MAQUINAS ELECTRICAS Trabajo Práctico Nº 10 GENERADOR SÍNCRONO: Ensayos y Puesta en Paralelo

Transcripción

1 LABORATORO EXPERMENTAL MAQUNAS ELECTRCAS OBJETO: Efectuar descripción general de las maquinas sincrónicas, estudiar conexiones y características principales de funcionamiento. Determinación de parámetros de la máquina y del circuito equivalente. 1.-Generalidades: ASPECTOS CONSTRUCTVOS: La velocidad de estas máquinas es constante e igual a: 60 f n p con f = frecuencia de la C.A. (Hz) ; p = numero de pares de polos; n = velocidad (rpm.) Se utilizan como: generadores de C.A. (alternadores), motores en accionamientos que requieren velocidad uniforme; y compensadores sincrónicos(mejora el cos de la instalación). Los generadores están divididos en dos grandes grupos: -ROTOR DE POLOS SALENTES: accionados por motores de combustión interna, turbinas hidráulicas, etc. Generalmente tienen varios pares de polos y se utilizan para velocidades hasta 1000rpm. -TURBOALTERNADORES: accionados por turbinas de vapor o gas. Tienen uno o dos pares de polos y sus velocidades son 1500 o 3000 rpm. Como toda máquina rotativa están compuestos por: El estator: parte fija de la máquina, que constituye el inducido y posee ranuras en donde se dispone el arrollamiento trifásico (también puede ser monofásico para unidades de reducida potencia). El rotor: o parte giratoria, provista de electroimanes cuyos arrollamientos son alimentados por C.C. a través de anillos de contacto y escobillas. Constituye el sistema inductor de la maquina. La C.C. para los electroimanes es obtenida con un pequeño generador (excitatriz) acoplado al mismo eje de la máquina; o bien con corriente alternada producida por el mismo generador (alternador) rectificada por medio de accesorios adecuados. Existe también la posibilidad de que el inducido se monte en el rotor (y el inductor en el estator), pero esto prácticamente no se aplica por la ventaja que significa contar con el inducido en el estator (facilidad para aislaciones y conexión). Los alternadores pueden ser de eje horizontal o de eje vertical, esto según la máquina primaria que los accione. Para el caso de turbinas hidráulicas, es común que sean de eje vertical y en ellos, la tecnología constructiva de sus órganos estructurales(carcasa, cojinetes, etc.) tiene sensibles variantes con respecto a las máquinas de eje horizontal. Según el tipo de construcción de los electroimanes que constituyen el rotor, se distinguen: máquinas de polos salientes y máquinas de rotor cilíndrico o de tambor. Para velocidades de hasta

2 LABORATORO EXPERMENTAL MAQUNAS ELECTRCAS 1000 rpm conviene polos salientes, mientras que para 1500 y 3000 rpm se recurre a rotores cilíndricos (turborrotores). (1) Nosotros contamos con una máquina de eje horizontal, de... polos salientes, refrigerada por aire, del tipo abierta, de n S =... rpm., de S n =... kva de potencia aparente, 380/220V y n =...A a 50 Hz. En uno de sus extremos están los cables de alimentación del bobinado de campo, polos del rotor, el cual alimentamos con c.c. mediante un auto transformador monofásico y un puente de diodos rectificador.- 2.-ENSAYOS 2.1.-MEDCÓN DE LAS RESSTENCAS DEL NDUCDO: Utilizando un puente adecuado (describir) se obtiene: R ND.1 =... R ND.2 =... Y la resistencia promedio R ND =... R ND.3 = MEDCÓN DE LA RESSTENCA DEL BOBNADO DE EXCTACÓN: Utilizando el mismo puente se obtiene: R EXC = CARACTERÍSTCA DE VACÍO: El flujo proveniente del sistema inductor E[V] induce una Fem. que, por estar la máquina en vacío, será la que mida el voltímetro V. U n La característica es similar a la de la figura. La tensión U n se tiene en la zona ligeramente superior al comienzo de la saturación magnética. En consecuencia, la característica magnética de la máquina, es prácticamente lineal. A velocidad nominal e c = 0 E o = f( exc ) ex [A] El circuito esquemático muestra las conexiones y elementos de un alternador trifásico para realizar los ensayos que permitan determinar sus características. Para los ensayos en carga se deberá agregar impedancias de carga e instrumentos y accesorios necesarios para su control. No figura en el

3 LABORATORO EXPERMENTAL MAQUNAS ELECTRCAS esquema el motor primario, un asincrónico trifásico de...hp,... rpm, 380/660V, que arrancamos con un auto transformador trifásico en estrella.- Se obtuvieron los siguientes valores variando la exc y midiendo la velocidad del generador (que debe mantenerse conste en n S =... rpm) y la Fem. a bornes abiertos. c [A] exc [A] E [V] exc [A] n [rpm] 2.4.-CARACTERÍSTCA DE CORTOCRCUTO: Se obtiene uniendo en cortocircuito los terminales de conexión a la red del alternador y excitando paulatinamente hasta que la corriente sea igual que la nominal ( cc = n ), se coloca un solo amperímetro y se considera que las tres corrientes son iguales. Como en estas condiciones U = 0, la ecuación de equilibrio por fase queda reducida a: E cc. Z s La gráfica que representa la característica de cortocircuito = f( exc ) es una recta pues la máquina no trabaja saturada. Se obtiene uniendo el origen de coordenadas con el punto B determinado al realizar el ensayo en la forma explicada. Los valores obtenidos a velocidad n S constante se detallan en la tabla anterior.-

4 LABORATORO EXPERMENTAL MAQUNAS ELECTRCAS Se define relación de cortocircuito al cociente entre la Un para obtener la tensión nominal U n en vacío, dividido la cc necesaria para obtener la corriente nominal n en cortocircuito. (3) R Un CC también se observa del gráfico cc Un cc E U n n En la gráfica se ha superpuesto la característica de vacío y la de cortocircuito, ello permite determinar la impedancia sincrónica de la máquina. En efecto, para la corriente de excitación se observa que, en vacío, la Fem. tiene un valor AC, resultando: 2.5.-PUESTA EN PARALELO CON LA RED: Z s E cc AC. Escala de AB. Escala de V / mm A/ mm A PARALELO: Usando el brazo de paralelo del Laboratorio, un sincronoscopio y a velocidad nominal, excitamos hasta la tensión nominal, regulamos la velocidad desde el motor primario para lograr la frecuencia de la red y en el instante preciso, el cual es señalado por el sincronoscopio, entramos en paralelo con la red sin hacerle tomar carga, primero.- B CARGA: Luego aumentamos la potencia del motor de arrastre (es análogo a pisar el acelerador de la máquina primaria), hasta la máxima corriente que admite el Auto transformador Trifásico de n =...A, y entonces, fluye corriente hacia la red, que podemos leer en el amperímetro de carga.-. C VARANDO el cos : A continuación, mantenemos constante la corriente y potencia del motor de arrastre, con lo cual el generador no puede entregar mas potencia activa que la que le permite el primo-motor y variamos la excitación incrementando o disminuyendo la exc, registramos en la siguiente Tabla los valores de exc e cargal y observamos el comportamiento de la corriente de carga a potencia constante cuando se varía la excitación FUNCONAMENTO COMO MOTOR: A - La máquina en paralelo, bajamos la alimentación del motor de arrastre hasta quitarle toda la tensión eléctrica, observamos que a pesar de no tener par motor en la entrada del Generador, la máquina síncrona sigue girando a la velocidad síncrona, esto es el generador queda trabajando como motor. El motor asincrónico actúa como carga, al ser conducido por el Motor Síncrono. Se puede observar así el funcionamiento de la máquina, ahora como motor síncrono B VARACÓN del cos: se invierte la secuencia del motor asíncrono (carga), y aumentamos la tensión de alimentación hasta la corriente nominal del autotransformador trifásico de alimentación

5 LABORATORO EXPERMENTAL MAQUNAS ELECTRCAS (Variac). En estas condiciones el motor asíncrono le opone un par antagónico intentando frenar el motor síncrono ya que intenta girar en sentido contrario.- Lecturas efectuadas: c [A] exc [A] UV nrpm Situación Generador Subexcitado Generador Excit. Media Generador Sobreexcitado Motor Subexcitado Motor Excit. Media Motor Sobreexcitado Variando la excitación del motor síncrono, a par resistente constante (potencia constante), se observa la variación de la corriente de carga con la corriente de excitación Curvas en V.- C PAR DE RELUCTANCA: Desconectando ahora la excitación del campo rotórico del motor síncrono, con lo cual la Fem E 0 es nula, puede comprobarse que el par motor residual, con su segundo término, debido a la diferencia de reactancias, de eje directo X sd y en cuadratura X sc, alcanza para vencer el par resistente que le ofrece el motor asíncrono el cual intenta girar en sentido opuesto. Es decir comprobaremos la importancia del Par de Reluctancia Determinación de la reactancia X sd : implementar y explicar el procedimiento indicado en el Apunte para su obtención, registrando las lecturas realizadas y calculando X sd =... c [A] exc [A] UV nrpm Situación 2.8.-Determinación de la reactancia X sc : implementar y explicar el procedimiento indicado en el Apunte para su obtención, registrando las lecturas realizadas y calculando X sc =...- COMENTAROS Y CONCLUSONES O SUGERENCAS: