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Laboratorio Alternador con Alternador con carga Objetivos 1.‐ Determinar Determinar las las características de regulación de voltaje del del alternador alternador con con carga resistiva, capacitiva e inductiva 2.‐ Observar Observar el el efecto efecto de cargas desbalanceadas en el el voltaje voltaje de salida Exposición El voltaje El voltaje de salida de un alternador depende alternador depende básicamente del flujo flujo total que total que se tenga en el entrehierro. el entrehierro. Cuando está en vacío, este flujo este flujo se establece y determina y determina exclusivamente mediante la excitación de campo dc Sin embargo, cuando se tiene carga, el flujo flujo en el entrehierro el entrehierro queda determinado por determinado por los amperes‐vueltas del rotor del rotor y y los los amperes‐vueltas del estator. del estator. Estos últimos pueden últimos pueden sumarse y oponerse y oponerse a la FMM (fuerza magnetomotriz) del rotor, del rotor, dependiendo del factor de factor de potencia potencia de la carga. Los factores Los factores de potencia de potencia adelantados magnetizan el rotor mientras rotor mientras los atrasados lo desmagnetizan. Puesto que la fuerza la fuerza magnetomotriz del estator del estator tiene tiene un efecto tan importante en el flujo magnético, la regulación de voltaje de los alternadores es bastante mala y la y la corriente de campo dc se debe regular continuamente regular continuamente para para mantener un mantener un voltaje constante en condiciones de carga variables. Si una Si una fase fase de un alternador trifásico alternador trifásico tiene una carga grande, en su voltaje se reducirá debido a la perdidas la perdidas por por IR IR e IXL, en el devanado el devanado del estator. del estator. Esta caída de voltaje no se puede compensar modificando compensar modificando la corriente de campo de dc, debido a que los voltajes de las otras dos fases dos fases también variaran. Por consiguiente, Por consiguiente, es esencial que esencial que los alternadores trifásicos no tengan cargas que estén muy desbalanceadas. muy desbalanceadas. Instrumentos y Equipos. y Equipos. Modulo de motor/generados sincrónico Modulo de motor/generador de motor/generador de DC Modulo de Resistencia Modulo de Inductancia Modulo de Capacitancia Modulo de fuente de fuente de alimentación (0‐220v DC , 220v DC ) Modulo de medición de AC de AC (0,25A) (0,25A) Modulo de medición de AC de AC (500/500/500v) (500/500/500v) Modulo de medición de DC (1.5 DC (1.5 A) A) Tacómetro de mano Cables de conexión Banda
EMS 8249‐2 EMS 8219‐2 EMS 8319‐2 EMS 8328‐2 EMS 8338‐2 EMS 8829‐2 EMS 8428‐2 EMS 8429‐2 EMS 8419‐2 EMS 8920 EMS 8941 EMS 8942
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Procedimientos Advertencia: ¡En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente este conectada! ¡La fuente debe ser desconectada después de hacer cada medición! 1.‐ Conecte el circuito que se encuentra en la figura 57.1, usando los módulos EMS de motor/generador sincrono, motor/generador sincrono, motor/generador de c‐d, resistencia, fuente de alimentación y medición. Observe que la carga resistiva balanceada esta conectada en estrella a la salida trifásica del alternador. El rotor del alternador esta conectado a la salida variable de 0‐220v c‐d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N. el devanado del motor en derivación de c‐d se conecta a la salida fija de 220v c‐d de la fuente de alimentación, terminales 8 y N. 2.‐ a) Acople el motor al alternador mediante la banda b) ajuste el reóstato de campo del motor c‐d a su posición extrema haciendo girar su perilla de control en el sentido de las manecillas del reloj (para resistencia minima). c) Ajuste cada sección de resistencia a un valor de 1100 ohms. 3.‐ a) Conecte la fuente de alimentación y, fijándose en el tacómetro de mano, ajuste el reóstato del motor de c‐d para una velocidad de 1500 rpm. Nota: ¡Esta velocidad se debe mantener constante durante el resto de este Experimento de Laboratorio! b) Cierre el interruptor “S” y ajuste la excitación de c‐d del alternador hasta que el voltaje de la salida E 1= 380v c‐a. Mida y anote I1 e I2 de plena carga I1 ___________ Ac‐a I2 ___________A c‐d c) Abra los interruptores de las 3 resistencias de carga, para que el alternador trabaje en vacío, mida y anote E 1 , e I2. Recuerde que debe comprobar la velocidad del motor y ajustarla a 1500 rpm, si fuera necesario. E 1=___________ V c‐a I2 ___________ A c‐d d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación e) Calcule la regulación del alt ernador con carga resistiva.
% ó
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100
_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ______________________________________________=___________________%
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4.‐ a) Reemplace la carga resistiva con una inductiva, utilizando el modulo de inductancia EMS. b) Ajuste cada sección de inductancia a una reactancia Xr. De 1100 ohms. c) Repita el Procedimiento 3 y anote los valores a plena carga de I1 e I2. I1 _____________ A c‐a
I2 ____________ A c‐d
d) Mida y anote los valores de E 1 e I2 en vacío. E 1=_____________ V c‐a
I2=________________A c‐d
e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.
f) Calcule la regulación del alternador con carga inductiva. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ________________________________________=_________________________% g) Con una carga inductiva, ¿Cómo influye la fuerza magnetomotriz del estator en la del rotor? ¿Magnetiza el rotor o lo desmagnetiza? ___________________________________________________________________
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5.‐ a) Sustituya la carga inductiva con una capacitiva, utilizando el modulo EMS de capacitancia. b) Ajuste cada sección de capacitancia a una reactancia Xc de 1100 ohms. c) Repita el Procedimiento 3 y anote el valor de I1 e I2 a plena carga. I1=______________ A c‐a, I2=______________A c‐d d) Mida y anote los valores en vació de E1, e I2 E1=_____________ I2= _______________ A c‐d e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Calcule la regulación del alternador con carga capacitiva _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _________________________________________=________________________% g) Con carga capacitiva, ¿Cómo influye la fuerza magnetomotriz del estator en la del rotor? ¿Magnetiza o desmagnetiza el motor?___________________________________ 6.‐ a) Con una carga de reactancia capacitiva de 4400 ohms por fase, conecte la fuente de alimentación y ajuste la velocidad del motor a 1500 rpm. b) Ajuste la excitación de c‐d del alternador, hasta que el voltaje de salida E 1= 380v c‐a c) Aumente la carga capacitiva colocando una reactancia adicional de 2200 ohms en paralelo con cada una de las secciones de 4400 ohms, y observe lo que sucede. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________
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d) Aumente la carga capacitiva mas todavía, colocando una reactancia adicional de 300 ohms conectada a través de cada sección, y observe lo que sucede. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ e) reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación
f) Explique el fenómeno que acaba de observar _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 7.‐ conecte el circuito que se ilustra en la figura 57.2. Observe que solo hay una carga entre dos fases del alternador. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el reóstato del motor de c‐d para una velocidad de 1500 rpm. e) Ajuste la excitación de c‐d del alternador hasta que el voltaje aplicado a la carga de 2200 ohms, E 1 , sea igual a 380v c‐a. Mida y anote los otros dos volantes entre fases E 2 y E 3. E 2=____________ V c‐a E 3=____________V c‐a
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d) desconecte la fuente de alimentación sin tocar ninguno de los controles variables. e) Vuelva a conectar los tres voltímetros c‐a de tal manera que midan los voltajes a través de cada uno de los tres devanados del estator. f) conecte la fuente de alimentación. Mida y anote los voltajes a través de cada devanado del alternador. E1 a 4 =___________________ V c‐a E2 a 5 =___________________ V c‐a E3 a 6 =___________________ V c‐a g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. h) ¿Basta una sola carga para producir desequilibrio? _______________________ __________________________________________________________________
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Prueba de Conocimientos
1.‐ Explique porque el voltaje de salida del alternador aumenta con carga capacitiva. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ __________________________________________________________________
2.‐ ¿Es peligroso conectar un alternador a una línea de transmisión larga, si la línea se comporta como un capacitor? Explique por que. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 3.‐ El rotor de un alternador a potencia nominal, disipa más calor con una carga de un factor de potencia bajo (atrasado) que con una carga de factor de potencia elevado. Explique por que. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 4.‐ Si en la fábrica de un cliente de la compañía de luz y fuerza se conecta una carga monofásica grande a una línea trifásica de potencia, todos los demás usuarios que utilicen esa línea tendrán una potencia trifásica desequilibrada, incluso aquellos cuyas cargas estén balanceadas. Explique por que. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ______________________________________________________________
