Generador Sincrono Caracteristicas De Vacio: Unmsm Laboratorio De Máquinas Eléctricas

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS EXPERIENCIA N°5

GENERADOR SINCRONO CARACTERISTICAS DE VACIO I. OBJETIVOS: - Desarrollar los ensayos de vacío y de corto circuito y a partir de ello calcular la reactancia sincronía. II. EQUIPOS Y/O INSTRUMENTOS A UTILIZAR: - Generador síncrono 5Kw, 220v D.C. - 1 Multimetro. - 1 Pinza Amperimetrica. - 1 Tacómetro. - Llave cuchilla monofásica, trifásica. - Cables de conexión. III. FUNDAMENTO TEÓRICO:  MÁQUINA SÍNCRONA: Una máquina síncrona o sincrónica es una máquina eléctrica rotativa de corriente alterna cuya velocidad de rotación del eje y la frecuencia eléctrica están sincronizadas y son mutuamente dependientes. La máquina puede operar tanto como motor o como generador. Como motor síncrono convierte la energía eléctrica en energía mecánica, la velocidad de rotación del eje depende de la frecuencia de la red eléctrica a la que se encuentra conectado, o bien convierte energía mecánica en energía eléctrica. En este caso es utilizada como generador síncrono y la frecuencia entregada en las terminales dependerá de la velocidad de rotación y del número de polos la misma. Las máquinas síncronas se utilizan fundamentalmente como generadores de corriente alterna; en menor medida como motores de corriente alterna, ya que no presentan par de arranque como tales y hay que emplear diferentes métodos de arranque y aceleración hasta alcanzar la velocidad de sincronismo. También se utilizan para controlar la potencia reactiva de la red, (corrección del factor de potencia).  FUNCIONAMIENTO: El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator. En las máquinas actuales, se coloca un dispositivo interior giratorio conformado por un núcleo magnético y un conductor dispuesto en forma de espiras llamado rotor (inductor), y una parte externa fija denominado estator (inducido). Al rotor se le suministra una corriente continua para su excitación, la que genera un campo magnético. De acuerdo al Teorema de Ferraris, al hacer girar el rotor mediante un evento externo, se induce en el estator un campo magnético giratorio. Este campo, induce en los devanados del estator una fuerza electromotriz (F.E.M.) alterna senoidal.

UNMSM

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS La velocidad angular de rotación del campo, está determinada por la frecuencia de la corriente alterna y del número de pares de polos. 𝒘 𝟐𝝅𝒇 𝑟𝑎𝑑 𝒘𝒏 = = , 𝑠𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑒𝑛 . 𝒑 𝒑 𝑠 Donde: - p: Número de polos que tiene la máquina. - w: Velocidad angular. Una máquina sincrónica, posee dos fuerzas magnetomotrices: la del rotor y la del estator. El rotor gira al recibir un empuje externo desde un motor diésel, turbinas de gas, turbinas de vapor, sistema de ciclo combinado o hidráulico. En los generadores de gran potencia, se acopla mecánicamente un generador de corriente directa (excitatriz), del que se obtiene la tensión necesaria para excitar al rotor.  PARTES DE LA MÁQUINA SÍNCRONA:  Estator: El estator, o parte estática, de una máquina síncrona es similar al de una máquina asíncrona. Contiene un devanado trifásico de corriente alterna denominada devanada inducida y un circuito magnético formado por apilamiento de chapas magnéticas. El campo magnético presente en el estator de una máquina sincrónica gira con una velocidad constante. La velocidad de giro en régimen permanente está ligada con la frecuencia de la tensión en bornes y el número de pares de polos. 𝟔𝟎. 𝒇 𝟏𝟐𝟎. 𝒇 𝒏= = 𝑷 𝒑 Donde: - f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz). - P: Número de pares de polos que tiene la máquina. - p: Número de polos que tiene la máquina. - n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto).  Rotor: El rotor, o parte rotativa, de una máquina síncrona es bastante diferente al de una máquina asíncrona. Contiene un devanado de corriente continuo denominado devanado de campo y un devanado en cortocircuito, que impide el funcionamiento de la máquina a una velocidad distinta a la de sincronismo, denominado devanado amortiguador. Además, contiene un circuito magnético formado por apilamiento de chapas magnéticas de menor espesor que las del estator. En unidades muy pequeñas, puede disponer imanes permanentes en el rotor. El resto de las características del rotor están relacionadas con el objetivo de obtener un campo entre el rotor y el estator de carácter senoidal y dependen del tipo de máquina síncrona: - Máquina de polos salientes: El rotor presenta expansiones polares que dan lugar a un entrehierro variable. - Máquina de rotor liso: El devanado de campo está distribuido en varias bobinas situadas en diferentes ángulos.

UNMSM

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

UNMSM

IV. PROCEDIMIENTO: Tomar datos de la placa de característica de la maquina a utilizar en el laboratorio en esta experiencia. Disponer de los instrumentos de medición según la figura N°1.

Figura N°1 Colocamos los instrumentos solicitados según el esquema:

MULTIMETRO

PINZA AMPERIMETRICA

TACOMETRO

CABLES DE CONEXION LLAVE TRIFASICA LLAVE MONOFASICA

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

UNMSM

Colocando los instrumentos, nos quedará:

Circuito Armado de la Figura N°1

V. CUESTIONARIO: 1. Presentar en forma tabulada los datos tomados en esta experiencia.

TENSIÓN (V) 3.65 3.80 3.90 4.24 4.70 7.00 125.6

INTENSIDAD (I) 0.15 0.16 0.17 0.18 0.42 0.51 2.30

NUMERO DE VUELTAS (RPM) 1795 1796 1795 1795 1798 1795 1796

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

UNMSM

2. Graficar las características de vacío (V vs If), u de corto circuito.

V vs I 140

Voltaje (V)

120

100 80 60 40 20 0 1

2

3

4

5

6

7

Intensidad (I) V

I

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: - Verificar el funcionamiento de los equipos y que estén en las escalas adecuadas, así mismo observar periódicamente que se encuentren calibrados para evitar errores en las medidas. - Se obtuvieron mejores datos y resultados con el equipo analógico, reduciendo así el porcentaje de error inherente en el proceso. - Verificar el correcto montaje del circuito, con la ayuda del profesor, para realizar la experiencia, para así evitar problemas y/o daños de los equipos utilizados. - Para que la máquina síncrona sea capaz de efectivamente convertir energía mecánica aplicada a su eje, es necesario que el enrollamiento de campo localizado en el rotor de la máquina sea alimentado por una fuente de tensión continua de forma que al girar el campo magnético generado por los polos del rotor tengan un movimiento relativo a los conductores de los enrollamientos del estator. - La máquina sincrónica se puede utilizar como generador, tanto para alimentar cargas aisladas o para entregar potencia a una red eléctrica compleja. Para incrementar la cantidad de potencia es necesario aumentar el flujo de vapor, agua o gas que está circulando por la turbina de accionamiento. Al incrementa la potencia de accionamiento de un generador que alimenta a una carga aislada, las masas rotantes del sistema se aceleran y aumenta la frecuencia y la fuerza electromotriz. Estas nuevas condiciones de operación deben ser corregidas mediante un controlador de velocidad y tensión que mantengan dentro de los límites tolerables a estas variables. - El generador síncrono consta de una igualdad entre la frecuencia eléctrica y la frecuencia angular, es decir, el generador girara a la velocidad del campo magnético a esta igualdad de frecuencias se le denomina sincronismo. Éstos se hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes. - La protección de generadores sincrónicos se deben considerar las condiciones de operación anormal más extremas que en la protección de cualquier otro elemento del sistema de potencia. Las unidades generadoras grandes usan protección de alta rapidez para detectar las fallas severas en el devanado del estator y minimizar el daño VII. BIBLIOGRAFÍA: - http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico - http://www.lawebdefisica.com/apuntsfis/domaniom/electromagnetismo.pdf - http://es.wikipedia.org/wiki/Permeabilidad_magn%C3%A9tica - http://www.ifent.org/lecciones/cap07/cap07-06.asp