 186

Las pruebas a una máquina síncrona arrojan diversos resultados dependiendo de la

capacidad de la máquina que este a prueba. Sin embargo las pruebas y el procedimiento a

realizar es el mismo sin importar la capacidad de la misma. A continuación se muestran los

resultados obtenidos de las Pruebas de corto circuito y vacío, realizadas en Laboratorios

de Prueba de otros lugares.

En la Universidad de Extremadura, España, el área de Ingeniería Eléctrica, el Ingeniero

Alfredo Álvarez García realizo un análisis eléctrico de la máquina síncrona, con los

siguientes datos:

Generador Síncrono conectado en estrella Y

Potencia de 1000 kVA

Tensión de 1.5 kV

Con estos datos se realizaron las Pruebas de Vacío y cortocircuito que arrojaron los

resultados mostrados en la Tabla A.1:

Tabla A.1 Resultados de las pruebas de vacío y cortocircuito

Iexc (A) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Icc (a) 150 300 450 600 750 ------- ------- ------- ------- --------

Vvacío (V) 500 900 1250 1500 1680 1820 1920 2000 2060 2100

En la prueba de cortocircuito se toman 5 puntos siendo la corriente de corto circuito el

punto 3, este resultado más la tensión de vacío se utilizan para determinar la impedancia

síncrona saturada y no saturada.

APÉNDICE A



En la Figura A.1 se muestra la curva de vacío de esta prueba:

Figura A.1 Curva de vacío de la máquina síncrona de 1 kVA

Se puede observar como la saturación de esta máquina comienza en un valor aproximado

de 1200 V, al llegar a su tensión nominal de 1500 V la saturación ya es evidente hasta que

llega a 2100 donde la saturación ya es máxima.

El método para la determinación de la impedancia síncrona es el de Behn-Eschenburg, el

mismo método que se utilizó en este trabajo. Este artículo se puede encontrar en:

http://eii.unex.es/maqelec/C_Clases/3.../3_MaqSincrona/3_Analisis.pdf

http://eii.unex.es/maqelec/C_Clases/3.../3_MaqSincrona/3_Analisis.pdf

APÉNDICE A



En la Universidad Carlos III de Madrid, España, el Departamento de Ingeniería Eléctrica, a

cargo del Ingeniero Javier Sainz Feito, desarrollo las pruebas de corto circuito y vacío a un

generador síncrono, para determinar la impedancia síncrona saturada y no saturada de la

máquina cuyos datos se muestran en la Tabla A.2:

Tabla A.2 Datos de placa de la máquina síncrona

Tensión nominal 6600 V Frecuencia nominal 50 Hz Velocidad nominal 3000 r.p.m. F.p. 0.8 inductivo Potencia nominal 1.68 MVA Conexión en estrella

Los resultados de las pruebas de vacío y cortocircuito de esta máquina se muestran en las

Tablas A.3 y A.4:

Tabla A.3 Resultados de la prueba de vacío

Tabla A.4 Resultados de la prueba de cortocircuito

En esta prueba los valores de la impedancia síncrona saturada y no saturada son los

siguientes:

Impedancia Síncrona Saturada:

Impedancia Síncrona Convencional o No Saturada:

If (A) 0 40.5 61.5 88.2 112.5 150 202.8 266

U fase-neutro (V) 0 1.525 2.290 3.050 3.430 3.810 4.200 4.420

If (A) Iensayo (A)

201 147

APÉNDICE A



En la Figura A.2, se observan las curvas de vacío, cortocircuito e impedancias, de la

máquina síncrona estudiada es España:

Figura A.2 Curva de vacío de la máquina síncrona de 1.68 MVA

En la gráfica se aprecian los valores de las impedancias graficadas junto con las curvas e

vacío y cortocircuito.

El contenido de estas pruebas se pueden encontrar en el libro de Máquinas Eléctricas

publicado por Prentice Hall y cuyo autor es el ingeniero Sainz Feito.

APÉNDICE A



En el libro Máquinas Eléctricas y transformadores de Gurú e Hiziroǧlu, en el Capítulo 7,

página 468, problema 7.32 se presenta un generador síncrono trifásico con las

características mostradas en la Tabla A.5:

Tabla A.5 Datos de placa del generador síncrono

Potencia nominal 5 MVA Tensión nominal 6.6 kV Frecuencia nominal 60 Hz Conexión en estrella

Se le realizo la prueba de vacío obteniendo los resultados de la Tabla A.6:

Tabla A.6 Resultado de la prueba de vacío

Figura A.3 Curva de vacío de la máquina síncrona de 5 MVA

If (A) 10 15 20 25 30 Ea (kV) 4.4 6.6 7.5 8.25 8.95

APÉNDICE A



De la misma forma que en el ejemplo anterior la saturación de esta máquina comienza a

una tensión de aproximadamente 5.2 kV, saturándose a su tensión nominal, llegando a la

saturación máxima en 8.8 kV, como se observa en la Figura A.3.

Los Ingenieros Electricistas Orlando L. Rodríguez y Vladimir Rodríguez, utilizando MATLAB

elaboraron un software para el procesamiento de los ensayos de la máquina síncrona, a

través del cual obtuvieron las curvas de vacío y cortocircuito de una máquina síncrona

cuyos datos de placase muestran en la Tabla A.7:

Tabla A.7 Datos de placa de la máquina

PARAMETRO VALOR ESPECIFICACION UN 230 V Tensión nominal

fN 60 Hz Frecuencia nominal

n 1800 r.p.m. Velocidad nominal

F.p. 0.8 Factor de potencia nominal

SN 6.25 kVA Potencia nominal

IN 15.7 A Corriente nominal

Iexc 8.1 A Corriente de excitación η 82% Eficiencia

Clase de Aislamiento B

En la Tabla A.8 se muestran los resultados de la prueba de vacío que le aplicaron a esta

máquina síncrona.

Tabla A.8 Resultados de la prueba de vacío

I EXC (A) V0 (V)

6.0 300

4.5 280

4.0 260

3.5 240

2.7 220

2.3 200

2.1 180

1.9 160

1.7 140

1.4 120

1.1 100

APÉNDICE A



En la curva de vacío de esta máquina la saturación comienza a tensión nominal de 230 V,

saturándose a 300 V de tensión, esto se observa en la Figura A.4:

Figura A.4 Curva de vacío de la máquina síncrona de 6.25 KVA obtenida a través de MATLAB

En la Tabla A.9 se muestran los resultados de la prueba de cortocircuito que le aplicaron a

esta máquina síncrona.

Tabla A.9 Resultados de la prueba de cortocircuito

Corriente (A) Punto 1 Punto 2 Punto 3

Iexc. (A) 2.7 5.1 6.8

Ia (A) 8.0 15.0 20.0

En la prueba de cortocircuito se observa que solo obtuvieron 3 puntos, siendo el punto

dos donde se crea el cortocircuito en esa máquina síncrona.

Estas pruebas se realizaron en un Laboratorio de la Universidad de Camagüey, en Cuba en

octubre de 2008, y se aprobaron en diciembre de ese mismo año, la publicación de este

artículo fue en 2009. Este artículo está disponible en:

http://rie.cujae.edu.cu/index.php/RIE/article/download/42/41

http://rie.cujae.edu.cu/index.php/RIE/article/download/42/41

APÉNDICE A



A pesar de ser máquinas de mayor potencia que el módulo DL30190, se aprecian las

diferencias de valores que hay entre las máquinas, aunque los procedimientos son los

mismos, los valores en por unidad permiten graficar en una sola, estas curvas para poder

compararlas con la de vacío de este trabajo, la comparación se muestra en la Figura A.10:

Figura A.5 Comparación de las curvas de vacío de máquinas síncronas de distinta potencia en p.u.

Aunque las 2 primeras no pudimos compararlas ya que faltan sus datos de campo por lo

que no se pudieron pasar a valores en p.u. la curva de vacío ni la de cortocircuito.

APÉNDICE B

CÁLCULOS POSTERIORES DE LAS PRUEBAS REALIZADAS AL MÓDULO DL30190

APÉNDICE B Pág. 194

CÁLCULOS EN P.U. PARA CÁLCULOS POSTERIORES Y REALIZACIÓN DE LAS GRÁFICAS

TENSIÓN BASE:

Para la armadura y el campo del generador se tomaran los valores nominales como bases:

Para el valor en p.u. de la tensión se usara la ecuación B.1:

(B.1)

CORRIENTE BASE:

Los valores de corriente base para la armadura y la corriente en el campo serán:

El valor en p.u. de la corriente se obtendrá con la ecuación B.2:

(B.2)

IMPEDANCIA BASE:

Para los valores de impedancia base y en valores en p.u. se usaran las ecuaciones B.3 Y

B.4, el cambio de base de la impedancia se realizara con la ecuación B.5:

(B.3)

(B.4)

APÉNDICE B



Cambio de base:

(B.5)

POTENCIA BASE:

Para el valor de potencia base también se tomara el nominal:

El valor de la potencia en p.u. se obtendrá con la ecuación B.6:

(B.6)

Para la potencia base en kW se usa la ecuación B.7; el resultado será la potencia base del

generador en kW:

(B.7)

Por lo tanto la potencia base del modulo DL30190 en watts será de:

APÉNDICE B




TRIFÁSICO DL30190

Con la ecuación B.1 se realizara el cálculo de resistencia de armadura y de campo, para

cada valor de tensión y corriente, posteriormente con la ecuación B.2 se calculara la

resistencia media de la armadura y de campo:

(B.8)

RESISTENCIA DE ARMADURA RESISTENCIA DE CAMPO

RESISTENCIA MEDIA DE ARMADURA RESISTENCIA MEDIA DE CAMPO

(B.9)

APÉNDICE B



Dado que el valor de la temperatura es mayor se realizaran las correcciones a 20°C con la

ecuación B.3:

(B.10)

Estos son los valores reales de las resistencias de campo y armadura del DL30190.

APÉNDICE B




Cálculos en p.u. de corrientes y tensiones para la curva de magnetización, usando las

ecuaciones B.1 y B.2:

CORRIENTES DE EXCITACIÓN TENSIONES DE FASE

APÉNDICE B




Con los resultados de medición de la Tabla 3.16 del Capítulo 3 y las ecuaciones 3.4 a 3.11

se calculan las pérdidas que existen en el Generador, comenzando con las perdidas en

vacio

1 PÉRDIDAS EN VACÍO:

2 PÉRDIDAS MECÁNICAS:

=

3 PÉRDIDAS EN EL HIERRO :

4 PERDIDAS ADICIONALES:

APÉNDICE B



= 173.55 W

= 168.50 W

154.28 W

140.28 W

126.03 W

Cálculos en p.u. de potencias para la curva de rendimiento del generador, con la ecuación

B.6:

APÉNDICE B




Cálculos en p.u. de corrientes de campo y armadura para la curva de Cortocircuito del

Generador DL30190:

CORRIENTES EN LA ARMADURA CORRIENTES EN LA CARGA

APÉNDICE B



PRUEBA 5. DETERMINACIÓN DE LA IMPEDANCIA SÍNCRONA CON EL MÉTODO DE BEHN-

ESCHENBURG

Con las ecuaciones 3.13 y B.4 mostradas en el Capítulo 3, se calcularan las impedancias en

valores en p.u. para la grafica presentada en el Capitulo 3.

APÉNDICE B



Dado que el valor de la impedancia al graficarla queda por encima del valor de tensiones

en la grafica, se realiza un cambio de base para las impedancias de la grafica de la prueba

5 Impedancia Síncrona, con la ecuación B.5:

APÉNDICE B



PRUEBA 6. DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DEL MÓDULO DL30190

Cálculos en p.u. de corrientes y tensiones para la curva de características externas

CORRIENTES EN LA ARMADURA TENSIONES EN LA CARGA

CARGA INDUCTIVA

CARGA RESISTIVA:

APÉNDICE B



CARGA CAPACITIVA:

CARGA RL:

APÉNDICE B



CARGA RC:

*Cálculo de la potencia en watts para cada tipo de carga:

CARGA INDUCTIVA

CARGA RESISTIVA

APÉNDICE B



CARGA CAPACITIVA

CARGA RL

CARGA RC

APÉNDICE B



PRUEBA 7. DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE REGULACIÓN DEL MÓDULO DL30190

Cálculos en p.u. de corrientes y tensiones para la curva de características de regulación.

CORRIENTES EN LA ARMADURA CORRIENTES EN LA CARGA

CARGA RESISTIVA

CARGA INDUCTIVA

APÉNDICE B



CARGA CAPACITIVA:

CARGA RL:

APÉNDICE B



CARGA RC:

*Cálculo de la potencia en watts para cada tipo de carga:

CARGA RESISTIVA

APÉNDICE B



CARGA CAPACITIVA

CARGA INDUCTIVA

CARGA RL

APÉNDICE B



CARGA RC

APÉNDICE C

DETERMINACIÓN DE LAS REACTANCIAS TRANSITORIAS Y SUBTRANSITORIAS DEL GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO

APÉNDICE C Pág. 213

DETERMINACIÓN DE LAS REACTANCIAS DE EJES D Y Q

Las reactancias Xd y Xq, se emplean para el análisis del comportamiento en régimen

permanente, es decir, es el estudio del periodo transiente posterior a un cortocircuito, el

cual debe trabajarse con las denominadas reactancias transientes (X’d y X’q) y

subtransientes (X’’d y X’’q), se dará una explicación de cómo determinarlas en forma

experimental [40].

1) Determinación experimental de Xd y Xq

Xd se puede obtener de la característica no saturada en circuito abierto y de la

característica de cortocircuito de la máquina, siendo O´B, la corriente nominal de la

máquina y OA la excitación correspondiente, como se muestra en la Figura C.1:

Figura C.1 Determinación de Xd

2) Determinación experimental de X´d y X´´d

Las reactancias transiente y subtransiente X´d y X´´d, se determinan haciendo un

cortocircuito trifásico brusco en la máquina, a tensión en los bornes reducida, para que la

APÉNDICE C



corriente de cortocircuito no sobrepase en cada fase la corriente nominal e inscribiendo

los oscilogramas de las corrientes de cada fase de la armadura, estos oscilogramas se

muestran en la Figura C.2 [40]:

Figura C.2 Oscilograma de cortocircuito trifásico

Removiendo la componente continúa a manera de dejar la onda restante simétrica con

respecto al eje de las abscisas, los oscilogramas tiene la forma que se muestra en la Figura

C.3:

Figura C.3 Determinación de X´d y X´´d

APÉNDICE C



La ordenada inicial de la envolvente es igual a Em /X’’d, siendo Em el máximo de tensión

que existe en cada fase antes de aplicar el cortocircuito brusco. Midiendo entonces Em y

dicha ordenada inicial, OB se puede determinar con la ecuación C.1:

(C.1)

Si se extrapola la envolvente de la corriente en el periodo transiente, como se observa en

la Figura 5, la ordenada inicial OA es igual a Em/X’d de donde:

(C.2)

Dicha extrapolación se facilita empleando papel semilogaritmico, y dibujando allí las

sobrecorrientes ΔI´ y ΔI´´ en función de tiempo, extraídas las envolventes transiente y

subtransiente respectivamente [40].

3) Determinación experimental de X´q y X´´q

Normalmente X´q = Xq. Cuando no es así, como en los turboalternadores X´q se puede

determinar usando una modificación de la prueba de deslizamiento, esto es con el rotor

magnetizado según el eje q; o sea en el momento de tensión máxima positiva o negativa

del campo, la tensión aplicada a la armadura se desconecta bruscamente y se registra un

oscilograma, la caída de tensión en las terminales de la máquina. Esta caída se extrapola a

cero, despreciando los primeros ciclos de decremento rápido. La extrapolación se hace de

forma análoga a la indicada para determinar X´d y X´q.

APÉNDICE C



Si V´ es la tensión extrapolada y V es la tensión terminal inmediata antes de abrir el

circuito de la armadura, entonces X´q estará dada por la ecuación C.3:

(C.3)

Para determinar X´´q se puede hacer una prueba con el rotor bloqueado y el devanado de

campo cortocircuitado, se aplica una tensión monofásica entre dos terminales de la

armadura, cuando la posición del rotor se ajusta para que la corriente inducida en el

campo sea mínima, el eje de la F.M.M. pulsante de la armadura este alineado con el eje q.

un medio de la razón entre la tensión aplicada y la corriente de armadura da entonces una

X´´q para una fase [40].

En la Tabla C.1 se dan los valores de reactancias típicas de generadores y motores

síncronos diversos en valores en p.u.

Tabla C.1 Reactancias típicas de máquinas síncronas en p.u.

TIPO DE

REACTANCIAS

GENERADOR DE ROTOR CILÍNDRICO

GENERADOR DE POLOS

SALIENTES

MOTOR DE POLOS

SALIENTES ROTOR MACIZO

ROTOR LAMINADO

Xd 1.10 1.10 1.00 1.10

X´d 0.20 0.20 0.35 0.50

X´´d 0.10 0.10 0.23 0.35

Xq 1.00 1.00 0.65 0.80

X´q 0.20 1.00 0.65 0.80

X´´q 0.15 0.25 0.65 0.40



BIBLIOGRAFÍA Pág. 217

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