Laboratorio Alternador en Vacío
NOMBRE: Rodrigo González CARRERA: T. Electricidad industrial ASGNAT ASGNAT!RA: Ma"uinas el#ctricas $RO%ESOR: SECCON: &'( %EC)A: &*(+*&+
OBJETIVOS:
Alternador en Vacío: •
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Seleccionar los instrumentos y los componentes para realizar el ensayo en Vacío de un trafo monofásico Medir la I excitación excitación en el secundario (Iexc) Medir la potencia potencia por el primario (W1) y la potencia entrega por el secundario (W)
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Medir la !elocidad en rpm
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"#tener la cur!a de saturación en !acío del alternador
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$ealizar $ealizar la puesta en marc%a de un alternador
MARCO TEÓRICO
&os 'lterna 'lternador dores es produc producen en corrien corriente te creando creando mo!imien mo!imiento to entre entre un conductor y un campo magntico los principios de electro magnetismo controlan e indican como se produce esta energía* +n un alternador el roto rotorr (,ue (,ue crea crea el camp campo o magn magnt tic ico) o) gira gira dent dentrro del del esta estato torr (el (el conductor) &a corriente alterna '- es inducida en el estator luego cam#iada a corriente directa .- por un puente de .iodos para luego a#astecer las necesidades del !e%ículo* +l proceso de con!ertir -' en .- se le conoce como recti/cación*
Parte artes s de un alte altern rnad ador or:: -uan -uando do se #a0e #a0e el alte alterrnado nadorr se !a a encontrar con las siguientes piezas %ay muc%os tipos de alternadores pero pero por por lo gene genera rall todo todos s tien tienen en la mism misma a estr estruc uctu tura ra y el mism mismo o principio de funcionamiento* • • • • • • • • • •
+structura del extremo +stator y placa de diodos $otor +structura del otro extremo olea y !entilador $odamiento +sco#illas o car#ones orta car#ones $eten de $odamiento rodamiento
Principio de funcionamiento del alternador +l rotor del alternador es excitado por una corriente ,ue llega de la #atería a tra!s de los car#ones o esco#illas esco#illas (2) al llegar esta corriente corriente a la #o#ina del del rotor crea un campo electromagntico electromagntico ,ue al estar en mo!imiento mo!imiento induce una corriente corriente alterna en el estator ,ue está formado por tres #o#inas* ero esta corriente es alterna y el !e%ículo funciona con corriente directa por lo tanto esta de#e ser transformada a tra!s de lo ,ue se conoce como el puente recti/cador o diodera*
Puesta en funcionamiento del alternador Ma,uina sincrónica3 1* Suministrarle corriente alterna (-*'*) * $egular la Velocidad al !alor de 1455 rpm (f 6 45 7z) 8* Inyectarle 5 (!) corriente continua (-*-) Si en el caso de ,ue ste tra#a0e con cargas se de#e seguir los mismos paso pero agregando otros procedimientos * 8* 9* 4* :* 2* ;*
1* Suminist Suministrarl rarle e corriente corriente alter alterna na (-*'*) (-*'*) $egular la Velocidad al !alor de 1455 rpm (f 6 45 7z) Inyectarle 5 (!) corriente continua (-*-) 'plicar carga $esisti!a de 9955 (o%m) 'plicar carga $esisti!a de 55 (o%m) 'plicar carga $esisti!a de 1155 (o%m) -am#iar la carga a Inducti!a de 9955 (o%m) -am#iar la carga a -apaciti!a de 9955 (o%m)
Acoplamiento del alternador a la red: -uand -uando o se desea desea aumen aumentar tar la poten potencia cia sumini suministr strad ada a por por un sistem sistema a de generación de -*' se acoplan en paralelo !arios alternadores*
d) en el momento de la conexión las tensiones de los alternadores de#en estar en fases* +s decir las sinusoides ,ue representan a las tensiones de cada uno de los alternadores de#en superponerse exactamente* ara conseguir ,ue se cumplan estas condiciones se act>a so#re la !elocidad y la corri corrient ente e de excit excitaci ación ón de los alter alternad nador ores es mientr mientras as se sigue siguen n con aparatos de medidas adecuados las diferentes !aria#les del proceso* +n la actualidad los procesos de acoplamiento entre los alternadores o entre los alternadores y la red elctrica se realizan mediante dispositi!os automáticos e informatizados de sincronización* &os alternadores de#en funcionar a una !elocidad rigurosamente constante para conseguir mantener la frecuencia a un !alor /0o* -uando se exige una mayor mayor potenci potencia a elctric elctrica a al altern alternador ador este reacci reacciona ona propor proporcion cionand ando o una mayor resistencia al mo!imiento por lo ,ue la tendencia es perder !elocidad* si la !elocida !elocidad d llegara llegara a descend descender er se perderí perdería a sincronism sincronismo o con la red red ,ue esta acoplado acoplado y %a#ría ,ue desconectar desconectar automáticamente automáticamente el generador generador de la red* ara ara e!itar esto se dota al con0unto de alternador alternador y grupo de motor ,ue le impulsa de un sistema de regulación automático de !elocidad esta#le* .ado ,ue el alternador tam#in de#e proporcionar una cierta cantidad de potencia reacti!a a los receptores ,ue lo re,uieran se lo dota de un sistema ,ue ,ue contr controla ola autom automáti áticam camen ente te la corr corrien iente te de excit excitaci ación ón del induc inductor tor producindose una mayor potencia reacti!a al aumentar dic%a corriente de excitación* +l acoplamiento de dos alternadores entre sí o #ien de un alternador y de una red trifásica de distri#ución se podrá realizar siguiendo el siguiente circuito3 a) +l !alor !alor e/caz e/caz de la fem* fem* .esarr .esarrolla ollado do por el nue!o nue!o alter alternado nadorr tiene tiene ,ue ser igual a la tensión de la línea* #) &a frecuenc frecuencia ia de la f*e*m* desarr desarrolla ollada da por el nue!o altern alternador ador tiene tiene ,ue ser igual a la frecuencia de la tensión en la línea* c) &a secuenc secuencia ia o sucesión sucesión de de fases del del alternad alternador or de#e de#e ser la misma misma ,ue la la de la red a la ,ue se !a a acoplar* d) ?ue exista correspondencia correspondencia entre los terminales del alternador a acoplar y los de la red o el alternador al ,ue se acople* +sta condición es consecuencia inmediata de las condiciones # y c*
Pasos Pasos que se debe deben n seui seuirr para para cump cumplir lir con con las las prem premisa isas s paralelo:
del
a! Se pone en marc%a el alternador ,ue se !a a acoplar a la red por medio de una ma,uina impulsora y se regula su !elocidad nominal nominal %asta o#tener la !elocidad nominal del alternador* Seguidamente se excita el alternador %asta ,ue el mismo logre la misma tensión ,ue la de la línea*
"! Se regula más /namente la !elocidad de la ma,uina impulsora para ,ue el frecuencímetro instalado en el alternador de la misma lectura ,ue el instalado en la red* -omo al !ariar la !elocidad del alternador se !aría no solo la frecuencia de la f*e*m* inducida sino tam#in su !alor e/caz se de#e proceder a realizar un nue!o a0uste en la intensidad de excitación con el o#0eto de ,ue se siga !eri/cando la primera premisa*
c! -onsiste en acoplar el alternador en el momento en ,ue satisfec%a ya las dos condiciones anteriores la tensión en sus #ornes está en fase con la de línea para determinar dic%o momento se emplean unos aparatos llamados sincronoscopio de los cuales el más sencillo es el sincronoscopio de lámpara constituido por tres lámparas incandescentes* ara determinar la secuencia de fase con las lámparas se puede utilizar dos mtodos denominados3 • •
Mtodo de lámparas encendidas* Mtodo de lámparas apagadas*
+n el primer caso las lámparas se conectan en distintas fases en el instante en ,ue am#as fases coinciden las lámparas ,uedan encendidas sin ,ue se produzcan en ellas oscilaciones* +n el segundo caso las lámparas se conectan entre las fases del mismo nom#re* -uando se igualan las fases las lámparas permanecen apagadas* ara poder cerrar el interruptor ,ue acopla el alternador a la línea trifásica utili utilizan zando do un sincr sincron onosc oscop opio io de lámpa lámpara ra encen encendi dida da y apag apagad ada a se de#e de#e cumplir3 ?ue ?ue dos dos lámp lámpar aras as est estn n ence encend ndid idas as con con el mism mismo o #ril #rillo lo (lám (lámpa para ras s encendidas) ?ue una lámpara est apagada (lámpara apagada) ?ue el !oltímetro indi,ue tensión cero ?ue las tres condiciones anteriores se cumplan para un mismo instante de tiempo*
Potencias en el alternador
Pote Potenc ncia ia acti acti#a #a del del alte altern rnad ador or:: &os &os alter alternad nador ores es de cierta cierta poten potencia cia cuentan con excitatriz ,ue es a su !ez un generador de corriente alterna trifásico (-uyo inductor está montado so#re el estator del alternador y el inducido so#re el rotor) en cuya salida se encuentra un recti/cador trifásico ,ue alimenta el electroimán con lo cual se e!itan los anillos mencionados ,ue ocasionan prdidas en los mismos y desgaste de los car#ones* &a potencia potencia acti!a acti!a entregad entregada a por el alternad alternador or expresión3 6 8 @A I cos B
está dada por la siguiente siguiente
Potencia reacti#a del alternador: la entrega de potencia reacti!a entre los di!e di!ers rsos os alte alterrnado nadorres acop acopla lado dos s en para parale lelo los s está está cond condic icio iona nada da a la intensidad de su corriente de excitación la cual !iene determinada por el esta estati tism smo o de los los regul egulad ador ores es de tens tensió ión n empl emplea eado dos s -omo -omo cont contrrolar olar la poten potencia cia acti!a acti!a y reacti! eacti!a a del alter alterna nador dor la otenc otencia ia 'cti! 'cti!a a se contr control ola a mediante el primoCmotor o má,uina ,ue acoplada al e0e del generador le propo proporci rciona ona el par motriz* motriz* rimoCmo rimoCmotor tor pueden pueden ser una tur#ina de !apor !apor tur#ina a gas tur#ina %idráulica motor disel motor a gasolina etc* Mediante el ser!o control del go#ernador se regula la admisión de más !apor gas caud caudal al com# com#us usti ti#l #le e etc* etc* del del prim primoCm oCmot otor or para para #rin #rinda darr más más o meno menos s potencia acti!a seg>n se re,uiera* ' mayor demanda de potencia mayor consumo del !apor gas o com#usti#le del primoCmotor* &a potencia $eacti!a se controla de manera indirecta mediante la inyección de corriente .- al campo o excitatriz del generador* ' mayor corriente más excitación y mayor potencia reacti!a pero esto tiene un límite si se sale del rango permitido se disparan las protecciones del generador*
Me$oramiento del factor de Potencia del alternador ara comprender cuanta potencia reacti!a puede a#sor#er el generador sin impacto negati!o se descri#e en la siguiente /gura*
+ste gra/co muestra la cur!a típica de la capacidad de un generador ,ue descri#e la capacidad de una má,uina de producir y a#sor#er energía* +n esta cur!a los DV'$ producidos y a#sor#idos se encuentran en el e0e E (positi!o %acia la derec%a)* +n el e0e F muestra DW (positi!o %acia arri#a)* GV'$ y DW se muestran como cantidades por unidad en #ase a las especi/caciones del alternador*
+l rango normal de funcionamiento de un grupo electrógeno se determina entre cero y 155 por ciento de los DW especi/cados del alternador (positi!o) (positi!o) y entre 5; y 15 de factor de potencia (área !erde en la cur!a)* &as líneas negr negras as so#r so#re e las cur! cur!as as mue muestra stran n el rango ango de func funcio iona nami mien ento to de un altern alternado adorr especí/c especí/co o cuando cuando opera opera fuera fuera del rango normal* normal* Hótese Hótese ,ue a medida ,ue cae el factor de potencia la má,uina se de#e corregir corregir para e!itar el so#recalentamiento* +n el cuadrante iz,uierdo se puede !er ,ue la salida cercana a lo normal (área amarilla) se puede lograr con una cierta carga de factores de potencia en ser!icio en este caso %asta un factor de potencia de 52 en ser!icio* +n este punto la capacidad para a#sor#er DV'$ adicional rápidamente cae %asta cer cerca de cer cero (ár (área ro0a) o0a) indi indica cand ndo o ,ue ,ue el 'V$ se está está Japa Japaga gand ndo oK y cual,uier ni!el de DV'$ in!ersa mayor ,ue el ni!el mostrado causará ,ue la má,uina pierda control del !olta0e* +n otras pala#ras si la má,uina está espe especi ci/c /cad ada a para para oper operar ar a 1*55 1*555 5 DV' DV' y un fact factor or de pote potenc ncia ia de 5; 5; (especi/cación :55 DV'$) con un ni!el de DV'$ in!ersa de 5 por unidad (especi/cado) se excederán las capacidades de la má,uina* or lo tanto con más de 15 DV'$ de potencia reacti!a in!ersa y un factor de potencia en ser!icio menor de 52 (para la mayoría de la gente un ni!el sorprendentemente #a0o) tenemos un pro#lema* &a solución a este pro#lema en esta má,uina especí/ca implica e!itar el exceso de DV'$ in!ersa mediante un dise=o y funcionamiento adecuado del sistema* &os alternador alternadores es sincrónicos sincrónicos tienen capacidad limitada limitada para a#sor#er a#sor#er DV'$ DV'$ de dispo disposit siti!o i!os s de carga carga y al so#re so#repa pasar sar ese límite límite pued puede e prod produci ucirse rse el apagado del grupo electrógeno* +l func funcion ionam amien iento to en para parale lelo lo neces necesita ita del del análi análisis sis cuid cuidado adoso so de la la secuencia de las cargas para e!itar condiciones de V'$ in!ersa ,ue pueden da=ar el grupo electrógeno* +s con!eniente considerar la modi/cación de la secuencia de operación del sistema o la limitación del funcionamiento de los /ltros %asta ,ue las cargas adecuadas estn en su lugar para e!itar las condiciones de DV'$ in!ersa so#re el grupo electrógeno* Se de#e especi/car la magnitud de DV'$ in!ersa ,ue puede a#sor#er el grupo electrógeno no solamente el factor de potencia
Procedimiento alternador en vacío:
Primer paso3 Se procede a solicitar los materiales en el pa=ol para proceder proceder a reali realizar zar la acti! acti!ida idad d pero pero en esta esta acti!i acti!ida dad d los los mater materia iales les ya esta# esta#an an pedi pedidos dos por por el profe profesor sor así ,ue ,ue solo solo tu!imo tu!imos s ,ue ,ue proc procede ederr a #usca #uscarr los los materiales e instrumentos al lado del #anco del profesor*
%eund %eundo o paso: paso: Fa Fa o#tenidos o#tenidos los materiales materiales e instrumentos instrumentos se procede procede a %acer las prue#as de !eri/cación de estado de los instrumentos a re!isar las puntas de prue#a e#a del multíme tímetr tro o colocá locán ndol dolo en la modalid alida ad de continuidad ya colocado el selector en continuidad se procede a 0untar las punt puntas as de prue prue#a #a una una con con la otra otra si el inst instru rume ment nto o suen suena a o mar marca una una resistencia resistencia #a0a es decir ,ue el instrumento instrumento está en #uen estado* estado*
Tercer ercer paso: paso: ya con con los los instr instrum umen entos tos re!i re!isad sados os proce procedi dimo mos s a tomar tomar un registro registro de los datos de la placa del motor motor y del generador* generador* "#teniendo los siguientes datos
generador -L
Motor L otencia3 9(GW) L n3 ;:5 L44(7p) L Arecuencia345 7z L Aases3 8, L 5(V)CCO 19I(') L 8;5(V)
Cuarto paso: .espus de realizada la prue#a de continuidad procedemos a realizar la prue#a de aislación* Veri/cando antes el estado del instrumento utilizado para esta medición (megometro) Se prue#a el instrumento conectando sus puntas entre sí* Se conecta la tierra a la carcasa del generador (masa) y la otra punta del inst instru rume ment nto o se cone conect cta a a otr otro punt punto o aisl aislad ado o ,ue ,ue no for forme parte arte del del gene genera rado dor* r* &a medi medici ción ón indi indico co (5P) (5P) lo ,ue ,ue cert certif ific ica a ,ue ,ue la carc carcas asa a del del generador esta con su aislación en perfecto estado* &uego realizar la medición de aislación entre el generador y los #ornes* .onde mantu!imos la tierra en la masa del generador y la otra punta del instrumento conectándolo #orne a #orne dando como resultado (Q) tam#in aislación en perfecto estado*
Fa Fa re!isados re!isados los materiales e instrumentos instrumentos a utilizar se procede procede a realizar realizar el monta0e del siguiente circuito de tra#a0o siguiendo el es,uema entregado en la guía
'l terminar el monta0e del circuito de tra#a0o procedimos a conectar el circuito de tra# tra#a0 a0o o a la red red ener energi giza zand ndo o el circ circui uito to y real realiz izan ando do las las medi medici cion ones es** .ond .onde e confeccionamos una ta#la de !alores detallada a continuación3
Vf(!) 5 5 5 5 5 5 5 5
Ia(m') 4:: 99 89 :; 5 19 9 2;
Iexc(m' ) 5 45 155 145 55 45 855 845
W1(N) C44 C95 C89 C4 C1: C 14 5
W(N) 194 115 5 2: :9 45 85
$M 1925 1455 1455 1455 1455 1455 1455 1455
Materiales e instrumentos utilizados
Características Caracte rísticas multiteste m ultitesterr digital: digital :
Te-eratura Te-eratura de Oeraci/n: ( 0C 1 2( 0C. Te-eratura Te-eratura de al-acena-iento: 3&( 0C 1 4( 0C • Altitud: Oeraci/n: 5((( • Al-acena-iento: &((((• )u-edad Relati6a: Má7. 8( 9 ara te-eratura • asta '& 0C; dis-inuatería Ba?a en el disla<. • =i-ensiones: @4-- 7 &'( -- 7 '+ -• $eso Aro7. &4( grs. • Tensi/n Tensi/n -á7i-a entre cual"uier ter-inal < tierra: • +(( Vr-s. $rue>a de =iodos: resoluci/n &-V; el disla< -uestra la caída de tensi/n aro7i-ada. • Medici/n de Transistores: %E; resoluci/n &D 3 >o &( FA Vce ' V. • Beeer de -edici/n de continuidad: Resoluci/n & H; El >eeer • suena con R I @( H. $rotecci/n contra so>recargas: 5'( V =C*AC sola-ente • >eeer < rue>a de diodos •
Características conector B/B: • • • • • • • •
Cuero: lat/n $ri-a6era: ni"uelado Aisla-iento: ABS Anco de e?ecuci/n: &.5@-- J Ca>le de silicona EncuKe longitud: 24-Volta?e: '( V ac3+(6dc Corriente -á7i-a: &LA Se su-inistra con una longitud del ca>le de 4((--
Características conector B/C:
• • • • • • • •
$olaridad: Ro?o < negro argo de los ca>les: L( cargo del cai-án: 2 c=os lug >anana =os cai-anes Cali>re ca>le: 55 AG Marca: aton Modelo: T3&(+
Conclusiones
=el resente tra>a?o ode-os concluir "ue cu-le con la Kinalidad de roorcionar; una >ase te/rica ara iniciar el estudio de los alternadores; "ue son arte Kunda-ental en la generaci/n de electricidad. os alternadores utilizados en las centrales el#ctricas son del tio triKásico. Constituidos de una arte Ki?a donde se induce una Kuerza electro-otriz < de una arte interna -/6il =onde =onde se alo?an alo?an los olos -agn#t -agn#tico icos. s. a arte arte -/6il -/6il rotor rotor uede uede ser de olos olos sali salien ente tes; s; util utiliz izado adoss en cent central rales es idr idroel oel#ct #ctri ricas cas;; / liso lisos; s; e-l e-lead eados os en cent centra rale less ter-oel#ctricas. os olos -agn#ticos interconectan circuitos el#ctricos < -agn#ticos ara roducir un Klu?o -agn#tico. a interacci/n entre la corriente el#ctrica < el ca-o -agn#tico es la >ase de la con6ersi/n de la energía electro-agn#tica. os alternadores no oeran en Kor-a aislada ara ali-entar una carga; or lo tanto; en las centrales el#ctricas se tiene -ás de una unidad generadora conectadas en aralelo. $ara acolar una unidad generadora con otra o al resto resto del siste-a de trans-isi/n de energía el#ctr el#ctrica ica;; se de>en cu-lir cu-lir cierta ciertass condici condiciones ones:: de>e de>e e7isti e7istirr iguald igualdad ad de 6olta? 6olta?e; e; Krecuencia < a>er una coincidencia de Kases
