El Alternador Trifásico

Laboratorio #7

Dr. Edilberto Hall Grupo: 1-IE-131

Fecha de entrega: lunes 28 de septiembre

Integrantes: Nuvia Campos (ENCARGADA) Luis Batista Ricardo González Boris Pérez Mikío Sánchez Nicolle Thoms

OBJETIVOS

1. Obtener la curva de saturación en vacio del alternador.2. Obtener las características de corto circuito del alternador.

EXPOSICIÓN

Las maquinas rotatorias constan de dos partes el estator y rotor en donde una produce campo magnético y en la otra aparece el voltaje inducido, esto dependiendo de si es una maquina sincrónica, de inducción o dc.

Un alternador es una máquina eléctrica, capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética.Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa.Un alternador es un generador de corriente alterna. Funciona cambiando constantemente la polaridad para que haya movimiento y genere energía.

Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.

Inductor: el rotor, que en estas máquinas coincide con el inductor, es el elemento giratorio del alternador, que recibe la fuerza mecánica de rotación.

El inducido o estator, es donde se encuentran una serie de pares de polos distribuidos de modo alterno y, en este caso, formados por un bobinado en torno a un núcleo de material ferromagnético de característica blanda, normalmente hierro dulce. La rotación del inductor hace que su campo magnético, formado por imanes fijos, se haga variable en el tiempo, y el paso de este campo variable por los polos del inducido genera en él una corriente alterna que se recoge en los terminales de la máquina.

MATERIALES

Módulo de motor/generador síncrono. EMS 8241Modulo de motor de inducción de jaula de ardilla. EMS 8221Modulo de interruptor de sincronización. EMS 8621Módulo de fuente de alimentación (0-120 V), (120/208V) EMS 8821Módulo de medición de c-a. (250/250/250 V) EMS 8426Módulo de medición de c-a (0.5/0.5 A) EMS 8425Modulo de medición de c-d (0.5/2.5 A) EMS 8412Cables de conexión EMS 8941Banda EMS 8942

PROCEDIMIENTOS

Advertencia: en este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes. No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada. La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición.

Figura 56-1

1. Conecte el circuito ilustrado en la Figura 56-1, usando los módulos de motor/generador síncrono, motor de jaula de ardilla, fuente de alimentación y medición. El motor de jaula de ardilla se usara para impulsar el motor/generador síncrono como alternador; durante este experimento de Laboratorio, se supondrá que tiene velocidad constante. Observe que el motor de jaula de ardilla está conectado a la salida fija de 208 3 de la fuente de alimentación de terminales 1,2 y 3. El rotor del alternador va conectado a la salida variable de 0-120 V c-d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N.

2. a) Acople el motor de jaula de ardilla al alternador, mediante la banda.b) Ajuste el reóstato del campo del alternador a su posición extrema moviendo el control en el sentido de las manecillas del reloj (para una resistencia cero). c) Ponga la perilla de control del voltaje de la fuente en su posición extrema haciéndola girara en sentido contrario a las manecillas del reloj (para un voltaje en c-d igual a cero).

3. a) Conecte la fuente de alimentación. El motor debe comenzar a funcionar.b) Siendo nula la excitación de c-d, mida y anote E1, E2 y E3 (use las escalas más bajas de los voltímetros).

E1 = 5V c-a E2 = 5V c-a E3 = 5V c-a

c) Explique por qué se genera un voltaje de c-a cuando no hay excitación en c-d.RESPUESTA: Este genera un voltaje por causa del magnetismo residual, que es cuando existen fuerzas internas capaces de alinear los dipolos magnéticos elementales de un material, se tiene un imán permanente. El campo magnético residual en los elementos de

una máquina eléctrica rotatoria, son producido por diferentes causas, entre las cuales podemos mencionar las siguientes:

La utilización de herramientas con fuertes campos magnéticos en el estator y/o rotor en áreas de la máquina donde se presentan altos niveles de campo magnético durante la operación.

Los campos magnéticos originados por diferentes componentes, coincidentemente pueden estar alineados de tal forma que induzcan mayores corrientes

4. a) Aumente gradualmente la excitación de c-d a partir de 0 hasta 0.1 A c-d. b) Mida y anote en la tabla 56-1, los tres voltajes generados E1, E2 y E3.

c) Repita (b) para cada una de las corrientes directas indicadas en la tabla 56-1.d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

5. Calcule y anote en la tabla 56-1 el voltaje de salida promedio del alternador, para cada corriente directa indicada.

I1

(amps)

E1

(volts)

E2

(volts)

E3

(volts)

Ec-a

(Promedio)

0 5 5 5 50.1 60 65 60 61.670.2 100 110 105 1050.3 135 145 140 1400.4 165 175 165 168.330.5 188 200 190 192.670.6 203 218 205 208.670.7 215 230 220 221.670.8 222 240 225 2290.9 240 250 240 243.33

Tabla 56-1

I1(amps) E1 - E2 - E3 (volts)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

6. a) Conecte la fuente de alimentación y ajuste la excitación de c-d hasta que E 1=208V c-a. Mida y anote E2 y E3.

E1 = 208V c-a E2 = 220V c-a E3 = 210V c-a

b) Desconecte la fuente de alimentación sin tocar el control de ajuste del voltaje.c) Vuelva a conectar los tres voltímetros de c-a de tal manera que midan los voltajes a través de cada uno de los tres devanados del estator.d) Conecte la fuente de alimentación. Mida y anote los voltajes generados en cada devanado del estator conectado en estrella.

E1a4 = 125V c-a E2a5 = 130V c-a E3a6 = 128V c-a

e) Reduzca voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.f) Compare los resultados de (a) y (d) ¿Coinciden con los que se obtendrían normalmente de una fuente de alimentación trifásica convencional?RESPUESTA: Si, los valores medidos de E1, E2 y E3 corresponderían a los voltajes Línea a neutro, mientras que E1a4, E2a5 y E3a6 los voltajes de fase.

Figura 56-2

7. Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 56-2, con el interruptor de sincronización EMS. Observe que el interruptor esta conectado de tal manera que, al cerrarlo, queden en corto circuito directo los devanados del alternador.

8. a) Abra el interruptor de sincronización.b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste la excitación de c-d hasta que E1=208V c-a. El motor debe estar funcionando y las tres lámparas del módulo de sincronización deben estar prendidas.c) Mida y anote la corriente de excitación de c-d I1.

I1=0.5 A c-d

d) Cierre el interruptor de sincronización para poner en corto circuito el alternador; observe el comportamiento de la corriente alterna I2.

e) ¿Hasta qué valor máximo (aproximadamente) aumento I2? I2=2.5 A c-a

f) ¿Cuál es el valor final de estado permanente de I2 e I1?

I1=0.5 A c-d I2=1.8 A c-a

g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

PRUEBA DE CONOCIMIENTOS

1. a) En la grafica de la Figura 56-3, marque los valores promedio de los voltajes en función de los valores de corriente c-d, tomados de la Tabla 56-1.b) Trace una curva continua que pase por los puntos marcados.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

50

100

150

200

250

300

CORRIENTE DEL ROTOR (A c-d)

VOLT

AJE

GEN

ERAD

O (E

c-a)

Figura 56-3

c) ¿Hasta qué valor forma una línea más o menos recta la curva del voltaje? __105___d) ¿En donde se encuentra el codo de la curva de saturación? 208.67V c-a.

e) Explique por qué el voltaje aumenta con menor rapidez cuando se incrementa la corriente de c-d.RESPUESTA: De la curva observamos que en la primera parte hay casi una relación lineal entre la corriente del rotor y la el voltaje generado, luego aparece un codo de saturación y por último una zona saturada en la cual para un incremento de la corriente de excitación, se logran pequeños incrementos del voltaje. El análisis que efectuamos sobre la máquina lo hacemos dentro de la zona lineal a los efectos de simplificar los conceptos. Esta curva se corresponde con la de imanación de la máquina (Para una determinada velocidad del rotor), ya que la tensión es función del flujo y la intensidad de campo magnético es proporcional a la corriente de excitación.

2. Dé algunas de las razones por las que no se debe operar un alternador cerca del codo de su curva de saturación.RESPUESTA: porque está en saturación, causando que la maquina sea menos eficiente, se tienen perdidas.

3. Un alternador tiene menos probabilidades de quemarse cuando está en un corto circuito permanente, que un generador en derivación de c-d con excitación independiente. Explique esto.RESPUESTA: Esto se debe a que un generador nunca se satura en condiciones de corto circuito, esto debido a que en la región lineal el entrehierro consume la mayor parte de la fuerza magnetomotriz, la recta recibe el nombre de línea del entrehierro. A medida que la saturación se establece, la curva de circuito abierto comienza a desviarse de la línea de entrehierro, tal como se muestra en la figura 56-4.

Figura 56-4.