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Laboratorio de S.E.P Tema: Nota:

Prueba de vacío y cortocircuito de generadores de impedancia síncrona Apellidos y Nombres:

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V

Lab. Nrº

3

I.- Objetivos: Obtener la curva de saturación en vacío de un generador síncrono Obtener la característica de corto circuito de un generador síncrono. Determinar la reactancia síncrona de un generador síncrono. II.- Introducción teórica. Los términos generador de corriente alterna, generador síncrono, alternador síncrono y alternador, a menudo se utilizan indistintamente en libros de ingeniería. Los alternadores son la fuente más importante de energía eléctrica. Los alternadores generan un voltaje de CA cuya frecuencia depende totalmente de la velocidad de rotación. El valor del voltaje generado depende de la velocidad, de la excitación de campo en CD y del factor de potencia de carga. Si se mantiene constante la velocidad de un alternador y se aumenta la excitación del campo de CD, el flujo magnético, y por lo tanto el voltaje de salida, aumentara en proporción directa a la excitación. No obstante , con incrementos progresivos en la corriente de campo de CD, el flujo alcanzará finalmente un valor lo suficientemente alto para saturar el hierro del alternador. La saturación del hierro significa, que para un incremento dado de la corriente de campo CD, se tendrá un incremento menor en el flujo. Para conocer el grado de saturación se puede medir el voltaje con la intensidad de flujo magnético. Las tres fases del alternador están espaciadas mecánicamente a intervalos idénticos unas de otras y por lo tanto, los voltajes respectivos generados no están en fase, sino que están desfasados entre sí 120 grados eléctricos. Cuando un alternador que trabaja produciendo voltaje nominal de salida se somete respectivamente a un corto circuito, habrá momentáneamente corrientes de gran intensidad. Sin embargo al subsistir el corto circuito , las corrientes intensas disminuirán rápidamente a valores seguros. La tensión de salida de un alternador depende básicamente del flujo total que se tenga en el entrehierro. Cuando esta en vacío, este flujo se establece y determina exclusivamente la tensión generada mediante la excitación de campo CD. La característica de circuito abierto es el gráfico de la tensión generada en función de la corriente de campo con la maquina en circuito abierto y funcionando a la velocidad síncrona. La característica de corto circuito es el gráfico de la corriente de estator en función de la corriente de campo con los terminales en corto circuito; en la figura Nº1 se muestran las curvas para una maquina moderna. Xs es igual a la tensión producida por la misma corriente de campo que produce la corriente nominal en cortocircuito, dividida por la corriente nominal del inducido. Este valor de Xs es solo constante en la zona lineal de la característica de circuito abierto e ignora el hecho de la saturación. El valor de Xs con corriente de carga máxima será evidentemente menor que este valor. Para considerar la saturación del hierro se determina el valor de “Razón de Corto Circuito” (Rcc) en función de la característica de corto circuito y circuito abierto. Zona Saturada Zs= Vn/Ix obtenidos de la pruebas Vn = Voltaje por fase nominal Ix = Corriente en el alternador a Ieo Ieo = Corriente de excitación en vacio Xs= (Zs2 – R2) 1/2 R es mucho menor que Xs por lo tanto Xs = Zs

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Nro. DD-106 Página 2/9 I.arm.(pu)

1,5

Ugen.(pu)

1,5 B

1,0

1,0

0,5

0,5

C

A

H

K

I.campo

Figura Nº1

Rcc = Razón de corto circuito Rcc = AH / AK  Aproximadamente

Xs = 1 / Rcc = en p.u. Aquí se toma el efecto de la saturación.

Nota: En maquinas modernas Rcc  0.55 Medición de la resistencia del estator. Corrección por temperatura: 234.5 + T1 = 234.5 + T2 R1 R2

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Rca = (1.2 - 2.0 ) Rcd Medición de la resistencia en conexión estrella: Aplicamos voltaje continuo y medimos la corriente 2 R = Vdc/ Idc por lo tanto R = Vdc/(2*Idc)

III.- Equipo y material a utilizar. 01 Alternador síncrono de 4 polos 01 Motor DC en derivación 1 Tacogenerador 2 Multímetros digitales 01 Pinza amperimétrica. 1 Puente Whetstone. 2 Fuentes de tensión continua regulable. 01 Resistencia de armadura (reostato de 47) 01 Regulador de campo (reostato de 1400) 01 Reostato de 100-100W (R.exc.) Conductores de conexión. IV.- Procedimiento. Advertencia

¡En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente este conectada! ¡Después de realizar cada medición desconecte la fuente!

A)Tomar datos del alternador a ensayar. S =

VA

U=

V

I =

A

F = Cos =

Hz

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B) Ensayo de circuito abierto. 1.- Armar el circuito de la figura Nº2

U.g. V

U1

V1

W1

W2

U2

V2 L+

RA

RF Ua

A1

M/G

A

U.exc .

E1

A2

I. exc. L+

E2

M F2

F1

L-

U.g. R.exc.

LFigura Nº2

2.- Utilice como motor primo un motor de continua en derivación de 300W. 3.- Para arrancar el motor DC siempre debe estar presente la resistencia de armadura (RA = 47) 4.- Para mantener constante la velocidad de giro a 1500 RPM, utilice la tensión de alimentación del motor de continua (Ua) y para una regulación más fina utilice el reostato RF. 5.- Obtenga los valores de tensión generada según la tabla Nº1, variando la corriente de excitación del generador (E.exc.) y para una regulación más fina utilice R.exc. 6.- Anote en la tabla Nº1 las corrientes de excitación respectivas.

VI.exc.

Tabla Nº1 I.exc. (A) 0

Ug (V)

Tacogenerador 6.45V.-1500RPM

50 100 150 200 250 300 350 400 450

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7.- Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente. C) Ensayo de cortocircuito. 1.- Armar el circuito de la figura Nº3

I.arm. A

U1

V1

W1

W2

U2

V2 L+

RA

RF Ua

A1

M/G

M

A

U.exc .

E1

A2

I. exc. L+

E2

F1

F2

L-

R.exc.

LFigura Nº3

2.- Utilice como motor primo un motor de continua en derivación de 300W. 3.- Para arrancar el motor DC siempre debe estar presente la resistencia de armadura (RA = 47) 4.- Para mantener constante la velocidad de giro a 1500 RPM, utilice la tensión de alimentación del motor de continua (Ua) y para una regulación más fina utilice el reostato RF. 5.- Ir aumentando la corriente de excitación mediante el voltaje de excitación del generador (U.exc.) hasta obtener los valores de corriente de armadura predeterminados en la tabla Nº2. Para una regulación más fina utilice R.exc. 6.- Anote en la tabla Nº2 las respectivas corrientes de excitación.

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V. excitac. (V)

Tabla Nº2 I. excitación. (A)

7.- Reducir el voltaje a cero y desconectar la fuente.

I. armadura (A) 0,00 0,05 0,10 0,20 0,30 0,40 0,45 0,50

Tacogenerador 6.45V.1500RPM

V.- Cálculos. 1.- Medir la resistencia de una de las fases del alternador y modificarla para el funcionamiento en condiciones normales. R. medida. =

()

R. modificada. =

= (Formula)

= (Valores)

() (Resultado)

2.- Determinar la impedancia del alternador ensayado. Z =

= (Formula)

=

()

(Valores)

(Resultado)

3.- Determinar la reactancia síncrona del alternador ensayado. Xs =

= (Formula)

=

()

(Valores)

(Resultado)

4.- Graficar en papel milimetrado la característica de circuito abierto y cortocircuito teniendo cuidado de que la tensión nominal y la corriente nominal se encuentren a la misma altura. Marcar los punto A, H y K en el eje respectivo a corriente de campo.

I.arm.

U.g.

I.exc.

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5.- Calcular , en base a la gráfica, la razón de corto circuito (Rcc). Rcc =

= (Formula)

= (Valores)

(Resultado)

6.- Calcular la reactancia síncrona en función de la razón de corto circuito hallada. Xs =

= (Formula)

Z.base =

= (Valores)

= (Formula)

Xs =

= (Valores)

= (Formula)

(p.u.) (Resultado)

() (Resultado)

= (Valores)

() (Resultado)

7.- ¿Por qué es importante conocer la impedancia interna de un alternador? ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8.- ¿Cuántas veces es mayor la reactancia síncrona que la resistencia de armadura? ¿ a qué conclusión se puede llegar? ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------9.- ¿Elaborar el diagrama del circuito Equivalente del generador síncrono con sus respectivos valores? Dar una breve Explicación. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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10.- ¿Cuál es el principio de funcionamiento del tacogenerador? Que voltaje deberá generar si quisiera controlar un generador trifásico acoplado a una turbina a una velocidad equivalente a la de 6 polos y

4 polos para 60 HZ. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6 Polos

4 Polos

VI.- Observaciones y conclusiones: (Dar como mínimo 5 observaciones y 5 conclusiones) ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... ..........................................................................................

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