Practica 3 Obtencion De Los Parametros De Una Maquina Sincrona

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA. LABORATORIO DE MAQUINAS SINCRONAS Y CD.

PRACTICA NO° 3 OBTENCION DE LOS PARAMETROS DE UNA MAQUINA SINCRONA. OBJETIVO: El alumno determinara experimentalmente los parámetros de una maquina síncrona. MARCO TEORICO: Las pruebas realizadas a la maquina síncrona proporcionan características eléctricas y mecánicas de ésta, son parámetros que al tenerlos como referencia se pueden utilizar para comparaciones en pruebas posteriores. Así, se puede determinar qué factores afectan en el funcionamiento y características de la maquina, para poder tomar decisiones sobre la prevención de daños. Pruebas de C.D. para determinar la resistencia de armadura. Con esta prueba se obtiene el valor de la resistencia del estator de una forma más precisa, consiste en aplicar corriente directa a los devanados. Al aplicar esta corriente no hay voltajes inducidos en los devanados del rotor. Se energiza con voltaje de C.D. variable desde cero, hasta obtener el valor nominal de la corriente del devanado de armadura y se toma la lectura del voltaje aplicado, Aplicando la ley de ohm y sustituyendo los valores obtenidos podemos obtener el valor de resistencia de armadura. Prueba en vacio para obtener la curva de saturación. En esta prueba se obtiene la curva de saturación magnética, los materiales ferro magnéticos influyen en el comportamiento de los sistemas eléctricos en los que se emplean, estos materiales tienen un comportamiento no lineal, los materiales ferro magnéticos forman parte de las maquina eléctricas por lo cual es importante saber su comportamiento. La maquina síncrona, genera un voltaje de C.A. cuya frecuencia depende totalmente de la velocidad de rotación. La amplitud del voltaje generado depende de la velocidad, de la excitación de campo en C.D. y del factor de potencia de la carga. Si la velocidad del generador se mantiene constante y si se aumenta la excitación del campo con C.D. el flujo magnético aumentara hasta alcanzar un valor lo suficientemente alto para saturar el núcleo de hierro de la maquina.

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El voltaje de salida generado aumentara en proporción directa de la excitación del devanado de campo hasta antes de llegar a la saturación magnética del núcleo del estator. Para medir el grado de saturación se medirá el voltaje generado, ya que este se relaciona directamente con la intensidad del flujo magnético. Conforme el valor de la corriente de campo se va haciendo más grande, se tendrá un incremento menor en el flujo magnético cuando se comience a saturar el núcleo. Nota: es necesario conocer los datos de placa de la maquina síncrona. Si se tiene un motor de C.D. que se usa como accionamiento mecánico para hacer girar la maquina síncrona. Se conectan voltímetros de línea a línea en los devanados de armadura de la maquina síncrona. El voltaje de C.D. del devanado de campo se ajusta a 0 volts. Una vez que la maquina síncrona está girando a su velocidad nominal con el accionamiento mecánico de la máquina de C.D. Se comenzara a tomar lecturas de los voltímetros. Simultáneamente se tomara la lectura del amperímetro conectado en el devanado de campo de la maquina síncrona. Prueba de corto circuito. En esta prueba se obtiene la grafica característica de corto circuito. Se conectan las terminales de armadura en corto circuito con los amperímetros entre las terminales de armadura. La maquina síncrona se hace girar a su velocidad nominal con el accionamiento mecánico proporcionado por la máquina de C.D. Se debe tener cuidado con esta prueba y asegurar que la corriente de campo sea cero. La corriente de campo se incrementara desde 0 amperes hasta que la corriente de armadura llegue a su valor nominal. Entonces, se toma la lectura de la corriente de armadura correspondiente a los aumentos de corriente de campo, teniendo cuidado en no exceder los valores nominales de corriente, con estos datos se grafican la característica de corto circuito.

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MATERIAL Y EQUIPO:

       

1 Maquina síncrona. 1 Motor primo. 1 Fuente de energía de C.D. Fija. 1 Fuente de energía de C.D. regulable externa. 1 Reóstato de 510 Ω. 1 Voltímetro de C.D. 1 Amperímetro de C.D. 3 Amperímetros de C.A.



3 Voltímetros de C.A.

     

1 interruptor de 1 polo, 1 tiro. 10 Cables largos. 10 Cables medianos. 10 Cables cortos. 1 Multímetro. 1 Tacómetro.

PROCEDIMIENTO: 1.- Tome los datos de la placa de la maquina síncrona. 2.- Identifique las terminales del generador síncrono de la mesa. 3.- Conecte el circuito que se muestra en la siguiente figura 3.1.

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4.- Energice la fuente de energía de C.D. y regule con la perilla de la fuente hasta obtener un voltaje de 10 Volts de C.D. observe la edición que se obtiene en el amperímetro y anote la lectura en la tabla 1. 5.- Regrese con la perilla de la fuente a cero el voltaje y cambie las terminales del circuito a las terminales FG1-FG3 de la maquina síncrona. 6.- Vuelva a energizar la fuente de C.D. y repita el paso N° 4. 7.- Repita el paso 4 para el par de terminales FG2-FG3 restantes. 8.- Calcule las resistencias correspondientes a las lecturas en cada par de terminales por medio de la ley de Ohm. 9.- Obtenga el valor de la resistencia promedio de la resistencia. 10.- calcule la resistencia por fase de la conexión.

TERMINALES DEL CORRIENTE GENERADOR (AMPERIOS) FG1-FG2 0.30 A FG2-FG3 0.30 A FG1-FG3 0.24 A RESISTENCIA PROMEDIO: 1.2467 Ω

TABLA N°1 VOLTAJE (VOLTS) 0.35 V 0.40 V 0.30 V

RESISTENCIA (OHMS) 1.16 Ω 1.33 Ω 1.25

RESISTENCIA (POR FASE) 0.58 Ω 0.66 Ω 0.63 Ω

11.- Si es necesario corrija el valor de la resistencia si la temperatura (t) es diferente a 20° C. Por medio de la siguiente formula.

Rc (°C)= Rcd (309.45/234.5+1) Nota: El valor de la resistencia por fase es igual en ambos tipos de conexión (estrella o delta) y se consideran a la temperatura ambiente.

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PRUEBA EN VACIO O CIRCUITO ABIERTO. 12.- Conecte el circuito como se indica en la figura 3.2. 13.- Arranque el equipo, una vez que el motor primo se ha puesto en funcionamiento vaya aumentando progresivamente la velocidad del motor por medio del ajuste de velocidad (A.V.) hasta alcanzar la velocidad nominal del generador síncrono (datos de placa) al tiempo que mide la velocidad por medio del tacómetro de mano en la flecha de la maquina síncrona. Observe si existe voltaje en los voltímetros que se encuentran conectados a las terminales del generador. Si es así anote dicho valor. Nota: El interruptor (K) Debe de estar abierto. 14.- Energice la fuente de C.D. a 125 volts que alimenta el campo del alternador y cierre el interruptor (k). 15.- por medio del cursor del reóstato de campo alternador, regule la corriente de excitación. Los incrementos de la corriente de excitación deben ser pequeños (un decimo de amperio) de tal manera que se puedan hacer varios incrementos antes de llegar al 130% del valor nominal del voltaje de la maquina síncrona. 16.- Calcule los voltajes de fase cada uno de los valores de voltaje de línea correspondientes a los incrementos de corriente de excitación y anótelos en la tabla N° 2. Nota: se debe mantener la velocidad constante en el generador, por medio del regulador de velocidad de la maquina prima. 17.- En una hoja milimétrica, trace en coordenadas cartesianas, en el eje vertical o de las ordenadas (y) los valores de voltaje de fase y en el eje horizontal o de las abscisas (x) marcar los valores de corriente de excitación. 18.- Trace los puntos correspondientes de la tabla 2 y después una con una línea los puntos de la grafica.

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DIAGRAMA 3.2 PARA PRUEBA EN VACIO O CIRCUITO ABIERTO.

CSVO. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

CORRIENTE DE EXCITACIÓN (A) 0.22 Amperios. 0.30 Amperios. 0.40 Amperios. 0.51 Amperios. 0.61 Amperios. 0.71 Amperios. 0.82 Amperios. 0.91 Amperios. 1.00 Amperios.

TABLA 2 VOLTAJE GENERADO EN TERMINALES DEL ALTERNADOR POR FASE (VOLTIOS). 062 V1 063 V2 055 V3 060 Vp 080 V1 072 V2 065 V3 072 Vp 104 V1 105 V2 087 V3 098 Vp 129 V1 130 V2 120 V3 126 Vp 151 V1 151 V2 145 V3 149 Vp 170 V1 172 V2 162 V3 168 Vp 188 V1 190 V2 180 V3 186 Vp 202 V1 202 V2 192 V3 198 Vp 212 V1 214 V2 204 V3 210 Vp

VELOCIDAD R.P.M. 1747 R.P.M. 1740 R.P.M. 1738 R.P.M. 1738 R.P.M. 1738 R.P.M. 1738 R.P.M. 1736 R.P.M. 1737 R.P.M. 1737 R.P.M.

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PRUEBA DE CORTO CIRCUITO. 19.- Conecte el circuito como se indica en la figura 3.3 20.- Arranque del equipo, una vez que el motor primo se ha puesto en funcionamiento vaya aumentando progresivamente la velocidad del motor primo por medio del ajuste de velocidad (A.V.) hasta alcanzar la velocidad por medio del tacómetro de mano en la flecha de la maquina síncrona. Nota: El interruptor (K) debe estar abierto. 21.- Energice la fuente de C.D. a 125 volts que alimenta el campo del alternador y cierre el interruptor (K). 22.- Por medio del cursos del reóstato de campo del alternador, regule la corriente de excitación, los incrementos de la corriente de excitación deben ser pequeños (Un decimo de amperio) de tal manera que se puedan hacer varios incrementos antes de llegar al valor de la corriente nominal de la maquina síncrona (ver datos de placa).

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23.- Mida los valores de corriente de armadura por fase en cada uno de los amperímetros para cada uno de los incrementos correspondientes de corriente de excitación y anótelos en la tabla 3. Nota: Se debe mantener la velocidad constante en el generador, por medio del regulador de velocidad de la maquina prima. 24.- En una hoja milimétrica, trace en coordenadas cartesianas, en el eje vertical o de las ordenadas (y) los valores del voltaje de fase y en el eje horizontal o de las abscisas (x) marcar los valores de corriente de excitación. 25.- Trace los puntos correspondientes de la tabla 3 y después una con una línea los puntos de la grafica. DIAGRAMA 3.3 PARA PRUEBA DE CORTO CIRCUITO.

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CSVO 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

TABLA 3 CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO (AMPERES) A1 A2 A3 Ap 03.84 A1 03.89 A2 03.90 A3 03.87 Ap 04.90 A1 04.89 A2 04.90 A3 04.89 Ap 06.50 A1 06.61 A2 06.40 A3 06.50 Ap 07.90 A1 07.80 A2 07.80 A3 07.83 Ap 09.40 A1 09.30 A2 09.30 A3 09.33 Ap 10.80 A1 10.80 A2 10.90 A3 10.83 Ap 12.30 A1 12.30 A2 12.30 A3 12.30 Ap 13.70 A1 13.60 A2 13.70 A3 13.66 Ap 15.40 A1 15.30 A2 15.30 A3 15.33 Ap 15.60 A1 15.60 A2 15.60 A3 15.60 Ap

CORRIENTE DE EXCITACIÓN (A). 0.21 AMPERES 0.30 AMPERES 0.41 AMPERES 0.50 AMPERES 0.61 AMPERES 0.71 AMPERES 0.81 AMPERES 0.91 AMPERES 1.02 AMPERES 1.04 AMPERES

VELOCIDAD R.P.M. 1737 R.P.M. 1737 R.P.M. 1736 R.P.M. 1737 R.P.M. 1735 R.P.M. 1735 R.P.M. 1734 R.P.M. 1735 R.P.M. 1734 R.P.M. 1733 R.P.M.

En esta grafica se observa que la corriente en esta prueba tiene un comportamiento lineal. El fenómeno que pasa en esta prueba con los campos magnéticos del estator y rotor, es que casi se cancela. El campo magnético neto resultante es muy pequeño por lo que la maquina no está saturada y tiene este comportamiento lineal.

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OBSERVACIONES:

Una de las primeras acciones que realizamos en la práctica fue tener los valores de placa de la maquina síncrona. De esta forma tuvimos en mente el valor de amperaje y la velocidad en revoluciones por minuto que puede alcázar la maquina en operación normal.

Utilizamos el modulo que contenía una fuente regulable de C.D. se conecto el modulo a las terminales (L1,L2,L3) de la mesa de trabajo. Después de haber energizado la mesa de trabajo, se procedió a cambiar el selector del modulo a 7-N para poder trabajar con esas terminales, que indican el uso de una fuente de C.D. regulable.

Antes de comenzar a conectar, revisamos el equipo a utilizar y estaba en condiciones de uso. Cabe mencionar que se corrigió la nomenclatura del diagrama de la práctica que indica las terminales de la fuente regulable a Positivo (7) y Negativo (N).

También se cambio la nomenclatura a las terminales de los devanados a (RG1, RG2, RG3). Por recomendaciones del profesor en esta práctica no se corrigió el valor de resistencia a la temperatura de 20 °C, Puesto que la temperatura del día oscilaba entre ese valor. Al utilizar el amperímetro de C.D. se coloco el rango mayor por precaución y posteriormente determinamos si prevalecía este o seria cambiado a uno menor.

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Para efectuar la conexión del diagrama 3.2 se alimentó al campo del alternador con la fuente de 125 V de C.D. de la mesa siguiente, debido a que las terminales de la mesa donde estábamos trabajando se encontraban fastidiadas. En esta imagen se observa el uso de un interruptor de 2 polos, 2 tiros, que también sirvió para remplazar el solicitado en la práctica.

La precaución que se tuvo con el reóstato fue la de no exceder el valor de 1.09 A de corriente de excitación, ya que es el valor máximo con el que trabaja. En esta foto se observa el cursor que se desplaza para permitir reducir el valor de resistencia de 0 a 510 Ohms.

Con el tacómetro digital se realizaron las mediciones de velocidad de la maquina síncrona. Se realizo la conexión de la prueba de corto circuito donde en la figura siguiente se muestran los amperímetros análogos de C.A. conectados de las terminales de (RG1, RG2, RG3) y la salida de estos, cortocircuitados. Se encuentran en orden de izquierda a derecha (A1, A2, A3) y de forma acostada, para que el encargado de efectuar las lecturas tenga la posición correcta y así tener datos adecuados. Al terminar las mediciones, el procedimiento de des energizar el campo del alternador fue: regresar el cursor del reóstato, abrir el interruptor, bajar el interruptor termo magnético de la fuente de alimentación de 125 V C.D.

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CONCLUSIONES: El desarrollo de la practica me ayudo a comprender el comportamiento de la maquina síncrona en pruebas, vistas en clase de forma teórica. Como conclusión, mediante una coordinación de todos los integrantes del equipo de maquinas síncronas, determinamos experimentalmente los parámetros de una maquina síncrona. BIBLIOGRAFIA: UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLAS DE HIDALGO, FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA. Tesis: “Pruebas Y Obtención De Parámetros De La Maquina Síncrona”. Presenta: Heriberto Luna Moreno. Asesor: Dr. Carlos Pérez Rojas.

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