Facultad: Ingeniería Escuela: Ingeniería Eléctrica ... · Facultad: Ingeniería Escuela: Ingeniería Eléctrica Asignatura: Conversión de energía electromecánica II Tema: ^Generador

Facultad: Ingeniería Escuela: Ingeniería Eléctrica Asignatura: Conversión de energía electromecánica II

Tema: “Generador Síncrono Trifásico” Guía No.1

I. Objetivos

Que el estudiante adquiera destreza en la conexión y operación del generador síncrono

trifásico. Demostrar experimentalmente el efecto de la variación de la corriente de excitación y la

velocidad sobre el voltaje generado. Analizar el comportamiento de un generador síncrono trifásico conectado a cargas

resistivas, inductivas y capacitivas.

II. Material y equipo

Item Cantidad Descripción

1 1 Máquina síncrona trifásica

2 1 Máquina de corriente continua en derivación

3 1 Regulador de campo

4 2 Multímetro digital

5 1 Cargas capacitivas, inductivas y resistivas

6 1 Interruptor de 4 polos

7 1 Vatímetro

8 1 Juego de protecciones de final de eje

9 1 Juego de protecciones de acople de eje

10 1 Medidor de ángulo de fase

11 1 Fuente de CC variable de 10A (primotor)

12 1 Fuente de CC variable de 1A (excitación)

III. Introducción

El principal elemento de toda red de potencia eléctrica es el generador, y por lo tanto es muy importante su estudio en condiciones de vacío y bajo carga. Como sabemos la energía eléctrica que usamos en nuestros hogares debe poseer dos características principales:

Frecuencia de 60 Hz. Un nivel de voltaje de acuerdo a su uso, generalmente de 110 o 220 Vac.

Conversión de Energía Electromecánica II

2

Estas condiciones deben de ser cumplidas por el generador, especialmente la frecuencia, ya que el voltaje cambia de nivel de acuerdo al punto en el cual nos encontremos en la red de potencia. La frecuencia depende de la velocidad a la cual se mueve el generador y del número de polos de la máquina guardando una relación expresada en la siguiente fórmula:

𝑓 =𝑝𝑛𝑠120

Dónde: P = número de polos ns= velocidad síncrona f= frecuencia De la expresión anterior se observa que hay diversidad de máquinas las cuales realizarían el mismo objetivo, por ejemplo se pueden obtener 60 Hz con una máquina de dos polos a 3600 rpm, de igual forma se lograría con una de 12 polos a 600 rpm. El tipo utilizado dependerá del tipo de primotor usado para mover el generador. El otro punto importante es el voltaje y se rige por la siguiente expresión:

𝐸𝑎 = 𝐾∅𝜔 Donde K es una constante de proporcionalidad del motor que depende de los materiales, ∅ es el flujo que depende a su vez de la corriente de campo y ω es la velocidad de la máquina. Los factores que determinan la diferencia entre el voltaje interno generado EA y el voltaje de fase V∅ son: • Reacción de armadura. • La auto inductancia de las bobinas de las armaduras. • La resistencia de las bobinas de la armadura. • La configuración de los polos. 1El circuito equivalente por fase es según se muestra en la figura a.

Figura a.


3

Se sugiere utilizar una conexión estrella con neutro, tanto para el generador como para la carga. Consulte previamente con su instructor para determinar la disponibilidad de los elementos necesarios para realizar su demostración experimental. Para carga resistiva, el diagrama fasorial es (figura b):

Figura b

IV. Procedimiento

Parte I. Acople una máquina de Vdc con una máquina síncrona y un tacogenerador como se muestra en la figura 1 de los anexos. Máquina de CC. 1. La máquina de CC se conectará en derivación, o sea que el campo se conectará en paralelo con la armadura (pídale instrucciones al instructor de la materia), se alimentará una fuente de CC variable que pueda entregar al menos una corriente de 10A (consultar al respecto). Esta servirá de primotor para aplicar potencia mecánica a la máquina síncrona. La velocidad se controlará con el potenciómetro de CC variable, el que inicialmente deberá estar colocado en sentido antihorario. Máquina Sincrónica. 2. La armadura o estator se debe conectar en estrella, usando el neutro como referencia para medir el factor de potencia y voltaje de fase. El campo excitatriz de la máquina síncrona se debe alimentar mediante el puente de rectificación, usando una fuente de CC variable que pueda entregar al menos una corriente de 1A (consultar al respecto). La corriente de excitación se controlará con el potenciómetro de CC variable, el que inicialmente deberá estar colocado en sentido antihorario. Note que para conectar la máquina síncrona como generador se necesita una fuente de CC variable de al menos 10A para conectar el motor de CC, el cual se acopla el eje del generador, y también una fuente de CC variable de al menos 1A para conectar el campo de excitación. Para medir If y Vf utilice multímetro para medir voltaje y corriente de CC. Para medir el factor de potencia utilice un medidor de ángulo de fase. Tacogenerador: 3. Estará acoplado a la máquina síncrona y en combinación con un medidor se utilizará para supervisar la velocidad de la máquina síncrona (asegúrese de calibrar estos medidores).


4

Parte II. Característica de circuito abierto. 1. Haga girar el conjunto primotor-generador a 1800 rpm y complete los datos de la tabla 1, considerando la medición de Ea (V) como voltaje de línea a neutro bajo condición de circuito abierto (no hay carga eléctrica alimentada). Bajo estas condiciones fe=60Hz. Varíe el valor de la If según los datos de la tabla, valores para los cuales obtenemos el Ea. Revise los datos de placa del generador, por si es necesario modificar los datos de corriente If en la tabla, en función de esos datos de placa. Observe para ello, el valor de If nominal.

If 0 0.05 0.07 0.08 0.10 0.20 0.30 0.40 0.45 0.50

Ea (V)

Tabla. 1

2. Ajuste If= 0.4A y complete los datos de la tabla 2.

rpm 0 300 400 500 600 700 800 900 1000

Ea (V)

rpm 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 2000

Ea (V)

Tabla. 2

Parte III. Comportamiento bajo carga.

1. Conecte la salida de potencia de la máquina síncrona a una carga resistiva trifásica conectada en estrella, previa conexión de interruptor de 4 polos, para poder modificar las cargas de la red trifásica del generador. Use R= 680ohmios, If= 0.4A, 1800rpm; fe= 60Hz Mida Ia, Vfase, y factor de potencia.

Ia= Amperios

Vf= Voltios

FP= Adimensional

2. Conecte en serie a R= 680 ohmios, un capacitor C= 3uF, en cada fase de la carga (carga RC). Mida Ia, Vfase, y factor de potencia.

Ia= Amperios

Vf= Voltios

FP= Adimensional


5

3. Conecte en serie con R= 680 ohmios una reactancia L= 800mH, en cada fase de la carga (carga RL). Mida Ia, Vfase, y factor de potencia.

Ia= Amperios

Vf= Voltios

FP= Adimensional

Parte IV. Prueba de DC del estator de la máquina síncrona. 4. Usando una fuente de CC variable, alimente una fase del estator (aísle la fase bajo prueba del resto del estator) con Ia= 0.6A. Observe los datos de placa del generador, y en función de estas puede modificar este valor de corriente de prueba.

Mida el valor de Vdc=_____________ Voltios

Nota: El estudiante deberá revisar las preguntas de la discusión de resultados para realizar las mediciones que considere necesarias, aparte de las realizadas durante el procedimiento, para la resolución posterior de las mismas (de ser necesario, consulte al instructor de la materia).

V. Discusión de resultados

1. Elabore un diagrama esquemático que muestre como conectará los componentes, dispositivos, máquinas, instrumentos, etc. para el desarrollo de su demostración experimental. 2. Explique e indique con esquemas como se obtiene la curva característica de circuito abierto para el generador bajo prueba. 3. Explique cómo se determina el valor de rA. 4. Explique cómo determinar los fasores, para la elaboración de los diagramas fasoriales. 5. Conociendo los valores de Ia, Vfase, Ea, demuestre la manera de encontrar el valor de Xs. 6. Exprese sus conclusiones sobre el efecto de cada carga sobre el voltaje terminal del generador. 7. Explique cómo determinar la potencia de entrada del generador, para la elaboración del diagrama de flujo de potencia. 8. Elabore el diagrama de flujo de potencia para este generador trifásico.

VI. Investigación complementaria

1. Investigue en donde se pueden encontrar las máquinas síncronas y que aplicación tienen. 2. Investigue el término secuencia de fase positiva y negativa, y que aplicación tiene en los

generadores síncronos.


6

VII. Bibliografía

Electric Machines. Second Edition. Charles I. Hubert. Prentice Hall, 2002. Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley, Jr. McGraw-Hill

1992. Fundamentos de Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman. McGraw-Hill 1990.

VIII. Anexos

Figura 1.


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Hoja de cotejoNo:

Guia 1: Generador Síncrono Trifásico

Alumno: Puesto No:

Docente: Fecha: GL:

EVALUACION

% 1-4 5-7 8-10 Nota

CONOCI-MIENTO

20%

Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos durante la evaluación previa de la práctica.

Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos

Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos

APLICA-CIÓN DEL

CONOCI-MIENTO

20%

Un porcentaje de mediciones, entre el 0% y 45% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas.



20%

La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria es insuficiente.

La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria contiene menos elementos de lo solicitado.

La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria es suficiente.

20%

No interpreta correctamente todos los resultados obtenidos durante la práctica, aún con apoyo del docente.

Interpreta correctamente, aunque con apoyo docente, los resultados que se obtienen durante la práctica.

Interpreta correctamente los resultados obtenidos durante la práctica.

ACTITUD

10%

Se ha tardado un tiempo mucho mayor al esperado para realizar la práctica.

Se ha tardado un tiempo poco mayor al esperado para realizar la práctica.

El tiempo de realización de la práctica es mejor que el esperado.

10%

No tiene actitud proactiva para realizar las mediciones durante la práctica.

Su actitud es parcialmente proactiva para realizar las mediciones durante la práctica.

Muestra claramente una actitud proactiva para realizar las mediciones durante la práctica.

TOTAL 100%


8


Tema: “Generadores Síncronos en Paralelo” Guía No.2

I. Objetivos

Desarrollar un circuito de generadores y alcanzar las condiciones de operación óptima

para que los generadores puedan conectarse en paralelo. Obtener la característica de frecuencia en términos de la carga demandada al sistema. Verificar los cambios abruptos que producen en la carga efectos sobre el voltaje

generado, frecuencia y la velocidad del primotor. Desarrollar las maniobras adecuadas para sacar al generador de sobre y baja velocidad,

ante una repartición de carga.



1 2 Máquinas síncronas trifásicas SE 2662-M6

2 2 Maquinas shunt (primotores) SE 2662-5A




6 1 Carga resistiva

7 1 Carga inductiva


9 2 Vatímetro

10 1 Voltímetro doble SO2112-7F

11 1 Frecuencímetro doble SO3212-7A

12 1 Synchronizing Panel Lamps SO3212-6T

13 1 Sincronoscopio SO3212-7B6


9

La conexión en paralelo de un generador síncrono puede realizarse bajo dos condiciones principales: a) Conexión en paralelo con un bus infinito y b) Conexión en paralelo con otro generador igual o similar. El comportamiento de un grupo motor-generador dado con respecto al flujo de potencia se expresa mediante dos gráficas muy importantes. Estas gráficas son: a) Gráfica Frecuencia – Potencia activa, y b) Gráfica Voltaje - Potencia reactiva. 1. Conexión de un generador en paralelo con un bus infinito para alimentar a una carga. En el caso en que un generador se conecta en paralelo con un bus infinito, dicho generador queda cautivo en lo que respecta a su frecuencia y voltaje a los del bus infinito. Sin embargo, dependiendo de la acción del primotor y/o de la excitación del campo, el generador puede tomar o inyectar potencia al bus infinito. La configuración de este sistema es como se muestra en la figura a.

Figura a.

2. Conexión de dos generadores en paralelo para alimentar a una carga. Cuando se conectan en paralelo dos generadores se deben cumplir las condiciones básicas para el paralelismo; sin embargo dependiendo de la distribución de la carga deseada las frecuencias y voltajes de operación en vacío de cada uno de el/los puede ser diferente y en consecuencia, después de realizarse el paralelismo, la frecuencia y el voltaje del sistema son diferentes de las frecuencias y voltajes en vacío de los dos generadores. A pesar de lo anterior, en el instante de la conmutación para el paralelismo, las frecuencias y voltajes de ambos generadores debe ser aproximadamente la misma. Los diagramas casa son una herramienta muy útil para el cálculo de la distribución de potencias y para determinar las frecuencias y voltajes, tanto en la condición de vacío como del sistema paralelo conectado a una carga especificada. La configuración de este sistema es como se muestra en la figura b.

III. Introducción


10

Figura b.

IV. Procedimiento

Parte I. Determinación de la caída del primotor y razón de cambio de la frecuencia. Nota: Utilice cables de diferentes colores para diferenciar cada una de las fases de cada generador (o generador y la red). Lo mismo con el neutro, el cual deberá estar claramente identificado. a. Implemente el circuito de la figura 1 de los anexos. b. Una vez armado el circuito, lleve el generador No.1 a condiciones nominales, 380 voltios y 60 Hz (esto podrá observarlo en el voltímetro y frecuencímetro doble). c. Conecte la carga al generador cerrando los interruptores SW1 y SW3 (SW2 debe permanecer abierto). ¿Explique qué sucedió con el voltaje y la frecuencia en este momento? Explique:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ d. Con mucho cuidado ajuste la velocidad y la corriente de excitación del generador hasta llegar nuevamente a las condiciones ideales (Vl= 380 voltios y f=60Hz). Anote la potencia real y reactiva consumida por la carga.

P1= Watts

Q1= Vars

e. Luego desconecte la carga accionando SW1, SW3. Anote el valor de la frecuencia observada en el frecuencímetro.

f1 sincarga = _________________Hz


11

f. Disminuya el voltaje en las terminales por medio de la excitatriz del generador y disminuya la frecuencia, para volver a las condiciones iniciales de generación. g. Repita el procedimiento con la red trifásica (o con el generador 2) realizando los literales b, c, d, e, y f, observando que en esta oportunidad los interruptores SW2 y SW3 serán los accionados (SW1 deberá permanecer abierto). h. Anote a continuación los datos para la red trifásica (o generador número 2).

P2= Watts

Q2= Vars

i. Luego desconecte la carga accionando SW2, SW3. Anote el valor de la frecuencia observada en el frecuencímetro.

f2 sincarga = _________________Hz

j. En caso de trabajar con dos generadores, disminuya el voltaje en las terminales por medio de la excitatriz del generador y disminuya la frecuencia, esto para volver a las condiciones iniciales de generación. En caso de trabajar con la red trifásica, simplemente desconecte los interruptores que llevan potencia eléctrica de la red hacia la carga. Parte II. Conexión de Generadores en Paralelo. Repartición de carga. a. Realice nuevamente el procedimiento de llevar a las condiciones nominales cada generador, primero el generador 1 y luego la red trifásica (o generador 2). Los interruptores SW1, SW2 y SW3 deben de permanecer abiertos. b. A continuación cierre SW2, para conectar la red trifásica (o generador 2). c. Asegúrese de ubicar en el sistema las tres condiciones básicas de sincronismo: Voltajes aproximadamente iguales, frecuencia de generador 1 aproximadamente igual a la de la red (o generador 2) e igual secuencia de fase para el sistema generador-red (o generador-generador). d. Para revisar la condición respecto a la secuencia de fase, utilice el método de las lámparas (consulte la conexión). El generador 1 se conectará en paralelo con la red trifásica cuando las lámparas se apaguen y enciendan lentamente al mismo tiempo. Una vez realizado el paso anterior, conecte el generador 1 cerrando SW1 en el momento que las lámparas estén apagadas. Cierre el interruptor SW3 para conectar la carga. Anote en la tabla 1 los valores de potencia y corriente que suministra cada uno de los generadores de potencia con la carga conectada.


12

Tabla 1.

e. A continuación varíe la corriente de excitación en uno de los generadores (de preferencia generador 1), de tal manera que cambie la repartición de potencia en el sistema. Que comportamiento observó en el sistema: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ f. Anote en la tabla 2 los valores de potencia y corriente para esta nueva condición:

Potencia activa gen1

Potencia activa red(gen2)

Potencia reactiva gen1

Potencia reactiva red(gen2)

Corriente de fase1

Corriente de fase2

Tabla 2.

g. Para desconectar el sistema, únicamente realice el proceso inverso al que hizo durante la conexión. h. Desconecte todo y ordene su mesa de trabajo.


1. Demuestre, en base a los datos obtenidos, como obtener las gráficas de Frecuencia - Potencia activa y Voltaje–Potencia reactiva para un generador o red analizados individualmente. 2. Demuestre, en base a los datos obtenidos, como se realiza la distribución de potencia activa y reactiva demandada por una carga a un generador y a un bus infinito conectados en paralelo. Demuestre como se determinan las frecuencias y voltajes en vacío de cada generador y del sistema en paralelo. Haga uso de los diagramas casa correspondiente. 3. Demuestre como se realiza la distribución de potencia activa y reactiva demandada por una carga a dos generadores iguales conectados en paralelo.

Potencia activa gen1

Potencia activa red(gen2)

Potencia reactiva gen1

Potencia reactiva red(gen2)

Corriente de fase1

Corriente de fase2


13


1. Investigue acerca del significado de las expresiones GSR y GD, y además, investigue los valores de estos términos apropiados para los generadores. 2. Determine, según los valores apropiados de GSR y GD, si los datos obtenidos durante la práctica para los generadores síncronos están dentro de los valores apropiados. 3. Explique qué elemento dentro de una central hidroeléctrica se encarga de regular la frecuencia. 4. Explique qué riesgos se pueden presentar si se quita abruptamente la carga de dos generadores conectados en paralelo. 5. Investigue si en nuestro país se utiliza un sistema de excitación separado para la conexión de los generadores en las centrales hidroeléctricas.

VII. Bibliografía




14

VIII. Anexos

Nota: Si no se encuentran disponibles las cargas R=680Ω y L=0.4H, conecte cargas de valores aproximados, o según disposición en el laboratorio. Por ejemplo podría conectar una carga R=100 Ω y L=200mH. Nada más debe asegurarse de que soporten aproximadamente unos 2A de corriente. Los valores que se dan en el diagrama son sólo valores sugeridos, y no afectarán el objetivo en estudio, que es sincronismo y distribución de potencia eléctrica.


15

Hoja de cotejoNo:

Guia 2: Generadores Síncronos en Paralelo

Alumno: Puesto No:

Docente: Fecha: GL:

EVALUACION

% 1-4 5-7 8-10 Nota

CONOCI-MIENTO

20%




APLICA-CIÓN DEL

CONOCI-MIENTO

20%




20%




20%




ACTITUD

10%




10%




TOTAL 100%


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Tema: “Fundamentos de Motores Síncronos” Guía No.3

I. Objetivos

Utilizar de los datos de placa de un motor sincrónico para conocer su operación estable. Comprobar los efectos eléctricos que se producen en un motor síncrono, con respecto a

la variación de la corriente del campo. Verificar los parámetros que hacen variar el factor de potencia y los valores límites de

estabilidad en un motor síncrono. Conectar adecuadamente una máquina sincrónica como motor trifásico y conocer su

forma correcta de arranque. Verificar la tendencia de la velocidad síncrona en las condiciones de vacío.




2 1 Unidad de control para freno magnético

3 1 Freno magnético



6 1 Vatímetro



9 1 Medidor de ángulo de fase

10 X Cables de diversas medidas


12 1 Fuente Trifásica de Vac variable


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El motor síncrono es similar en todos los aspectos constructivos que el generador síncrono, la única diferencia es la dirección de la potencia en la máquina. Este utiliza tanto corriente directa como corriente alterna para funcionar. El devanado del estator es conocido como armadura o inducido, y el devanado del rotor es conocido como devanado de campo excitatriz. La excitatriz crea un campo magnético uniforme giratorio que interactúa con el campo magnético estacionario sobre las espiras de la armadura. Puesto que el campo magnético del estator estará girando, el campo magnético del rotor constantemente tratará de alcanzarlo, mientras mayor sea la separación angular entre los dos campos, mayor es el par en el rotor de la máquina. Al acoplarse mecánicamente una carga al eje de un motor sincrónico, éste desarrollará suficiente torque para mantener al motor y su carga a una velocidad sincrónica. Los motores son usados principalmente en aplicaciones grandes de potencia y la facilidad de controlar su potencia reactiva. Tienen características de velocidad constante y sus aplicaciones incluyen desde molinos, refinerías, bombas, compresores, ventiladores, pulverizadores y otras grandes cargas, además de ayudar en la corrección del factor de potencia al ser utilizados como capacitor dinámico. Los motores sincrónicos diseñados específicamente para controlar el factor de potencia no tienen eje externo y son llamados condensadores síncronos. Ellos flotan en el sistema o bus infinito, y proveen solamente potencia reactiva al sistema. La dirección de la potencia reactiva, y por lo tanto el factor de potencia del sistema, es ajustado por el cambio de la intensidad de la corriente de excitación de campo de la máquina. Cuando no se especifica lo contrario, cuando se analiza la conducta de motores y generadores, se asume que la máquina es conectada a una fuente de potencia de capacidad ilimitada y cero impedancia, llamada bus infinito. En la figura a se muestra el circuito equivalente de un motor sincrónico y la dirección del flujo de la corriente de armadura.

Figura a.

III. Introducción


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IV. Procedimiento

Parte I. Características operativas del motor síncrono. 1. Identifique los equipos a utilizar, incluyendo el motor sincrónico y anote los datos de placa de características del fabricante para la correspondiente interpretación. Complete la tabla 1, anotando además los otros parámetros de los datos de placa que se tengan disponibles. Luego, para completar las características constructivas, complete la tabla 2.

Conexión

Corriente nominal de armadura

Corriente nominal en el campo excitatriz

Tensión nominal de armadura

Tensión nominal del campo excitatriz

Temperatura de régimen

1 Estrella

2 Delta

Tabla 1.

Velocidad síncrona

(RPM)

Resistencia de los

devanados (tester)

Resistencia de los

devanados

(prueba DC )

Resistencia de los

devanados

ajustados

Potencia (KW)

Síncrona U U U Nominal

del Eje.

En vacío V V V Eléctrica

a la entrada.

Frecuencia

(Hz)

W W W

Tipo de circuito de campo: Brushless

Slip Rings

F F F

Polos salida

Rotor

cilíndrico

Factor de

potencia

Norma

Otro

Tabla 2.

Parte II. Prueba de DC para medición de las resistencias de armadura y de campo. 1. Identifique una fuente de corriente continua en su mesa de trabajo, que proporcione por lo menos 2 amperios de CC. Conéctela al circuito de campo en condición de vacío para alimentar la bobina con una tensión, de tal manera que suministre el 50% de la corriente nominal del circuito del devanado excitatriz del motor sincrónico. Luego complete la tabla 3, con lo cual determinará la resistencia de los devanados.


19

2. Repita el proceso para la armadura del motor, conectando todas las bobinas del estator en un circuito estrella y luego en delta, previa prueba con las bobinas de forma individual.

Bobina

Voltaje aplicado

50% de corriente nominal (A)

Resistencia eléctrica bobina aislada (ohm)

Resistencia eléctrica obtenida del arreglo

(ohm)

Campo

Devanados

Tabla 3.

La forma de conexión de las bobinas para una máquina síncrona es tal como se presenta en la figura que se encuentra en la carátula de la máquina síncrona, o en su defecto en los datos de placa del motor. Si tiene duda puede consultar al respecto acerca de la conexión. Los tipos de conexión de la máquina pueden ser: a. Conexión estrella. b. Conexión delta. Parte III. Características de carga. 1. Conecte el circuito de la figura de los anexos. 2. Una vez conectado el circuito, seleccione las escalas de los medidores, según la sugerencia: • Corriente de alimentación= 10amperios • Voltaje de alimentación= 300voltios • Corriente de excitación= 1 amperio • Medidor de potencia= seleccione las escalas más altas Las escalas pueden variar, según los parámetros a medir. En caso de ser necesario ajuste las otras escalas de medición. 3. Ajuste la corriente de campo a 300mA. Presione el push botton que se encuentra en la carátula de conexión de la máquina síncrona y con este presionado accione el interruptor de cuatro polos para energizar la máquina. Mantenga presionado este botón hasta que se alcance la máxima velocidad. Luego libere el botón y permita que el motor gire a velocidad síncrona. Realice correctamente este paso, sino el motor se recalienta y experimenta efectos vibratorios. 4. Ajuste la unidad de control del freno, para aplicarle al motor un torque de 0.2 Nm, mida entonces la corriente de estator, el ángulo de fase, la potencia eléctrica consumida, el voltaje de fase, el FP y la velocidad. Estos datos serán introducidos en la tabla 4. Complete la tabla con los otros valores pedidos. 5. Desconecte el motor en la secuencia de pasos apropiada para el motor sincrónico: • Apagar la fuente de alimentación trifásica • Quitar la carga mecánica del freno magnético • Reducir la corriente de excitación • Desconectar circuito de campo 6. Desconecte todo y ordene su mesa de trabajo.


20

M (Nm) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Iexc (mA)

300mA

U (V)

n (rpm)

Iestator (A)

P1( W)

P1 3φ

Pout (W)

η=Pout/P1 3φ

cos φ=FP

φ

Tabla 4.

Nota: Si el motor sale de estabilidad (ruido y vibración), apague el interruptor de 4 polos,

ajuste la corriente de campo a un valor estable y proceda a encender de nuevo el motor.


1. Presente las características del motor sincrónico de la tabla de la parte I. 2. Explique cuáles son las variables eléctricas límite que permiten calcular de los datos de placa, presente un ejemplo. 3. De los datos de la tabla de carga de la parte III, presente las gráficas velocidad contra torque y potencia contra torque. Explique los resultados obtenidos. 4. De los datos de la tabla de carga de la parte III, presente las gráficas de factor de potencia contra torque y corriente de carga contra torque. Explique los resultados obtenidos. 6. Presente los datos obtenidos en las pruebas de medición de resistencia de devanados de campo y armadura utilizados para esta práctica.


1. Investigue acerca de las aplicaciones de los motores síncronos. 2. Mencione 2 ventajas y 2 desventajas presenta el motor sincrónico respecto a un motor de inducción. 3. Describa un procedimiento de laboratorio para obtener el circuito equivalente del motor sincrónico, a partir de datos medidos.

VII. Bibliografía

Charles I. Hubert. Electric Machines. Second Edition. Prentice Hall, 2002. A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley. Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. Jr. McGraw-Hill

1992. Stephen Chapman. Fundamentos de Máquinas Eléctricas. McGraw-Hill 1990.


21

VIII. Anexos


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Hoja de cotejoNo:

Guia 3: Fundamentos de Motores Síncronos

Alumno Puesto No:

Docente: Fecha: GL:

EVALUACION

% 1-4 5-7 8-10 Nota

CONOCI-MIENTO

20%




APLICA-CIÓN DEL

CONOCI-MIENTO

20%




20%




20%




ACTITUD

10%




10%




TOTAL 100%


23


Tema: “Curvas V de los Motores Síncronos” Guía No.4

I. Objetivos

Adquirir la capacidad de implementar un sistema para el control del FP.

Comprender acerca del uso de un motor síncrono para la corrección del FP.

Construir las curvas V de un motor síncrono, a partir de datos medidos.







5 1 Medidor de factor de potencia


7 1 Acople para motores y freno

8 1 Cubierta de acople

9 X Cables de diversas medidas

10 1 Pinza Amperímetrica

III. Introducción

Las curvas V son una representación gráfica de la conducta de la maquina síncrona y que define como es la corriente de armadura a una determinada corriente de excitación, manteniendo constante un parámetro de carga en el eje. Es una función de dos variables en la cual se mantiene constante una de ellas, el resultado de la gráfica es la forma de una letra V. Las curvas V son ampliamente utilizadas para estudiar la estabilidad dinámica de los motores síncronos, determinar la reactancia sincrónica de una manera indirecta y evaluar las condiciones de adelanto y atraso o sub-excitación y sobre-excitación de la inyección de reactivos y corrección del factor de potencia con respecto a un sistema eléctrico. También se puede obtener una variante de las curvas V, midiendo el FP en función de la corriente de excitación de la máquina síncrona.


24

IV. Procedimiento

PARTE I. Obtención de las curvas V del Motor Síncrono. 1. Conecte el motor síncrono a la red de potencia con su respectivo interruptor de 4 polos y con un amperímetro de CC en la bobina de excitación. Conecte en una de las fases el medidor de ángulo de fase. Acople el freno magnético con el eje del motor y ajuste las escalas respectivas. 2. Encienda el motor síncrono, tomando las consideraciones de arranque necesarias para su correcto funcionamiento, y regule el valor de la corriente de la bobina de excitación, de tal forma que pueda barrer el valor del FP del sistema desde un FP=+Inductivo, pasando por un FP=1, y llevando el factor de potencia hasta un valor de FP=-Capacitivo. Estos datos los obtendrá para un valor de carga mecánica en el eje de τ=0Nm. Obtenga 4 valores de medición para cuando el sistema es inductivo, 4 valores de medición para cuando el sistema es capacitivo, además del valor del FP unitario. Aparte de medir el ángulo de fase, deberá medir la corriente en el estator (Ia) del motor en una de las fases.

Nota: Siempre tenga presente estar pendiente de la estabilidad del motor. En caso de que el motor salga de sincronismo revise el valor de corriente de excitación de la bobina de campo. 3. Complete la tabla de datos, tabla 1 mostrada.

τ=0Nm

Valores FP= +Inductivo FP=1 Valores FP= -Capacitivo

If (mA)

Ia (A)

Cos φ

Tabla 1. 4. Repita el procedimiento anterior para los valores de torque mecánico τ=0.5Nm, τ=1.0Nm y τ=2.0Nm, respectivamente. Complete las tablas de datos mostradas.

τ=0.5Nm


If (mA)

Ia (A)

Cos φ

Tabla 2.

τ=1.0Nm


If (mA)

Ia (A)

Cos φ

Tabla 3.


25

τ=2.0Nm


If (mA)

Ia (A)

Cos φ

Tabla 4.

5. Desconecte todo y ordene su mesa de trabajo.

Nota: dependiendo de la potencia del motor síncrono que esté utilizando, observe los valores de torque sugeridos en las tablas. Si el motor síncrono sale de estabilidad (ruido y vibración), apague el interruptor de 4 polos y ajuste el torque en el eje a un valor estable que el motor síncrono tenga capacidad de controlar.

Parte II. Control del Factor de Potencia.

1. Activando sólo SW2 de la figura 1 de los anexos, mida:

Vars inductivos=

Cos φ=

Nota: esta parte se realizará sin aplicar carga mecánica en el eje.

2. Activando sólo SW1, con If=300mA arranque el motor síncrono y ajuste If hasta obtener el

mismo valor de Vars (pero capacitivos) que se obtuvieron en el literal a. Mida:

Vars capacitivos=

Cos φ=

3. Mida los Vars y cos φ al activar simultáneamente SW1 y SW2, bajo las condiciones ajustadas

anteriormente en el motor síncrono. Si el factor de potencia aún no es unitario, ajuste la If hasta

obtener Cos φ= 1, anotando los Vars capacitivos que entrega el motor para obtener dicho

parámetro.

Vars=

Cos φ=


26


1. Con los datos obtenidos en las tablas, presente las gráficas de las curvas V (en el mismo plano) para tres valores de torque de la máquina síncrona. 2. Con los datos obtenidos en las tablas, presente las gráficas del FP en función de la corriente de excitación de la máquina síncrona. 3. Explique cómo se relacionan los términos de sobre-excitación y sub-excitación, para comprender el comportamiento del signo (sentido de flujo) de la potencia reactiva inductiva, y luego producir potencia reactiva capacitiva. 4. Para la parte II, dibuje esquemáticamente la red como fuente de potencia, y el motor síncrono y la carga inductiva como cargas conectadas a la red. Dibuje esquemáticamente el flujo de potencia reactiva para: i. Sólo operando el interruptor SW2. ii. Sólo operando el interruptor SW1. iii. Operando ambos interruptores SW1 y SW2. 5. Determine un procedimiento práctico para encontrar la curva de factor de potencia unitario. 6. Determine un método práctico para encontrar la reactancia síncrona de la máquina utilizada durante la práctica.


1. Investigue acerca de la ecuación característica que define las curvas V, de los motores síncronos. 2. Investigue cuál es el rango de operación estable del motor síncrono con su corriente de excitación, para la condición del 50% de su carga nominal al eje. 3. Investigue las condiciones que se necesitan para obtener un factor de potencia igual a cero.

VII. Bibliografía




27

VIII. Anexos


28

Hoja de cotejoNo:

Guia 4: Curvas V de los Motores Síncronos

Alumno: Puesto No:

Docente: Fecha: GL:

EVALUACION

% 1-4 5-7 8-10 Nota

CONOCI-MIENTO

20%




APLICA-CIÓN DEL

CONOCI-MIENTO

20%




20%




20%




ACTITUD

10%




10%




TOTAL 100%


29


Tema: “Principios de las Máquinas de Corriente Continua” Guía No.5

I. Objetivos

Identificar la simbología DIN para la conexión e interpretación de los circuitos en los

diferentes tipos de máquinas de corriente continua Verificar la aplicación y nomenclatura de otras simbologías comunes. Determinar los las características descriptivas de las máquinas de CC mediante la

información proporcionada por los datos de placa del fabricante. Determinar los datos de operación límite respecto a la información de los datos de placa

del fabricante. Operar apropiadamente las máquinas de corriente continua e identificar la aplicación de

éstas máquinas en la industria, determinando ventajas y desventajas



1 1 Máquina de CC en derivación, auto excitada, serie y compuesta.



4 1 Cubierta de seguridad de acople de eje

5 1 Cubierta de seguridad de final de eje



8 X Cables de toda medida



III. Introducción

Las máquinas de corriente continua fueron en algún tiempo, la solución a los problemas de generación de par electromagnético y en la aplicación de los primeros sistemas de generación de electricidad por métodos dinámicos. De hecho, las máquinas de corriente continua todavía


30

se aplican y se siguen empleando en la industria, porque presentan gran estabilidad y facilidad para el control y regulación por métodos estáticos o semiconductores. Las máquinas de CC al igual que enseñan los principios de conversión de la energía, puede darse en dos tipos: como generadores eléctricos y como motores eléctricos. A diferencia de las máquinas de corriente alterna, las máquinas de CC, constructivamente poseen la excitatriz o circuito de campo en la armadura o parte estacionaria de la máquina, dentro de las ranuras del estator.

IV. Procedimiento

Parte I. Determinación de Simbología y Nomenclatura. 1. Identifique la simbología mostrada en la caja de bornes que se presenta al frente de la máquina en estudio e identifique los datos de placa importantes:

Máquina en estudio

Símbolo eléctrico normalizado ANSI

Simbología DIN

Esquema de conexiones

en la placa de datos

Motor Serie de CC

Motor Shunt o Derivación de CC

Motor Compuesto de CC

Tabla 1.


31

Características de las máquinas de corriente continua. Complete la tabla No.2, mostrada a

continuación:

Tipo de maquina

Valor de la

resistencia del

devanado de

armadura

(con óhmetro)

Valor de la

resistencia del

devanado de campo

(con óhmetro)

Sección cualitativa

del conductor de

armadura respecto al

conductor del

circuito de campo

(mayor o menor)

Motor/Generador

Serie de CC

Motor/Generador

Shunt o en

Derivación de CC

Motor/Generador

Compuesto

de CC

Tabla 2.

Parte II. Accionamientos Básicos de los Motores de Vdc. 1. Realice la conexión del motor y de los frenos magnéticos para cada uno de los ejes de los motores primeramente con el de tipo Shunt, luego con el motor serie, no olvide conectar la unidad de control de freno. Asegúrese de una carga mecánica nula en el arranque. Puede auxiliarse de las figuras de los anexos para realizar las conexiones. Tenga cuidado de ponerle una carga de aproximadamente 1Nm al motor serie, evitando así que se sobreacelere (consulte al respecto). En las conexiones para el motor Shunt y el motor compuesto, no se tiene el problema de sobreaceleración.

Máquina en estudio en condiciones de vacío y a voltaje

nominal

Velocidad I armadura I campo

Conexión del campo en serie

Conexión de campo en derivación

Conexión del campo en excitación

separada

Motor compuesto

Tabla 3.


32

2. Ajuste el voltaje de alimentación del motor conectado hasta lograr obtener el voltaje nominal de placa. Luego aplique un torque mecánico en el eje hasta obtener el valor de corriente nominal y complete la tabla No.3. Si no logra obtener la corriente nominal ajuste hasta el valor más cercano. Siempre considere aplicar un torque de 1Nm (o más, consulte al respecto) en el motor serie, para que este no se acelere fuera de su condición nominal. 3. En cada uno de los motores conectados, realice la inversión de giro respectiva comparando los datos obtenidos con los datos de la tabla No.3.

Parte III. Determinación de los Datos de Placa de las Máquinas. I armadura, I campo. 1. Determine los datos de placa da cada uno de los motores y elabore una tabla conteniendo la información clave para su instalación, como potencia nominal, corriente del motor, tensión de los devanados, u otra información relevante.


1. Explique cómo se relacionan las características de los conductores de campo y armadura para los diferentes tipos de motores, con respecto al calibre de los conductores. 2. Explique, en función de los datos medidos, el funcionamiento de los motores respecto a condiciones de torque mecánico. 3. Explique el significado de los datos de placa de los motores de CC que se estudiaron durante el laboratorio.


1. Explique los aspectos de seguridad deben considerarse en la instalación de máquinas de CC. 2. Investigue las diferencias constructivas que existen entre cada una de las máquinas en estudio. 3. Investigue cuál de los motores estudiados considera que es más estable para el control de la velocidad y cual es más estable para el control de torque. 4. Investigue acerca de controladores de velocidad de estado sólido y como se aplican para los motores de corriente continua. 5. Explique qué aplicaciones comunes tiene cada uno de los motores.

VII. Bibliografía



VIII. Anexos


33


34

Hoja de cotejoNo:

Guia 5: Principios de las Máquinas de Corriente Continua

Alumno: Puesto No:

Docente: Fecha: GL:

EVALUACION

% 1-4 5-7 8-10 Nota

CONOCI-MIENTO

20%




APLICA-CIÓN DEL

CONOCI-MIENTO

20%




20%




20%




ACTITUD

10%




10%




TOTAL 100%


35


Tema: “Generadores de CC” Guía No.6

I. Objetivos

Desarrolle e implemente un sistema de generación de CC con generador Shunt y con

generador Excitación Separada. Determine las características de operación en vacío del generador con Excitación

Separada y Shunt. Determine la dependencia de Ea=Vt con respecto a If del circuito de campo. Determine la dependencia de Ea=Vt con respecto de la velocidad (rpm), de la máquina.



1 1 Máquina de corriente continua en derivación (como primotor)


3 1 Cubierta de seguridad de final de eje



6 X Cables de toda medida

7 1 Máquina Shunt (como generador)



10 1 Carga Resistiva


36

III. Introducción

El generador Shunt de CC, es un generador que suministra su propia corriente de excitación mediante la conexión en derivación del campo sobre los terminales de la máquina. Comparando con el generador de excitación separada, el generador Shunt tiene la ventaja que no requiere fuente adicional para alimentar su excitación. Proceso de Auntoexcitación. El proceso de autoexcitación de un generador de CC necesita la existencia de un flujo residual en los polos de la máquina. De esta forma cuando la máquina comienza a girar se autoinduce en la armadura el voltaje degeneración:

𝑬𝒂 = 𝒌∅𝝎 Esta tensión inicial es de unos pocos voltios, lo que hace que aparezca voltaje en los terminales del generador, y por consiguiente, hace circular la corriente por los bobinados del campo (If= Vt/Rf). La corriente da lugar a una fuerza magnetomotriz que incrementa el flujo en los polos. El aumento de flujo origina un aumento de Ea=Kφω, lo que a su vez origina un aumento en el voltaje terminal Vt. Las causas por las cuales no puede haber voltaje generado son: a. No hay flujo magnético residual en el generador. b. Podría haberse revertido el sentido de giro de la máquina. c. La resistencia del campo puede ser ajustada a un valor mayor que la resistencia crítica (resistencia elevada que hace cero la corriente de campo) Características de Carga. Cuando aumenta la carga en el generador, IL aumenta, lo que hace que la potencia exigida al generador sea mayor, y aumente la corriente de armadura, lo que causa una disminución del voltaje terminal. Control del Voltaje de Generación. Al igual que el generador de excitación separada, hay dos formas de controlar la tensión de un generador Shunt: 1. Variando la velocidad del primotor. 2. Variando la corriente de excitación del generador mediante la variación de la resistencia de campo. Sin embargo, tradicionalmente se hace por el control de campo por resistencia (Rf), lo que hace variar arriba y abajo del voltaje del generador por variaciones en el flujo de la excitatriz.


37

IV. Procedimiento

PARTE I. Conexiones y funcionamiento básicos de un generador de CC. Generador de CC conexión Shunt.

PARTE I. El Generador Shunt (Autoexcitado).

1. Implemente el sistema primotor generador que se muestra en la figura 1.

Figura 1. Sistema de Generador Shunt.

2. La conexión eléctrica del generador se muestra en la figura 2.

Figura 2. Conexión Generador Shunt (generador autoexcitado).

3. Ajuste el Starter regulador de campo como carga resistiva aproximadamente al 10% de su valor de resistivo.

4. Cierre el interruptor para energizar el sistema.

5. Aplique voltaje Vdc al primotor ajustando la velocidad del sistema hasta 1800 rpm.

6. Anote los valores de voltaje generado, según el valor resistivo sugerido para cada caso, completando la tabla 1, y teniendo cuidado de no llegar al 0% ni al 100% del valor de la carga resistiva. Esto con el fin de evitar dejar un cortocircuito como carga eléctrica (0 ohmios).

7. Deberá medir el voltaje en la carga (Vc), y además, la corriente total.


38

Nota: Nótese que el voltaje es proporcional a la velocidad del primotor; además, observe que a mayor resistencia de carga habrá una mayor caída de voltaje a la salida del generador.

R %

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

Vc (V)

Itotal (Amp)

Tabla 1.

PARTE II.

El Generador Excitación Independiente (Excitación Separada). 1. Sin desconectar el promotor, y sólo haciendo cambios en la parte de la generación, proceda a conectar el generador excitación separada, tal y como se muestra en la figura 3.

Figura 3. Conexión Generador Excitación Independiente.

2. En este caso no se conectará carga eléctrica a la salida del generador. Las mediciones se harán en vacío en las terminales del generador. 3. Para un valor de If igual a la mitad del valor nominal (constante), determine la dependencia de Ea=Vt en función de la velocidad. Complete la tabla 2.

Velocidad (rpm)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000 If (Amp) If= 1/2 Inominal

Vt (V)

Tabla 2.

4. Para un valor de velocidad igual a 1800 rpm (constante), determine la dependencia de Ea=Vt con respecto a la If de la máquina. Complete la tabla 3, esto para diez valores de corriente de campo If, de tal manera de no sobrepasar la corriente nominal de la máquina.


39

Tabla 3.

5. Determine el efecto de operar la máquina en sentido de rotación horario como en sentido antihorario sin cambiar ninguna conexión del generador.



1. Explique cómo se comporta el voltaje a la salida del generador, a medida aumenta el valor de la resistencia de carga (tabla 1). 2. Dibuje la gráfica de Vt en función de la velocidad (tabla 2). Explique la tendencia de la gráfica.

3. Dibuje la gráfica de Vt en función de la corriente de campo (tabla 2). Explique la tendencia de la gráfica.

4. Explique las diferencias entre los dos tipos de generadores estudiados durante la práctica.


1. Investigue 3 aplicaciones de generadores autoexcitados y 3 de excitación separada.

2. Investigue porqué un generador autoexcitado no se conecta a una fuente adicional de Vdc. 3. Investigue si el voltaje de salida de un generador de Vdc es completamente puro o si tiene rizado. Explique. 4. Mencione tres ventajas y desventajas entre los generadores estudiados.

VII. Bibliografía

Electric Machines. Second Edition. Charles I. Hubert. Prentice Hall, 2002.

Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley, Jr. McGraw-Hill

1992.

Fundamentos de Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman. McGraw-Hill 1990.

If (Amp)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.18

0.20

0.24

Velocidad (Rpm) 2000 rpm

Vt (V)


40

VIII. Anexos


41

Hoja de cotejoNo:

Guia 6: Generadores de CC

Alumno: Puesto No:

Docente: Fecha: GL:

EVALUACION

% 1-4 5-7 8-10 Nota

CONOCI-MIENTO

20%




APLICA-CIÓN DEL

CONOCI-MIENTO

20%




20%




20%




ACTITUD

10%




10%




TOTAL 100%


42


Tema: “Conexión de Generadores de CC en paralelo” Guía No.7

I. Objetivos

Conectar un circuito de generadores de CC y completar las condiciones de operación

óptimas para que los generadores puedan conectarse en paralelo.

Demostrar la dependencia del voltaje del sistema en función de la excitación de campo

y de la velocidad de rotación de cada uno de los generadores.

Demostrar la dependencia de la repartición de potencia en función de la excitación de

campo de cada uno de los generadores.



1 2 Máquina de CC Shunt (como primotores)

2 2 Máquina de CC Shunt (como generadores)

3 1 Carga resistiva



6 2 Vatímetros SO5127-1R6


8 2 Tacogenerador

9 X Cables de conexión

10 X Clavijas de tipo H

III. Introducción

La conexión en paralelo de generadores de CC puede realizarse bajo dos condiciones principales:

a) Los voltajes en ambos generadores deben de ser iguales.


43

b) Los generadores deben conectarse observando la misma polaridad.

Conexión de dos Generadores en Paralelo para Alimentar una Carga.

Cuando se conectan en paralelo dos generadores de CC se deben cumplir las condiciones básicas para la conexión en paralelo; luego puede conectarse una carga entre ambos, colocando el negativo de los generadores como terminal común o neutro, y después, el terminal positivo de cada generador deberá conectarse con un interruptor en serie para que el voltaje entregado por los generadores no entre abruptamente en la carga, de esta forma, primero entra un generador y después el otro, esto en el momento en que las condiciones de conexión en paralelo sean las ideales.

Bajo las condiciones anteriores no habrá problemas al conectar los generadores en paralelo con una carga, distribuyéndose las potencias de manera equitativa. El ingeniero o técnico que va a completar la conexión deberá procurar colocar los medidores necesarios para poder obtener los datos de las mediciones; medidores para la corriente de campo, medidores para la corriente de armadura, voltímetros, etc., de tal manera que obtenga todas las medidas para el respectivo análisis del sistema.

IV. Procedimiento

Parte I. Conexión en Paralelo de Generadores de CC.

1. Conecte dos motores de CC como primotores conexión shunt y acóplelos mecánicamente a dos generadores de CC conexión excitación separada.

2. Lleve los dos generadores a una velocidad de aproximadamente 1800 rpm. 3. Luego de que ambos generadores estén a la misma velocidad, controle la corriente

de campo hasta obtener un voltaje Vdc de 150Vdc en ambos generadores. Observe que la polaridad de los generadores sea la misma, sino tendrá que cambiar el sentido de rotación de uno de los generadores, o buscar otro método hasta que ambos generadores tengan la misma polaridad.

4. El sistema de conexión de generadores de CC en paralelo se muestra en la figura 1.


44

Figura 1. Conexión en paralelo de generadores de CC.

5. Para la conexión excitación separada, y teniendo cuidado de no sobrepasar los valores nominales de la máquina de corriente continua, proceda a realizar la conexión en paralelo de los dos generadores conectados a una misma carga. Puede usar una carga de potencia de aproximadamente unos 100Ω y que pueda soportar unos 2A de corriente. Si no encuentra la carga sugerida, proponga una carga resistiva adecuada para conectarla al sistema, considerando una resistencia de potencia que soporte al menos unos 2A de corriente.

6. Demuestre las condiciones que deben cumplirse para la conexión en paralelo de generadores de corriente continua.

7. Anote el voltaje medido en la carga y en ambos generadores, después de haber cumplido las condiciones de la conexión en paralelo. También anote la corriente de campo medida en los generadores. Registre sus resultados en la tabla 1.

Voltajes medidos en el sistema

Vgen1 (V)

If gen1 (A)

Vgen2 (V)

If gen2 (A)

Vcarga (V)

Tabla 1.

8. Mida la potencia entregada por cada generador hacia la carga resistiva, para ello conecte un vatímetro a la salida de generación. Anote sus resultados en la tabla 2.

Potencias medidas en el sistema

Pgen1 (W)

Pgen2 (W)

Tabla 2.

9. Demuestre la dependencia de la potencia en función de la excitación de campo.

Varíe la If en uno de los generadores y observe que sucede en el sistema. Anote sus resultados. Proponga una tabla de datos para anotar los resultados obtenidos en estas mediciones.



45


Presente los datos obtenidos durante las mediciones. Explique los resultados obtenidos.

Explique acerca de las condiciones necesarias para conectar un sistema de generadores de CC.

Calcule los niveles de potencia entregados por cada uno de los generadores hacia la carga de potencia, tanto de manera individual como para los dos generadores en paralelo.

Calcule la potencia generada por cada máquina si en lugar de dos generadores en paralelo, se utilizaran cuatro generadores.


1. Investigue acerca de las posibles dificultades que podrían obtenerse si se conectaran ambos generadores de CC en paralelo, con diferente polaridad. 2. Presente los diagramas de conexión que deberían de realizarse para conectar el sistema de generadores, pero ahora como si fueran generadores de CC en conexión shunt. 3. Investigue lo que sucedería si se conectaran cargas inductivas y capacitivas, aparte de las resistivas, al sistema analizado durante la práctica.

VII. Bibliografía



VIII. Anexos


46

Hoja de cotejoNo:

Guia 7: Conexión de Generadores de CC en paralelo

Alumno: Puesto No:

Docente: Fecha: GL:

EVALUACION

% 1-4 5-7 8-10 Nota

CONOCI-MIENTO

20%




APLICA-CIÓN DEL

CONOCI-MIENTO

20%




20%




20%




ACTITUD

10%




10%




TOTAL 100%


47


Tema: “El Motor conexión Shunt y el Motor Serie” Guía No.8

I. Objetivos

Verifique el funcionamiento de la máquina de tipo Shunt (derivación) y la tipo serie. Verifique la característica de carga de las máquinas, para el motor shunt y serie el

comportamiento de los motores ante la demanda de potencia.



1 2 Máquina de CC Shunt SE 2662-5A

2 2 Maquina de CC Serie SE 2662-5A

3 1 Unidad de control de freno






9 1 Tacogenerador

10 X Cables de conexión

11 X Clavijas de tipo H

III. Introducción

Una gran parte de los equipos utilizados en la industria moderna funcionan a velocidades variables, como por ejemplo los trenes laminadores, los mecanismos de elevación, las máquinas-herramientas, etc. En los mismos se requiere un control preciso de la velocidad para lograr una adecuada productividad, una buena terminación del producto elaborado, o garantizar la seguridad de personas y bienes. Los principales factores a considerar para el diseño de un sistema de regulación de velocidad


48

son: a. Límites o gama de regulación. b. Progresividad o flexibilidad de regulación. c. Rentabilidad económica. d. Estabilidad de funcionamiento a una velocidad de referencia. e. Sentido de la regulación (aumento o disminución con respecto a la velocidad nominal). f. Carga admisible a las diferentes velocidades. g. Tipo de carga (par constante, potencia constante, etcétera). h. Condiciones de arranque y frenado. El estudio de este fenómeno para cada caso particular tiene una gran importancia práctica, ya que la elección correcta de las características de los motores y variadores a instalar para un servicio determinado, requieren el conocimiento de las particularidades de éste proceso. La regulación de velocidad puede realizarse por métodos mecánicos, como poleas o engranajes, o por métodos eléctricos.

IV. Procedimiento

Parte I. Conexión de la Máquina como Motor con Devanado Serie. 1. Conecte la máquina de acuerdo al diagrama de conexiones mostrado en la figura 1. 2. Conecte todos los medidores y la unidad de freno en las escalas de medición adecuadas. 3. Utilizando la fuente de voltaje de CC, y aplicando un nivel de frenado pequeño, como 1.0Nm, opere el motor con un voltaje de 200Vdc. El nivel de frenado inicial dependerá de la velocidad o tendencia a sobreacelerarse del motor serie. Esté pendiente del funcionamiento del motor. 4. Coloque el torque con la unidad de control de freno para los diferentes valores mostrados en la tabla 1, comenzando con un torque adecuado. Complete los valores que se piden en la tabla. 5. La potencia eléctrica consumida deberá calcularse de acuerdo con la fórmula: P1=Va*I La potencia mecánica se calcula de acuerdo con la fórmula: P2=τω, Las potencias junto con la eficiencia son valores que deberán calcularse de acuerdo con los datos medidos.


49

Figura 1. Motor Conexión Serie

Complete la tabla de datos 1.

Va (V) 200Vdc

τ (Νm) 1.0 2.0 3.0 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

n (rpm)

I (A)

P1 (W)

P2 (W)

η

Tabla 1.

Parte II. Conexión de la Máquina como Motor con Devanado Shunt. El circuito básico de un motor de CC conexión Shunt (conocido también como conexión derivación) nos muestra que en su conexión el devanado de excitación de campo está en paralelo con el devanado de armadura. Esta conexión de motor se ha estado realizando anteriormente. Si tiene dudas acerca de la conexión, consulte al respecto.


50

Actividades: 1. Para el motor de CC conexión Shunt, y teniendo cuidado de no sobrepasar los valores nominales de la máquina de corriente continua, demuestre la dependencia de la velocidad con respecto al voltaje de alimentación (Va=Vt). Para ello complete la tabla No.2. 2. Además mida la corriente total consumida por el motor y calcule, a partir de los datos medidos, la potencia eléctrica absorbida por la máquina.

Va (V) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

n (rpm)

Itot (A)

Pabs (W)

Tabla 2.

Parte III. Frenado de las Máquinas de Corriente Continua. 1. Ajuste las condiciones nominales de vacío del motor devanado serie. Siempre considere la posibilidad de sobreaceleración del motor, por lo tanto deberá estar pendiente de esta condición. 2. Conecte el motor serie a un voltaje de CC de 150Vdc. Coloque el freno magnético y determine el nivel de torque hasta obtener una velocidad de 1800rpm. Mida la corriente total absorbida por el motor

τ ini= _______ Itot ini= _______

3. Sin modificar el sistema motor freno, ajuste el torque del motor hasta obtener una velocidad de 1700rpm. Mida de nuevo la corriente total absorbida por el motor

τ fin= _______ Itot fin= _______

4. Determine el torque diferencial para el cambio de condiciones (τ fin - τ ini).

∆τ= _______ 5. Determine una constante de relación de Torque con Ia para la condición del punto 3 y 4, haciendo una razón simple:

Kf = (τ fin / Itot fin) =_______; Ki = (τ ini / Itot ini) =_______

6. Explique acerca del resultado de las constantes obtenidas. Explique además, cuál es el objetivo de realizar esta prueba:

______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________


51

Nota: dependiendo del tipo de conexión de motor puede ajustar los valores de torque, de tal forma que lo importante será obtener dos puntos de medición hasta lograr el torque diferencial del motor. 7. Repita los pasos anteriores, pero ahora para el motor de CC conexión Shunt.

τ ini= _______ Itot ini= _______ τ fin= _______ Itot fin= _______

∆τ= _______

Kf = (τ fin / Itot fin) =_______; Ki = (τ ini / Itot ini) =_______

Explique acerca del resultado de las constantes obtenidas. Explique además, cuál es el objetivo de realizar esta prueba: ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 8. Apague todo y ordene su mesa de trabajo.


1. Presente las gráficas n(rpm) y corriente en función del τ de la parte I. Elabore conclusiones y

razonamientos en base a lo obtenido.

2. Presente las gráficas n(rpm) y corriente en función del Va de la parte II. Elabore conclusiones y

razonamientos en base a lo obtenido.

3. Explique las precauciones y consideradas durante la práctica para el motor serie.

4. Explique cuál es el objetivo de obtener la relación de torque de los motores.

5. Explique la forma en que los motores estudiados manejan las variaciones de torque mecánico

en su eje.


1. Investigue acerca de los métodos para la variación de velocidad de los motores de CC.

VII. Bibliografía


1992.

Fundamentos de Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman. McGraw-Hill 1990


52

Hoja de cotejoNo:

Guia 8: El Motor conexión Shunt y el Motor Serie.

Alumno: Puesto No:

Docente: Fecha: GL:

EVALUACION

% 1-4 5-7 8-10 Nota

CONOCI-MIENTO

20%




APLICA-CIÓN DEL

CONOCI-MIENTO

20%




20%




20%




ACTITUD

10%




10%




TOTAL 100%


53


Tema: “Estudio del motor universal, control de velocidad del motor universal” Guía No.9

I. Objetivos

Construir un circuito para controlar la velocidad del motor con voltaje de CC.

Construir la curva de velocidad con respecto al ángulo de disparo α, para

alimentación del motor con voltaje de CC, n=f(α).

Construir la curva de velocidad con respecto al torque M, para alimentación del

motor con voltaje de CC, n=f(M).

Construir la curva de velocidad de las características de velocidad y torque con respecto a la corriente del motor de armadura Ia, para alimentación del motor con voltaje de CC.

Examinar la potencia al lado de entrada del convertidor de corriente, para varios

valores de carga y velocidad. Construir un circuito para controlar la velocidad del motor universal con voltaje Vac.


No. Cantidad Descripción

1 1 Motor universal SE 2662-5E6

2 1 Puente de tiristores SO 3538-9H

3 1 Unidad de control de tiristores de 6 pulsos SO 3536-7B6





8 2 Tacogenerador

9 2 Cables de conexión

10 1 Fuente bipolar +/- 15Vdc

III. Introducción

En principio, un motor universal es un motor con devanado serie que puede funcionar tanto con voltaje Vdc como con voltaje Vac. La diferencia principal entre un motor


54

universal y un motor devanado serie está en la disposición del devanado de campo y el estator.

En un motor devanado serie, el devanado de campo está conectado en serie con la

armadura; esto también aplica al motor universal. Debido a que la resistencia del devanado

de campo es más grande en un circuito alimentado con Vac que con Vdc, para un mismo

valor de voltaje hay una diferencia en el consumo de potencia.

Por la forma de la conexión en serie del devanado de campo con el devanado de armadura,

la corriente de campo es la misma que la corriente de armadura en el motor universal.

Cuando este motor trabaja en vacío, esta corriente es muy pequeña y por lo tanto la

excitación de campo es muy débil.

Considerando los voltajes, entonces tenemos:

Vkl = Ea - Ia(Ra+Rf)

De donde:

Vkl= voltaje terminal

Ea= Voltaje inducido en El motor

Ia= corriente de

armadura

Ra= resistencia de armadura

Rf= resistencia del devanado de campo

De la fórmula analizada anteriormente, se observa que para un valor grande de Uo, resulta un valor pequeño de corriente Ia. Una aproximación de este voltaje est

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