guia de laboratorio ee242

UNIVERSIDADNACIONALDEINGENIERAFACULTADDEINGENIERAELCTRICAYELECTRNICA

GUIADELABORATORIODEMQUINASELCTRICASII

PROFESORDELCURSO:

ING.LUSROJASMIRANDA

SEPTIEMBRE2007

Laboratorio de Mquinas Elctricas II EE 242

Ing. Lus Rojas Miranda 1 UNI-FIEE

ENSAYO N 1

ARROLLAMIENTO PARA MQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE ALTERNA

1. OBJETIVO Estudio prctico de los bobinados polifsicos usados en motores asncronos.

Influencia de la distribucin de bobinas y anlisis del contenido de armnicos que genera un motor.

2. EQUIPO A UTILIZAR

- Motor Westinghouse (WESCO): Alternating Current Motor for Winding

Study. - 1 Ampermetro de pinza. - 1 Multmetro. - 1 Analizador de armnicos multifuncin, Fluke 39. - 1 Tacmetro o estroboscopio. - Extensin trifsica. - Una llave cuchilla o un interruptor termo magntico 3, 30 A. - Autotransformador 220/ 0-220 V o transformador 3 380/220. - Cables de conexin.

3. PROCEDIMIENTO

1er Caso:

Formar usando todas las bobinas disponibles, un arrollamiento trifsico de 2 polos balanceados completamente. Conectar en serie todas las bobinas de una misma fase. Aplicar 220 V en conexin estrella.

1. Arrancando el motor en forma directa, medir y anotar en un cuadro

tabulado: la velocidad de vaco, la corriente de vaco, la corriente de arranque, sentido de giro del motor y el tiempo de arranque.

2. Analizar el contenido de armnicos de tensin (V) y corriente (I) hasta el armnico = 15, as como la distorsin armnica total (THD) de ambos, durante la operacin del motor en vaco.

2do Caso: Formar usando todas las bobinas disponibles, un arrollamiento trifsico de 8 polos balanceados completamente. Conectar en serie todas las bobinas de una misma fase. Aplicar 220 V en conexin estrella. 1. Repetir los puntos 1 y 2 del primer caso.

3er Caso:

Solo modificando las conexiones del segundo caso, duplicar el nmero de polos de la mquina. 1. Repetir los puntos 1 y 2 del primer caso.



4er Caso: Conectar el arrollamiento de 8 polos en conexin de estrella y aplicar una tensin de tal manera que se mantenga Bmax constante, respecto a la conexin en estrella. 1. Repetir los puntos 1 y 2 del primer caso. Motor Westinghouse El motor asncrono que se utiliza para realizar las conexiones tiene un bobinado trifsico tipo imbricado de doble capa, por lo tanto 48 bobinas distribuidas en 48 ranuras (un lado de bobina en la parte inferior y el otro en la parte superior), el paso de bobina es nica para cualquier caso y = 1 8 (7 ranuras de distancia entre los lados superior e inferior). Cada bobina tiene un nmero en un extremo y el mismo nmero aumentado en cien en el otro (lo cual equivale tambin al mismo nmero con 1-1, 2-2), lo que significa que los bornes de la primera bobina son 1-101, como se muestra en la siguiente figura:

1

2

3

4

5

67

89

10111213141516

1718

1920

21

22

23

24

25

26

27

28

29

3031

32

34 35 36 37 38 3940

413342

4344

45

46

47

48

1'

2'3'

4'5'6'7'8'

9'10'

11'

12'

13'

14'

15'

16'

17'

18'

19'

20'

21'

22'

23'

24'

25'

26'27'

28' 29' 30' 31'32'

33'34'

35'

36'

37'

38'

39'

40'

41'

42'

43'

44'

45'

46'

47'

48'

En esta figura el lado superior de la bobina figuran como 1, 2, 3, etc., mientras que el mdulo de laboratorio son: 101, 102, 103, etc.



4. CUESTIONARIO

1. Mostrar el diagrama de conexiones del arrollamiento de una fase en cada caso.

2. Deducir la onda del campo magntico producido por una sola fase en

cada caso.

3. Calcular y presentarlo en un cuadro tabulado el factor de paso (Kp), factor de distribucin (Kd), y el factor de devanado (Kdev) hasta el armnico = 15, para los casos de 2 y 8 polos.

3. Explicar cmo se logra duplicar el nmero de polos (de 8 a 16) del

arrollamiento con slo algunos cambios de conexin.

4. Explique a qu se debe el cambio del sentido de giro al duplicar el nmero de polos (de 8 a 16).

5. Qu posibilidades hay de formar un arrollamiento bifsico balanceado

tetrapolar?, indicar que fuentes de alimentacin se requiere para alimentarlo y cul sera entonces su velocidad de vaco?

6. Calcular tericamente la proporcin entre las corrientes de vaco

correspondientes a los tres casos ensayados.

7. Dibujar la distribucin de amper-conductor para una de las fases y calcule la densidad lineal de corriente A/m (lminas de corriente) a lo largo del entrehierro en cada caso.

8. Mostrar el diagrama de conexiones para un arrollamiento de 12 fases y

2 polos.



ENSAYO N 2

LA MQUINA ASNCRONA

1. OBJETIVO Realizar los ensayos de la mquina asncrona como motor y generador, a partir de ellos determinar los parmetros del circuito equivalente. La determinacin de las prdidas rotacionales y el pronstico terico de su comportamiento a partir del circuito equivalente. 2. EQUIPO A UTILIZAR

- Resistencia de arranque Ra 30 , 8,5 A. - Resistencia de campo 1000 , 1 A - 97,6 A. - 3 llaves cuchilla 1 30 A. - 01 ampermetro DC, 0-30 A. - 01 ampermetro DC, 0 1 A. - 01 ampermetro DC, 0-1,5 A. - 01 multmetro digital. - 01 Resistencia de carga 0 15 A o lmparas incandescentes. - 01 ampermetro DC, 0 2,5 A. - Tacmetro o estroboscopio.

3. PROCEDIMIENTO

Observar las caractersticas de la mquina, bornes de conexin, anotar los datos de placa, resistencia por fase del devanado de armadura. La mquina de corriente continua funcionar como generador (como carga) y como motor (motor primo). Armar el esquema elctrico de la figura 2.1.

KJ 220 Vdc

GA

HB

+

-

Rx

MAs~

S1A

RST

220 Vac

380 Vac

Fluke 39

Motor-Generador con excitacin en derivacin o shunt.

Autotransformador

Figura 2.1.



3.1 ENSAYO EN VACO

Medir la resistencia de cada uno de los devanados ra, el promedio de las tres ser el valor que se tome como dato. Anotar la temperatura. Luego la MAs debe ser arrancada con la tensin mnima del autotransformador y sin carga en el eje, esperando que funcione un tiempo prudencial para que las condiciones de lubricacin se estabilicen. Seguidamente elevar la tensin de alimentacin hasta aproximadamente un 120% del valor nominal y registrar para esta tensin la potencia y corriente absorbida por el motor. Disminuir la tensin de alimentacin hasta aproximadamente 50% de Vn y anotar para cada valor de tensin, la potencia y corriente (10 juegos de valores). Medir la temperatura de cada fase del estator una vez culminado este ensayo.

3.2 ENSAYO EN CORTO CIRCUITO (ROTOR BLOQUEADO).

Bloquear el rotor adecuadamente y aplicar a la mquina asncrona una tensin reducida de tal manera que la corriente consumida no sobrepase los lmites de la corriente nominal. Tomar simultneamente varios juegos de lecturas (6 valores como mnimo) de tensin, corriente y potencia hasta aproximadamente 1,5In. Culminado el ensayo medir las resistencias por fase del estator ra.

3.3 ENSAYO COMO MOTOR BAJO CARGA Acoplar los ejes de las mquinas, asncrona y la de corriente continua, luego arrancar la mquina asncrona aumentando gradualmente la tensin de alimentacin hasta el valor nominal; luego excitar el generador de corriente continua, de tal manera que genere su tensin nominal. Enseguida conectar a los bornes del generador de CC la resistencia de carga RL o las lmparas incandescentes, las cuales debern estar en su posicin de mximo valor de resistencia. Ajustar el valor de RL o encender las lmparas de tal manera que el motor asncrono tenga una velocidad en el eje correspondiente a un deslizamiento del 3% (debido al torque frenante que surge en el generador); a continuacin registrar la velocidad, potencia y corriente absorbida por el motor asncrono, la tensin en bornes del generador DC y la corriente en la resistencia de carga del mismo. Mquina Asncrona n (rpm) P (W) Q (VAr) V (V) Ia cos T (N-m)

Mquina CD Vcd (V) Icd (A)

V0 (V) P0 (W) I0 (A) n (rpm) cos 0

Vcc (V) Pcc (W) Icc (A) cos cc T (N-m)



3.4 ENSAYO COMO GENERADOR

Modificar las conexiones del circuito del generador CD para obtener el motor en derivacin o shunt CD (figura 2.2).

M=

KJ 220 Vdc

GA

HB

+

-

Rx

MAs~

S1A

RST

220 Vac

380 Vac

Fluke 39

Motor primo

Autotransformadoro transformador 380/220 V

Figura 2.2.

Arrancar el motor de corriente continua con la resistencia de campo en su mnimo valor y la de armadura en mximo, observar el sentido de giro. Desconectar esta mquina y arrancar el motor asncrono con tensin reducida verificando que el sentido de giro sea el mismo que el de la mquina CC. Si no son iguales alterar la secuencia de fases de la tensin trifsica, permutando dos lneas cualesquiera. Arrancar nuevamente el motor CC y llevarlo a la velocidad cercana a la sncrona (velocidad del campo en el motor de induccin). A continuacin conectar el motor asncrono a la red, con la tensin del autotransformador en la misma posicin. Incrementar esta tensin gradualmente hasta 380 V aproximadamente. A estas condiciones aumentar la velocidad hasta alcanzar la corriente nominal en una de las mquinas. Seguidamente medir la potencia, tensin y corriente en el estator, corriente en la mquina de corriente continua y la velocidad rotrica. Repetir estas mediciones reduciendo gradualmente la velocidad hasta alcanzar la velocidad sncrona (tomar 10 valores como mnimo). Mquina Asncrona n (rpm) P (W) Q (VAr) V (V) Ia cos T (N-m)

Mquina CD

Vcd (V) Icd (A)



4. CUESTIONARIO

1. Relacin de los valores tomados en la experiencia. 2. A partir del juego de valores del ensayo de vaco calcular: mecfe PPP +=00

estatordelcobreelenPrdidasIrPIrPP

cu ==

21011

2101000

3

3

0

00 3

cosVIP= - Factor de potencia en vaco.

3. Graficar en un mismo cuadro las caractersticas del motor asncrono en

rgimen de marcha en vaco, es decir, P00, I0 y cos como funciones de la tensin aplicada. Explicar la tendencia de cada curva y defina el intercepto de determinara en el eje de las ordenadas la interpolacin de la curva P00.

4. A partir de las lecturas del ensayo a rotor bloqueado calcular: Zcc y Rcc

en fase/ y tabularlos en funcin de la tensin aplicada. 5. Graficar en un mismo cuadro Pcc, Icc, Zcc y Rcc como funciones de la

tensin aplicada. Explicar las tendencias. 6. Calcular los parmetros del circuito equivalente T de sustitucin de la

mquina asncrona para tensin nominal. 7. A partir de 6, evaluar los parmetros del circuito equivalente L

invertida. 8. Construir el diagrama circular usando el circuito equivalente L

invertida. 9. A partir de 8 se pide:

9.1 Operacin como motor:

Para un deslizamiento de 3%, determinar: corriente, potencia absorbida, factor de potencia, potencia en el eje y eficiencia. Comparar estos resultados con los obtenidos experimentalmente. Explicar las divergencias.

El deslizamiento para torque mximo. La mxima potencia en el eje.

9.2 Operacin como generador.

Entregando por sus bornes la corriente de operacin como motor

encontrada en 9.1, determinar: el deslizamiento, potencia entregada en bornes, factor de potencia, potencia recibida por el eje y eficiencia.



La mxima potencia que puede entregar por sus bornes y el deslizamiento en estas condiciones.

9.3 Para la mquina como generador construir la caracterstica

terica de potencia en bornes vs. Velocidad o deslizamiento. Contrastarla con los puntos experimentales. Calcular errores y explicar divergencias.

9.4 Ubicar los puntos experimentales tomados para el generador y ubicarlos en el diagrama circular trazado en la experiencia. Explicar diferencias.

9.5 Dar un mnimo de 5 observaciones y 5 conclusiones.



ENSAYO N 3

GENERADOR SNCRONO I

1. OBJETIVO

Demostrar de forma prctica los ensayos de rutina aplicados al generador sncrono, como son: prueba de vaco, cortocircuito trifsico, carga puramente inductiva y resistiva, caractersticas en V, as como la caracterstica angular (de potencia). Demostrar la operacin del generador sncrono en rgimen autnomo y en paralelo con la red.


- Resistencia de arranque Ra, 30, 8,5 A. - Resistencia de campo motor 1000 , 1.2 A. Campo de la Ms. - 03 Llaves cuchilla 2x30 A. - 01 Ampermetro CD 0-40 A. - 01 Ampermetro CD 0-1,2 A. - 01 Ampermetro CA 0-10 A. Ia. - 01 Voltmetro CA 0-300 V. - 01 Multmetro digital. - 01 Instrumento multifuncin FLUKE 39. - Resistencias de carga de 0-15 A, 220V o Lmparas

incandescentes. - 01 Ampermetro CD 0-1,5 A. Campo generador. - 01 Tacmetro o estroboscopio. - 01 Autotransformador trifsico. - Cables de conexin.

3. PROCEDIMIENTO

Observar las caractersticas de la mquina, bornes de conexin, anotar los datos de placa, resistencia por fase del devanado de armadura y armar el esquema elctrico de conexiones para la operacin del generador. Determinar la distribucin de los ampermetros CA y CD e incluirlo en el informe previo. Armadura en delta o estrella. Figura 3.1.

3.1 Ensayo en vaco. Verificar para el motor de corriente continua en derivacin o shunt, que la posicin del restato del devanado inductor Rx se encuentre en posicin de mnima resistencia y el de armadura (inducido) Ra en mxima. Ponerlo en marcha cerrando el interruptor S1 de la red de 220 Vdc y llevarlo hasta la velocidad sncrona del generador, verificar peridicamente que se mantenga constante. Cerrando el circuito de la excitacin del generador sncrono S2, disminuir la resistencia de campo del generador sncrono Rex para elevar la tensin generada hasta 120% de la tensin nominal. En seguida disminuir gradualmente la tensin (aumentando Rex) para tomar de 8 a 10 valores de tensin y corriente de campo If, hasta dejar abierto el circuito y anotar la tensin remanente del generador (cuando If=0).



M=

KJ 220 Vdc

GA

HB

A

+

-

Rex

220 Vdc+

-

Ra Rx

Ms

Excitacin

Motor primo.

S1

S2 If

AV

Figura. 3.1.

3.2 Ensayo en cortocircuito trifsico

Retirar la excitacin, abriendo S2 (If=0). Poner en cortocircuito los bornes del generador sncrono RST, tal como se muestra en la figura 3.2.

M=

KJ 220 Vdc

A A

GA

HB

A

+

-

Rex

220 Vdc+

-

Ra Rx

Ms

Excitacin

Motor primo.

S1S2

Imax=1,2In

IfAAA

Figura. 3.2.

En seguida cerrar el circuito de excitacin y aumentar gradualmente If de tal manera que se obtenga de 3 a 5 valores de la corriente de armadura Icc. Anotar este juego de valores en una tabla.

If Icc If p.u. Icc p.u.

Esta caracterstica resulta ser lineal debido a que su mismo devanado representa una carga inductiva (ra0).



3.3 Ensayo bajo carga de factor de potencia cero.

Para realizar esta prueba es necesario acoplar o poner en paralelo el generador sncrono con la red industrial (barra infinita). Entre la red y el generador se conectar un autotransformador de tensin regulable, el cual representar a la carga inductiva. El esquema de conexin para la puesta en paralelo se muestra en la figura 3.3, para el instante del cierre del interruptor S3 se utilizar las lmparas o el sincronizador.

M=

KJ 220 Vdc

A A

GA

HB

A

+

-

Rex

220 Vdc+

-

Ra Rc

A

Ms

RST

220 Vac

V

380 Vac

Lmparasal apagado.

M=

KJ 220 Vdc

A A

GA

HB

A

+

-

Rex

220 Vdc+

-

Ra Rc

A

Ms

220 Vac

380 Vac

RST

V VGEN REDGEN-RED GEN-RED

R S TR S

f

Figura. 3.3



Con la mquina ya en sincronismo con la red, incrementar la excitacin o sobreexcitar disminuyendo Rex hasta que entregue su corriente nominal, anotar los valores de If y V. Ajustar la tensin del autotransformador a un nuevo valor y mantener constante la corriente de armadura actuando sobre la corriente de excitacin. Anotar nuevamente las nuevas mediciones If y V. La prueba ser satisfactoria si cos 0,1-0,2 lo que se verifica con el fluke 39.

If (A) V (V) P (W) Q (VAr) Cos If (pu) V (pu)

Repetir el proceso para otras 4 6 tensiones del autotransformador.

3.4 Ensayo bajo carga resistiva

Estando el generador sncrono operando a condiciones nominales de vaco (tensin y frecuencia nominal), sin el autotransformador, conectar una carga trifsica resistiva que consuma a tensin y frecuencia nominal la corriente de armadura nominal. Para mantener constante la tensin se debe interactuar sobre If, Rex del generador sncrono, y para mantener constante la velocidad se debe interactuar sobre la corriente de campo If, Rx del generador shunt. Anotar el valor de la corriente de armadura, corriente de excitacin, frecuencia y tensin del generador sncrono (Ia, If, f, V).

Ia (A) If (A) f (Hz) V (V)

A continuacin desconectar la carga gradualmente sin variar la corriente de excitacin del generador If y manteniendo constante la frecuencia con la corriente del campo del motor shunt, medir la tensin generada en vaco. Tener cuidado que el generador no se embale al quitar la carga. Nota: Como carga resistiva se puede utilizar tres restatos o tres juegos de lmparas.

M=

KJ 220 Vdc

A A

GA

HB

A

+

-

Rex

220 Vdc

+

-

Ra

A

Ms

Figura 3.4.



4. CUESTIONARIO

4.1 Relacin de las lecturas tomadas en la experiencia.

4.2 Trazar las caractersticas de vaco, cortocircuito y factor de potencia

cero.

4.3 Graficar las caractersticas anteriores en un mismo cuadro en pu.

4.4 A partir de los resultados de 4.2 determinar las reactancias no saturadas y saturadas (xd, xq), la relacin de cortocircuito (RCC), el factor de saturacin para tensin y corriente nominal.

4.5 A partir de los resultados de 4.3 (conociendo la resistencia de armadura

por fase), trazar los diagramas fasoriales de Pothier del generador sncrono operando a tensin y corriente nominal, para los siguientes factores de potencia: 1, 0,8 inductivo y 0,8 capacitivo. Obtener en cada caso la fem Ef. La regulacin de tensin y excitacin necesaria If.

4.6 Determinar el error porcentual, tomando como referencia los resultados

experimentales, en la fuerza electromotriz Ef y la excitacin necesaria para la prueba experimental con carga resistiva. Explicar los errores obtenidos.

4.7 Dar un mnimo de 5 conclusiones.



ENSAYO N 4

GENERADOR SNCRONO II

1. OBJETIVO

Demostrar de forma prctica los ensayos bajo carga para la determinacin experimental de la caracterstica P- y las curvas en V del generador sncrono. Asimismo la prueba de deslizamiento para la estimacin de las reactancias en el eje directo y en cuadratura en una mquina de polos salientes.

2. EQUIPAMIENTO - Resistencia de arranque Ra 30, 8,5 A. - Resistencia de campo motor 1000 , 1.2 A. Campo de la Ms. - 03 Llaves cuchilla 2x30 A. - 01 Ampermetro CD 0-40 A. - 01 Ampermetro CD 0-1,2 A. - 01 Ampermetro CA 0-10 A. Ia. - 01 Voltmetro CA 0-300 V. - 01 Voltmetro CA con 0 en el centro de la escala. - 01 Multmetro digital. - 01 Instrumento multifuncin FLUKE 39. - 01 Resistencia de carga de 0-15 A, 220V o Lmparas

incandescentes. - 01 Ampermetro CD 0-2,5 A. Campo generador. - 01 Tacmetro o estroboscopio. - 01 Autotransformador trifsico. - Cables de conexin.


1. Caracterstica potencia vs. ngulo de carga (P - ).

Conectar el equipo tal como se muestra en la figura 4.1. Ajustar la tensin, secuencia de fases y frecuencia del generador sncrono (condiciones previas, sincronizacin), y ponerlo en paralelo con la red. El disco graduado dispuesto en el eje del motor primo ubicar un origen

0= para medir el ngulo delta, para ello debe iluminarse el disco con el estroboscopio. Observar a continuacin la dependencia entre la potencia P entregada por la mquina y el ngulo de carga , para ello debe aumentarse el torque aplicado al eje del generador. Tomar valores de P y , desde las condiciones de mnima potencia hasta potencia donde la corriente de armadura no supere 1,5 In. Es necesario que durante la sobrecarga un integrante del grupo este atento para regular el torque aplicado a la mquina en caso de prdida de sincronismo.

P (W) Q (VAr) cos () Ia (A)



M=

KJ 220 Vdc

A A

GA

HB

A

+

-

Rex

220 Vdc+

-

Ra Rc

A

Ms

RST

220 Vac

V

380 Vac

Lmparasal apagado.

AutotransformadorTransformador 380/220 V

Figura 4.1.

2. Caractersticas en V del generador sncrono

Se desconecta el estroboscopio. Estando en paralelo el generador sncrono con la red, regular su potencia entregada al 50% de la potencia nominal y mantenerla constante, luego aumentar la corriente de excitacin If del generador hasta que la corriente de armadura Ia alcance su valor nominal. A partir de este juego de valores desexcitar gradualmente al generador (disminuir If), la corriente de armadura Ia empezar a disminuir y pasar por un valor mnimo para luego volver a incrementarse, desexcite hasta que la corriente de armadura sea la nominal. Anotar este juego de valores. Seguidamente consiga la corriente de armadura mnima. Estando Ia en el mnimo valor disminuir la carga del generador a 25% de la potencia nominal, manteniendo constante esta potencia, repetir el proceso anterior. Realizar nuevamente lo explicado, pero para una potencia de 0% de la nominal.

P=0,5 Pn P=0,25 Pn P=0 Pn If Ia If Ia If Ia

3. Prueba de deslizamiento

Reducir la potencia entregada por el generador a la red y sacarlo del paralelo. Realizar el esquema de conexiones que se muestra en la figura 4.2.



M=

KJ 220 Vdc

RST

220 Vac

GA

HB

+

-

Ra Rx

A

Ms

V Vcd

Autotrasformador a tensin reducida.

A

V

Figura 4.2

Encender el motor primo y llevarlo a una velocidad prxima a la velocidad sncrona, de tal manera que el deslizamiento sea mayor que el 2%. Reducir la tensin de la red ajustable (autotransformador) a 0.25Vn aproximadamente y cerrar el interruptor del generador, cuidando que la corriente de armadura no supere su valor nominal. Se deber notar que el ndice del voltmetro Vcd conectado en los bornes del campo del generador empezar a oscilar suavemente. Simultneamente tomar las medidas de la tensin aplicada a la mquina y la corriente de armadura que consume, cuando: El ndice del voltmetro Vcd pase por cero y cuando pase por un mximo, es decir, la tensin mxima y mnima en los bornes del generador y la corriente mxima y mnima que absorbe.

max

min

min

max

IVx

IVx qd ==

Vmax Vmin Imax Imin



4. Cuestionario

1. Relacin de lecturas obtenidas en la experiencia. 2. Con la informacin obtenida en la prueba de deslizamiento estimar las

reactancias en el eje directo y cuadratura (xd y xq) de la mquina. 3. Calcular la relacin xd/xq y compruebe si este valor se encuentra

dentro del rango usual para mquinas de este tipo y potencia. Explique.

4. Utilizando los valores xd, xq y ra, construir la caracterstica terica P

vs. . Contrastarla con los puntos obtenidos experimentales. Calcular los errores y explicar las divergencias.

5. De los grficos anteriores indicar cual sera la potencia mxima que

podra entregar el generador sin perder el sincronismo y cual es el ngulo delta limite.

6. Presente los datos experimentales de las caractersticas en V del

generador sncrono operando en paralelo con la red para cada caso (P=0%Pn, 25%Pn y 50%Pn). Calcular el factor de potencia del generador cuando entrega Ia por sus bornes y es excitado con If.

I

If

50%25%

0%

fpd inductivo fpd capacitivo

cos =1cos =0,8cos =0,8

a

7. Graficar Ia vs. If. Para cada caso la curva que une los puntos mnimos de la curva Ia constituir el lugar geomtrico de cos=1,0 (Curva de regulacin). Estimar las curvas a otros factores de potencia y determinar el lmite de operacin estable al disminuir If para cada caso (Para Ef mnimo).

I

If

50%25%

0%

fpd inductivo fpd capacitivo

aLmite de operacin

8. Dar un mnimo de 5 conclusiones y 5 observaciones.



ENSAYO N 5

GENERADOR SHUNT - COMPOUND

1. OBJETIVO

Estudio emprico de la autoexcitacin del generador shunt y la determinacin de sus caractersticas en estado estable. Asimismo a partir de esta mquina se implementa un generador de tipo compuesto.

2. EQUIPOS A UTILIZAR

- Resistencia de arranque Ra 30, 8,5 A. - Resistencia de campo motor 1000 , 1.2 A. Campo de la Ms. - 03 Llaves cuchilla 2x30 A. - 01 Ampermetro CD 0-40 A. - 01 Ampermetro CD 0-1,2 A. - 01 Ampermetro CD 0-15 A. Ia. - 02 Voltmetros CD 0-300 V. - 01 Multmetro digital. - 01 Resistencia de carga de 0-15 A, 220V o Lmparas

incandescentes. - 01 Ampermetro CD 0-2,5 A. Campo generador. - 01 Tacmetro. - Cables de conexin.

3. PROCEDIMIENTO

Observar las caractersticas de la mquina, bornes de conexin, datos de placa y armar el modulo segn el esquema elctrico de conexiones para la operacin como generador mostrado en la figura 5.1 (la carga resistiva puede ser una resistencia o un juego de lmparas).

G=

KJ

A

GA

HBRx

Generador.

S1

M=

K J220 Vdc

A

GA

HB

+

-

RaRx

Motor.

S2

V

I

V

220 Vdc

+

-

S3

If

RL

AA

Figura 5.1.



Antes de arrancar el motor debe de verificarse la posicin de los restatos Ra y Rx, de la manera que se limite la corriente de arranque y a la vez que tenga un torque necesario para su aceleracin (Ra en mximo valor y Rx en mnimo). Cerrando el interruptor S1 de la fuente de corriente continua, poner en marcha el motor verificando el sentido de giro que indica la flecha, para lo cual disminuir gradualmente Ra y ajustar la velocidad al valor nominal (aumentando Rx), el cual debe de mantenerse constante para todas las pruebas.

3.1 Caractersticas de excitacin Con el interruptor S3 abierto, medir con el multmetro la tensin inducida en la armadura, cerrar el interruptor, con Rx en mximo valor y observar en el multmetro el efecto producido sobre la tensin generada. Si la conexin no posibilita la autoexcitacion, permutar los bornes del devanado de excitacin o de armadura. Observar ahora la dependencia de la tensin inducida con respecto a If reduciendo Rx sin tomar aun valores; regresar luego a la mxima resistencia. En vaco Excitar nuevamente la mquina incrementando If hasta obtener una tensin del 120% de la nominal. Anotando la tensin y la excitacin en este punto disminuir montona y gradualmente If hasta tomar 8 o 10 valores. Finalmente con If=0 (S1 abierto) se anota la nueva tensin remanente. En carga Con la tensin generada al mnimo verificar que RL se encuentre en su mximo valor, luego conectarla. Aumentar la corriente de excitacin If hasta alcanzar una tensin en bornes de aproximadamente el 70%Vn. Ajustar RL hasta lograr la corriente de carga igual al valor nominal. Registrar la tensin en bornes V y la corriente de excitacin If. Luego actuar sobre Rx y RL para aumentar If (por lo tanto V), manteniendo I constante. Anotar los nuevos valores de I y V.

3.2 Caracterstica Externa

Con RL en mximo valor, llevar la tensin hasta 0,9Vn aproximadamente y medir la corriente de excitacin If correspondiente. A partir de este punto tomar los valores de tensin en bornes (V), la corriente de excitacin If, reduciendo RL gradualmente hasta alcanzar la corriente mxima tolerada por esta resistencia. Tratar de completar la caracterstica hasta el punto de cortocircuito, considerando que la sobrecarga de la mquina debe ser muy breve.

3.3 Caracterstica de regulacin

Con la carga RL en mximo valor, elevar la tensin (reduciendo Rx) hasta el 90%Vn aproximadamente. Bajo estas condiciones elevar gradualmente la corriente de carga (reduciendo RL) y al mismo tiempo, para mantener constante la tensin, elevar la corriente de excitacin If (reduciendo Rx). Tomar de 4 a 6 valores de If e I.



3.4 Variacin de la caracterstica externa en conexin Compound (compuesta).

Efectuar los cambios de conexin en el generador tal como se muestra en la figura 5.2, la bobina de tipo serie y repetir el procedimiento 3.2. Invertir la polaridad de la bobina serie y repetir lo anterior. Apuntar valores de tensin (V) y corriente (I) para ambos casos.

G=

KJ

A

GA

HBRx

Generador.

S1

M=

K J

A

GA

HB

+

-RaRx

Motor.

S2

V

I

V220 Vdc

+

-

If

A A

Figura 5.2



4. CUESTIONARIO

4.1 Relacin de las lecturas tomadas en la experiencia.

4.2 Trazar las caractersticas en vaco y en carga a corriente no min

en un mismo cuadro. Conociendo la resistencia de armadura incluyendo interpolos, trazar el lado tringulo caracterstica del generador para una tensin en bornes.

4.3 Recoger tres pares de valores (Ef, If) de la caracterstica de

vaco, de tal manera que se cumpla: If3=If2+I; If1+I y aproximar una parbola de la forma: Ef = a0 + a1If + a2If2

Verificar los errores porcentuales respecto a los experimentales.

4.4 Del tringulo caracterstico trazado en 4.2 anotar el cateto que cuantifica. Puede asumirse (no es estrictamente correcto) que este valor expresado en amperios es proporcional a la corriente de armadura CIa. Calcular C.

4.5 Para considerar el efecto desmagnetizante de la reaccin de

armadura se puede considerar que If=If -CIa (siendo If=V/Rf, Rf=resistencia del devanado de campo+Rx), y evaluar la Fem. inducida E y la constante C de 4.4.

4.6 Trazar la caracterstica externa experimental del generador

shunt. En el mismo cuadro graficar la caracterstica externa terica. Esta debe obtenerse utilizando la ecuacin hallada en 4.5 dando valores para I. Discutir y sustentar las divergencias.

4.7 Trazar la caracterstica experimental de regulacin para una

tensin en bornes V igual.



BIBLIOGRAFA

M. P. Kostenko, L. M. Piotrovski. 1976. Mquinas Elctricas, tomo II. Editorial Mir. Primera edicin. Rusia.

Jess Fraile Mora. 2003. Mquinas Elctricas. Mc Graw-Hill

/Interamericana de Espaa, S. A. U. Quinta edicin. Espaa.

guia de laboratorio ee242

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