ESCUELA POLITECNICA NACIONAL

ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

LABORATORIO DE CONVERSION E/M DE ENERGIA

INFORME DE LABORATORIO

Prctica No. 6 Tema: Funcionamiento y operacin de las mquinas de corriente continua y sincrnicas.

Realizado por: Estudiantes: Arcos Enriquez Luis JeampoolGrupo: 3 Santiago David Pilicita

Fecha de entrega: 04 / 02 / 2015Perodo: 2014-B

OBJETIVOS: Conocer el funcionamiento de las maquinas sincrnica y continua, adems de establecer sus principales diferencias. Conocer cmo se conforman mecnica, elctrica y magnticamente estas mquinas.

EQUIPOS: Maquina Sincrnica. Mquina de continua. Voltmetro de ca y cc. Ampermetro de ca y cc. Frecuencmetro. Vatmetro. Banco de resistencias.

INFORME

INFORME1. DESCRIBA CADA UNO DE LOS ESQUEMAS UTILIZADOS EN LA PRCTICA Y PRESENTE LOS DATOS TABULADOS.MOTOR 1807 RPM

Corriente de campo=0[A]Voltaje remanente=10,7[V]

TABULACION DE DATOSMOTOR DE INDUCCION

MEDICIONITINN (RPM)

1ra Medicin44.3 [A]5.9 [A]768

2da Medicin51.1 [A]5.8 [A]1796

MOTOR 3

1ra Medicin2[A]0.8[A]2667

DATOS DE PLACA

Potencia nominal: Es la potencia que el transformador consume cuando est trabajando a plena carga. (1,0/0,75 HP/Kw). Numero de fabricacin: Indica el modelo el modelo del motor (1LA3 082-4YC60) Numero de fases: Indica el nmero de fases con las que trabaja el transformador. (3~Motor). Peso total: Es el peso total del transformador (Refrigerante, ncleo, bobinas). (9.1 kg) Frecuencia Nominal: La frecuencia de trabajo del transformador. (60 Hz) Aceite: Es el tipo de aceite que usa el transformador para su sistema de refrigeracin. Volumen de aceite: Es la cantidad de aceite que cabe dentro del depsito de aceite para la refrigeracin del transformador. Tipo de conexin: Indica el tipo de conexin del transformador Los taps que forman parte de la placa de caractersticas sirven para subir o bajar el voltaje en pasos dependiendo para el uso que se le quiera dar. Factor de potencia: (cos 0.86) Velocidad nominal en revoluciones por minuto: (1670 RPM). Identificacin del tipo de conexin del arrollamiento: (220 YY). Mquinas de cc y sncronas: corriente nominal de excitacin. Motores de inducido de anillos rozantes: intensidad nominal del motor (440 Y). Intensidad nominal: (1.75 A). Clase de aislamiento: (Cl. Aisl F). Clase de proteccin: (IP44).

2. ESTABLECER LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UBICAR LA ARMADURA EN EL ESTATOR DE UNA MQUINA SINCRNICA.VENTAJAS Reactancia de armadura reducida: La armadura estacionaria presenta una reluctancia al flujo. Debido a una seccin transversal de hierro mayor. La reluctancia reducida tambin reduce la cantidad de flujo disperso producido por la armadura. En grandes estatores polifsicos el devanado de la armadura es ms complejo que el devanado de campo: Las varias bobinas y conexiones entre las fases pueden ser construidas ms fcilmente en una estructura estacionaria rgida que en un rotor. Mejor aislamiento: Es ms fcil aislar el estator que el rotor. Nmero necesario de anillos colectores aislados: Para el caso de una armadura rotativa, seran necesarios tres anillos colectores para un generador trifsico. Habra problemas en el momento de transferir altas tensiones, por ejemplo 13200 V/fase en altas corrientes de los anillos colectores de la armadura para las escobas estacionarias en contacto con estos anillos. Aislar del eje los anillos colectores es un problema.

3. DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO, ESTABLEZCA LAS PRINCIPALES SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS ENTRE CADA UNA DE LAS MAQUINAS EN ESTUDIO.

VENTAJAS: Si la maquina se usa como motor entonces pierde menos energa en forma decalor. Son menores las perdidas por histresis.

DESVENTAJAS: El acceso a los devanados es ms difcil y eso dificulta su reparacin. Existen perdidas por el contacto deldevanado con los carbones.

4. CMO SE REALIZA EL CONTROL DE FRECUENCIA Y VOLTAJE EN UN GENERADOR SINCRNICO Y DE VOLTAJE EN UN GENERADOR DC? El control de la frecuencia se controla con la velocidad angular del generador y el voltaje con la corriente de excitacin.5. DIBUJE LA CURVA DE SATURACIN PARA CADA MQUINA.

6. EN UN GENERADOR DE DC QUE ALIMENTA A UNA INDUSTRIA QU TIPO DE CONEXIN ELEGIRA USTED: EXCITACIN INDEPENDIENTE O AUTOEXITADO (DERIVACIN)? JUSTIFIQUE SU RESPUESTA.

En este tipo de generador, la tensin en los bornes es prcticamente independiente de la carga de la mquina y de su velocidad, su tensin puede ser regulado a travs del restato de campo, aunque naturalmente, dentro de ciertos lmites, porque la excitacin del campo inductor no puede aumentar ms de la saturacin, por lo que es mejor trabajar dicha conexin ya que la conexin de auto excitado donde dicha excitacin depende de la carga que se vaya a conectar, de esta manera se limita la corriente de excitacin.7. EN UN GENERADOR DE 100 MVA LA ARMADURA (CONOCIDO TAMBIN COMO INDUCIDO) EST EN EL ROTOR O EN EL ESTATOR? JUSTIFIQUE SU RESPUESTA.La armadura se encuentra en el estator porque se trabaja con altas potencias, de tal manera que al estar en el estator disminuye el tamao, el costo, y podemos evitar cualquier tipo de dao por el rozamiento entre los devanados de armadura y de campo.8. ENTRE UN GENERADOR SINCRNICO CON TURBINA HIDRULICA Y UNO CON TURBINA DE VAPOR (CENTRAL TRMICA): Cul tiene mayor nmero de polos?La turbina hidrulica tiene mayor nmero de polos.Las turbinas de vapor estn presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de faseEn el caso de la turbina trmica el tipo de rotor es un rotor liso. Qu pasa con sus velocidades? La velocidad en un generador o turbina hidrulica es mucho menor a una con turbina de vapor. En dnde se deber encontrar la armadura en el estator o en el rotor? Para ambos casos el estator contendr la armadura debido a su alta potencia de generacin Cul tiene el costo de produccin del kW/h ms alto y por qu?La generacin trmica es mscostosa debido a que debe usar la combustin de petrleo, o cualquier material que genere grandes valores deenerga calorfica.9. DESCRIBA LOS TIPOS DE MOTORES ESTUDIADOS DURANTE LA PRCTICA.MOTOR DCElmotor de corriente continua(denominado tambinmotor de corriente directa,motor CComotor DC) es una mquina que convierte laenerga elctricaenmecnica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la accin del campo magntico.Una mquina de corriente continua (generadoro motor) se compone principalmente de dos partes. Elestatorda soporte mecnico al aparato y contiene los devanados principales de la mquina, conocidos tambin con el nombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo decobresobre ncleo de hierro. Elrotores generalmente de forma cilndrica, tambin devanado y con ncleo, alimentado con corriente directa mediante escobillas fijas (conocidas tambin como carbones).El principal inconveniente de estas mquinas es el mantenimiento, muy caro y laborioso, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las delgas.Algunas aplicaciones especiales de estos motores son losmotores lineales, cuando ejercen traccin sobre un riel, o bien losmotores de imanes permanentes. Los motores de corriente continua (CC) tambin se utilizan en la construccin deservomotoresymotores paso a paso. Adems existenmotores de CD sin escobillas.El rotor tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado.Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.Fuerza contra electromotriz inducida en un motor.Es la tensin que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las lneas de fuerza, es el efecto generador de pines.La polaridad de la tensin en los generadores es inversa a la aplicada enbornesdel motor.Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la mquina parada no hayfuerza contra electromotrizy el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito.La fuerza contra electromotriz en el motor depende directamente de la velocidad de giro del motor y del flujo magntico del sistema inductor.

Nmero de escobillasLasescobillasdeben poner encortocircuitotodas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la mquina tiene dos polos, tenemos tambin dos zonas neutras. En consecuencia, el nmero total de escobillas ha de ser igual al nmero de polos de la mquina. En cuanto a su posicin, ser coincidente con las lneas neutras de los polos En realidad, si un motor de corriente continua en su inducido lleva un bobinado imbricado, se debern poner tantas escobillas como polos tiene la mquina, pero si en su inducido lleva un bobinado ondulado, como solo existen dos trayectos de corriente paralela dentro de la mquina, en un principio es suficiente colocar dos escobillas, aunque si se desea se pueden colocar tantas escobillas como polos.

Esquema del funcionamiento de un motor de c.c. elemental de dos polos con una sola bobina y dosdelgasen el rotor. Se muestra el motor en tres posiciones del rotor desfasadas 90 entre s.1, 2: Escobillas;A, B:Delgas;a, b: Lados de la bobina conectados respectivamente a las delgas A y B.

MOTOR DE INDUCCION TRIFASICO.Los motores de induccin o asincrnicos, son los ms utilizados debido a su robustez, sencillez constructiva y poco mantenimiento. La utilizacin de los mismos, es apta para aquellos requerimientos en los cuales no se deba mantener una velocidad constante, ya que este tipo de motores, disminuye ligeramente su velocidad con el aumento de la carga en su eje. El estator de un motor trifsico de induccin est formado por un conjunto de tres bobinas, las cuales son alimentadas por un sistema trifsico de corrientes, lo cual da origen a un campo magntico giratorio de mdulo constante, segn se ha estudiado anteriormente. Este campo magntico gira a la velocidad que llamamos de sincronismo. Coloquemos dentro del estator una espira, montada sobre un eje, cuyo nico movimiento permitido es el de rotacin tal como se muestra en la figura 8.14. En esta situacin, en la cual tenemos un campo magntico de mdulo fijo girando alrededor de la espira mencionada, est concatenar un flujo magntico que vara con el tiempo, lo cual dar origen a una fuerza electromotriz inducida (Ley Faraday).El sentido de la fuerza electromotriz inducida se puede obtener de acuerdo a la siguiente regla de la mano derecha: Se coloca la palma de la mano derecha recibiendo en forma perpendicular el flujo magntico. Se coloca el pulgar en direccin contraria al sentido del movimiento del campo magntico (en este caso en sentido antihorario). El sentido del resto de los dedos nos indica el de la fuerza electromotriz inducida.Si ahora cerramos la espira por ejemplo cortocircuitndola, tal como se muestra en la figura 8.16, circular una corriente en el mismo sentido de la fuerza electromotriz inducida, cuyo valor depender de dicha fem y de la impedancia que presente dicha espira.

En esta situacin nos encontramos, con un conductor por el cual circula corriente y se encuentra en presencia de un campo magntico, lo cual da origen a fuerzas en los conductores, pudiendo determinar el sentido de las mismas mediante la mano izquierda.Para determinar el sentido de las fuerzas se sigue el siguiente proceso: Se coloca la palma de la mano izquierda recibiendo en forma perpendicular el flujo magntico. Se colocan los dedos en el sentido de la corriente. El pulgar nos indica el sentido de la fuerza. En nuestro caso, en el conductor superior la fuerza es hacia la derecha, y en el inferior hacia la izquierda, como se observa en la figura 4.18.

Dado que las fuerzas se originan, nicamente, a lo largo de los conductores paralelos al eje (Corriente perpendicular al flujo magntico), y estando estos separados, se produce una cupla que hace mover la espira, y estando est montada sobre un eje, comienza a girar, siguiendo el movimiento del campo magntico rotante. La espira aumenta su velocidad hasta llegar a una velocidad levemente inferior a la del campo magntico, ya que de alcanzar la misma, la espira no cortara lneas de campo magntico, con lo cual no habra flujo concatenado variable lo cual llevara a la desaparicin de las fuerzas mencionadas, tendiendo la espira a disminuir su velocidad, con lo que volvera a aparecer la cupla. La velocidad a la que gira es levemente inferior a la del campo magntico rotante, y la misma est determinada por el equilibrio entre la cupla motora analizada y las cuplas antagnicas o resistentes (debidas a la carga mecnica en el eje y los rozamientos propios).

MOTOR MONOFASICO DE INDUCCION.

Son motores de poca potencia, estando los mismos alimentados en su estator por medio de una tensin monofsica senoidal.Debido a esto la bobina que se encuentra desarrollada en el estator da origen a un campo magntico pulsante de eje fijo. El rotor es similar al de jaula de ardilla del motor trifsico de induccin, por lo tanto el campo pulsante induce en las barras o conductores del mismo fuerzas electromotrices, con lo cual circularn corrientes, que en presencia del campo magntico originan fuerzas. En la figura 8.52. Se observa que de acuerdo al sentido que presenta el campo magntico en el instante analizado, en los conductores ubicados a la derecha, las corrientes son entrantes y los de la izquierda saliente (se oponen originando un campo magntico en sentido contrario).Dado que las corrientes de los conductores opuestos al eje del campo magntico son de igual magnitud, las fuerzas que ellas originan son de igual valor y de sentido contrario, lo cual al estar ubicadas en el mismo plano, se compensan, no produciendo cupla alguna. Como conclusin en estas condiciones esta mquina no presenta cupla de arranque.10. DESCRIBA LOS DIFERENTES TIPOS DE ARRANQUE UTILIZADOS DURANTE LA PRCTICA.

A los efectos de reducir la corriente que toma en el momento de arranque este tipo de motores, la cual puede afectar a las instalaciones anexas al mismo, los sistemas que se utilizan son los siguientes:ARRANQUE DIRECTOSe puede realizar siempre que la red pueda suministrar la corriente de arranque, sin afectar otras instalaciones anexas (como computadoras, flujo luminoso en instalaciones de iluminacin por efectos de la cada de tensin, etc). Se utiliza normalmente en motores de pequea potencia.

ARRANQUE A TENSIN REDUCIDAPara reducir la corriente de arranque, se aplica a los motores en el momento de arranque una tensin menor a la nominal o de plena potencia. Se debe tener en cuenta que la cupla motora se ve reducida con el cuadrado de la tensin aplicada, por lo que se debe verificar que la cupla resistente sea inferior a esta.

ARRANQUE ESTRELLA-TRINGULOEl mismo consiste en arrancar el motor con sus bobinados conectados en estrella y luego que alcanza una cierta velocidad, cambiar la conexin a tringulo, recibiendo plena tensin. Con esto se logra reducir la corriente de la lnea a la tercera parte, pero tambin la cupla se reduce a la tercera parte. En la figura 8.45 a y 8.45 b se ven las curvas de cupla y corriente en el proceso de arranque.

Este sistema se utiliza para arrancar en vaco o con par resistente dbil. En la figura 8.46 se presenta el esquema elctrico de comando con las protecciones correspondientes.

La secuencia de arranque es el siguiente:a) Se cierra la llave seccionadora para habilitar con tensin al sistemab) Se cierra el contactor K2, con lo cual se forma el centro de estrella de las bobinas del motor.c) Se cierra el contactor K1 con lo cual el motor recibe tensin del sistema de alimentacin y se produce el arranque.d) Despus de un cierto tiempo predeterminado de acuerdo al tipo de motor, se abre el contactor K2 y se cierra el K3 con lo cual los bobinados se conectan en tringulo y trabaja a plena potencia.e) Este proceso se realiza en forma automtica y con enclavamientos que no permitan efectuar maniobras errneas que puedan perjudicar el sistema (por ejemplo los contactores K2 y K3 no pueden estar simultneamente cerrados ya que estaramos en presencia de un cortocircuito. Se debe tener en cuenta que para este tipo de arranque, tanto la tensin de suministro como la tensin que soportan las bobinas del motor. En otras palabras la tensin de lnea del suministro debe ser igual a la tensin que soportarn las bobinas conectadas en tringulo. Por ejemplo si la tensin de alimentacin es de 3 x 380 V, la bobina del motor debe ser apta para 380 V. Si en cambio la bobina es apta para 220 V, el motor solo puede trabajar en conexin estrella y no se puede realizar este tipo de arranque.

ARRANQUE CON AUTOTRANSFORMADOR

Mediante este sistema, la tensin de arranque se puede reducir al valor que se desee de acuerdo a las necesidades. En la figura 8.47 se ha dibujado el esquema elctrico correspondiente.

En este caso al cerrar los contactores K1 y K2, el motor recibe una tensin preestablecida a travs del autotransformador, despus de un cierto tiempo se abren dichos contactores y se cierra el K3, con lo cual el motor trabaja a plena tensin.ARRANQUE CON RESISTENCIA O REACTANCIAS INDUCTIVAS EN SERIE CON EL ESTATORAqu la tensin se reduce debido a la cada de tensin en la impedancias que colocan en serie con las bobinas estatricas. En la figura 8.48 se observa el esquema elctrico de este tipo de arranque.

ARRANQUE A TRAVS DE UN VARIADOR DE FRECUENCIA.Un variador de frecuencia (siglas VFD, del ingls: Variable Frequency Drive o bien AFD Adjustable Frequency Drive) es un sistema para el control de la velocidad rotacional de unmotor de corriente alterna(AC) por medio del control de la frecuenciade alimentacin suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un caso especial de unvariador de velocidad.Generalmente se lo usa para el arranque de un motor es decir, se vara su velocidad a una velocidad pequea respecto a la velocidad nominal para asi evitar que la corriente de arranque sea demasiado grande.

11. QUE ES UN REGULADOR DE VELOCIDAD.En la actualidad se realiza con dispositivos de potencia electrnicos, mediante un proceso por el cual la alimentacin de corriente alterna con tensin y frecuencia constante se rectifica y por medio de transistores que trabajan en modulacin del ancho del pulso, generan corriente trifsica de tensin y frecuencia variable que alimenta el motor. Los tiempos de disparo de los transistores del modulador, los fija un microprocesador, con lo que se logra que el flujo magntico del motor se mantenga constante, independiente de la frecuencia.12. SE BAJA LA VELOCIDAD DE ACUERDO A LA CARGADisminuye ligeramente su velocidad con el aumento de la carga en su eje.CONCLUSIONES Debido a que la mquina de induccin posee un mayor rendimiento comparado con las maquinas DC, adems de que su costo de construccin y mantenimiento es menor a la maquina DC, se concluye que las maquinas ms recomendables para la industria son las mquinas de induccin. Ya que una mquina de induccin antes de encenderse se encuentra en estado esttico y con los valores obtenidos durante la prctica se observa que la corriente de arranque de un motor es muy alto, comparado con la corriente nominal a la que generalmente opera, debido a este comportamiento se concluye que este fenmeno se produce porque la maquina se encuentra en estado estatico y para vencer esa inercia y empezar a tomar su velocidad nominal necesita realizar una gran cantidad de trabajo para vencer dicha inercia, por lo que se necesita una gran cantidad de corriente. Se verifico que para que haya induccin de voltaje en una mquina de induccin es necesario que la velocidad del rotor sea menor a la velocidad sincrnica.Santiago Pilicita

Las maquinas sincrnicas son utilizadas como generadores para convertir grandes cantidades de energa primaria en energa elctricas; tambin pueden utilizarse como motores en los lugares donde se necesita velocidad constante; estos motores sincrnicos tienen la caracterstica de trabajar tomando o entregando potencia reactiva, la dificultad para usar esta mquina como motor es que no desarrolla par de arranque, pero si se incluye en el rotor un devanado auxiliar de jaula de ardilla es posible obtener un par de aceleracin y sincronizarse con la red. El generador sin escobillas debido a que no presenta ningn contacto mecnico entre el rotor y el estator estas mquinas requieren menos mantenimiento y bajos costos. La razn por la cual los motores sincrnicos no son muy comunes, al menos en aplicaciones en las que tiene que arrancar y detenerse como parte del ciclo de trabajo, es que se necesita de un motor de induccin al eje de la maquina sincrnica, para que ste arranque el rotor y lo lleve hasta una velocidad cercana a la sincrnica; luego el rotor se energiza (la excitatriz) y se completa el emparejamiento de la velocidad. Por supuesto que esta maniobra no es sencilla ni barata, el motor de induccin es parte del conjunto y sigue dando vueltas, arrastrado por el motor. Arcos Luis

RECOMENDACIONES

1.- El trabajo preparatorio del estudiante debe constar las conexiones para las diferentes clases de arranque en las maquinas elctricas a estudiarse, para tener en claro el trabajo que se debe realizar en el laboratorio.

2.- Es muy importante siempre revisar la placa de caractersticas de las mquinas elctricas con las que trabajamos en el laboratorio, ya que hay se encuentra todos los datos importantes de dicha mquina, conocer estos datos nos permite reducir el riesgo de accidentes porque se toma en cuenta los peligros que lleva trabajar con voltajes un poco altos.

BIBLIOGRAFA

http://www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/electrotecnica_y_maquinas_electricas/apuntes/8_motores_de_induccion.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuencia file:///C:/Users/Luis%20Jeampool/Downloads/Maquinas%20Sincronicas-sep-2011(UNET).pdf http://www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/electrotecnica_y_maquinas_electricas/apuntes/9_maquina_sincronica.pdf http://www.ing.unlp.edu.ar/cys/DI/MaqElec.pdf