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FIEE UNAC LAB. MAQUINAS ELECTRICAS III – INFORME Nº1

OBJETIVOS

Principio de funcionamiento, partes , clases , ventajas y desventajas del

alternador o generador síncrono

Analizar las curvas de los ensayos de vacío y cortocircuito.

Análisis de ensayo bajo carga

Observación de la placa de características para no exceder del 20% del

valor nominal antes de realizar los ensayos mencionados.


MATERIALES E

Cables de conexión

Servomotor

Motor Primo


Multímetro

Generador síncrono trifásico

Amperímetro


Switch

Banco de Inductancias

Banco de Resistencias

Banco de Capacitancias

GENERADOR SÍNCRONO

MOTOR PRIMO


DATOS DE PLACA

Los generadores síncronos, son los encargados de transformar la energía mecánica en

energía eléctrica. Estas máquinas están constituidas de circuitos magnéticos y circuitos

eléctricos.

El circuito magnético lo constituyen el núcleo del estator, el núcleo del rotor, el

entrehierro, el devanado trifásico y el devanado de campo. (Devanado de excitación)

Los generadores se pueden clasificar de acuerdo a la forma de sus rotores en:

Generadores de polos salientes.

Generadores de polos lisos.


FUNDAMENTO TEÓRICO

CIRCUITO MAGNÉTICO

GENERADOR DE POLOS LISOS:

Este tipo de generadores es de dos o cuatro polos, movidos por turbinas de alta

velocidad, de allí que se les conozca como turboalternadores. El rotor presenta un

diámetro de menor longitud que la longitud axial.

El entrehierro es uniforme, por lo que reactancia de la máquina se considera uniforme,

e igual a la reactancia directa (Xd).

GENERADOR DE POLOS SALIENTES:

Los rotores son de gran cantidad de polos, movidos por turbinas hidráulicas que giran

a bajas velocidades.

El rotor se caracteriza por presentar un entrehierro no uniforme, asimismo el diámetro

del rotor es mayor que la longitud axial, tal como se muestra en la figura siguiente.


ENSAYO DE VACÍO:

Condiciones.

La velocidad de la máquina debe ser constante, preferentemente igual a la velocidad nominal.

La corriente por el inducido debe ser nula (terminales del estator libres).

Incrementar gradualmente la corriente de excitación, sin que en ningún momento se disminuya, porque si no, se producen bucles de histéresis.

Valores a obtener.

Tensión en terminales del estator, con la ayuda de un voltímetro. Corriente por el circuito de excitación con la ayuda de amperímetro DC.

Características.

La característica de vacío expresa también a distinta escala, la característica magnética a circuito abierto, es decir, su curva de magnetización, dándonos a conocer las propiedades magnéticas de la máquina síncrona.

La curva no empieza en el origen, sino algo más arriba, de forma que, aun cuando la corriente de excitación sea nula, se produce una pequeña fuerza electromotriz en el inducido, debido al magnetismo remanente de la máquina.


La característica de cortocircuito se obtiene apartir de la corriente de cortocircuito permanente (Icc) en

función de la corriente de excitación (Iexc).

Icc = f(Iexc)

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO

Condiciones

Los terminales del inducido están en cortocircuito, mediante 3 amperímetros AC. La velocidad debe permanecer constante, preferentemente a la velocidad síncrona. Incrementar gradualmente la corriente de excitación Iexc.

Valores a obtener.

Corriente de línea de cortocircuito permanente Icc, en el inducido. Corriente de excitación DC.

Características.

Al ser la resistencia del devanado inducido (Ra) muy pequeña en relación con la reactancia síncrona (Xs), la corriente de cortocircuito permanente (Icc) está retrasada casi 90º respecto a la fuerza electromotriz generada (Eg), provoca que el flujo de reacción del inducido está en oposición con el flujo inductor, reduciendo la tensión generada.

La curva a obtener es sensiblemente recta.


CORRIENTE DE ENSAYO Y CORTOCIRCUITO

ENSAYO CON CARGA:

La reacción de armadura de un generador con carga depende de dos factores:

Uno es la magnitud de la carga. A mayor carga (mayor corriente), mayor es la

reacción de armadura.

También depende del tipo de carga, si este es registro, inductivo o capacitivo.

FIG. EQUIVALENTE MONOFÁSICO

CARGA RESISTIVA PURA

FIG. DIAGRAMA FASORIAL CON UNA CARGA RESISTIVA


REGULACIÓN DE TENSIÓN

Es la caída de tensión interna en el generador producto de la carga y expresada como

un porcentaje de la tensión de plena carga.

Como Epg > Utp, entonces la regulación de tensión (Ureg%) es

CARGA INDUCTIVA

Para una carga resistiva – inductiva

FIG. DIAGRAMA FASORIAL CON CARGA INDUCTIVA

Notamos que Egp - Utp, es mayor que el caso anterior, esto debido a las cargas inductivas son más desmagnetizantes que las cargas resistivas.

Carga Inductiva Pura

Como Ra XS, despreciaremos el efecto resistivo

FIG. DIAGRAMA FASORIAL CON CARGA INDUCTIVA PURA

En este caso, el efecto desmagnetizante es mayor que los dos anteriores, de allí que se

tenga mayor regulación de tensión.


U reg%=( Egp−U tpU t p)x 100

U TP

EGP

IL

CRL

IPC

CARGA CAPACITIVA

Para una carga capacitiva – inductiva

FIG. DIAGRAMA FASORIAL CON CARGA CAPACITIVA

Carga Capacitiva Pura

Para este tenemos:

FIG. DIAGRAMA FASORIAL CON CARGA CAPACITIVA PURA

En este caso tenemos que la tensión generada internamente (Egp) es menor que la

tensión en terminales (Utp). Por lo tanto, la regulación de tensión es negativo.

De lo anteriormente, expuesto podemos decir que las cargas capacitivas son

magnetizantes.

Cabe indicar que la regulación de tensión se hace para la condición de plena carga.


FIG. REGULACIÓN DE TENSIÓN SEGÚN EL TIPO DE CARGA

ENSAYO DE VACÍO:

SE MONTÓ EL SIGUIENTE CIRCUITO SEGÚN LO PLANTEADO EN LA TEORÍA:


PROCEDIMIENTO

OBTENIÉNDOSE LOS SIGUIENTES DATOS:


ENSAYO DE VACÍO

N Vfuente (V) Eg (V) If (A)1 0 4.27 02 4.76 45.3 0.0253 8.07 91.2 0.094 13.3 163.2 0.175 20.01 246.4 0.266 30.16 364.2 0.47 35.48 416 0.488 30.76 363 0.49 24.9 314 0.33

10 19.86 253.2 0.2611 15.08 193.2 0.1912 9.87 128.4 0.1213 5.18 66.3 0.0614 0 8.61 0

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO:

SE MONTÓ EL SIGUIENTE CIRCUITO SEGÚN LO PLANTEADO EN LA TEORÍA:

OBTENIÉNDOSE LOS SIGUIENTES DATOS


ENSAYO DE CORTO CIRCUITO

N Vfuente (V) Icc (A) If (A)1 7.83 0.14 0.12 15.08 0.25 0.193 25.53 0.39 0.314 31.04 0.51 0.425 38.02 0.62 0.516 45.7 0.75 0.627 52.1 0.84 0.78 59.3 1 0.799 68.5 1.1 0.91

10 75.2 1.2 0.98

.

GRÁFICAS REALIZADAS:

ENSAYO CON CARGA


0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20

0.20.40.60.8

11.21.4

Icc vs If

IF (A)

Icc (A

)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60

500

1000

1500

2000

Xs vs If

IF (A)

Xs (Ω

)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60

200

400

600

800

1000

1200

Xs vs If

RESISTENCIA DE ARMADURA

N V armadura (V) I armadura (A) R armadura (Ω)1 4.1 0.2 20.52 8.45 0.41 20.63 14.65 0.73 20.64 19.92 0.83 24

RARMADURA=21.43Ω

CARGA RESISTIVA

ANÁLISIS:

El flujo producido por los polos del rotor y el producido por las corrientes del

inducido están desfasados. Generando así una distorsión del campo resultante.


ESQUEMA DEL G.S Y DESFASAJE DE FLUJOS

Si tuviéramos un generador síncrono con una carga resistiva, le aplicamos otra con el

mismo f.d.p. (f.d.p.=1), y

teniendo en cuenta las mismas

restricciones que en el caso anterior,

podemos observar en el diagrama fasorial que el valor de VΦ decrece ligeramente.

DATOS:


DIAGRAMA FASORIAL DEL G.S CON CARGA RESISTIVA

VL IL Cosθ

233 0 1

227.2 0.125 0.845

225 0.15 0.848

221.2 0.18 0.851

218.7 0.2 0.853

212.2 0.24 0.843

205.1 0.3 0.842

194.2 0.34 0.853

181.3 0.4 0.846

165 0.44 0.848

147.6 0.49 0.847

CARGA INDUCTIVA

ANÁLISIS:

En este caso los flujos aparecen en sentido contrario. Produciendo un efecto

desmagnetizante, es decir que los flujos se restan; y además produciendo que los

polos inducidos de igual nombre estén enfrentados.


Supongamos que colocamos una carga con una f.d.p. en atraso y le adicionamos otra

con el mismo f.d.p.; podemos observar que el valor de aumenta pero mantiene el

mismo ángulo de desfase con respecto a entonces tenemos un incremento en el

valor de que como ya dijimos antes, debe conservar el mismo ángulo de desfase

con respecto a y ya que el valor de es constante, entonces se produce una

disminución en el valor de tal como se muestra en el siguiente diagrama fasorial.


ESQUEMA DEL G.S Y RESTA DE FLUJOS

DIAGRAMA FASORIAL DEL G.S CON CARGA INDUCTIVA

VL IL Cosθ

233 0 1

206.1 0.1 0.65

175 0.19 0.652

161.4 0.23 0.64

145.6 0.27 0.645

123 0.33 0.651

CARGA CAPACITIVA


ANÁLISIS:

En este caso los flujos tienen igual sentido. Dando como consecuencia un efecto

magnetizante, es decir que los flujos se van a sumar; y los polos inducidos contrarios

enfrentados.

Del mismo modo que en los casos anteriores, si colocamos una carga con f.d.p. en

adelanto, y le agregamos otra con el mismo f.d.p. notamos que el valor de se

incrementa realmente, es decir se produce un aumento de la tensión en sus

terminales, tal como vemos en el diagrama fasorial.


ESQUEMA DEL G.S Y SUMA DE FLUJOS

DIAGRAMA FASORIAL DEL G.S CON CARGA CAPACITIVA

VL IL Cosθ

233 0 1

237.4 0.14 0.567

247.4 0.18 0.358

270.2 0.28 0.03

Los generadores son accionados por turbinas, ruedas hidráulicas y motores diesel u otros tipos

de motores principales. Cuando se produce un cortocircuito en el sistema accionado por un

generador, el generador sigue para producir tensión en los terminales del generador como la

excitación del campo se mantiene y el primer motor acciona el generador a velocidad normal.

El voltaje generado produce un flujo de magnitud gran falla corriente desde el generador a la

corriente de cortocircuito. El flujo de corriente de defecto está limitado solamente por la

impedancia del generador y la impedancia del circuito entre el generador y el circuito corto. En

el caso de un cortocircuito en los terminales del generador, la corriente de defecto está

limitada por la impedancia del generador solamente.

Se verificó que la prueba de cortocircuito es independiente de la velocidad de giro de la

máquina, siendo esta dependencia proporcional manifestada por medio de una recta lineal

entre corriente de armadura y de excitación. Frente a velocidades más reducidas la

característica deja de ser independiente de la velocidad debido a que la resistencia síncrona

deja de ser irrelevante frente a la reactancia síncrona.

A la hora del armado de nuestro circuito tratar de tener siempre la presencia de nuestro

profesor como guía para nuestras conexiones, para que luego nos de la posterior aprobación

del mismo, y recién poder darle tensión al circuito.

No se debe de olvidar la estética del circuito, porque si no se mantiene un orden específico

pueden resultar datos erróneos o daños que mermen el desarrollo del aprendizaje.


CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml

Para evitar que el generador entre en zona de inestabilidad se debe de proteger con un

analizador de tensión de tal manera que cuando dicho analizador detecte una tensión mayor

que la del generador lo saque fuera de servicio de manera inmediata.

El AVR es un dispositivo que regula la corriente de campo (carga inductiva) pero que se vuelve

inoperante cuando el generador entra en la zona de inestabilidad (carga capacitiva). Es decir

que el AVR no está diseñado para trabajar a tensiones mayores que la del generador aunque

dicho AVR puede trabajar con normalidad se se reduce al mínimo de tal manera que el

generador acepte potencia reactiva.

Podemos analizar que tanto la carga resistiva como la inductiva presentan regulación positiva

(ambos son desmagnetizantes) pero dicha regulación en la inductiva es mucho mayor que la

inductiva lo que podemos concluir que la carga inductiva es más desmagnetizante que la carga

resistiva.

Cuando analizamos el efecto de la carga capacitiva en el generador síncrono podemos señalar

que también se puede visualizar este efecto cuando la regulación es negativo.

A la hora del armado de nuestro circuito tratar de tener siempre la presencia de nuestro

profesor como guía para nuestras conexiones, para que luego nos de la posterior aprobación

del mismo, y recién poder darle tensión al circuito.

No se debe de olvidar la estética del circuito, porque si no se mantiene un orden específico

pueden resultar datos erróneos o daños que mermen el desarrollo del aprendizaje.

De esta manera al finalizar la experiencia se cumple con los objetivos planteados,

observando una muy buena concordancia entre lo observado y lo esperado teóricamente.


MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS – FEDERICO VARGAS MACHUCA.

SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA – TECSUP

CONTROL DE TENSIÓN – PABLO LEDESMA – UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID

SEPARATAS DEL CURSO MAQUINAS ELECTRICAS III FIEE UNAC ING. HUBER MURILLO MANRIQUE.

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA – ESCUELA DE INGENIERIA ELÉCTRICATEMA 2: GENERADOR SINCRÓNICO.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL DE BUENOS AIRES CAPITULO 9: MÁQUINA SINCRÓNICA


BIBLIOGRAFÍA

Documents

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