Facultad: Ingeniería Escuela: Ingeniería eléctrica Asignatura: Conversión de energía electromecánica II. Contenidos. Objetivos Específicos

Transcripción

1 Facultad: Ingeniería Escuela: Ingeniería eléctrica Asignatura: Conversión de energía electromecánica II Tema: Fundamentos de motores síncronos Contenidos Operación de un motor a tensión nominal y en vacío. Objetivos Específicos Obtener y utilizar de los datos de placa de un motor sincrónico para conocer su operación estable. Comprobar los efectos eléctricos que se producen al darse la variación de la corriente del campo. Verificar los parámetros que hacen variar el factor de potencia y los valores limites de estabilidad excitatriz. Conectar adecuadamente una máquina sincrónica como motor trifásico y su forma de arranque. Verificar la tendencia de la velocidad síncrona en las condiciones de vacío. Material y Equipo No. Cantidad Descripción 1 1 Máquina sincronía trifásica 2 1 Unidad de control para freno magnético 3 1 Freno magnético 4 2 Medidores RMS S L 5 1 Medidor de factor de potencia SO5127-1M 6 1 Vatímetro SO5127-1R6 7 1 Acople para motores y freno 8 1 Cubierta de acople 9 1 Tacogenerador SE Z 10 X Cables de diversas medidas 11 1 Multímetro y pinza voltamperimétrica

2 3Conversión de energía electromecánica II Introduccion Teorica El motor síncrono es similar en todos los aspectos constructivos que el generador síncrono, la única diferencia es la dirección de la potencia en la máquina. Este utiliza tanto corriente directa como corriente alterna para funcionar. El devanado del estator es conocido como armadura o inducido, y el devanado del rotor es conocido como campo o excitatriz. La excitatriz crea un campo magnético uniforme giratorio que interactúa con el campo magnético estacionario sobre las espiras de la armadura. Puesto que el campo magnético del estator estará girando, el campo magnético del rotor constantemente tratará de alcanzarlo, mientras mayor sea la separación angular entre los dos campos, mayor es el par en el rotor de la máquina. Al acoplarse mecánicamente una carga al eje de un motor sincrónico, éste desarrollará suficiente torque para mantener al motor y su carga a una velocidad sincrónica. Los motores son usados principalmente en aplicaciones grandes de potencia y la facilidad de controlar su potencia reactiva. Tienen características de velocidad constante y sus aplicaciones incluyen desde molinos, refinerías, bombas, compresores, ventiladores, pulverizadores y otras grandes cargas, además de ayudar en la corrección del factor de potencia al ser utilizados como capacitor dinámico. Los motores sincrónicos diseñados específicamente para controlar el factor de potencia no tienen eje externo y son llamados condensadores sincronos. Ellos flotan en el sistema o bus infinito, y proveen solamente potencia reactiva al sistema. La dirección de la potencia reactiva, y por lo tanto el factor de potencia del sistema, es ajustado por el cambio de la intensidad de la corriente de excitación de campo de la máquina. Cuando no se especifica lo contrario, cuando se analiza la conducta de motores y generadores, se asume que la máquina es conectada a una fuente de potencia de capacidad ilimitada y cero impedancia, llamada bus infinito. En la figura se muestra el circuito equivalente de un motor sincrónico y la dirección del flujo de la corriente de armadura. Procedimiento A. Características operativas del motor síncrono. 1. Identifique los equipos a utilizar, incluyendo el motor sincrónico y anote los datos de placa característica del fabricante para la correspondiente interpretación. Complete la tabla 1, anotando además los otros parámetros de los datos de placa.

3 Conversión de energía electromecánica II 4 Luego, para completar las características constructivas, complete la tabla 2. Tabla 1. B. Características constructivas del motor síncrono. Tabla 2. C. Prueba de DC para medición de las resistencias de armadura y de campo. 2. Identifique una fuente de corriente continua en su mesa de trabajo, que proporcione por lo menos 2 amperios de corriente directa, y conéctela al circuito de campo para las condiciones de vacío para alimentar la bobina con una tensión de manera de hacer circular el 50% de la corriente nominal del circuito de la excitatriz del motor sincrónico, luego complemente la tabla 3, para determinar la resistencia de los devanados. 3. Repita el proceso para la armadura del motor, conectando todas las bobinas del estator en un circuito estrella y luego en delta.

4 5Conversión de energía electromecánica II Tabla 3. D. Conexión de las bobinas de un motor sincrónico. La forma de conexión de las bobinas para una máquina sincrónica es tal como se presenta en la figura que se encuentra en la carátula de la máquina síncrona. Si tiene duda puede consultar al respecto de la conexión. Los tipo de conexión de la máquina pueden ser: a. Conexión estrella. b. Conexión delta. E. Características de carga 1. Conecte el circuito de la figura de los anexos. 2. Una vez conectado el circuito, seleccione las escalas de los medidores, según la sugerencia: Corriente de alimentación = 10 amperios. Voltaje de alimentación = 1000 voltios. Corriente de excitación = 1 amperio. Medidor de potencia = seleccione las escalas más altas. Las escalas pueden variar, según los parámetros a medir. En caso de ser necesario ajuste a otras escalas de medición. 3. Ajuste la corriente de campo a 400mA. Presione el push botton que se encuentra en la carátula de conexión de la máquina síncrona y con este presionado accione el interruptor de cuatro polos para energizar la máquina. Mantenga presionado este botón hasta que se alcance la máxima velocidad síncrona. Luego libere el botón y permita que el motor gire a velocidad síncrona. Realice correctamente este paso, sino el motor se recalienta y experimenta efectos vibratorios. 4. Ajuste la unidad de control del freno, para aplicarle al motor un torque de 0.21 Nm, mida entonces la corriente de estator, el ángulo de fase, la potencia eléctrica consumida, el voltaje de fase y la velocidad. Estos datos serán introducidos en la tabla 4. Complete la tabla con los otros valores pedidos. 5. Desconecte el motor en la secuencia de pasos apropiada para el motor sincrónico: Quitar carga mecánica del freno magnético. Quitar alimentación estatórica. Reducir la corriente de excitación. Desconectar circuito de campo.

5 Conversión de energía electromecánica II 6 Tabla 4. Observaciones: Discusión de resultados 1. Presente las características del motor sincrónico de la tabla de la parte A. 2. Qué variables eléctricas límite permite calcular de los datos de placa, presente un ejemplo? 3. De los datos de la tabla de carga de la parte E, graficar velocidad contra torque, potencia contra torque, 4. factor de potencia contra torque, y corriente de carga contra torque. 5. Qué se concluye para cada una de las 4 gráficas anteriores? 6. Presente los circuitos de prueba para medición de resistencia de devanados de campo y armadura utilizados para esta practica. Investigacion complementaria 1. Que parte de la practica considera más interesante para la aplicación en la realidad. Explique. 2. Mencione 2 ventajas y 2 desventajas presenta el motor sincrónico respecto a un motor de inducción. 3. Describa un procedimiento de laboratorio para obtener el circuito equivalente del motor sincrónico. Bibliografía Charles I. Hubert. Electric Machines. Second Edition. Prentice Hall, A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley. Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. Jr. McGraw-Hill Stephen Chapman. Fundamentos de Máquinas Eléctricas. McGraw-Hill 1990.

6 7Conversión de energía electromecánica II Hoja de cotejo: 1 Guía 1. Fundamentos de motores síncronos Alumno: Puesto No: Docente: GL: Fecha: EVALUACION % /-10 Nota CONOCI- MIENTO Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos durante la evaluación previa de la práctica. Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos APLICA- CIÓN DEL CONOCI- MIENTO ACTITUD TOTAL 10% 10% 100% Un porcentaje de mediciones, entre el 0% y 45% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas. La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria es insuficiente. No interpreta correctamente todos los resultados obtenidos durante la práctica, aún con apoyo del docente. Se ha tardado un tiempo mucho mayor al esperado para realizar la práctica. No tiene actitud proactiva para realizar las mediciones durante la práctica. Un porcentaje de mediciones, entre el 45% y 75% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas. La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria contiene menos elementos de lo solicitado. Interpreta correctamente, aunque con apoyo docente, los resultados que se obtienen durante la práctica. Se ha tardado un tiempo poco mayor al esperado para realizar la práctica. Su actitud es parcialmente proactiva para realizar las mediciones durante la práctica. Un porcentaje de mediciones, entre el 75% y 100% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas. La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria es suficiente. Interpreta correctamente los resultados obtenidos durante la práctica. El tiempo de realización de la práctica es mejor que el esperado. Muestra claramente una actitud proactiva para realizar las mediciones durante la práctica.