Folleto 1

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA GENERALIDADES Este es un curso fundamental del pensum en Ingeniería en Electricidad y Computación para las especializaciones de Potencia y Electrónica Industrial. Las clases se imparten en el Laboratorio de Maquinaria Eléctrica de la Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación de la Escuela Superior Politécnica del Litoral. El curso de Maquinaria Eléctrica II es correquisito del laboratorio de Maquinaria. TEXTO.• The Laboratory Machine (ULM) Instruction Book, Hampden. • Console Instructions for ULM Hampden Bulletin 120 CI. • Hampden Bulletin 120 EX.-VT. • Hampden Bulletin 120.-CI. • Hampden Instruction Book • IEEE Standard Test Code for direct current machines. • Máquinas Eléctricas de corriente continua, M. Liwschitz.- G. Clyde C. Whipple • Teoria de las Máquinas de corriente alterna, Alexander Langsdorf. • Principios de las Máquinas de corriente continua, Alexander Langsdorf. • Máquinas Eléctricas de corriente alterna, M. Liwschitz.- G. Clyde C. Whipple. • Manual de Transformadores, General Electric. PROGRAMA RESUMIDO.• Pruebas y conexiones monofásicas y trifásicas en transformadores. • Pruebas y características en máquinas de corriente continua. • Pruebas y características en máquinas de corriente alterna tipo inducción. • Pruebas y características en máquinas de corriente alterna tipo sincrónico. OBJETIVOS.Dar a conocer al estudiante la operación y pruebas más comunes que se realizan en los transformadores, las máquinas de corriente continua, máquinas de corriente alterna de inducción y máquinas sincrónicas. METODOLOGIA DEL CURSO.La asignatura Laboratorio de Maquinaria Eléctrica es de orientación netamente práctica, por lo que sus sesiones se realizan en el Laboratorio de Maquinaria Eléctrica.

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POLITICAS QUE RIGEN EN EL LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA • • • • •

•

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La asistencia a todas las sesiones del Laboratorio es obligatoria. Si por cualquier motivo el estudiante falta a una o más sesiones de Laboratorio, su calificación es de cero en esas prácticas. La inasistencia al 25% o más del número total de prácticas ocasionará automáticamente la pérdida del curso. Si el estudiante falta por motivos de enfermedad o calamidad doméstica, debidamente comprobadas, se le permitirá la recuperación de una sola práctica. El estudiante puede ingresar al Laboratorio hasta con un atraso máximo de 10 minutos de la hora establecida en los horarios. Pasados los 10 minutos se considerará automáticamente inasistencia, el estudiante no podrá asistir a esa práctica. Previo al inicio de cada práctica, el estudiante debe entregar al profesor un reporte teórico, donde conste el objetivo de la experiencia, el fundamento teórico necesario para realizar la práctica, gráficos explicativos, conexiones, equipos de medición necesarios, etc. Si el estudiante no entrega el reporte teórico, no podrá realizar la práctica. Al inicio de cada práctica se tomará una lección escrita sobre aspectos relativos a la práctica. La parte analítica del reporte, esto es: cuadros de datos con las mediciones, (obtenidos durante las prácticas), curvas, conexiones físicas de equipos, cableado e instrumentos, cálculos, contestación a preguntas, observaciones y recomendaciones; debe ser entregada al inicio de la siguiente práctica. Por cada día de atraso se rebajara el 25% de la nota correspondiente. Los reportes analíticos se aceptarán hasta un máximo de tres días hábiles de atraso, a partir de dicha fecha los reportes no podrán ser aceptados.

DE LAS CALIFICACIONES.La nota de Laboratorio de Maquinaria se divide en: • Reporte Teórico (15%) • Reporte Analítico (20%) • Lección, preparación, desempeño y contribución con la práctica (30%) • Proyecto/ Examen (35%) DE LOS REPORTES DE LABORATORIO.• Los reportes, tanto el teórico como el analítico, deben ser suficientemente claros y concisos para no dejar duda concerniente al procedimiento e interpretación de los resultados, toda información obtenida en el laboratorio debe ser tabulada, adjuntando

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los cálculos que hayan sido necesarios, así como los diagramas de conexiones físicas entre equipos e instrumentos. Algunas de las guías de práctica formulan preguntas que deben ser contestadas con una explicación clara y concreta.

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En los reportes se sugiere el siguiente formato: a) Caratula: • Nombre del Laboratorio • Paralelo • Nombre del Estudiante • Integrantes del Grupo • Título • Número de la Práctica • Fecha de entrega del informe • Nombre del Profesor b) Contenido • Objetivos de la Práctica

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Lista de equipos usados Diagrama de los circuitos que se utilizan en el experimento Breve explicación del procedimiento seguido en la ejecución de la práctica Datos experimentales obtenidos Gráficos Cálculos realizados y formulario utilizado Contestaciones a las preguntas formuladas Conclusiones y comentarios finales Bibliografía

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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA OBJETIVOS DE CADA PRÁCTICA PRÁCTICA 1 INTRODUCCIÓN Y FAMILIARIZACIÓN CON INSTRUMENTOS Y EQUIPOS •

Familiarizar a los estudiantes con los equipos, instrumentos de medición e instalaciones eléctricas que existen en el Laboratorio de Maquinaria Eléctrica.

PRÁCTICA 2 CARACTERÍSTICAS Y PARÁMETROS DEL TRANSFORMADOR • •

Determinar la polaridad y relación de transformación del transformador. Realizar la prueba vacio y cortocircuito para determinar el circuito equivalente del transformador.

PRÁCTICA 3 CONEXIONES MONOFÁSICAS Y TRIFÁSICAS DE TRANSFORMADORES • •

Realizar conexiones de transformadores monofásicos en circuitos monofásicos en serie y paralelo. Realizar conexiones trifásicas de transformadores monofásicos. Diagramas fasoriales.

PRÁCTICA 4 TRANSFORMADORES DE FASES Y AUTOTRANSFORMADOR • •

Realizar transformaciones de fases por medio de conexiones transformadores monofásicos. Operar el transformador monofásico como autotransformador.

PRÁCTICA 5 GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA 4

de

• • •

Determina la relación entre la dirección de rotación del flujo de campo con la polaridad del voltaje de salida de un generador c.c. Estudiar la relación entre el voltaje en vacio y la corriente de campo en un generador separadamente excitado (curva de saturación de un generador separadamente excitado). Obtener las características interna y externa del generador de c.c

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PRÁCTICA 6 OPERACIÓN DE MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA: GENERADOR SERIE Y MOTORES • • • •

Operar un Generador Serie y obtener su curva de regulación de voltaje. Dirección de rotación de un motor compuesto largo. Control de velocidad del motor c.c por flujo variable. Control de velocidad del motor de c.c por voltaje de armadura variable.

PRÁCTICA 7 PARAMETROS DE LA MÁQUINA TRIFASICA ASINCRÓNICA O DE INDUCCIÓN • • • •

Familiarizarse con la maquina trifásica de inducción. Tipos de maquinas y rotores. Pruebas de vacío y rotor bloqueado para determinar los parámetro de la máquina de inducción. Relación de transformación en un motor de inducción de rotor devanado. Construir un diagrama de círculo de la máquina de inducción (reporte).

PRÁCTICA 8 MÁQUINA TRIFASICA ASINCRONICA COMO GENERADOR • •

Funcionamiento como generador de inducción conectado a una barra infinita. Operación del generador de inducción en forma independiente con capacitores: 5

Paralelo Paralelo y Serie PRÁCTICA 9 OPERACIÓN DEL MOTOR TRIFASICO DE INDUCCIÓN • • • •

Métodos de arranque del motor de inducción. Control de velocidad del motor de inducción por resistencia rotóricas. Operación como motor de inducción con voltaje aplicado al rotor. Medición del aislamiento de los devanados.

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PRÁCTICA 10 MÁQUINA SINCRÓNICA: PARÁMETROS Y OPERACIÓN • • •

• •

Determine los parámetros de la maquina sincrónica. Obtener las curvas de: saturación, corto circuito, curva de carga de factor de potencia cero. Construir el triangulo de Potier. Calcular las reactancias de dispersión, y sincrónicas de eje directo y eje en cuadratura. Determinar la RCC saturada y no saturada. Procedimiento para el arranque de un motor sincrónico Obtener las curvas V de un motor sincrónico en vacio

PRÁCTICA 11 SINCRONIZACION DE GENERADORES • • •

Control de frecuencia y voltaje en un generador síncrono independiente con carga Conexión en paralelo de dos generadores. Conexión de equipos de sincronización. Reparto de carga, control de P y Q. Sincronización de generadores con la barra infinita. Reparto de carga, control de P y Q. 6

PROYECTO FINAL

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PRÁCTICA # 1 INTRODUCCIÓN Y FAMILIARIZACIÓN CON INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DEL LABORATORIO DE MAQUINARIA ELÉCTRICA OBJETIVO.Familiarizar a los estudiantes con los equipos, instrumentos de medición e instalaciones eléctricas que existen en el Laboratorio de Maquinaria Eléctrica PROCEDIMIENTO.a) Realizar el levantamiento de las instalaciones eléctricas del laboratorio de Maquinaria Eléctrica. b) Anotar detalladamente los datos de placa y características de los equipos e instrumentos de medición (Instrumentos de medición serán entregado a cada grupo, los cuales utilizaran durante todo el semestre y deberán ser mantenidos en excelente estado). c) Familiarizarse con la Maquina Universal Hampden (Universal Laboratory Machine ULM): •

Considerando que en esta máquina se realizan muchas de las prácticas de este curso, el estudiante debe tener un buen conocimiento de las características de 7

diseño de la ULM, las facilidades que presta y la operación de los equipos de la consola. •

Conectar la maquina universal a la fuente de alimentación.

•

Conectar el interruptor principal de la maquina universal.

•

Para el sistema de alimentación variable de corriente alterna, medir como mínimo tres valores de voltaje entre fases y entre fase y neutro.

•

Para el sistema de alimentación fijo de corriente continua, medir por lo menos 3 valores de voltaje continuo.

•

Determinar el valor máximo de: Reóstato de campo de la maquina universal. Reóstato del rotor devanado . Reóstato de campo del dinamómetro.

d) Medición de potencia trifásica utilizando el método de los dos vatímetros para una carga continua RLC trifásica, completar la tabla # 1

TABLA # 1 Tipo de Carga

Intensidad

Voltaje

Resistiva Resistiva Resistiva Resistiva-Inductiva Resistiva-Inductiva Resistiva-Inductiva Resistiva Capacitiva Resistiva Capacitiva Resistiva Capacitiva

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Vatímetro 1

Vatímetro 2

Cos Φ

REPORTE.1. Mostrar las diferentes maneras de representar los elementos en un diagrama unifilar. 2. Analizar el sistema de alimentación del Laboratorio de Maquinaria Eléctrica (dibujar el diagrama unifilar). 3. Indicar los datos de placa de las principales maquinas del Laboratorio. 4. Indicar las principales características de los equipos de medición. 5. Indicar los elementos y accesorios de la ULM (dibujar diagrama) PREGUNTAS.1. Indicar el número de ranuras del estator y rotor de los grupos KATO. 2. Indicar los valores nominales de la máquina universal ULM cuando funciona como:

•

Máquina de corriente continua.

•

Máquina de corriente alterna.

•

Valores nominales del dinamómetro.

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 2 CARACTERISTICAS Y PARAMETROS DEL TRANSFORMADOR OBJETIVO.1. Determinar la polaridad y relación de transformación del transformador

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2. Realizar la prueba vacio y cortocircuito para determinar el circuito equivalente del transformador. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS • • • • • • • •

2 Maquinas Universales Hampdem 1 Variac 1 Osciloscopio 1 Vatímetro 2 Voltímetros 1 Amperímetro de gancho 1 Banco de resistencias Cables

TEORIA: Polaridad Aditiva: La polaridad positiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario está arrollado en el mismo sentido que el bobinado primario. Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el mismo sentido y se sumen. Los terminales “H1” y “X1” están cruzados. Polaridad Sustractiva: La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario esta arrollado en sentido opuesto al bobinado primario. Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en sentidos opuestos y se resten.

Los terminales “H1” y “X1” están en línea.

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Polaridad Aditiva Sustractiva

Polaridad

Como determinar la polaridad de un transformador Para determinar la polaridad del transformador, se coloca un puente entre los terminales del lado izquierdo del transformador y se coloca un voltímetro entre los terminales del lado derecho del mismo, luego se alimenta del bobinado primario con un valor de voltaje (Vx). Ver el diagrama. Si la lectura del voltímetro es mayor que Vx el transformador es aditivo o si es menor el transformador es sustractivo. Prueba de Circuito Abierto Consiste en alimentar por uno de los devanados la tensión nominal, permaneciendo el otro devanado en circuito abierto. Es recomendable realizar esta prueba alimentando por baja tensión por el valor de tensión que se aplica y la magnitud de corriente de vacío (corriente de excitación), que circula, cuya componente de magnetización induce un voltaje de valor alto, peligroso para terceras personas, razón por la cual se debe tener mucha precaución Nuestros parámetros nos quedan:

Es válido mencionar que Im se calcula con la siguiente ecuación

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Prueba de Corto Circuito Esta prueba se realiza a voltaje reducido, hasta que circule una corriente nominal por el circuito. En este caso no se toma la rama de magnetización, esto es debido a que solo se requiere un pequeño voltaje para obtener las corrientes nominales en los embobinados debido a que dicha impedancias son limitadas por la impedancia de dispersión de los embobinados, por lo tanto la densidad de flujo en el núcleo será pequeña en la prueba de cortocircuito, las pérdidas en el núcleo y la corriente de magnetización será todavía más pequeña. La tensión reducida Vcc, llamada frecuentemente tensión de impedancia, se soluciona para que la corriente de cortocircuito Icc no ocasione daño en los enrollamientos. Se escoge usualmente Icc como la corriente de plena carga (nominal). Usualmente esta prueba se hace por el lado de alto voltaje (para que la corriente sea más pequeña).

Zeq, Xeq y Req son conocidas por impedancia equivalente, reactancia equivalente y resistencia equivalente, respectivamente.

Si V1 = V2, podemos decir que:

Deberá notarse nuevamente que los parámetros están en función del enrrollamiento en el que se toman las lecturas de los instrumentos. 12

PROCEDIMIENTO.Utilizar un transformador del banco de transformadores de la mesa HAMPDEN. Cada uno de los transformadores tiene los siguientes valores nominales: Potencia 1KVA Voltajes 240/120 voltios Frecuencia 60 HZ a. Realice las conexiones necesarias en las bobinas del primario y secundario del transformador para determinar la polaridad (REALIZAR DIAGRAMA DE CONEXIONES). b. Medición de los voltajes de cada uno de los segmentos de las bobinas de alta y de baja tensión, cálculo de la relación de transformación y del porcentaje de cada tap del transformador. •

Aplicar voltaje nominal al devanado de alta tensión y medir los voltajes en los diferentes terminales del lado de baja tensión.

•

Aplicar voltaje nominal al devanado de baja tensión y medir la tensión inducida en los diferentes terminales de alta tensión.

c. Prueba de circuito abierto – medición de la corriente de excitación Aplicar voltaje nominal al devanado de baja tensión sin conectar ninguna carga en el devanado de alta tensión. Medir tensión, corriente y potencia en los devanados de baja tensión. Medir también con corriente directa la resistencia del arrollamiento excitado. Aplicar voltaje nominal al devanado de alta tensión sin conectar ninguna carga en el devanado de baja tensión. Medir tensión, corriente y potencia en los devanados de alta tensión. Medir también con corriente directa la resistencia del arrollamiento excitado. d. .Prueba de corto circuito Aplicar tensión reducida al arrollamiento de alta tensión, con el arrollamiento de baja tensión en corto circuito, hasta que la corriente de corto circuito sea igual a la de corriente de plena carga. Medir tensión, corriente y potencia en el devanado de alta tensión.

REPORTE.Realizar el diagrama de las bobinas del transformador, indicando el porcentaje de cada TAP, tanto en el devanado de alta tensión como en el devanado de baja tensión. Adjuntar tabla de datos experimentales. Calcular la relación de transformación.

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Realizar el diagrama de las bobinas del transformador, indicando la polaridad de cada bobina de alta y de baja tensión. Adjuntar datos experimentales y diagrama de conexión de la prueba. Calcular los parámetros del transformador. Adjuntar diagrama de conexiones para cada prueba, datos experimentales, formulas utilizadas para el cálculo, cálculo de los parámetros, dibujar el circuito equivalente del transformador.

PREGUNTAS.1. La polaridad obtenida en el presente experimento para el transformador utilizado cumple con las normas establecida (comparar con la identificación dada a los terminales de las bobinas del transformador). 2. Cuál es el valor de la corriente de excitación en porcentaje e indicar si cumple con el rango establecido por normas. 3. Con los datos obtenidos en la experiencia calcular el porcentaje de regulación. 4. Con los datos obtenidos en la experiencia calcular la eficiencia de regulación. 5. Calcular el circuito equivalente con las cantidades referidas al primario y al secundario. 6. ¿Cómo sabemos que la polaridad es sustractiva o aditiva? 7. ¿Cuándo se considera alta tensión y cuando baja tensión?

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FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 3 CONEXIONES MONOFASICAS Y TRIFASICAS DE TRANSFORMADOR OBJETIVO.1. Realizar conexiones de transformadores monofásicos en circuitos monofásicos en serie y paralelo 2. Realizar conexiones trifásicas de transformadores monofásicos. Diagramas fasoriales TEORIA: Un sistema trifásico se puede transformar empleando 3 transformadores monofásicos. Los circuitos magnéticos son completamente independientes, sin que se produzca reacción o interferencia alguna entre los flujos respectivos. Otra posibilidad es la de utilizar un solo transformador trifásico compuesto de un único núcleo magnético en el que se han dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los arrollamientos primario y secundario de cada una de las fases,

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CONEXIÓN DELTA-DELTA:

CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA

Conexión Estrella-Estrella desfasado 0°

Conexión Estrella-Estrella desfasado 180°

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CONEXIÓN T

CONEXIÓN DELTA ABIERTO

PRIMARIO EN ESTRELLA ABIERTA – SECUNDARIO EN DELTA ABIERTA

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TABLA DE CONEXIONES DE TRANSFORMADORES

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PROCEDIMIENTO.Los estudiantes deben traer los diagramas de todas las conexiones a realizar 1. Conexiones monofásicas de los transformadores •

Conectar a voltaje nominal las bobinas de alta tensión en serie

•

Conectar las bobinas de baja tensión en serio y medir el voltaje en el secundario

•

Conectar las bobinas de baja tensión en serie, poner el punto medio de la bobina de baja tensión a tierra y medir el voltaje en el secundario.

•

Conectar las bobinas de baja tensión en paralelo y medir el voltaje en el secundario

2. Conectar a voltaje nominal las bobinas de alta tensión en paralelo. •

Conectar las bobinas de baja tensión en serie y medir el voltaje en el secundario.

•

Conectar las bobinas de baja tensión en serie, poner el punto medio de la bobina de baja tensión a tierra y medir el voltaje en el secundario.

•

Conectar las bobinas de baja tensión en paralelo y medir el voltaje en el secundario.

3. Conectar los tres transformadores del banco de transformadores HAMPDEN para operar en paralelo, colocar una carga resistiva en el secundario, medir tensión, corriente en alta y baja tensión en cada transformador y en la carga. 4. Conexiones de los transformadores monofásicos en circuitos trifásicos • • • • • • • • • • •

Primario y secundario en estrella, desfasamiento 0º y 180º. Primario y secundario en delta, desfasamiento 0º y 180º. Primario y secundario en delta (el punto medio del secundario de un transformador debe conectarse a tierra), desfasamiento 0º y 180º. Primario en estrella, secundario en delta desfasamiento 30 º y 210º. Primario en estrella, secundario en delta (el punto medio del secundario de un transformador debe conectarse a tierra), desfasamiento 30º. Primario en delta, secundario en estrella, desfasamiento 30º y 210º. Primario y secundario en delta abierto, desfasamiento 0º y 180º. Primario y secundario en delta abierta (el punto medio del secundario de un transformador debe conectarse a tierra), desfasamiento 0º y 180º. Primario en estrella abierta, secundario en delta abierta, desfasamiento 30º y 210º. Primario en estrella abierta, secundario en delta abierta (el punto medio del secundario de un transformador debe conectarse a tierra), desfasamiento 30º y 210º. Primario y Secundario en “T”.

REPORTE.Para las conexiones monofásicas de los transformadores, presentar los diagramas y los valores experimentales. 19

Para todas las conexiones trifásicas de los transformadores, presentar los diagramas de conexión, los diagramas fasoriales que justifiquen el desfasamiento y los datos experimentales. PREGUNTA.Indicar si en la conexión delta abierto-delta abierto, se cumple con lo manifestador con el 86.66% de la capacidad útil de los dos transformadores De un ejemplo en donde se usa cada una de las conexiones revisadas en la práctica.

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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 4 TRANSFORMACIÓN DE FASES Y AUTOTRANSFORMADOR OBJETIVO.1. Realizar transformaciones de fases por medio de conexiones de transformadores monofásicos. 2. Operar el transformador monofásico como autotransformador. PROCEDIMIENTO.Los estudiantes deben traer los diagramas de conexiones de los transformadores 1. • • • • • •

Transformación de fases: Conexión en estrella interconectada en Zigzag. Transformación trifásica a bifásica. Transformación trifásica a hexafásica. Conexiones doble delta. Conexiones doble estrella. Conexión diametral.

2. Autotransformador: • Conexiones para tener un autotransformador elevador (utilizar transformadores monofásicos). • Conexiones para tener un autotransformador reductor (utilizar transformador monofásico). • Conexiones para tener un banco autotransformador elevador trifásico en Y (utilizar autotransformador monofásico). TEORÍA: Autotransformador Los autotransformadores funcionan basados en el principio de campos magnéticos variantes en el tiempo, por lo que tampoco pueden ser utilizados en circuitos de corriente continua. La transferencia de potencia entre dos circuitos conectados a un autotransformador ocurre a través de dos fenómenos: el acoplamiento magnético (como en un transformador común) y la conexión galvánica entre los dos circuitos (a través de la toma común). Por esta razón, un autotransformador resulta en un aparato más 21

compacto (y a menudo más económico) que un transformador de la misma potencia y voltajes nominales. De igual manera, un transformador incrementa su capacidad de transferir potencia al ser conectado como autotransformador.

La relación de transformación de un autotransformador es la relación entre el número de vueltas del devanado completo (serie + común) y el número de vueltas del devanado común. Por ejemplo, con una toma en la mitad del devanado se puede obtener un voltaje de salida (en el devanado "común") igual a la mitad del de la fuente (o viceversa). En sistemas de distribución rural, donde las distancias son largas, se pueden utilizar autotransformadores especiales con relaciones alrededor de 1:1, aprovechando la multiplicidad de tomas para variar el voltaje de alimentación y así compensar las apreciables caídas de tensión en los extremos de la línea. Se utilizan autotransformadores también como método de arranque suave para motores de inducción tipo jaula de ardilla, los cuales se caracterizan por demandar una alta corriente durante el arranque.

CONEXIÓN EN ZIG - ZAG

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CONEXIÓN DIAMETRAL:

CONEXIÓN DOBLE ESTRELLA:

REPORTE.• • •

Realizar el análisis de las conexiones realizadas en las transformaciones de fases. Presentar diagrama de conexiones, diagramas fasoriales y tabla de datos experimentales. Realizar el análisis comparativo entre el transformador monofásico y el autotransformador.

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•

Presentar diagrama de conexiones, diagramas fasoriales y tabla de datos experimentales.

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 5 GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA OBJETIVO.• Determina la relación entre la dirección de rotación del flujo de campo con la polaridad del voltaje de salida de un generador c.c • Estudiar la relación entre el voltaje en vacio y la corriente de campo en un generador separadamente excitado (curva de saturación de un generador separadamente excitado). • Obtener las características interna y externa del generador de c.c EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS.•

1 Máquina Universal del Laboratorio

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1 Voltímetro

•

1 Amperímetro

•

1 Tacómetro

•

1 Variac

•

Cables de conexión de diversos tipos

PROCEDIMIENTO.1.- Determine polaridad del voltaje de salida en un generador de c.c •

•

Conecte la maquina universal para operar como un motor de inducción trifásico tipo jaula de ardilla (usar el PLUG 3, poner las escobillas en la posición “UP”, cortocircuitar los terminales ABC del rotor y alimentar al motor con 208 voltios trifásicos). Arranque el motor de inducción, el cual girara aproximadamente a 3600 RPM en dirección contraria a la agujas del reloj tomando como referencia el extremo donde se 24

•

encuentran los anillos deslizantes de la maquina universal, de no ser así pare la maquina e intercambie dos terminales de alimentación al motor de inducción. Mida el voltaje de corriente continua a través de los terminales de la armadura del dinamómetro (A – AA). Este voltaje es debido solamente al flujo residual. Anote la magnitud y polaridad de este voltaje.

•

Conecte la bobina de campo paralelo ( X – XX) en serie con el reóstato de campo (en su máximo valor) y todo esto en paralelo con la armadura del dinamómetro. Lentamente reduzca el valor de la resistencia. Si el voltaje comienza a decrecer invierta las conexiones del campo paralelo y continúe reduciendo la resistencia del reóstato de campo. Ajuste el reóstato de campo para el voltaje generado sea de 110 voltios c.c anote las conexiones y la polaridad.

•

Pare la maquina universal e invierta la dirección de potación intercambiando dos terminales de alimentación del motor de inducción. Desconecte la bobina de campo paralelo del dinamómetro. Arranque el motor de inducción y anote la magnitud y polaridad del voltaje de armadura para esta dirección de rotación.

•

A fin de incrementar el voltaje generado con este sentido de rotación será necesario invertir las conexiones entre la armadura y el campo establecidas en el literal d. haga las conexiones y reduzca el valor de la resistencia, anote la polaridad y las conexiones.

•

Es algunas veces necesarios cambiar la polaridad sin cambiar la dirección de rotación, tal sería el caso de si el generador estuviese acoplado a un primo motor no reversible. Esto puede ser hecho si el flujo residual es invertido por medio de la restitución del campo, para lo cual se conecta directamente. Por 30 segundos, una fuente de 110 voltios a la bobina de campo, de manera que el campo tenga polaridad inversa a las especificadas en 1.6. Haga las conexiones usadas en 1.4 y arranque la máquina de inducción. Anota la nueva polaridad y conexión.

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2.- Obtener la curva de saturación de un generador separadamente excitado. •

Conectar el dinamómetro para que opere como un motor paralelo, como indica la figura.

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•

Ajustar el reóstato de campo del dinamómetro (motor) a su minina resistencia.

•

Conectar la maquina universal para que opere como generador separadamente excitado, como indica la figura (usar PLUG 10, poner las escobillas en posición “2 DOWN”)

•

Ajustar el reóstato de campo del generado (maquina universal) a su máxima resistencia.

•

Arrancar el motor y ajustar su velocidad a 2400 RPM

•

Incremente la corriente de campo del generador separadamente excitado desde cero hasta 10 amperios en aproximadamente 10 pasos (por medio del reóstato de campo), luego disminuya la corriente nuevamente a cero amperios en 10 pasos.

•

Para cada paso, anote el voltaje de salida y la corriente de campo del generado en la tabla 1 CURVA DE SATURACIÓN

Voltaje de salida Corrient e de Campo

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3.- Obtener la característica interna y externa del generador separadamente excitado •

Mantenga los pasos 2.1 al 2.5 27

•

Incremente la corriente de campo del generador a 6 amperios mediante la variación de la resistencia de campo

•

El voltaje de salida será aproximadamente 110 voltios

•

Cargue el generador de 0 a 12 amperios. Anote para cada paso de carga el voltaje terminal y la corriente de carga en la tabla 2. El dinamómetro debe ser ajustado para mantener constante los 2400 r.p m TABLA 2

•

Repetir el paso 3.2 para una corriente de campo del generador de 9 amperios.

•

Anotar los datos obtenidos en el paso 3.4 de la tabla 3

•

Mientras la maquina está caliente medir la resistencia del circuito de armadura (incluyendo los interpolos).

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TABLA 3

Resistencia de armadura = REPORTE.-

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Con los datos de la Tabla 1 grafique la corriente de campo vs el voltaje generado. Analice la curva, compárela con o que se esperaría considerando los fundamentos teóricos Con los datos de la tabla 2 grafique las curvas Vt vs I para n =2400 rpm If= 6 ; y E vs Ii para n = 2400 rpm If = 6 Con los datos de la tabla 3 grafique las curvas Vt vs I para n =2400 rpm If= 9 ; y E vs Ii para n = 2400 rpm If = 9 PREGUNTAS.•

¿Si los polos pierden su magnetismo residual, como puede ser restaurado?

•

¿Qué efecto se tendría sobre la curva de saturación, si la velocidad fuera de 3000 rpm, en lugar de 2400 rpm

•

Explique porque razón la curva de saturación tiene esa forma

•

Refiriéndose a las curvas graficadas de las tablas 2 y 3, explique porque una curva es la característica externa y la otra la característica interna.

•

¿Qué compensación puede un generador de excitación separada tener para mejorar la regulación de voltaje y la conmutación? ¿Por qué?

•

¿Qué corriente de campo, alta o baja, da una mejor regulación de voltaje en un generador separadamente excitado? ¿Por qué?

•

¿Cómo calcularía el porcentaje de regulación?

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Operar un Generador Serie y obtener su curva de regulación de voltaje 30

• • •

Dirección de rotación de un motor compuesto largo Control de velocidad del motor c.c por flujo variable Control de velocidad del motor de c.c por voltaje de armadura variable

EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS.•

1 Máquina Universal del Laboratorio

•

1 Voltímetro

•

1 Amperímetro

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1 Tacómetro

•

1 Variac

•

Cables de conexión de diversos tipos

TEORÍA.El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Los motores se conocen como motores lineales. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas. También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales. Fuerza contra electromotriz inducida en un motor Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador. La

31

polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor. Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con máquina parada no hay fuerza contra electromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito. Número de escobillas Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras En consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina. En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos Sentido de giro El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido. La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido. Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido. Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina

PROCEDIMIENTO.1.- Curva de Regulación del Generador Serie •

Conecte el dinamómetro para que opere como un motor paralelo, como indica la figura.

•

Ajuste el reóstato de campo del dinamómetro (motor) a su mínima resistencia.

•

Conecte la maquina universal para que opere como un generador serie, como indica la figura (usar el PLUG 11, poner las escobillas en posición “2 DOWN”)

•

Arranque el motor y ajuste la velocidad a 2400 rpm

•

Cargue el generador en 10 pasos de carga. Para cada paso de carga mida la corriente de carga y el voltaje terminal. El dinamómetro debe ser ajustado para mantener constante los 2400 rpm. Anote los datos obtenidos en la tabla 4

Desconecte el devanado de conmutación removiendo la conexión entre Q2 y 10, y añada una conexión entre Q2 y 7. Repita el paso 1.5 anote los datos obtenidos en la tabla 5

32

TABLA 4. PRUEBA DE CARGA CON POLOS DE CONMUTACION 33

VOLTAJE TERMINAL CORRIENTE DE CARGA TABLA 5. PRUEBA DE CARGA SIN POLOS DE CONMUTACION VOLTAJE TERMINAL CORRIENTE DE CARGA 2.- Relación entre la dirección del campo y la dirección de la corriente en la armadura con la dirección de rotación de un motor de corriente continua. •

Conecte la maquina universal para que opere como un motor compuesto, como indica la figura (usar PLUG 10, conectar 2’ con 8’, poner las escobillas en posición “2DOWN”). Ajuste el reóstato a su mínimo valor de resistencia, arranque el motor y anote el sentido de rotación.

•

Pare el motor e invierta las conexiones del campo paralelo (1 – 7) y el campo serie (2 – 8). Arranque el motor y anote el nuevo sentido de rotación.

•

Pare el motor y reconecte el campo serie y el campo paralelo en su conexión original. Invierta las conexiones del circuito de armadura. El devanado de compensación (4, 10) es parte del circuito de armadura y deberá ser invertido con la armadura. Arranque el motor y anote el sentido de rotación.

3.- Control de velocidad del motor c.c por el flujo variable •

Conecte la maquina universal para operar como motor paralelo, como muestra la figura (use PLUG 10 y la posición de las escobillas en 2 DOWN). Fije el reóstato de campo a su mínimo valor.

•

Arranque la maquina universal y varie la corriente de campo de 9 amperios a 4 amperios y anote en la tabla 6 los valores de corriente de campo, velocidad y voltaje de armadura. TABLA 6 CONTROL DE CAMPO

Corriente de Campo Velocidad Voltaje

4.- Control de velocidad del motor c.c por voltaje de armadura variable.

34

•

Conecte la maquina universal para operar como motor paralelo, como muestra la figura del punto anterior (use el PLUG 10 y la posición de la escobilla en 2 DOWN), inserte en serie con el circuito de armadura las resistencias del banco de 3KW 110 Vdc (todas en la posición ON). Fije el reóstato de campo a su mínimo valor

•

Arranque el motor, y anote en la tabla 7 los siguientes valores: Voltaje de armadura velocidad, corriente de campo para cada ocasión que una resistencia del banco de 3KW y 110 Vdc sea retirada.

TABLA # 7 CONTROL DE POSICION DE VOLTAJE DE ARMADURA Voltaje de Armadu ra Velocid ad Corrient e de Campo REPORTE.• Curva de Regulación del Generador Serie Usando los datos de las tablas 4 y 5 dibuje las curvas de regulación de voltaje del generador serie, con polos de conmutación y sin polos de conmutación • Sentido de rotación del motor compuesto Dibuje las conexiones de los pasos 2 en los tres primeros ítems e indique la dirección de rotación • Característica de un motor compuesto Con los datos de las tablas 4 y 5, dibuje la velocidad, voltaje y corriente como ordenada versus torque de salida como abcisa, para los dos grados de compuesto. Analice la relación de las curvas con las ecuaciones fundamentales de velocidad y torque. Analice la diferencia en el comportamiento del motor para los dos grados de compuesto •

Control de Velocidad 35

Con los datos de las tablas 6 y 7 dibuje la corriente de campo y el voltaje de armadura como ordenada vs la velocidad como abcisa. Analice los resultados

PREGUNTAS.1. Explique el uso de los generadores sobre compuesto y compuesto plano. 2. ¿Qué factores de diseño y que ajuste son necesarios para el campo serie produzca los efectos de sobre, bajo y plano compuesto? 3. ¿Qué es un generador compuesto corto, compuesto largo, compuesto acumulativo, compuesto diferencial? 4. Si la polaridad de la fuente de alimentación de un motor c.c. paralelo fuera invertida, cambiaria la dirección de rotación del motor. Explique 5. La corriente que circula por los conductores de la armadura de una maquina de corriente continua de que tipo es (alterna o continua) explique su respuesta. 6. ¿Qué ocurriría si el circuito del campo de un motor paralelo se abriera súbitamente? 7. ¿Por qué la velocidad de un motor serie se incrementa cuando se reduce la carga? 8. ¿Por qué un motor serie debe siempre tener algo en la carga?} 9. ¿Qué clase de aplicaciones son más apropiadas para un motor serie?

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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 7 PARAMETROS DE LA MAQUINA TRIFASICA ASINCRONICA O DE INDUCCION OBJETIVO.1. Familiarizarse con la maquina trifásica de inducción. Tipos de maquinas y rotores 2. Pruebas de vacío y rotor bloqueado para determinar los parámetro de la máquina de inducción 3. Relación de transformación en un motor de inducción de rotor devanado. 4. Construir un diagrama de círculo de la máquina de inducción (reporte). TEORIA: De todas las máquinas eléctricas giratorias, la de inducción es la que más a menudo se utiliza. La característica que justifica su popularidad se debe en mayoría a razones económicas, el motor de inducción es sencillo desde el punto de vista mecánico y por lo tanto económico, es resistente y por lo tanto necesita poco mantenimiento. Su comportamiento se puede ajustar a un gran número de diferentes condiciones de operación por medio de cambio de diseño bastantes sencillos. La máquina de inducción desde el punto de funcionamiento se divide en: 

Motor de Inducción ampliamente usado



Generador de inducción poco usado.

Según el número de fases del sistema de alimentación: 

Motor monofásico. 37



Motor polifásico, de los cuales los más utilizados son:



Bifásico (aplicaciones de sistemas de control)



Trifásico (aplicaciones de sistemas industriales)

De acuerdo al tipo de rotor que utiliza 

Jaula de ardilla



Rotor devanado

Los motores monofásicos poseen una clasificación adicional, el sistema de arranque: 

Fase partida



Arranque capacitivo



Capacitor permanente



Repulsión



Polos sombreados



Paso

PROCEDIMIENTO.38

Familiarización con la máquina de inducción Desacoplar la máquina de corriente alterna de la máquina de corriente continua del grupo motor –generador KATO. Realizar la inspección de los elementos constitutivos de la máquina de inducción y analizar las diferencias de los dos tipos de rotores que se utilizan en las maquinas de inducción. Analizar las diferentes conexiones de las bobinas del estator y sus correspondientes voltajes de funcionamiento. Realizar las pruebas de vacio ideal y de rotor bloqueado. Operar sin carga el motor de inducción (con el rotor jaula de ardilla) y medir el voltaje aplicado, la corriente de línea y la potencia de entrada. Con el rotor bloqueado, aplicar al estator tensión reducida hasta que la corriente en la línea sea igual a la corriente nominal del motor. Medir el voltaje aplicado, la corriente de línea y la potencia de entrada. Con la corriente continua, medir la resistencia del devanado del estator de la máquina de inducción. Cambiar la máquina de inducción de rotor jaula de ardilla a máquina de inducción de rotor devanado y realizar la prueba de relación de transformación (previamente deberá realizar el alineamiento del grupo motor – generador). REPORTE.Presentar los diagramas de conexiones para las pruebas de vacío y rotor bloqueado, datos experimentales, calculo de parámetro y formulas utilizadas. Dibujar el circuito equivalente del motor de excitación con los parámetros calculados. Dibujar la curva torque- velocidad y determinar el torque máximo y a qué velocidad ocurre. Realizar un análisis comparativo de resultados experimentales y a los resultados teóricos Dibujar en una hoja A3 el diagrama de círculo del motor de inducción, indicando sus puntos más importantes

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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 8 MÁQUINA TRIFASICA ASINCRÓNICA COMO GENERADOR OBJETIVO.1. Funcionamiento como generador de inducción conectado a una barra infinita. 2. Operación del generador de inducción en forma independiente con capacitores: Paralelo Paralelo y Serie TEORIA: FUNCIONAMIENTO COMO GENERADOR: De acuerdo con la ecuación del deslizamiento, es posible un s negativo cuando n > ns. Ya que la máquina al girar como motor no puede alcanzar la velocidad uniforme n = ns, debe ser otra máquina la que lleve el rotor a una velocidad superior a ns. Cuando s < 0, la P mdes viene a ser negativa. Esto significa que a velocidades supersíncronas el rotor no proporciona potencia 40

mecánica sino que consume potencia mecánica, esto es, la máquina funciona como generador. De este modo un motor de inducción, manejado por un primotor arriba de su velocidad síncrona funciona como un generador de inducción. Este es un rasgo característico de todas las máquinas eléctricas que son capaces de funcionar como motor y como generador. Ventajas: Requiere poco mantenimiento y su construcción es más sencilla. Desventajas: No se puede generar Potencia reactiva por sí sola. El Generador de Inducción tiene la posibilidad de trabajar aisladamente o puede trabajar en paralelo con Generadores Sincrónicos (éstos pueden darle la potencia reactiva para crear el flujo en la Máquina de inducción). PROCEDIMIENTO.Operar la máquina de inducción como un generado conectado a la barra infinita Acoplar la máquina de inducción jaula de ardilla (MIJA) con la máquina de corriente continua Arrancar la MIJA Operar la máquina de corriente continua como motor (verificar previamente que tenga el mismo sentido de giro de la MIJA) y hacerlo funcionar a velocidades superiores que la velocidad sincrónica del MIJA. Para diferentes velocidades en la MIJA medir: corriente, voltaje, potencia activa y reactiva. TABLA 1 VELOCIDAD (RPM)

CORRIENTE

VOLTAJE

P

Q

•

Operar la máquina de inducción como generador con capacitores

•

Paralelo Paralelo y Serie

•

Acoplar la máquina de inducción jaula de ardilla (MIJA) con la máquina de corriente continua

•

Operar la máquina de corriente continua como motor, y hacerlo funcionar a la velocidad sincrónica de la MIJA , medir el voltaje en los terminales de la máquina de inducción

41

•

Conectar un banco de capacitores en delta a los terminales de lasa maquina de inducción, y ajustar las capacitancias hasta que el voltaje generado sea aproximadamente 208 voltios

•

Conectar una carga resistiva en los terminales del generador de inducción, y manteniendo la velocidad constante, incrementar la carga y medir la corriente y el voltaje terminal. Completar la siguiente tabla TABLA 2

Insertar capacitores en serio con cada una de las líneas del generador y repetir el procedimiento anterior. Completar la siguiente tabla TABLA 3

REPORTE.Hacer el diagrama de conexiones para cada caso Analizar los datos de la tabla 1 Con los datos de las tablas 2 y 3 dibujar para cada caso, la curva V vs I. analizar los resultados

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 9 OPERACIÓN DEL MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION OBJETIVO.1. Métodos de arranque del motor de inducción 2. Control de velocidad del motor de inducción por resistencia rotoricas 3. Operación como motor de inducción con voltaje aplicado al rotor 42

4. Medición del aislamiento de los devanados

TEORIA: Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de ardilla se pueden poner en marcha mediante los métodos de arranque directo o a tensión reducida (excluimos de esta exposición a los motores monofásicos). En ambos casos, la corriente de arranque generalmente resulta mayor que la nominal, produciendo las perturbaciones comentadas en la red de distribución. Estos inconvenientes no son tan importantes en motores pequeños, que habitualmente pueden arrancar a tensión nominal. La máxima caída de tensión en la red no debe superar el 15% durante el arranque. Arranque directo de motores asincrónicos con rotor en jaula Se dice que un motor arranca en forma directa cuando a sus bornes se aplica directamente la tensión nominal a la que debe trabajar. Si el motor arranca a plena carga, el bobinado tiende a absorber una cantidad de corriente muy superior a la nominal, lo que hace que las líneas de alimentación incrementen considerablemente su carga y como consecuencia directa se produzca una caída de tensión. La intensidad de corriente durante la fase de arranque puede tomar valores entre 6 a 8 veces mayores que la corriente nominal del motor. Su principal ventaja es el elevado par de arranque: 1,5 veces el nominal.

Control de Velocidad del Motor de Inducción •

Únicamente es posible el control de velocidad en una amplia gama con el motor de rotor devanado. La velocidad del motor jaula de ardilla puede cambiarse únicamente en unos cuantos pasos Mediante variación de frecuencias.

•

Mediante variación de polos. Suponiendo una frecuencia de línea constante, puede obtenerse la variación de la velocidad en pocos pasos variando el número de polos del motor, ya que, de acuerdo con la ecuación.

ns =

120 f p

43

Los arrollamientos especiales son capaces de producir diferente número de polos por un reagrupamiento de bobinas. El arrollamiento más común de esta clase es el de la relación de polos 1: 2. Un arrollamiento semejante para 4 y 8 polos con f = 60 Hertz produce dos velocidades síncronas de 1600 y 900 rpm, respectivamente. •

Mediante resistencia incorporada al circuito del rotor. Cualquier línea paralela al eje de las abscisas corresponde a la regulación de la velocidad a par motor constante. Supóngase que un motor de rotor devanado tiene que manejar un molino que requiere un par motor constante a velocidad variable. A las velocidades más elevadas el motor funciona en su curva natural par motor-velocidad (Curva I, rext' = 0), y un punto fijo sobre esta curva corresponde al par motor requerido. Sea el deslizamiento en este punto s1 la relación rt'/s para este punto es entonces igual a r2'/s1. Si se cambia ahora la resistencia (r2' + rext')/s2 del rotor, el motor asume automáticamente un deslizamiento de s2' de tal magnitud que la relación (r2' + rext')/s2, es igual r2'/s1, debido a que el valor fijo del par motor corresponde a una relación fija de rt'/s. Puede obtenerse de este modo la velocidad variable por medio de una resistencia en el circuito del rotor.

•

Mediante variación de la tensión al circuito del rotor.

•

Mediante grupos de regulación espacial. a) Excitatriz de Leblanc b) Sistema Krämer c) Sistema Scherbius d) Motor Schrage 44

•

Mediante la doble alimentación.

•

Mediante control electrónico.

PROCEDIMIENTO.Arranque a tensión Únicamente es posible el control de velocidad en una amplia gama con el motor de rotor devanado. La velocidad del motor jaula de ardilla puede cambiarse únicamente en unos cuantos pasos grandes. Arrancar el motor a voltaje nominal y reducido en vacio, medir la corriente de arranque, (utilizar de ser necesario los autotransformadores variables que existen en el laboratorio de maquinaria eléctrica). V. nom. ( V.)

V. red. (

V.)

V. red. (

V.)

V. red. (

V.)

I arranque (amp) Realizar un arranque estrella-delta Control de velocidad por resistencia rotóricas Cambiar el rotor jaula de ardilla de la máquina de inducción por rotor devanado Realizar el control de velocidad de la máquina de inducción de rotor devanado utilizando el método de control mediante resistencia en el circuito del rotor para tres valores de resistencia, para cada paso media la velocidad. Resist. Alta

Resist. Media

Resist. Baja

Velocidad (rpm) Realizar la alimentación de voltaje por el devanado del rotor y realizar la conexión correspondiente en el estator de manera que gire Medir el aislamiento de los devanados de la máquina de inducción REPORTE.Dibujar los diagramas de conexiones para cada uno de los casos. Analizar los valores medidos

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 10 MAQUINA SINCRONICA: PARAMETROS Y OPERACION OBJETIVO.45

1. Determine los parámetros de la maquina sincrónica. 2. Obtener las curvas de: saturación, corto circuito, curva de carga de factor de potencia cero. 3. Construir el triangulo de Potier. Calcular las reactancias de dispersión, y sincrónicas de eje directo y eje en cuadratura. Determinar la RCC saturada y no saturada. 4. Procedimiento para el arranque de un motor sincrónico. 5. Obtener las curvas V de un motor sincrónico en vacio. TEORÍA: PROCEDIMIENTO.1.- Curva en vacio

•

Conecte la maquina a.c KATO para que funcione como generador sincrónico como se muestra la figura. Acople la máquina de corriente continua para que trabaje como primo motor. Coloque el reóstato de campo de la maquina c.c en la posición de mínima resistencia y el reóstato de la maquina sincrónica en la posición de máxima resistencia.

•

Arranque el motor de corriente continua y ajuste su velocidad a 1800 rpm

•

Con el estator de la maquina sincrónica en circuito abierto (vacio) empiece a aumentar su corriente de campo y para estos valores anote los respectivos valores de voltaje generado.

•

Registre los datos en la tabla 1

TABLA #1 CURVA EN VACIO Voltaje Generado Corriente 46

de Camp 2.- Curva de Cortocircuito

•

Con las maquinas armadas en la parte 1, cortocircuite los terminales de armadura de la maquina sincrónica. Arranque el primo motor y llévelo a 1800 rpm.

•

Empiece a aumentar la corriente de campo de la maquina sincrónica mediante su reóstato. Para cada paso de corriente de campo mida la corriente de cortocircuito en la armadura. Anote los datos en la tabla 2.

Nota: la máxima corriente de corto circuito debe ser la corriente nominal del motor sincrónico.

Tabla N° 2 CURVA DE CORTOCIRCUITO Corriente de Cortocircuito Corriente de Campo

3.- Curva de carga a factor de potencia cero

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•

Conecte las maquinas del grupo KATO como se muestra en la figura, adicionando una carga puramente inductiva al generador sincrónico y obtener así un factor de potencia cero.

•

Arranque el motor de c.c. y ajuste su velocidad hasta llegar a las 1800 rpm. Ajuste la carga y la corriente de campo de la maquina sincrónica hasta obtener voltaje nominal en la carga y una corriente de armadura igual a la nominal. Tome estos valores de corriente de armadura y la velocidad constantes al variar la carga inductiva.

•

Varié la corriente de campo disminuyéndola. Tome los valores de corriente de campo y voltaje terminal en cada paso y anótelos en la tabla 3. Siempre mantenga la corriente de armadura y la velocidad constantes al variar la carga inductiva.

•

Mida la resistencia de armadura por fase por cualquier método. Tabla N° 3 Curva de Carga a Fp = 0

Voltaje Terminal Corriente de Campo Ia constante = Ra= Determine los factores de efectividad Cd y Cq de la maquina sincrónica

4.- Realizar el arranque de un motor sincrónico

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•

Conecte la maquina a.c. KATO para que opere como un motor sincrónico como muestra la figura (en esta parte de la practica no conecte la máquina de corriente continua). Los arrollamientos de todos los medidores deben ser cortocircuitados durante del arranque.

•

Con el reóstato de campo en su valor de máxima resistencia y con el interruptor del campo en la posición “Funcionamiento Sincrónico “aplique aproximadamente 100 Vdc al circuito de campo, ajuste mediante el reóstato la corriente de campo a un valor igual al nominal, luego cambie la posición del interruptor de campo a “ Arranque Inducción”

•

Arranque el motor y una vez que alcanza su máxima velocidad como motor de inducción, cambie la posición del interruptor de campo a “Funcionamiento Sincrónico” el motor alcanzara su velocidad sincrónica.

•

Mida la velocidad, la corriente de campo, la corriente de armadura y la potencia.

•

Obtener la curva V de un motor sincrónico sin carga

•

Continuando con el procedimiento anterior, vale la corriente de campo y observe como varia la corriente de armadura.

•

Varie la corriente de campo desde un mínimo hasta un máximo, y para cada paso mida la corriente de armadura. Cuide siempre que ambas corrientes no sobrepasen sus valores nominales. Anote sus datos en la tabla 4 TABLA N° 4

Corrient e de Campo Corrient e de armadura

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REPORTE.Construir el triangulo de Potier a partir de las curvas obtenidas de los datos de las tablas 1,2 y 3 Calcular la reactancia de dispersión en ohmios y por unidad. Calcular la reactancia sincrónica de eje directo en ohmios y por unidad. Calcular la reactancia sincrónica de eje en cuadratura en ohmios y por unidad Calcular las relaciones de cortocircuito saturada y no saturada. Dibuje el circuito equivalente de la maquina sincrónica. En una hoja tamaño A3 dibuje el diagrama de circulo de la maquina sincrónica. Con los datos de la tabla N° 4, grafique corriente de campo de la abscisa vs corriente de armadura en la ordenada (curva V del motor sincrónico sin carga). Indique cómo se comporta el motor para valores anteriores y posteriores al punto mínimo de la curva. PREGUNTAS 1. ¿Qué relación existe entre la reactancia sincrónica de eje directo y la relación de cortocircuito? 2. ¿Por qué es necesario que la curva de carga sea a factor de potencia cero para construir el triangulo de potier? 3. ¿Cuándo se dice que la maquina sincrónica funciona como un capacitor? 4. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la maquina sincrónica frente a la máquina de inducción? 5. ¿Por qué un motor sincrónico debe arrancar como maquina de inducción? 6. ¿Qué es un condensador sincrónico y para que es usado?

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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACION LABORATORIO DE MAQUINARIA ELECTRICA PRACTICA # 11 SINCRONIZACION DE GENERADORES OBJETIVO.1. Control de frecuencia y voltaje en un generador síncrono independiente con carga 2. Conexión en paralelo de dos generadores. Conexión de equipos de sincronización. Reparto de carga, control de P y Q. 3. Sincronización de generadores con la barra infinita. Reparto de carga, control de P y Q. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS • • • • • • • • • • • • • •

1 Grupo KATO de 3KVA 1 Grupo Kato de 1KVA 2 Maquinas Universales Hampdem (fuentes) 2 Variac 2 Rectificadores 1 Frecuencímetro 1 Sincronoscopio 1 Equipo de Lámparas de sincronización 1 Vatímetro 2 Voltímetros 1 Amperímetro de gancho 1 Arrancador 1 Banco de resistencias Cables

PROCEDIMIENTO.Arrancar un generador sincrónico y realizar control de frecuencia y voltaje

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•

Conectar la maquina KATO de 3KVA como generador síncrono, tal como indica la figura 1 el primo motor es una máquina de corriente continua de excitación separada, y su bobina de campo se alimenta a través de un Variac, por medio del cual se realiza el control de velocidad. El campo de la maquina sincrónica es alimentado con 110 Vcc y la corriente de campo se controla por medio de la resistencia de campo. Las bobinas del estator se las conecta para que generen 208 V. trifásicos

•

Haga funcionar el conjunto de tal manera que el generador comience a generar. ¿Cómo controla el voltaje generado? ¿Cómo controla la frecuencia del voltaje?

•

Conectar una carga al generador y ajustar el voltaje en 208 V y la frecuencia en 60 Hz. Si la carga aumenta ¿Qué ocurre con el voltaje y la frecuencia? ¿Qué acciones debe realizar para mantener el voltaje y la frecuencia constantes?

•

Conectar dos generadores sincrónicos en paralelos

•

Conectar la maquina KATO de 1KVA de la misma manera que se describe en el punto 1.1 y arrancarla en vacio.

•

Realizar las conexiones de los elementos de sincronización (luces de sincronización, sincronoscopio, frecuencímetro) tal como se muestra en la figura 2

•

Con ayuda de los elementos de sincronización, realice los ajustes necesarios para que se cumplan todas las condiciones para conectar ambos generadores en paralelo. Una vez verificadas estas condiciones, conecte los generadores en paralelo mediante el cierre del breaker dispuesto para el efecto.

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•

Realizar transferencia de carga entre dos generadores en paralelo una vez conectado los generadores en paralelo, tome las acciones necesarias para que la carga se reparta entre los generadores. Observe lo que ocurre con el voltaje y la frecuencia al variar la carga ¿Cómo mantiene constante el voltaje y la frecuencia?

•

Sincronización de generadores con la barra infinita

•

Al circuito de la figura2, añadir una conexión con la barra infinita a través de instrumentos de sincronización

•

Sincronizar el generador de 3KVA con la barra infinita

•

Haga que el generador de 3KVA tome carga con factor de potencia en adelanto y en atraso de la barra infinita ¿Cómo logra esto para cada carga?

REPORTE.Presente los diagramas de todas las conexiones realizadas Tabule todos los valores de voltaje de campo, corriente de campo, voltaje generado, frecuencia, corriente de carga, etc obtenidos en el desarrollo de la práctica. PREGUNTAS.¿Cuáles son las condiciones que se deben cumplir antes de conectar generadores e paralelo? ¿Qué se debe hacer para controlar la frecuencia y el voltaje generador? Exponga el fundamento teórico. ¿Qué se debe hacer para controlar el flujo de potencia activa y reactiva entre generadores en paralelo? Exponga el fundamento teórico.|

BIBLIOGRAFIA.TEORIA DE LAS MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA, A. LANGSDORF. MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERA, M. LIWSCHITZ. TRANSFORMADORES DE POTENCIA, DE MEDIDA Y DE PROTECCION, ENRIQUE RAS.

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