PRÁCTICA Nº 1

PARAMETROS ELÉCTRICOS DE LA MÁQUINA SINCRÓNICA

Gualotuña Vargas René Darío,

Laboratorio de Conversión E/M de Energía, Departamento de Energía Eléctrica, Escuela Politécnica Nacional

Quito, Ecuador

rene.gualotuna@est.epn.edu.ec

Este informe hace referencia al estudio de la máquina sincrónica, a su respectivo funcionamiento como motor y como generador para lo cual se debe realizar las respectivas conexiones para obtener el resultado deseado, a su vez se realiza las diferentes pruebas ya sean en vacío o con carga resistiva, capacitiva e inductiva tomando diferentes valores de corriente y voltaje en cada una de estas, y de acuerdo a dichos valores se observará y determinara el comportamiento del voltaje obtenido en cada conexión.

I. INFORME

A. Tabular los datos de placa de la máquina objeto de estudio.

TABLA I

GENERADOR MOTOR

V= 220 (V) V= 220/380(V)

I= 7,25 (A)- Armadura I = 9,9-13,5; 5,7-7,8 (A)

Ex: 110 (V), 1,2 (A)

B. Tabular los datos obtenidos en los experimentos realizados.

TABLA II

PRUEBA DE CORTOCIRCUITO

If (A) Vt (V) IaN (A)

0,28 133,8 7,25

TABLA III

PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO

If Vt V remanente

0,14 76 11,8 1800rpm

0,19 100

0,26 130

0,36 160

0,47 190

0,6 210

0,7 220

1,15 250

1,5 263

TABLA IV

PRUEBA CON CARGA RESISTIVA

SIN CARGA 1 PASO 2 PASO 3 PASO

Vt 220 215,4 214,7 211,1

I 1,17 2,27 3,31

fp 0,885 0,885 0,88

TABLA V

PRUEBA CON CARGA INDUCTIVA

SIN CARGA 1 PASO 2 PASO 3 PASO

Vt 220 216.5 213 208.4

I 0.46 0.85 1.25

fp 0.72 0,729 0.725

TABLA VI

PRUEBA CON CARGA CAPACITIVA

SIN CARGA 1 PASO 2 PASO 3 PASO

Vt 170 179.2 188.7 198.5

I 0.68 1.60 3.45

fp -0.018 -0.03 0

C. Graficar la curva de magnetización (curva de vacío) para el alternador. Comentar y analizar su forma.

0 0.5 1 1.550

100

150

200

250

300

If

Vt

Fig. 1Curva de magnetización circuito abierto.

Se observa que se logró obtener una curva cuyo inicio no comienza en el punto de referencia esto se debe a que en esta prueba existe una corriente inicial y por ende va a existir un voltaje terminal, y se observa que según va aumentando la corriente el voltaje lo hace de forma similar.

D. Graficar la curva de cortocircuito del alternador. Comentar y analizar su forma.

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5132.8

133

133.2

133.4

133.6

133.8

134

134.2

134.4

134.6

134.8

If

Vt

Fig. 1Curva de magnetización cortocircuito.

En esta grafica no se puede identificar una curva específicamente ya que únicamente se tomó un dato de

corriente de campo y voltaje terminal, por consiguiente en la gráfica se obtiene un punto.

E. Calcular la reactancia sincrónica con los datos obtenidos en la prueba de vacío y cortocircuito.

Prueba de circuito abierto.

X S 1=76

0.14=542.86 [Ω ]

X S 2=1000.19

=526.32[Ω ]

X S 3=1300.26

=500 [Ω]

X S 4=1600.36

=444.44 [Ω ]

X S 5=1900.47

=404.26[Ω ]

X S 6=2100.6

=350 [Ω]

X S 7=2200.7

=314.29[Ω ]

X S 8=2501.15

=217.39[Ω ]

X S 9=2631.5

=175.33[Ω ]

Prueba de cortocircuito.

X S=133.87.25

X S=18.45 [Ω ]

F. Haciendo uso de los datos obtenidos en la prueba de carga, más los parámetros necesarios, resuelva el sistema de ecuaciones para determinar el ángulo de carga y el voltaje interno generado (Ea).

PRUEBA CON CARGA RESISTIVA

Ea<∂°=V t<0 °+X s . I a<∅

X S=18.45 [Ω ]

1 PASO

Ea<∂°=215.4<0°+ X s .(1.17<27.75)

Ea=234.72

∂ °=2.45

2 PASO

Ea<∂°=214.7<0 °+X s .(2.27<27.75)

Ea=252.52

∂ °=4.4

3 PASO

Ea<∂°=211.1<0 °+X s .(3.31<28.36)

Ea=266.4

∂ °=6.2

PRUEBA CON CARGA INDUCTIVA

1 PASO

Ea<∂°=216.5<0 °+X s .(0.46<43.95)

Ea=222.7

∂ °=1.5

2 PASO

Ea<∂°=213<0 °+X s .(0.85<43.2)

Ea=224.7

∂ °=2.7

3 PASO

Ea<∂°=208.4<0°+ X s .(1.25<43.53)

Ea=225.7

∂ °=4.03

PRUEBA CON CARGA CAPACITIVA

1 PASO

Ea<∂°=179.2<0 °+ X s .(0.68←88.96)

Ea=179.9

∂ °=−3.99

2 PASO

Ea<∂°=188.7<0 °+X s . (1.60←88.28)

Ea=191.86

∂ °=−8.84

3 PASO

Ea<∂°=198.5<0 °+X s .(3.45<90)

Ea=208.5

∂ °=17.8

G. Determinar la regulación de voltaje, en base a los resultados obtenidos en el punto anterior.

PRUEBA CON CARGA RESISTIVA

VR %=Ea−V t

V t

∗100

1 PASO

VR %=234.72−215.4215.4

∗100=8.96 %

2 PASO

VR %=252.52−214.7214.7

∗100=17.61 %

3 PASO

VR %=266.4−211.1211.1

∗100=26.19 %

PRUEBA CON CARGA INDUCTIVA

1 PASO

VR %=222.7−216.5216.5

∗100=2.86 %

2 PASO

VR %=224.7−213213

∗100=5.5 %

3 PASO

VR %=225.7−208.4208.4

∗100=8.3 %

PRUEBA CON CARGA CAPACITIVA

1 PASO

VR %=179.9−179.2179.2

∗100=0.03 %

2 PASO

VR %=191.86−188.7188.7

∗100=1.67 %

3 PASO

VR %=208.5−198.5198.5

∗100=5.03 %

H. Expresar todos los parámetros de la máquina sincrónica obtenidos en esta práctica en por unidad, tomando como base la potencia y voltaje nominales de la práctica.

Valor pu=Valor dadoValor base

Zbase=V base

2

(VA )base

Zbase=2202

2750

Zbase=17.6[Ω ]

X s=18.45 [ Ω ]17.6 [ Ω ]

X s=1.05 [pu]

I. CUESTIONARIO

A. Realice los diagramas fasoriales de Voltaje Terminal y Voltaje Generado cuando se conecta carga resistiva, inductiva y capacitiva en el Generador Sincrónico.

Fig. 3Carga resistiva.

Fig. 4Carga inductiva.

Fig. 5Carga capacitiva.

[1]

B. Consultar sobre los procedimientos requeridos para determinar las reactancias de eje directo y cuadratura en máquinas sincrónicas de polos salientes.

Determinación de la reactancia del eje directo.

Fig. 5Determinación de la reactancia del eje directo.

Esta reactancia puede determinarse de las características en vacío y en cortocircuito. La corriente de campo OFo’ induce la fem Fo’a =Vn en el estator del circuito abierto; cuando el estator esta en cortocircuito a la misma corriente del campo OFo’, la fem inducida en el estator es la misma pero se consume por la caída debida a la impedancia sincrónica, asi: Ef= Fo’a=Vo=IaZa.

Ya que Ra es pequeña respecto a Xd se tiene:

Xd=VnIa

= VnFo ' L'

Como Fo ' L' es la relación de cortocircuito, entonces la

Xd queda así:

Xd= 1RCC

Esto es la reactancia sincrónica en por unidad. [2]

Determinación de la reactancia de cuadratura.

Los parámetros se obtienen utilizando una condición donde el comportamiento transitorio tiene lugar exclusivamente en el eje en cuadratura. Para esto se establecen las condiciones de carga donde la corriente del estator se encuentra totalmente sobre el eje en cuadratura. Como se observa en la figura.

Fig. 5Determinación de la reactancia de cuadratura.

Se observa que la condición Ia = 0 se consigue cuando el ángulo entre el fasor de corriente y el voltaje terminal es igual al desplazamiento angular entre el eje en cuadratura y el voltaje terminal. Para el caso generador (P > 0), el ángulo de carga es mayor que cero, lo que significa que el generador debe absorber reactivos. [3]

C. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas desventajas de los rotores de polos salientes y cilíndricos en los generadores de generadores de grandes centrales?

Rotores de polos salientes.

Ventajas.

Control de potencia activa y reactiva en redes c.a.

Sistema de excitación de fácil control (c.c.) Generadores más eficientes que los de inducción.

Desventajas.

Voluminosas y caras La unión rígida a la frecuencia de la red puede

ser un inconveniente Velocidades lentas

Rotores cilíndricos.

Ventajas.

En este tipo de rotores las bobinas se colocan en forma radial lo cual permite una mayor distribución de la fuerza magneto motriz

En este tipo de rotores las bobinas de excitación son conductores de cobre de sección rectangular, colocadas a presión en las ranuras del rotor, las cuales cuentan con mica con fibra de vidrio como aislamiento.

Desventajas.

La velocidad centrifuga ejercida en los rotores de polos lisos es la limitante en el diámetro máximo permitido

Otra limitante que se tiene es la velocidad máxima debido a que para un sistema de 60 Hz, no se puede utilizar menos de 2 polos por lo que la velocidad máxima puede ser 3600 rpm ó 1800 rpm para rotores de 4 polos. [4]

II. CONCLUSIONES

• En la práctica realizada se observó que la velocidad de una máquina va a depender del nivel de carga que se encuentre en sus terminales, ya que en este caso era evidente que mientras más se aumentaba los niveles de carga la máquina disminuía su velocidad.

• Se pudo aprender que el rotor de polos salientes es de mejor utilidad que el rotor cilíndrico en el caso de su uso en los generadores de gran potencia, ya que los rotores de polos salientes necesitan menos cantidad de voltaje que los rotores cilíndricos para la excitación del campo.

• Se pudo aprender y observar que el campo de una máquina sincrónica va a estar alimentado por un voltaje continuo, y este voltaje servirá para que el rotor tenga un movimiento equilibrado respecto al estator.

• Las máquinas sincrónicas son muy utilizadas en la industria ya que posee muchas aplicaciones en el mundo actual, por lo que es de suma importancia saber su funcionamiento y los daños que se pueden presentar en las mismas para poder solucionarlos.

III. RECOMENDACIONES

Es importante tener conocimiento sobre las actividades que se va a realizar en el laboratorio para poder realizar la práctica con éxito sin ningún inconveniente.

Al momento de activar los controles del tablero principal se debe realizar de una manera ordenada para tener el resultado deseado.

Es necesario tomar en cuenta que clase de corriente o voltaje se utiliza para poder usar el aparato de medición correcto y además para poder conectar el respectivo voltaje ya sea DC o AC a los diferentes elementos de la máquina.

Al momento de desactivar la maquina o apagarla se lo debe realizar ordenadamente, esto para que no exista daños futuros en la misma por mal manejo.

REFERENCIAS

[1] Máquinas eléctricas y transformadores, 3ra edición, Bhag S. Guru

[2] Máquina sincrónica, disponible en: http://es.slideshare.net/gangin/maquina-sincronica

[3] Generadores sincrónicos, disponible en: http://cdigital.dgb.uanl.mx/te/1020091167.PDF

[4] http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/630/A4.pdf?sequence=4

HOJA DE DATOS.