OBJETIVO:
Dete Determ rmin inar ar las las cara caract cter erís ístitica cass de vací vacío o y cort cortoc ocir ircu cuitito o de una una Máqu Máquin ina a Sincrónica. PREPARACIÓN PREVIA.
Cómo Cómo se obti obtien ene e la cara caract cter erís ístitica ca de cort cortoc ocir irccuito uito de una una máqu máquin ina a sincrónica?. ¿Qué utilidad tiene?
Para obtener la característica de cortocircuito se realian los si!uientes "asos# $.% Se debe &acer &acer !irar el !enerador !enerador &asta que lle!ue a velocidad velocidad nominal. '.% (a corriente de cam"o )e*citación+ rotor, se &ace cero )- /0,. /0,. 1.% 1.% Se cort cortoc ocir ircu cuititan an los los term termin inal ales es del del indu induci cido do )est )estat ator or,, y se colo coloccan am"erímetros como se muestra en la i!ura $.
2.% Se aumenta aumenta !radualmente !radualmente la corriente corriente de e*citación e*citación &asta que la corriente corriente del inducido )- a, alcance su valor nominal. De esta manera se "odrán obtener los valores que relacionan la intensidad del estator en cortocircuito con la intensidad de e*citación del rotor3 y con los cuales se "odrá realiar una !ráica denominada Característica de cortocircuito. cortocircuito. )i!ura ' ,
4l cortocircuitar los terminales del rotor3 la 56M !enerada neta está im"ul im"ulsa sand ndo o una una -cc3 que que es limi limita tada da e*cl e*clus usiv ivam amen ente te "or "or la im"e im"eda danc ncia ia sincrónica de la máquina.
Por tanto la utilidad que tiene es obtener 7unto con las características de vacío3 la im"edancia sincrónica# Zs
=
Eo Icc
Cómo se obtiene la característica de vacío una máquina sincrónica?. ¿Qué utilidad tiene? 6n una máquina sincrónica3 la característica de vacío es una curva que e*"resa la tensión tensión en bornes bornes del inducido inducido en circuito abierto en unción del cam"o cam"o de e*citación3 cuando una máquina !ira a velocidad de sincronismo. Para obtener estas características se si!uen los l os si!uientes "asos#
$. Se debe debe &acer &acer !irar el !enerad !enerador or &asta que que lle!ue lle!ue a velocidad velocidad nominal3 nominal3 se se desconectan todas la s car!as de los terminales y la corriente de e*citación se &ace cero '. (a corrien corriente te de e*cita e*citació ción n se aumen aumenta ta "aulati "aulatinam namen ente3 te3 "aso a "aso3 y se mide en cada "aso el volta7e en los terminales durante toda la o"eración. De esta manera es "osible construir una !ráica de 6 o vs - 3 la cual es llamada Característica de vacío. vacío. )i!ura 1 ,
Con esta !ráica es "osible encontrar el volta7e interno !enerado de la máquina "ara cualquier corriente de e*citación. 8bserve 8bserve en la !ráica3 que al comieno de la curva es casi "erectamente lineal3 &asta que se evidencia al!una saturación en las altas corrientes de e*citación. 6l &ierro 9no saturado: en el armaón de la máquina sincrónica tiene una reluctancia muc&o menor que la reluctancia del entr entre& e&ie ierr rro o de aire aire33 así así que al comie mieno3 no3 casi asi toda toda la uer uera ma!netomotri )5MM, atraviesa el entre&ierro de aire y el aumento del lu7o es lineal. Cuando el entre&ierro se satura3 la reluctancia de este crece y el lu7o se incrementa muy lentamente. Por tanto la utilidad que tiene es obte obtene nerr 7unt 7unto o con con las las cara caract cter erís ístitica cass de cort cortoc ocirc ircui uito to la im"e im"eda danc ncia ia sincrónica# Zs
=
Eo Ia
Deina# $. ;eacta ;eactanci ncia a sincró sincrónic nica a satura saturada da 6s la reac reacta tanc ncia ia que que se obti obtien ene e en la máqu máquin ina a "or "or corr corrie ient ntes es de e*citación )- , considerablemente !randes3 en las cuales el volta7e interno !enerado 6 o "roveniente de las características de vacío está saturado.
'. ;eactanc ;eactancia ia sincrónica sincrónica no no saturada. saturada. 6s la reactancia que se obtiene de la máquina con valores de corrientes de e*citación )- , las cuales !eneran tensiones volta7e interno !enerado 6 o "roven "rovenien iente te de las caract caracterí erísti sticas cas de vacío vacío sin "asar "asar "or el "unto "unto de saturación. (as dos reactancias no se "ueden obtener de las características de vacío y cortocircuito3 ya que este método es e*acto sólo &asta el "unto de saturación. Por tanto se "uede obtener solamente la reactancia sincrónica no saturada3 y "ara esto se si!uen los "asos si!uientes# %4 "artir de una corriente de e*citación encontrar el volta7e interno !enerado !enerado 6 o "roveniente de de las características de vacío. vacío. Con la misma corriente de e*citación se obtiene la corriente en cortocircuito )-cc, a "artir de las características de cortocircuito. 6ncontrar
=
Xs
=
Ea Ia
Qué dierencia e*iste entre im"edancia sincrónica y reactancia sincrónica? (a im"edancia sincrónica es la im"edancia interna de la máquina que se obtiene de# Zs =
2 2 E R a + Xs = o Icc
(a resistencia del devanado ); a, es muy "eque=a en com"aración a la que reactancia sincrónica )< s>> ;a, "or lo tanto se "uede des"reciar ; a3 quedando > s ≅s y
'. ;elac ;elación ión de cortoc cortocirc ircuito uito.. 6s la relación entre la corriente de e*citación )- , requerida "ara el volta7e nominal de circuito y la corriente de e*citación ) - , requerida "ara la corriente nominal del inducido en cortocircuito.
Cómo se construye y que utilidad tiene el trián!ulo de Potier? 6ste es un método que "ermite determinar 6 o )tensión de vacío, a condiciones es"ecíicas es"ecíicas de car!a )actor de "otencia y re!ulación,. (o "rimero que se debe &acer "ara la construcción del trián!ulo de Potier es realiar el dia!rama asorial de un alternador. )i!ura ,
6o / em !enerada en vacío. 6! / em neta debida a la em neta de la máquina. Si se considera ;a des"reciable 5 ! se obtiene a "artir de la suma al!e al!ebr brai aica ca de 58 y 5;3 y el dia! dia!ra rama ma a"ro a"ro*i *ima mado do )con )consi side dera rand ndo o ;a des"reciable,3 6 ! es resultado de la suma al!ebraica de @ t e -
(a característica de "/0 es un !ráico de @/ )- e*c, "ara una corriente )-, de car!a constante. 4 "artir de la característica de vacío si se toma un "unto "ara una e*citación 85 83 una corriente dada "roducirá "roducirá una reacción de armadura 5 ; cuyo eecto sobre 85 8 es desma!netiante+ así "ues la
5MM neta e*"resada en am"erios de e*citación estará dada "or el valor 85$3 el cual induce la em neta 6 !. 4 su ve restándole numéricamente una cierta cantidad -< l se obtendrá el el valor de la tensión tensión en bornes. bornes.
)i!ura ,
corres"ondiente a la e*citación 85 8. Como en el ensayo la corriente se mantiene constante3 tanto el valor de 5 ; como -
$. Determine la resistencia en CD de una de las ases del alternador a ensayar. ;a / 1@G134 ⇒ ;a / 03HB Ω '. Iome nota de las características de "laca de la maquina sincrónica. Jenerador# $3' K@4 + 1 φ. 6*t.# ''0 @+ $32 4. L # 13 4+ ''0 @. ∆ # B 4+ $' @
1. Características de vacío 6o / 5)-,. )S 4bierto,. 4bierto,. Para la medición de estos valores se "rocedió de la si!uiente orma# a, Se &io &io !irar la maquina maquina a su velocid velocidad ad nominal nominal.. b, Sin Sin car! car!a a cone conect ctad ada a se ue ue aume aument ntan ando do la corri corrien ente te de e*ci e*cita taci ción ón variando el reóstato de cam"o3 de aquí se tomaron las mediciones en cada "aso. c, Cuando se lle!o a la má*ima tensión se realio el "rocedimiento inverso3 se come comen nó ó a dism dismin inui uirr la corri corrien ente te de e*ci e*cita taci ción ón y se toma tomaro ron n las las mediciones. Valores en ascenso. 1800 R.P.M.
Ascenso If 0 0.' 0.2 0.B 0.H $ $.' $.2
E0 0 B $2' $ '10 ' 'H0 100
Valores en descenso. 1800 R.P.M.
Descenso If $.2 $.' $ 0.H 0.B 0.2 0.' 0
E0 100 'H 'B0 '1 $ $2 H0 '.
CURVA CURVA DE VAC ÍO
350 350
300 300
250 250
200 200
150
100
50
4SC6NS8 0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
If
2. Características de cortocircuito -a / 5)-,. Valores a Velocidad de 1800 R.P.. Para la medición de estos valores se "rocedió de la si!uiente orma# a, Se &io &io !irar la maquina maquina a su velocid velocidad ad nominal nominal.. b, Se cortocirc ircuita itaron los termi rminales de salida ida "or medio de un 4m"erímetro. c, Se ue increm increment entand ando o la corrie corriente nte de e*cita e*citació ción n y se tomo nota nota de los valores de - e e -a3 &asta lle!ar al má*imo valor de - a.
Ia 0 $.2
If 0 0.'
' '.B 1.' 1.H
0.1 0.2 0. 0.B
CURVA DE COR!OCIRCUI!O " Ia Vs IfIf # 03C
03B
03?
032 Serie$
a I
031
03'
03$
0 0
03?
$
$3?
'
'3 ?
1
13 ?
2
If
. Características de car!a a actor de "otencia cero. En "rimer "unto3 que es el mismo de cortocircuito# Como el "rimer "unto es el de cortocircuito3 entonces se tomo de la tabla anterior. V = 0 I = 38A !" = 0 I! = 0# 0#
En se!undo "unto cuyo valor se tomará &aciendo uso de una car!a inductiva "ura. Para este "aso la car!a inductiva se conecto en delta ) ∆,3 se llevo a tensión nominal3 corriente nominal y se "recedió a medir. V $ %%0& I' $ (&)A& f* $ 0& If $ 1&+ B. 4 "artir de de los ensayos ensayos realiad realiados3 os3 determine determine la la uera ma!neto ma!netomotri motri de de la reacci reacción ón de armadu armadura ra y la reacta reactanci ncia a de dis"er dis"ersió sión. n. Para Para ello ello deberá deberá construir el trián!ulo de Potier. , $ A-- $ 1&+ A / 0& A $ 0&8 A de ecitaci2n (a reactancia de dis"ersión < ( es i!ual
@ 4 O @F G - / )'22G )'22G√1%''0G√1, G 13 / 1. Ω
. Car!ue Car!ue la maquina maquina a condici condicione oness nominale nominales3 s3 con una car!a car!a de actor actor de "otencia i!ual a 0.H inductivo. Iome nota de las variables involucradas. La carga inductiva se conecto en delta ( ∆ ).
V $ $% V&
I$ %A&
'"
R.P.M.
I' %A&
''0
13
0.H
$H00
$.''
H. ;emueva la car!a sin realiar nin!n otro a7uste que no sea el de mantener la velo veloci cida dad d cons consta tant nte. e. Iome Iome nota nota de la tens tensió ión n en vacío acío.. Calc Calcul ule e la re!ulación e*"erimentalmente a "artir de este ensayo. Se mantuvo la velocidad en $H00 ;PM3 variando variando la tensión de de armadura del motor3 obteniéndose una tensión de vacío de# @8 / 'H' @ Por tanto la re!ulación de tensión es#
% ; / ))'H' O ''0, G ''0, $00 / 'H.$H % . Partiendo que usted conoce el trián!ulo de Potier de esta máquina3 así como su curva curva de ma!neti ma!netiaci ación ón y corto corto circuito circuito33 determ determine ine la re!ulaci re!ulación ón y la e*citación necesaria "ara alimentar una car!a con las características indicadas en .
Del dia!rama asorial tenemos#
EG
∠φ =
Vn ∠ 0° + Ra * In ∠ -36.87 ° + XL∠ 90° * In
EG ∠φ = 220/ √3
∠0° +
∠ -36.87°
3.01 ∠ -36.87 ° + 13.82∠ 53.13°
EG ∠φ = 138.01* √3∠ 3.84° V ! "
EG = 239.04 V !
Del trián!ulo de Potier3 Potier3 con la característica característica de vacío#
6o )@, 6!
4 @ / 5)-, C
@t 8
F
4
8
- / Cte " / 0
5;
F
C
5o
5$
) 5i!ura H , ier / 0.H 4 5o / 5r A 5a ⇒ ieo / ier A iea Del dia!rama asorial de la i!ura . ieo / √)ier ' A iea ' A ' ier iea sen ) φAβ, , ieo / $.' 4 Del trián!ulo de Potier Potier con la característica característica de vacío# 6o / 'H. @
% ; / )'H. O ''0, G ''0 $00 / '. '. %
- )4,
$0. Calcu Calcular lar la re!ula re!ulació ción n "artie "artiendo ndo de que usted usted conoce conoce la im"eda im"edanc ncia ia sincrónica. >S / 6o G - cc / )$ G√1,G 1.H / '.B' Ω "ara una - de 0.B 4 6o / >s 1 ∠ 1.$1R A ''0∠ 0R 6o / 'H'.2$
% ; / )'H'.2$ O ''0, G ''0 $00 / 'H.1B % $$. $$. Com" Com"ar are e los los méto método doss de Potie Potierr y la im"e im"eda danc ncia ia sinc sincró róni nica ca con con los los resultados obtenidos# 6l método de Potier dio como resultado un valor que casi coincida con el obtenido e*"erimentalmente en el laboratorio3 y el método de la im"edancia sincrónica que debió &aber dado un resultado mas ale7ado del obtenido en la "ráctica se a"ro*imo bastante al valor real. r eal. PRO3EA4 5 !AREA $. Irac Irace e la curv curva a de vacío vacío y la caract caracter erís ístic tica a de cortoc cortocirc ircui uito to en el mismo mismo !raico3 con - como e7e comn.
$
1.H
0.B
'. Para cada cada valor valor de - 3 se obtienen obtienen de la la !raica !raica anterior anterior los valores valores de# de# 6o / $ )@,
y de -cc / 1.H )4, lue!o la reactancia Sincrónica queda#
>s / 6o G -cc / $ G 1.H / $.1$B ) , Pero como# >s 2 / ;a 2 A
Zs
2
− Ra 2
2
1. Calcule Calcule la reactanci reactancia a saturada saturada y no saturada. saturada. >s )N8 S4IE;4D4, / '.B'/ √)0.HB' A
=
I# 1 I# 2
R$
0%75 =
0%45
=
1.666
. Concluy Concluya a en cuanto a la e*actitu e*actitud d de los métodos métodos de cálculo cálculo de de re!ulación re!ulación.. 6l método de la im"edancia sincrónica no es muy e*acto3 ya que este considera a >s constante y en realidad no lo es ya que esta disminuye a medida que aumenta la saturación en la máquina. 6l método de Potier3 toma en cuenta el eecto de saturación3 consi!uiendo resultados muc&o mas a7ustados a la realidad.
An6lisis de resultados (a resistencia en cd de una de las ases del alternador es "eque=a tal como se es"eraba. 6n la caract caracterí erísti stica ca de vacío vacío "udim "udimos os com"ro com"robar bar que al dismin disminuir uir la corriente de e*citación3 des"ués de &aber lle!ado a la má*ima "ermitida3 los valo valore ress de la tens tensió ión n eran eran mayo mayore ress a los los que que se obtu obtuvi vier eron on cuan cuando do se aume aument ntab aba a i. 6ste 6ste enó enóme meno no se debe debe a la &ist &istér éres esis is )sat )satur urac ació ión, n, de la máquina. 6n la característica de car!a a "/0 ue diícil la obtención del "unto )@n3 -n, La que la car!a no era lo suicientemente variable. CO'C3U4I7'
Se determinaron las características de vacío y de cortocircuito y la re!ulación y la re!ulación de tensión de la l a máquina sincrónica del laboratorio. (a im"ortancia de esos ensayos es que nos "ermiten conocer los "arámetros más im"ortantes de dic&a maquina tales como# resistencia en cd de las ases3 reactancia sincrónica3 relación entre tensión inducida y corriente de e*citación3 etc. Conociendo las características "rinci"ales de la máquina nos acilita cálculos relativos de la misma. (a com"aración de los resultados obtenidos con el método de "otier ue sastiactoria ya que no diieren de muc&o. I3IORA,ÍA. CT4PM4 CT4PM4N3 N3 Ste"&e Ste"&en n U# Maquin Maquinas as 6léctr 6léctrica icas3 s3 Mc%Jra Mc%JraV V Till3 Till3 Se!un Se!unda da 6dición en 6s"a=ol. (4L43 Nelson# (a Maquina Sincrónica Iriásica un 6noque Conce"tual. De"art De"artame amento nto de Public Publicaci acion ones es de la 5acult 5acultad ad de -n!en -n!enierí iería a de la Eniversidad de Carabobo3 $B. ;8D;WJ ;8D; WJE6 E6>3 >3 5ran 5ranci cisc sco o y 4;I6 4;I64J 4J43 43 Na"o Na"ole león ón## Juía Juía teór teóric ica a del del labora laborator torio io de maquin maquinas as '. De"art De"artame amento nto de Publicac Publicacion iones es de la 5acultad de -n!eniería de la Eniversidad de Carabobo3 $. M8;43 Pedro# Maquinas Maquinas 6léctricas y Iransormadores. 5acultad de -n!eniería de la universidad de (os 4ndes.
