MÁQUINAS ELÉCTRICAS LABORATORIO No. 6

Transcripción

1 Nivel: Departamento: Facultad de Estudios Tecnológicos. Eléctrica. Materia: Maquinas Eléctricas I. Docente de Laboratorio: Lugar de Ejecución: Tiempo de Ejecución: G u í a d e L a b o r a t o r i o N o. 6. T I T U L O : F U N D A M E N T O S D E M O T O R E S S Í N C R O N O S. I. OBJETIVOS Obtener y utilizar de los datos de placa de un motor sincrónico para intuir su operación estable. Comprobar los efectos eléctricos que se producen al darse la variación de la corriente del campo excitatriz. Verificar los parámetros que hacen variar el factor de potencia y los valores limites de estabilidad. Conectar adecuadamente una máquina sincrónica como motor trifásico y su forma de arranque. Verificar la tendencia de la velocidad sincronía en las condiciones de vacío. Determinar las pérdidas de energía que pueden existir en el motor sincrónico. II. INTRODUCCIÓN 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 (bobinado) 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.

2 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 síncronos. 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 discuta 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 6.1 se muestra el circuito equivalente de un motor sincrónico y la dirección del flujo de la corriente de armadura, la cual puede observarse está en sentido contrario que cuando se conecta como generador. Figura 6.1: Circuito equivalente para un motor sincrónico. III. MATERIALES 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 Tabla 6.1.

3 IV. PROCEDIMIENTO Parte I: Características operativas del motor síncrono. Paso 1. Identifique los equipos a utilizar, incluyendo el motor sincrónico y anote los datos de placa característica del fabricante para la correspondiente interpretación y complemente la Tabla 6.2. Conexió n Estrella Delta Corriente nominal de armadura Corriente nominal en el campo Temperatura de régimen Tabla 6.2. Tensión nominal de armadura Tensión nominal del campo excitatriz Parte II: Características constructivas del motor sincrónico. Velocidad sincronía (RPM) Síncrona Resistencia de los devanados (tester) Resistencia de los devanados (prueba DC) U U U Resistencia de los devanados ajustada Potencia (KW) Nominal al eje. En vacío Frecuencia (HZ) V V V W W W No. Polos F F F Tipo rotor Polos sal. Rotor cilíndrico Factor de potenci a norm a Tabla 6.3. otro Eléctrica a la entrada tipo de circuito de campo: Brushless Slip rings: Parte III: Prueba de DC para medición de las resistencias de armadura y de campo. Paso 1. Identifique una fuente de corriente continua en su mesa de trabajo 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 6.4 para determinar la resistencia de los devanados. Bobina Campo Voltaje aplicado (V) 50% de Corriente nominal (A) Resistencia obtenida del arreglo (ohmios) Resistencia eléctrica individual del arreglo (ohmios)

4 Devanados Tabla 6.4. Paso 2. Repita el proceso para la armadura del motor, conectando todas las bobinas del estator en un circuito estrella y luego en delta. Parte IV: 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 tipos de conexión de la máquina pueden ser: Conexión Estrella. Conexión Delta. Parte V: Características de carga. Paso 1. Construya el circuito de la Figura 6.2, que se encuentra en los ANEXOS. Paso 2. Una vez construido el circuito seleccione las escalas de los multímetros de la siguiente manera: Corriente de alimentación = 10 Amperios. Voltaje de alimentación = 1000 Voltios. Corriente de excitación = 1 Amperio. Medidor de potencia: seleccione las escalas más altas. Paso 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 asíncrona. 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. Paso 4. Ajuste la unidad de control del freno, para aplicarle al motor un torque de 1 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 de Carga. Complete la tabla con los otros valores pedidos. Tabla de Carga M (Nm) I exc (ma) 400 U (V) n (rpm) I estator(a) F.P. P1 (W) P1 3Ø S (VA) η Cos Ø Paso 5.Desconecte el motor en la secuencia de pasos apropiada para el motor sincrónico: Quitar carga mecánica del freno magnético.

5 Quitar alimentación estatórica. Reducir la corriente de excitación. Desconectar circuito de campo. Observaciones: V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 1. Qué variables eléctricas límite permite calcular los datos de placa, presente un ejemplo?. 2. De los datos de la Tabla de Carga de la Parte V, graficar velocidad contra torque, potencia contra torque, Factor de Potencia contra torque y corriente de carga contra torque. 3. Qué se concluye para cada una de las 4 graficas anteriores?. 4. Presente los circuitos de prueba para medición de resistencia de devanados de campo y armadura utilizados para esta práctica. VI. INVESTIGACIÓN 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. 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 1990.

6 VIII. ANEXOS Figura 6.2.

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