teoria y guia de laboratorios de maquinas eléctricas ii

8/16/2019 Teoria y Guia de laboratorios de Maquinas Eléctricas II

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas II EE 242

Ing. Luís Rojas Miranda / ccg 1 UNI-FIEE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA EL ÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

GUÍA DE LABORATORIO DE MÁQUINASELECTRICAS II

EE-242

ING. LUIS ROJAS MIRANDA

CICLO 2015-I


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ENSAYO Nº 1

ARROLLAMIENTO PARA MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTEALTERNA

1. OBJETIVO

Estudio práctico de los bobinados polifásicos usados en motores asíncronos.Influencia de la distribución de bobinas y análisis del contenido de armónicos quegenera un motor.

2. EQUIPOS A UTILIZAR

- Motor Westinghouse (WESCO): “Alternating Current Motor for Winding Study” Fig. 1.

- 1 Amperímetro de Pinza.

- 1 Multimetro.- 1 Analizador de armónicos multifunción, Fluke 39.- 1 Tacómetro o estroboscopio.- Extensión trifásica.- 1 Interruptor termo magnético 3Ф, 30 A.- 1 Auto transformador 3 220/ 0-220 V o transformador 3 220/110 V.- Cables de conexión.

3. PROCEDIMIENTO

1er Caso:

Formar, usando todas las bobinas disponibles, un arrollamiento trifásico simétrico de 2polos (en conexión por polos). Conectar en serie todas las bobinas de una mismafase. Aplicar 220 V en conexión estrella.

1. Arrancando el motor en forma directa, medir y anotar en un cuadro tabulado: lavelocidad de vacío, la corriente de vacío, la corriente de arranque, sentido de girodel motor y el tiempo de arranque.

2. Analizar el contenido de armónicos de tensión (V) y corriente (I) hasta el armónico ν= 13, así como la distorsión armónica total (THD) de ambos, durante la operacióndel motor en vacío.

2do

Caso:

Solo modificando las conexiones del primer caso, duplicar el número de polos de lamáquina (conexión por polos consecuentes).

1. Repetir los puntos 1 y 2 del primer caso.

3er Caso:

Conectar el arrollamiento de 2 polos en conexión doble estrella y aplicar una tensión detal manera que se mantenga Bmax constante, respecto a la conexión en estrella simple.



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4to Caso:

Formar, usando todas las bobinas disponibles, un arrollamiento trifásico de 8 polosbalanceados completamente. Conectar en serie todas las bobinas de una mismafase. Aplicar 220 V en conexión estrella.


Motor Westinghouse

El motor asíncrono que se utiliza para realizar las conexiones tiene un bobinado trifásicotipo imbricado de doble capa, por lo tanto 48 bobinas distribuidas en 48 ranuras (un ladode bobina en la parte inferior y el otro en la parte superior), el paso de bobina es únicapara cualquier caso y = 1 – 8 (7 ranuras de distancia entre los lados superior e inferior).Cada bobina tiene un número en un extremo y el mismo número aumentado en cien enel otro (lo cual equivale también al mismo número con 1-1’, 2-2’…), lo que significa quelos bornes de la primera bobina son 1-101, como se muestra en la siguiente figura:

1

2

3

4

5

6

7

8

910

1112131415

1617

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

3435

36 37 38 39

40

4133

42

43

44

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'


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Fig. 1 El lado inferior de las bobinas figuran como 1’, 2’, 3’, etc., mientras que en elmódulo del laboratorio corresponden a: 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 magnético producido por una sola fase en cadacaso.

3. Calcular y presentarlo en un cuadro tabulado el factor de paso (Kp), factor dedistribución (Kd), y el factor de devanado (Kdev) hasta el armónico ν = 15, para loscasos de 2 y 8 polos.

3. Explicar cómo se logra duplicar el número de polos (de 8 a 16) del arrollamientocon sólo algunos cambios de conexión.

4. Explique a qué se debe el cambio del sentido de giro al duplicar el número depolos (de 8 a 16).

5. ¿Qué posibilidades hay de formar un arrollamiento bifásico balanceadotetrapolar?, indicar que fuentes de alimentación se requiere para alimentarlo y¿cuál sería entonces su velocidad de vacío?

6. Calcular teóricamente la proporción entre las corrientes de vacíocorrespondientes a los tres casos ensayados.

7. Dibujar la distribución de Amper-conductor para una de las fases y calcule ladensidad lineal de corriente A/m (láminas de corriente) a lo largo del entrehierroen cada caso.

8. Mostrar el diagrama de conexiones para un arrollamiento de 12 fases y 2 polos.


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ENSAYO Nº 2

LA MÁQUINA ASÍNCRONA

1. OBJETIVO

Realizar los ensayos de la máquina asíncrona como motor y generador, a partir deellos determinar los parámetros del circuito equivalente. La determinación de las pérdidasrotacionales y el pronóstico teórico de su comportamiento a partir del circuitoequivalente.

2. EQUIPO A UTILIZAR

- Resistencia de arranque Ra 30 Ω, 8,5 A. - Resistencia de campo 1000 Ω, 1 A - 97,6 A.- 3 llaves cuchilla 1 30 A.- 01 amperímetro DC, 0-30 A.

- 01 amperímetro DC, 0 – 1 A.- 01 amperímetro DC, 0-1,5 A.- 01 multímetro digital.- 01 Resistencia de carga 0 – 15 A o lámparas incandescentes.- 01 amperímetro DC, 0 – 2,5 A.- Tacómetro o estroboscopio.

3. PROCEDIMIENTO

Observar las características de la máquina, bornes de conexión, anotar los datos deplaca, resistencia por fase del devanado de armadura y armar el esquema eléctrico dela figura 2.1.

Figura 2.1.

G=

KJ220 Vdc

GA

HB

+

-

Rx

MAs

~

GENERADOR DC SHUNT

S1

A

R

S

T

220 Vac

380 Vac

Fluke 39


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3.1 ENSAYO EN VACÍO

Medir la resistencia de cada uno de los devanados r a, el promedio de las tresserá el valor que se tome como dato. Anotar la temperatura.Luego la máquina debe ser arrancada con la tensión mínima del

autotransformador y sin carga en el eje, esperando que funcione un tiempoprudencial para que las condiciones de lubricación se estabilicen.Seguidamente elevar la tensión de alimentación hasta aproximadamente un120% del valor nominal y registrar para esta tensión la potencia y corrienteabsorbida por el motor.Disminuir la tensión de alimentación hasta aproximadamente 50% de Vn y anotarpara cada valor de tensión, la potencia y corriente (10 juegos de valores). Medirla 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 máquina asíncrona una tensiónreducida de tal manera que la corriente consumida no sobrepase los límites de lacorriente nominal. Tomar simultáneamente varios juegos de lecturas (6 valorescomo mínimo) de tensión, corriente y potencia hasta aproximadamente 1,5In.Culminado el ensayo medir las resistencias por fase del estator r a.

3.3 ENSAYO COMO MOTOR BAJO CARGA

Acoplar los ejes de las máquinas, asíncrona y la de corriente continua, luegoarrancar la máquina asíncrona aumentando gradualmente la tensión dealimentación hasta el valor nominal; luego excitar el generador de corrientecontinua, de tal manera que genere su tensión nominal. Enseguida conectar alos bornes del generador de CC la resistencia de carga RL o las lámparasincandescentes, las cuales deberán estar en su posición de máximo valor deresistencia.

Ajustar el valor de RL o encender las lámparas de tal manera que el motor

asíncrono tenga una velocidad en el eje correspondiente a un deslizamiento del3% (debido al torque frenante que surge en el generador); a continuaciónregistrar la velocidad, potencia y corriente absorbida por el motor asíncrono, latensión en bornes del generador DC y la corriente en la resistencia de carga delmismo.

V0 (V) I0 (A) P0 (W) Q0 (VAR) cos0

n (rpm)

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


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Máquina Asíncrona

n (rpm) P (W) Q (VAr) V (V) I (A) cos F (Lb) T (N-m)

Máquina DC VDC (V) IDC (A)

3.4 ENSAYO COMO GENERADOR

Modificar las conexiones del circuito del generador DC para obtener el motorshunt DC (figura 2.2).

Figura 2.2.

Arrancar el motor de corriente continua con la resistencia de campo en su mínimo valory la de armadura en máximo, observar el sentido de giro. Desconectar esta máquina yarrancar el motor asíncrono con tensión reducida verificando que el sentido de giro sea elmismo que el de la máquina CC. Si no son iguales alterar la secuencia de fases de la tensióntrifásica, permutando dos líneas cualesquiera. Arrancar nuevamente el motor CC y llevarlo ala velocidad cercana a la síncrona (velocidad del campo en el motor de inducción). Acontinuación conectar el motor asíncrono a la red, con la tensión del autotransformador en lamisma posición.Incrementar esta tensión gradualmente hasta 380 V aproximadamente. A estas condicionesaumentar la velocidad hasta alcanzar la corriente nominal en una de las máquinas.Seguidamente medir la potencia, tensión y corriente en el estator, corriente en la máquina decorriente continua y la velocidad rotórica.Repetir estas mediciones reduciendo gradualmente la velocidad hasta alcanzar la velocidad

síncrona (tomar 10 valores como mínimo).Máquina Asíncrona

G=

KJ 220 Vdc

GA

HB

+

-

Rx

MAs

~

Motor primo.

S1

A

R

S

T

220 Vac

380 Vac

Fluke 39

Ra


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n (rpm) P (W) Q (VAr) V (V) I (A) cos F (Lb) T (N-m)

Máquina DC

VDC (V) IDC (A)

4. CUESTIONARIO

1. Relación de los valores tomados en la experiencia.

2. A partir del juego de valores del ensayo de vacío calcular:

mec fe P P P 00

estator del cobreel en Pérdidas I r P

I r P P

cu

21011

2

101000

3

3

0

0

0

3cos

VI

P - Factor de potencia en vacío.

3. Graficar en un mismo cuadro las características del motor asíncrono enrégimen de marcha en vacío, es decir, P00, I0 y cos como funciones de latensión aplicada. Explicar la tendencia de cada curva y defina elintercepto de determinaría en el eje de las ordenadas la interpolación dela curva P00.

4. A partir de las lecturas del ensayo a rotor bloqueado calcular: Zcc y Rcc en fase/ y tabularlos en función de la tensión aplicada.

5. Graficar en un mismo cuadro Pcc, Icc, Zcc y Rcc como funciones de latensión aplicada. Explicar las tendencias.

6. Calcular los parámetros del circuito equivalente “T” de sustitución de lamáquina asíncrona para tensión nominal.

7. A partir de 6, evaluar los parámetros del circuito equivalente “L” invertida.

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

9. A partir de 8 se pide:

Operación como motor:

Para un deslizamiento de 3%, determinar: corriente, potenciaabsorbida, factor de potencia, potencia en el eje y eficiencia. Compararestos resultados con los obtenidos experimentalmente. Explicar lasdivergencias.

El deslizamiento para torque máximo.

La máxima potencia en el eje.


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Operación como generador.

Entregando por sus bornes la corriente de operación como motorencontrada en 9.1, determinar: el deslizamiento, potencia entregada enbornes, factor de potencia, potencia recibida por el eje y eficiencia.

La máxima potencia que puede entregar por sus bornes y eldeslizamiento en estas condiciones.

Para la máquina como generador construir la característica teórica de potencia en bornesvs. Velocidad o deslizamiento. Contrastarla con los puntos experimentales. Calcularerrores y explicar divergencias.

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

Dar un mínimo de 5 observaciones y 5 conclusiones.


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ENSAYO Nº 3

GENERADOR SÍNCRONO I

1. OBJETIVO

Demostrar de forma práctica los ensayos de rutina aplicados al generadorsíncrono, como son: prueba de vacío, cortocircuito trifásico, carga puramenteinductiva y resistiva, características en “V”, así como la característica angular (depotencia). Demostrar la operación del generador síncrono en régimen autónomo yen paralelo con la red.


- Resistencia de arranque Ra, 30Ω, 8,5 A.- Resistencia de campo motor 1000 Ω, 1.2 A. Campo de la Ms.- 03 Llaves cuchilla 2x30 A.

- 01 Amperímetro CD 0-40 A.- 01 Amperímetro CD 0-1,2 A.- 01 Amperímetro CA 0-10 A. Ia.- 01 Voltímetro CA 0-300 V.- 01 Multímetro digital.- 01 Instrumento multifunción FLUKE 39.- Resistencias de carga de 0-15 A, 220V o Lámparasincandescentes.

- 01 Amperímetro CD 0-1,5 A. Campo generador.- 01 Tacómetro o estroboscopio.- 01 Autotransformador trifásico.- Cables de conexión.

3. PROCEDIMIENTO

Observar las características de la máquina, bornes de conexión, anotar los datosde placa. Previa medición de la resistencia por fase del devanado de armadura,armar el esquema eléctrico de conexiones (Figura 3.1) para la operación delgenerador. La armadura que tiene 6 bornes, debe ser conectada en estrella.

3.1 Ensayo en vacío.

Verificar para el motor de corriente de accionamiento de continua tipo shunt, que

la posición del reóstato de campo Rx se encuentre en posición de mínimaresistencia y el de armadura Ra en máxima.Ponerlo en marcha cerrando el interruptor S1 de la red de 220 Vdc y llevarlohasta la velocidad síncrona del generador, verificar periódicamente que semantenga constante.Cerrando el circuito de la excitación del generador síncrono S2, disminuir laresistencia de campo Rx para elevar la tensión generada hasta 120% de latensión nominal. En seguida disminuir gradualmente la tensión (aumentando R x)para tomar de 8 a 10 valores de tensión y corriente de campo I f , hasta dejarabierto el circuito y anotar la tensión remanente del generador (cuando If =0).


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Figura. 3.1.

Ensayo en cortocircuito trifásico

Retirar la excitación, disminuyendo la resistencia Rx y abriendo S2 (If =0). Poneren cortocircuito los bornes del generador síncrono RST, tal como se muestra enla figura 3.2.

Figura. 3.2.En seguida cerrar el circuito de excitación y aumentar gradualmente I f de talmanera que se obtenga de 3 a 5 valores de la corriente de armadura I cc. Anotareste juego de valores en una tabla.

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

A

Rx

220 Vdc

+

-

Ms

Excitación

S2

Imax=1,2In

If A A A

M=

KJ 220 Vdc

GA

HB

A

+

-

Rx

220 Vdc

+

-

Ra Rx

Ms

Excitación

Motor primo.

S1

S2

If

AV


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Esta característica resulta ser lineal debido a que su mismo devanadorepresenta una carga inductiva (r a≈0).

Ensayo bajo carga de factor de potencia cero.

Para realizar esta prueba es necesario acoplar o poner en paralelo el generador

síncrono con la red industrial (barra infinita). Entre la red y el generador seconectará un autotransformador de tensión regulable, el cual representará a lacarga inductiva. El esquema de conexión en paralelo es el mismo que de lafigura 1, para la puesta en paralelo se utilizan las lámparas o el sincronizador,como se muestra en la figura 3.3.

Figura. 3.3.

M=

KJ 220 Vdc

R

S

T

A A

220 Vac

GA

HB

A

+

-

Rx

220 Vdc

+

-

Ra Rx

V

A

Lámparas

al apagado.

S1

S2


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Figura. 3.3.

Con la máquina ya en sincronismo con la red, incrementar la excitación osobreexcitar (disminuyendo Rx del devanado de campo del generador) hasta queentregue su corriente nominal, anotar los valores de I f y V. Ajustar la tensión delautotransformador a un nuevo valor y mantener constante la corriente dearmadura actuando sobre la corriente de excitación. Anotar nuevamente lasnuevas mediciones If y V. La prueba será satisfactoria si cosφ ≤ 0,1-0,2 lo que severifica con el fluke 39.

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

Repetir el proceso para otras 4 ó 6 tensiones del autotransformador.

Ensayo bajo carga resistiva

Estando el generador síncrono operando a condiciones nominales de vacío(tensión y frecuencia nominal), sin el autotransformador, conectar una cargatrifásica resistiva que consuma a tensión y frecuencia nominal la corriente dearmadura nominal. Para mantener constante la tensión se debe interactuar sobre

If , Rx del generador síncrono, y para mantener constante la velocidad se debeinteractuar sobre la corriente de campo If , Rx del generador shunt.

M=

KJ 220 Vdc

R

S

T

A A

220 Vac

GA

HB

A

+

-

Rx

220 Vdc+

-

Ra Rc

V

A

Sincronoscopio.

Ms


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Anotar el valor de la corriente de armadura, corriente de excitación, frecuencia ytensión del generador síncrono (Ia, If , f, V).

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

A continuación desconectar la carga gradualmente sin variar la corriente deexcitación del generador If y manteniendo constante la frecuencia con lacorriente del campo del motor shunt, medir la tensión generada en vacío. Tenercuidado que el generador no se embale al quitar la carga.

Nota: Como carga resistiva se puede utilizar tres reóstatos o tres juegos delámparas.

A

Rx

220 Vdc

+

-

A

Ms

Figura 3.4.

4. CUESTIONARIO

4.1 Relación de las lecturas tomadas en la experiencia.

4.2 Trazar las características de vacío, cortocircuito y factor de potencia cero.

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


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4.4 A partir de los resultados de 4.2 determinar las reactancias no saturadas ysaturadas (xd, xq), la relación de cortocircuito (RCC), el factor de saturación paratensión y corriente nominal.

4.5 A partir de los resultados de 4.3 (conociendo la resistencia de armadura porfase), trazar los diagramas fasoriales de Pothier del generador síncrono

operando a tensión 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 regulaciónde tensión y excitación necesaria If .

4.6 Determinar el error porcentual, tomando como referencia los resultadosexperimentales, en la fuerza electromotriz Ef y la excitación necesaria para laprueba experimental con carga resistiva. Explicar los errores obtenidos.

4.7 Dar un mínimo de 5 conclusiones.


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ENSAYO Nº 4

GENERADOR SÍNCRONO II

1. OBJETIVO

Demostrar de forma práctica los ensayos bajo carga para la determinaciónexperimental de la característica P- y las curvas en “V” del generador síncrono. Asimismo la prueba de deslizamiento para la estimación de las reactancias en eleje directo y en cuadratura en una máquina de polos salientes.

2. EQUIPAMIENTO

- Resistencia de arranque Ra 30Ω, 8,5 A.- Resistencia de campo motor 1000 Ω, 1.2 A. Campo de la Ms.- 03 Llaves cuchilla 2x30 A.- 01 Amperímetro CD 0-40 A.

- 01 Amperímetro CD 0-1,2 A.- 01 Amperímetro CA 0-10 A. Ia.- 01 Voltímetro CA 0-300 V.- 01 Voltímetro CA con 0 en el centro de la escala.- 01 Multímetro digital.- 01 Instrumento multifunción FLUKE 39.- 01 Resistencia de carga de 0-15 A, 220V o Lámparas

incandescentes.- 01 Amperímetro CD 0-2,5 A. Campo generador.- 01 Tacómetro o estroboscopio.- 01 Autotransformador trifásico.- Cables de conexión.


Característica potencia vs. Ángulo de carga (P - ).

Conectar el equipo tal como se muestra en la figura 4.1. Ajustar latensión, secuencia de fases y frecuencia del generador síncrono(condiciones previas, sincronización), y ponerlo en paralelo con la red.

El disco graduado dispuesto en el eje del motor primo ubicar un origen0 para medir el ángulo delta, para ello debe iluminarse el disco con el

estroboscopio.Observar a continuación la dependencia entre la potencia P entregadapor la máquina y el ángulo de carga , para ello debe aumentarse eltorque aplicado al eje del generador.

Tomar valores de P y , desde las condiciones de mínima potenciahasta potencia donde la corriente de armadura no supere 1,5 In.

Es necesario que durante la sobrecarga un integrante del grupo esteatento para regular el torque aplicado a la máquina en caso de pérdida desincronismo.

P (W) Q (VAr) cos (º) Ia (A)


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Figura 4.1.

Características en “V” del generador síncrono

Se desconecta el estroboscopio. Estando en paralelo el generadorsíncrono con la red, regular su potencia entregada al 50% de la potencianominal y mantenerla constante, luego aumentar la corriente deexcitación If del generador hasta que la corriente de armadura Ia alcancesu valor nominal.

A partir de este juego de valores desexcitar gradualmente al generador(disminuir If ), la corriente de armadura Ia empezará a disminuir y pasarápor un valor mínimo para luego volver a incrementarse, desexcite hastaque la corriente de armadura sea la nominal. Anotar este juego devalores. Seguidamente consiga la corriente de armadura mínima.

Estando Ia en el mínimo valor disminuir la carga del generador a 25% dela potencia nominal, manteniendo constante esta potencia, repetir elproceso anterior. Realizar nuevamente lo explicado, pero para unapotencia de 0% de la nominal.

P=0,5 Pn P=0,25 Pn P=0 Pn

If Ia If Ia If Ia

M=

KJ 220 Vdc

R

S

T

220 Vac

GA

HB

A

+

-

Rx

220 Vdc

+

-

Ra Rx

V

A

Lámparas

al apagado. 1S

A


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Prueba de deslizamiento

Reducir la potencia entregada por el generador a la red y sacarlo delparalelo. Realizar el esquema de conexiones que se muestra en la figura4.2.

M=

KJ220 Vdc

R

S

T

220 Vac

GA

HB

+

-

Ra Rx

A

Ms

V Vcd

Autotrasformador a

tensión reducida.

A

V

Figura 4.2

Encender el motor primo y llevarlo a una velocidad próxima a la velocidadsíncrona, de tal manera que el deslizamiento sea mayor que el 2%.

Reducir la tensión de la red ajustable (autotransformador) a 0.25Vn aproximadamente y cerrar el interruptor del generador, cuidando que lacorriente de armadura no supere su valor nominal. Se deberá notar que elíndice del voltímetro Vcd conectado en los bornes del campo del

generador empezará a oscilar suavemente.Simultáneamente tomar las medidas de la tensión aplicada a la máquina yla corriente de armadura que consume, cuando:

El índice del voltímetro Vcd pase por cero y cuando pase por un máximo,es decir, la tensión máxima y mínima en los bornes del generador y lacorriente máxima y mínima que absorbe.

max

min

min

max

I V x

I V x qd

w Vmax Vmin Imax Imin


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4. Cuestionario

4.1 Relación de lecturas obtenidas en la experiencia.

4.2 Con la información obtenida en la prueba de deslizamiento estimar lasreactancias en el eje directo y cuadratura (xd y xq) de la máquina.

4.3 Calcular la relación xd/xq y compruebe si este valor se encuentra dentro delrango usual para máquinas de este tipo y potencia. Explique.

4.4 Utilizando los valores xd, xq (4.3) y r a (medido en el ensayo 3), construir lacaracterística teórica P vs. . Contrastarla con los puntos obtenidosexperimentales. Calcular los errores y explicar las divergencias.

4.5 De los gráficos anteriores indicar cual sería la potencia máxima que podríaentregar el generador sin perder el sincronismo y cual es el ángulo delta limite;contrastarlo con los cálculos teóricos.

4.6 Graficar en un mismo plano los datos experimentales de las característicasen “V” (Ia vs If ) del generador síncrono operando en paralelo con la red paracada caso (P=0%Pn, 25%Pn y 50%Pn). Calcular el factor de potencia delgenerador cuando entrega la corriente de armadura Ia por sus bornes y esexcitado con una corriente de excitación If .

I

If

50%25%

0%

fpd inductivo fpd capacitivo

a

Límite de operación

4.7 En las graficas obtenidas en 4.6. Para cada caso ubicar los puntos mínimosde la curva (Iamin ) y unirlos con una curva que constituirá el lugar geométrico decosθ=1,0 (característica de regulación para carga reisitiva). Estimar las curvas aotros factores de potencia y determinar el límite de operación estacionaria aldisminuir If para cada caso (Para Ef mínimo).

I

I

f

50%25%

0%

fpd inductivo fpd capacitivo

a

Límite de operación

Dar un mínimo de 5 conclusiones y 5 observaciones.


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ENSAYO Nº 5

GENERADOR SHUNT - COMPOUND

1. OBJETIVOEstudio empírico de la autoexcitación del generador shunt y la determinación desus características en estado estable. Asimismo a partir de esta máquina seimplementa un generador de tipo compuesto.

2. EQUIPOS A UTILIZAR

- Resistencia de arranque Ra 30Ω, 8,5 A.- Resistencia de campo motor 1000 Ω, 1.2 A. Campo de la Ms.- 03 Llaves cuchilla 2x30 A.- 01 Amperímetro CD 0-40 A.

- 01 Amperímetro CD 0-1,2 A.- 01 Amperímetro CD 0-15 A. Ia.- 02 Voltímetros CD 0-300 V.- 01 Multímetro digital.- 01 Resistencia de carga de 0-15 A, 220V o Lámparas

incandescentes.- 01 Amperímetro CD 0-2,5 A. Campo generador.- 01 Tacómetro.- Cables de conexión.

3. PROCEDIMIENTO

Observar las características de la máquina, bornes de conexión, datos de placay armar el modulo según el esquema eléctrico de conexiones para la operacióncomo generador mostrado en la figura 5.1 (la carga resistiva puede ser unaresistencia o un juego de lámparas).

Figura 5.1.

G=

KJ

A

GA

HB

Rx

Generador.

S1

M=

K J220 Vdc

A

GA

HB

+

-

RaRx

Motor.

S2

V

I

V

220 Vdc

+

-

S3

If

RL

A A


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Antes de arrancar el motor debe de verificarse la posición de los reóstatos Ra yRx, de la manera que se limite la corriente de arranque y a la vez que tenga untorque necesario para su aceleración (Ra en máximo valor y Rx en mínimo).Cerrando el interruptor S1 de la fuente de corriente continua, poner en marcha elmotor verificando el sentido de giro que indica la flecha, para lo cual disminuirgradualmente Ra y ajustar la velocidad al valor nominal (aumentando Rx), el cual

debe de mantenerse constante para todas las pruebas.

3.1 Características de excitación

Con el interruptor S3 abierto, medir con el multímetro la tensión inducida enla armadura, cerrar el interruptor, con Rx en máximo valor y observar en elmultímetro el efecto producido sobre la tensión generada. Si la conexión noposibilita la autoexcitación, permutar los bornes del devanado de excitación o dearmadura. Observar ahora la dependencia de la tensión inducida con respecto aIf reduciendo Rx sin tomar aun valores; regresar luego a la máxima resistencia.

En vacío

Excitar nuevamente la máquina incrementando I f hasta obtener una tensión del120% de la nominal. Anotando la tensión y la excitación en este punto disminuirmonótona y gradualmente If hasta tomar 8 o 10 valores. Finalmente con If =0 (S1 abierto) se anota la nueva tensión remanente.

En cargaCon la tensión generada al mínimo verificar que RL se encuentre en su máximovalor, luego conectarla. Aumentar la corriente de excitación If hasta alcanzar unatensión en bornes de aproximadamente el 70%Vn. Ajustar RL hasta lograr lacorriente de carga igual al valor nominal. Registrar la tensión en bornes V y lacorriente de excitación If .Luego actuar sobre Rx y RL para aumentar If (por lo tanto V), manteniendo Iconstante. Anotar los nuevos valores de I y V.

3.2 Característica Externa

Con RL en máximo valor, llevar la tensión hasta 0,9Vn aproximadamente y medirla corriente de excitación If correspondiente.

A partir de este punto tomar los valores de tensión en bornes (V), la corriente deexcitación If , reduciendo RL gradualmente hasta alcanzar la corriente máximatolerada por esta resistencia. Tratar de completar la característica hasta el puntode cortocircuito, considerando que la sobrecarga de la máquina debe ser muy

breve.3.3 Característica de regulación

Con la carga RL en máximo valor, elevar la tensión (reduciendo Rx) hasta el90%Vn aproximadamente. Bajo estas condiciones elevar gradualmente lacorriente de carga (reduciendo RL) y al mismo tiempo, para mantener constantela tensión, elevar la corriente de excitación I f (reduciendo Rx). Tomar de 4 a 6valores de If e I.

3.4 Variación de la característica externa en conexión Compound (compuesta).

Efectuar los cambios de conexión en el generador tal como se muestra en lafigura 5.2, la bobina de tipo serie y repetir el procedimiento 3.2. Invertir la


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polaridad de la bobina serie y repetir lo anterior. Apuntar valores de tensión (V) ycorriente (I) para ambos casos.

Figura 5.2

4. CUESTIONARIO

4.1 Relación de las lecturas tomadas en la experiencia.

4.2 Trazar las características en vacío y en carga a corriente no min en unmismo cuadro. Conociendo la resistencia de armadura incluyendointerpolos, trazar el lado triángulo característica del generador para unatensión en bornes.

4.3 Recoger tres pares de valores (Ef , If ) de la característica de vacío, de talmanera que se cumpla:

If3=If2+I; If1+I y aproximar una parábola de la forma:

Ef = a0 + a1If + a2If 2

Verificar los errores porcentuales respecto a los experimentales.

4.4 Del “triángulo característico” trazado en 4.2 anotar el cateto quecuantifica. Puede asumirse (no es estrictamente correcto) que este valorexpresado en amperios es proporcional a la corriente de armadura CIa.Calcular C.

4.5 Para considerar el efecto desmagnetizante de la reacción de armadura sepuede considerar que I’f=If -CIa (siendo If =V/Rf , Rf =resistencia deldevanado de campo+Rx), y evaluar la Fem. inducida E y la constante Cde 4.4.

4.6 Trazar la característica externa experimental del generador shunt. En elmismo cuadro graficar la característica externa teórica. Esta debe

obtenerse utilizando la ecuación hallada en 4.5 dando valores para I.Discutir y sustentar las divergencias.

G=

KJ

A

GA

HB

Rx

Generador.

S1

M=

K J220 Vdc

A

GA

HB

+

-

RaRx

Motor.

S2

V

I

V

220 Vdc

+

-

If

A A


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teoria y guia de laboratorios de maquinas eléctricas ii

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