Conversión de Energía Electromecánica II. Objetivos Específicos. Introduccion Teorica. Te ma: GENERADOR SINCRONO TRIFASICO.

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1 Te ma: GENERADOR SINCRONO TRIFASICO. Objetivos Específicos Introduccion Teorica Que el estudiante adquiera destreza en la conexión y operación del generador síncrono trifásico. Demostrar experimentalmente el efecto de la variación de la corriente de excitación y la velocidad sobre el voltaje generado. Analizar el comportamiento de un generador síncrono trifásico conectado a cargas resistivas, inductivas y capacitivas. El principal elemento de toda red de potencia eléctrica es el generador, y por lo tanto es muy importante su estudio en condiciones de vacío y bajo carga. Como sabemos la energía eléctrica que usamos en nuestros hogares debe poseer dos características principales: Frecuencia de 60 Hz. Un nivel de voltaje de acuerdo a su uso, generalmente de 0 o 220 Vac. Estas condiciones deben de ser cumplidas por el generador, especialmente la frecuencia, ya que el voltaje cambia de nivel de acuerdo al punto en el cual nos encontremos en la red de potencia. La frecuencia depende de la velocidad a la cual se mueve el generador y del número de polos de la máquina guardando una relación expresada en la siguiente fórmula: donde: P = número de polos ηs= velocidad síncrona f= frecuencia De la expresión anterior se observa que hay diversidad de máquinas las cuales realizarían el mismo objetivo, por ejemplo se pueden obtener 60 Hz con una máquina de dos polos a 3600 rpm, de igual forma se lograría con una de 2 polos a 600 rpm. El tipo utilizado dependerá del tipo de primotor usado para mover el generador. El otro punto importante es el voltaje y se rige por la siguiente expresión: Donde K es una constante de proporcionalidad del motor que depende de los materiales, η es el flujo que depende a su vez de la corriente de campo y η es la velocidad de la máquina. Los factores que determinan la diferencia entre el voltaje interno generado E A y el voltaje de fase Vη son: Reacción de armadura. La autoinductancia de las bobinas de las armaduras. La resistencia de las bobinas de la armadura. La configuración de los polos.

2 El circuito equivalente por fase es según se muestra en la figura a. Figura a. Se sugiere utilizar una conexión estrella con neutro, tanto para el generador como para la carga. Consulte previamente con su instructor para determinar la disponibilidad de los elementos necesarios para realizar su demostración experimental. Para carga resistiva, el diagrama fasorial es: Material y Equipo No Cantidad Descripción Máquina síncrona trifásica Máquina de corriente continua en derivación Unidad de control de freno magnético Freno magnético Arrancador de motor DC Regulador de campo Medidor RMS Cargas capacitivas, inductivas y resistivas Interruptor de corte de 4 polos Vatímetro Juego de protecciones de final de eje Medidor de factor de potencia Juego de protecciones de acople de eje Multímetro Rectificador Monofásico de voltaje variable ST F Fuente de energía ST A 2

3 Procedimiento Parte I. Acople una máquina de Vdc con una máquina síncrona y un tacogenerador como se muestra en la figura de los anexos. Máquina de DC... La máquina de Vdc se conectará en derivación, o sea que el campo se conectará en paralelo con la armadura (pídale instrucciones al instructor de la materia). La máquina de Vdc se alimentará de la fuente reguladora de código ST7007-5A. Esta servirá de primotor para aplicar potencia mecánica a la máquina síncrona. La velocidad se controlará con la perilla UASG. Inicialmente deberá estar colocada en sentido antihorario. Máquina Sincrónica..2. La armadura o estator se debe conectar en estrella, usando el neutro como referencia para medir factor de potencia y voltaje de fase. El campo de la máquina síncrona se debe alimentar mediante el puente de rectificación, usando la derivación de mayor voltaje (250Vdc) de la fuente de código ST7006-2F. La corriente de campo se varía mediante la perilla de la fuente de código ST7007-5A. Inicialmente esta perilla deberá estar colocada en sentido antihorario. Para medir If y Vf utilice un medidor código SO527-L. Para medir el factor de potencia utilice un medidor código SO527-M. Tacogenerador:.3. Estará acoplado a la máquina síncrona y en combinación con un medidor se utilizará para supervisar la velocidad de la máquina síncrona (asegúrese de calibrar estos medidores). Parte II. Característica de circuito abierto. 2.. Haga girar el conjunto primotor-generador a 800 rpm y complete los datos de la tabla, considerando la medición de E A(v) como voltaje de línea a neutro bajo condición de circuito abierto (no hay carga eléctrica alimentada). Bajo estas condiciones fe=60hz. Varíe el valor de la If según los datos de la tabla, valores para los cuales obtenemos el E A. If E A (v) Tabla Ajuste If= 0.4A y complete los datos de la tabla 2. rpm E A (v) rpm E A (v) Tabla 2. 3

4 Parte III: Comportamiento bajo carga. 3.. Conecte la salida de potencia de la máquina síncrona a una carga resistiva trifásica conectada en estrella. Use R= 680ohmios If= 0.4A = 800rpm; fe= 60Hz 3... Mida Ia, Vη, y factor de potencia. Ia= (A) Vη= (V) FP= 3.2. Conecte en paralelo a R= 680 ohmios un capacitor de C= 2 F, en cada fase de la carga (carga RC) Mida Ia, Vη, y factor de potencia. Ia= (A) Vη= (V) FP= 3.3. Conecte en serie con R= 680 ohmios una reactancia L= 800mH, en cada fase de la carga (carga RL) Mida Ia, Vη, y factor de potencia. Ia= (A) Vη= (V) FP= Parte IV: Prueba de DC del estator de la máquina sincrónica. 4.. Usando la fuente de código ST7006-2F, alimente a una fase del estator (aisle la fase bajo prueba del resto del estator) con Ia= 0.6A. Mida el valor de Vdc= (V) 4

5 Nota: El estudiante deberá revisar las preguntas de la discusión de resultados para realizar las mediciones que considere necesarias, aparte de las realizadas durante el procedimiento, para la resolución posterior de las mismas (de ser necesario, consulte al instructor de la materia). V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.. Elabore un diagrama esquemático que muestre como conectará los componentes, dispositivos, máquinas, instrumentos, etc. para el desarrollo de su demostración experimental. 2. Explique e indique con esquemas como se obtiene la curva característica de circuito abierto para el generador bajo prueba. 3. Explique como se determina el valor de r A. 4. Explique como determinar los fasores, para la elaboración de los diagramas fasoriales. 5. Conociendo los valores de I A, Vη, E A, demuestre la manera de encontrar el valor de Xs. 6. Exprese sus conclusiones sobre el efecto de cada carga sobre el voltaje terminal del generador. 7. Explique como determinar la potencia de entrada del generador, para la elaboración del diagrama de flujo de potencia. 8. Elabore el diagrama de flujo de potencia para este generador trifásico. 9. Traslade los cálculos del literal anterior en valores en por unidad. VI. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA. VII. BIBLIOGRAFÍA.. Electric Machines. Second Edition. Charles I. Hubert. Prentice Hall, Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley, Jr. McGraw-Hill Fundamentos de Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman. McGraw-Hill 990. ANEXOS. 5 5

6 Guía Conversión de Energía Electromecánica II Alumno: Puesto No: Docente: GL: Fecha: EVALUACION CONOCI MIENTO % Nota 20% 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 20% ACTITUD TOTAL 20% 20% 0% 0% 00% 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 00% 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.