Informe n 07 Reparado

INFORME DE LABORATORIO N° 7: TEMA: ENSAYO DE GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO EN CIRCUITO ABIERTO

1. OBJETIVOS a) Determinar y verificar experimentalmente las curvas características de circuito abierto del generador síncrono. b) Medición de la resistencia de los devanados de generador en frio según configuración. c) Determinar experimentalmente las pérdidas de rotacionales de la maquinas a velocidad nominal. d) Comprender e interpretar la información de los datos de placa del generador síncrono.

2. MATERIALES, INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS Los siguientes equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la práctica: ITEM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

DESCRIPCIÓN Regulador de tensión trifásica variac 380V 25A Generador síncrono trifásico Vatímetro Multitester para verificación de circuitos Alicate universal Analizador de redes trifásico Micro ohmímetro Tacómetro Pinza amperimétrica Cables de conexión

CANTIDAD 1 1 1 1 1 1 1 1 1

3. PROCEDIMIENTO 3.1. Tomar nota de la información proporcionada por los datos de placa del generador síncrono a ensayar y registrarlo en forma tabulada.

D r . I ng. Moise Moi sess Tanca Tanca V i llanue llanueva va

L abor ator tor i o de M aquina ui nass E léct léctrr i cas cas -2

1

SE2662-3G6

VDE 0530

Y

U:

Mot. DS

400 V

P: 0.3 Kw

RPM: RPM: 1800 1/min Uerr:

IP: 20

140 - v

CA:

Is. KI. : F

0.45 A

I:

cos: 0.8 f: 60 Hz

I err:

Made in

CB :

Germany

PLACA DE CARACTERÍSTICAS DEL GENERADOR SÍNCRONO Tensión Corriente Potencia cos

400 V 0.45 A 0.3 kW 0.8

Velocidad Frecuencia Aislamiento Protección

1800 rpm 60 Hz F IP 20

3.2. Tomar la lectura de la resistencia de los devanados del inducido y del inductor del generador síncrono. T abla abla N° 01: M edi ción de r esiste si stenci ncias as de del G ener ner ado ador Sí ncron ncr ono. o. RESISTENCIA OHMICA POR FASE DEVANADO Terminales R fase T (°C) Rotor F1-F2 250.4 24 U1-U2 33.09 24 Estator V1-V2 33.29 24 W1-W2 33.09 24

3.3. Armar el circuito de corriente continua de la Figura para hacer funcionar la máquina en el régimen de generador y configurar los devanados del inducido en estrella o triángulo según tensión nominal de la red.



2

Figura 01. Esquema Esquema de montaje equipos equipos del módulo módulo para el ensayo ensayo de vacío del del generador síncrono trifásico. trifásico. 3.4. Una vez montado el circuito verificar que los alcances de los instrumentos sea las adecuadas para el el ensayo ensayo vació vació a tensión nominal nominal e incluso superior: superior: Realizar Realizar las conexiones conexiones necesarias de la máquina primaria, acoplar mecánicamente las flechas de ambos rotores de las máquinas. Tener mucho cuidado con las conexiones, las escalas de los instrumentos de medición. Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor llevar el rotor a velocidad reducida hasta llegar a la velocidad nominal.

3.5. Conservando las conexiones accionar el motor primario a velocidad nominal y aplicar corriente de excitación de tal manera que se obtenga en las fases del generador síncrono la tensión nominal, registrar unos 8 a 10 juegos de lectura de tensión t ensión inducida y corriente c.c. de excitación en forma ascendente ascendente y otra de forma f orma descendente. descendente. Todos los datos registrados deben llevarse a la siguiente tabla para su posterior procesamiento. procesamiento.

Tabla N° 02: Registro de las mediciones con los instrumentos. N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 D

E

S

C

E

N

D

E

N

T

E

A

S

C

E

N

D

E

N

T

E

Tensión (AC)

Corriente (AC)

Potencia (AC)

Torque

Velocidad

Tensión (DC)

[V] 1,53 51,3 81,3 110,2 142,2 171,7 200,1 230,5 261,7 229,5 200,7 170,7 142,4 110,6 80,4 54,2 2,95

[A] 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

[W] 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

[N.m] -0,24 -0,23 -0,23 -0,24 -0,26 -0,25 -0,29 -0,33 -0,36 -0,32 -0,26 -0,25 -0,23 -0,21 -0,18 -0,17 -0,16

[RPM] 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800

[V] 0,00 8,79 13,83 18,41 24,10 30,20 37,80 38,50 66,20 48,20 38,10 30,30 24,45 18,75 14,36 9,50 0,00


Corriente Frecuencia (DC)

[A] 0,00 0,06 0,09 0,12 0,14 0,18 0,21 0,27 0,35 0,26 0,21 0,17 0,14 0,11 0,09 0,07 0,00


[Hz] 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 3

4. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4.1. Dar la relación de los valores promedios o totales para procesar las lecturas en la experiencia del generador síncrono en circuito abierto en forma tabulada para trazar las curvas características. T abla abla N° N ° 03: R egi stro stro de de las me medicione dici oness con los valor valores es pr pr ome omedios. N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 D

E

S

C

E

N

D

E

N

T

E

A

S

C

E

N

D

E

N

T

E

Tensión AC Tensión AC fase Línea [V] [V] 1,53 2,65 51,3 88,85 81,3 140,82 110,2 190,87 142,2 246,30 171,7 297,39 200,1 346,58 230,5 399,24 261,7 453,28 229,5 397,51 200,7 347,62 170,7 295,66 142,4 246,64 110,6 191,56 80,4 139,26 54,2 93,88 2,95 5,11

Torque [N.m] -0,24 -0,23 -0,23 -0,24 -0,26 -0,25 -0,29 -0,33 -0,36 -0,32 -0,26 -0,25 -0,23 -0,21 -0,18 -0,17 -0,16

Tensión DC [V] 0,00 8,79 13,83 18,41 24,10 30,20 37,80 38,50 66,20 48,20 38,10 30,30 24,45 18,75 14,36 9,50 0,00

If [A] 0,00 0,06 0,09 0,12 0,14 0,18 0,21 0,27 0,35 0,26 0,21 0,17 0,14 0,11 0,09 0,07 0,00

4.2. En forma tabulada dar los valores de los datos de placa y hacer una descripción e interpretación de cada uno de los datos de las máquinas utilizadas.

SE2662-3G6

VDE 0530

Y

U:

Mot. DS

400 V

P: 0.3 Kw

RPM: RPM: 1800 1/min Uerr:

140 - v

CA:

IP: 20

I:

Is. KI. : F

0.45 A

cos: 0.8 f: 60 Hz

Ierr :

Made in

CB:

Germany

Figura n°03. Placa Placa de datos del Generador Generador Síncrono. Síncrono.

   

TENSIÓN: CORRIENTE: POTENCIA: COS:

Tensión nominal en bornes del generador. Corriente nominal que se puede obtener en el estator. Potencia mecánica del generador síncrono. Factor de potencia máximo al cual debe estar sometido el generador.



4

   

VELOCIDAD: FRECUENCIA: AISLAMIENTO: CONEXIÓN:

Revoluciones por minuto para generar una frecuencia determinada. Frecuencia en la que se genera, guarda relación con las RPM. Tipo de aislamiento eléctrico. Conexión tipo estrella (para generar nivel de tensión más alto).

4.3. Con la ayuda de los cálculos necesarios trazar las curvas características de circuito abierto experimental del generador síncrono en función de la corriente de excitación. T abla abla N° N ° 04: C orri orr i ente de de cam campo y tensi tensión ón de salida sali da en vacío vací o (asce (ascende ndente nte)) . N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A

S

C

E

N

D

E

N

T

E

Tensión AC Línea [V] 2,65 88,85 140,82 190,87 246,30 297,39 346,58 399,24 453,28

If [A] 0,00 0,06 0,09 0,12 0,14 0,18 0,21 0,27 0,35

G r áfica áfi ca N° 01: curva cur va de de magnet magnetii zación ci ón de del cir ci r cuito cui to abi er to del ge g ener ner ador sí ncrono (ascendente).



5

Gráfica N° 02: Tensión de remanencia del generador síncrono (descendente):

T abla abla N° N ° 05: C orri orr i ente de de cam campo y tensi tensión ón de salida sali da en vacío vací o (asc (ascend ende ente) nte) . N° 10 11 12 13 14 15 16 17


D

E

S

C

E

N

D

E

N

T

E

Tensión AC Línea [V] 397,51 347,62 295,66 246,64 191,56 139,26 93,88 5,11

If [A] 0,26 0,21 0,17 0,14 0,11 0,09 0,07 0,00


6

G r áfica áfi ca N° 03: C urva ur va de ma mag netiza netizaci ció ón del del cir ci r cuito cui to ab abi er to del ge g ener ner ador sí ncrono (descendente).

G r áfica áfi ca N ° 04: T ensión nsi ón de de r emanenci anencia a del ge g enerador nerador síncr sí ncrono ono ( desce descende ndente nte)) :



NOTA: De acuerdo acuerdo a la gráfica gráfica N°02, se puede observar observar que la tensión de remanencia aumenta en la gráfica N°04, esto se debe a que conforme pasa el tiempo, esta tensión de remanencia ira disminuyendo su valor.

4.4. Trazar el diagrama vectorial de tensiones y flujo magnético del ensayo de vacío. En ensayo en vacío (circuito abierto) solo hay corriente de excitación (If de campo), esta corriente crea un campo magnético (flujo de excitación



e

), este flujo induce en el estator

una fuerza electromotriz electromotriz Eo que está desfasada en el tiempo tiempo 90° con respecto al flujo.



7

Figura n°04. Diagrama Diagrama vectorial vectorial de tensión y flujo magnético del Generador Generador Síncrono. Síncrono.

4.5. Determinar las pérdidas rotacionales del generador síncrono a partir de los datos del motor primario. Durante las pruebas de laboratorio, l aboratorio, las pérdidas rotacionales incluyen:   

Pérdidas por ventilación. Pérdidas por deslizamiento. deslizamiento. Pérdidas por magnetización magnetización del núcleo.

Como no se está conectando conectando ninguna carga (circuito abierto), abierto), entonces no hay corriente de armadura, por lo tanto NO hay potencia de salida del generador, el único dato de carga que tenemos es el torque de la máquina motriz:

Tensión AC fase

N° 1 8 9

N E N

D T A

S

C

E

[V] 1,53 230,5 261,7

Tensión AC Línea [V] 2,65 399,24 453,28

Torque Tensión DC [N m] -0,24 -0,33 -0,36

If

[V] 0,00 38,50 66,20

[A] 0,00 0,27 0,35

A tensión remanente Tensión nominal Superior a tensión nominal

Para esta parte utilizaremos el Torque a una Tensión superior a la nominal de 453,28 V (399,24 que es el valor más cercano que tomamos), de allí obtendremos la potencia mecánica que se transfiere al generador desde la maquina motriz:


Prot



Pmec

P Fe



Prot





P Fe

P mec


8

Pmec 

  .  w

 N .m



 rad / s

Pmec

  .

P mec

  .



n 60



Pmec a 0,36 Nm:  ∗  ∗ 2 60

=

0.36 ∗ 1800 ∗ 2 60

= 67,8 67,85 5 

Pmec a 0,24 Nm:   =



2

rev 1 min 2    N .m * min * 60 s * 1 rev 

  = 



 ∗  ∗ 2 60

=

P rot

0.24 ∗ 1800 ∗ 2 60

P Fe



P F e



67,86

P F e



22,62 W



= 45,2 45,24 4 

P mec 

45, 24

Las pérdidas mecánicas en el hierro (núcleo) es de 22,62 W:

5. INVESTIGACION INVESTIGACION COMPLEMENTARIA COMPLEMENTARIA 5.1. Describir y esquematizar en que consiste el sistema excitación de los devanados del rotor sin contacto eléctrico por inducción. Y que es una AVR? GENERADORES SINCRONOS SIN ESCOBILLAS Este tipo de generadores son de mediana potencia, para la excitación podríamos tener un banco de baterías que sería de respaldo, la excitatriz podría ser un alternador, es decir un generador síncrono con polos salientes en el estator, luego de esta etapa, sale a una placa electrónica en donde por medio de dispositivos electrónicos, se envía al circuito de excitación del generador principal. Para realizar reparaciones en este tipo de generadores, es necesario saber sobre dispositivos electrónicos, y centrarse en el controlador.



9

Figura 02. Esquema Esquema de un generador generador asíncrono asíncrono sin escobillas.

EL AVR: De las partes del generador, esta es sin duda una de las más importantes. Entre sus funciones están las de controlar y enviar la corriente de excitación del generador, con el fin de mantener constante la tensión de salida del generador, entre determinados rangos de frecuencia y de carga ya preestablecidos. Este dispositivo controla una corriente de baja intensidad que alimenta los devanados del estator de una excitatriz, la que induce en su rotor una diferencia de potencial que se llevará a un sistema de rectificación. Este llamado puente de rectificación rotativo, se encarga de recoger, del del devanado trifásico del del rotor de la excitatriz excitatriz una corriente corriente de alto alto amperaje, amperaje, para enviarlo enviarlo al rotor principal del del generador generador rectificada es es decir bipolar (+) y (-). El AVR en el momento del arranque deberá excitar el generador a partir de las pequeñas tensiones generadas por el magnetismo remanente, existente en el PMG. Además debe garantizar la protección de los devanados rotativos del generador, al producirse sobre excitaciones debidas a las variaciones de frecuencia en el momento del arranque o la parada del motor primario, esto debe realizarlo manteniendo baja la tensión de salida mientras la frecuencia esté por fuera del valor nominal. En los casos de sobrecargas sobrecargas transitorias en los que el motor primario tiende a disminuir su velocidad, el AVR disminuye la tensión tensión de salida proporcionalmente proporcionalmente a la pérdida de velocidad, disminuyendo la potencia de salida para dar posibilidad al motor de recuperarse rápidamente. Los AVR deben permitir el ajuste remoto de la tensión de salida del generador, como también censar la potencia reactiva generada a través de un transformador de cuadratura, produciendo una caída de tensión tensión proporcional a los VARs.

Características generales de los AVR.         

Tensión de excitación. Corriente de excitación. Tensión de alimentación. Entradas para potenciómetros de ajuste remoto. Medición de tensión de salida de generador. Entrada para transformador de corriente en cuadratura. Potenciómetro para ajuste de frecuencia mínima. Potenciómetro para ajuste de tensión nominal. Ajuste de ganancia amplificador de tensión.



10

5.2. Que es una planta de generación eléctrica de ciclo c iclo combinado. Es una central en la que la energía térmica del combustible es transformada en electricidad mediante dos ciclos termodinámicos: el correspondiente a una turbina de gas (ciclo Brayton) y el convencional convencional de agua/turbina vapor (ciclo Rankine).

Figura 03 – a. a. Esquema de un generador de ciclo combinado.

La turbina de gas consta de un compresor de aire, una cámara de combustión y la cámara de expansión. El compresor comprime el aire a alta presión para mezclarlo posteriormente en la cámara de combustión con el gas. En esta cámara se produce la combustión del combustible en unas condiciones de temperatura y presión que permiten mejorar el rendimiento del proceso, con el menor impacto ambiental posible.

Figura 03 – b. b. Esquema de un generador de ciclo combinado.

A continuación, los gases de combustión se conducen hasta la turbina de gas (2) para su expansión. La energía se transforma, a través de los álabes, en energía mecánica de rotación que se transmite a su eje. Parte de esta potencia es consumida en arrastrar el compresor



11

(aproximadamente los dos tercios) y el resto mueve el generador eléctrico (4), que está acoplado a la turbina de gas para la producción de electricidad. El rendimiento rendimient o de la turbina turbin a aumenta con la temperatura de entrada de los gases, que alcanzan unos 1.300 °C, y que salen de la última etapa de expansión en la turbina a unos 600 °C. Por tanto, para aprovechar apro vechar la energía que todavía tienen, tienen , se conducen a la caldera de recuperación (7) para su utilización. La caldera de recuperación tiene los mismos componentes que una caldera convencional (pre-calentador, economizador, etc.), y, en ella, los gases de escape de la turbina de gas transfieren su energía a un fluido, que en este caso es el agua, que circula por el interior de los tubos para su transformación transformación en vapor de agua. A partir de este momento se pasa a un ciclo convencional de vapor/agua. Por consiguiente, este vapor se expande en una turbina de vapor (8) que acciona, a través de su eje, el rotor de un generador eléctrico (9) que, a su vez, transforma la energía mecánica rotatoria en electricidad de media tensión y alta intensidad. A fin de disminuir las pérdidas de transporte, al igual que ocurre con la electricidad producida en el generador de la turbina de gas, se eleva su tensión en los transformadores (5), para ser llevada a la red general mediante las líneas de transporte (6). El vapor saliente de la turbina t urbina pasa al condensador (10) para su licuación mediante agua fría que proviene de un río o del mar. El agua de refrigeración se devuelve posteriormente a su origen, río o mar (ciclo abierto), o se hace pasar a través de torres de refrigeración (11) para su enfriamiento, en el caso de ser un sistema de ciclo cerrado. Conviene señalar que el desarrollo actual de esta tecnología tiende a acoplar las turbinas de gas y de vapor al mismo eje, accionando así conjuntamente el mismo generador eléctrico.

6. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES CONCLUSIONES 



Determinamos y verificamos verifi camos experimentalmente experiment almente las curvas características característ icas de circuito abierto del generador síncrono (ver Grafica N°02) en función de la corriente de campo (If). Hemos realizado la medición de las resistencias de los devanados de generador en frio en configuración estrella (Y) según datos de placa.



Determinamos experimentalmente las pérdidas de rotacionales de la maquinas síncrona a velocidad nominal (tensión a 399,24 v – 1800rpm). 1800rpm).



El generador síncrono, al estar en vacío (sin carga), no presenta pérdidas en el cobre, es decir que no hay hay pérdidas en en el estator porque no existe corriente corriente de armadura armadura (Ia=0).



Las pérdidas rotacionales del generador síncrono fueron obtenidas a partir de la medición del torque de la maquina motriz.



Se comprendió e interpretó la información de los datos de placa del generador síncrono a través de las pruebas en circuito abierto y sus respectivas gráficas.



12

OBSERVACIONES: 

De acuerdo a las Gráficas 01 y 02 de las curvas de magnetización siempre existe un flujo remanente. remanente.



A mayor frecuencia de oscilación, se reducen el tamaño de las maquinas, y esto se aplica en la industria.



Se puede observar que el TORQUE es NEGATIVO, esto es debido a que el sentido de giro del torque es contrario a sentido de giro de la velocidad síncrona síncrona ( 

,



 ).

7. BIBLIOGRAFÍA 

*Jesús Fraile Mora, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. edición, 2008. 2.



Fitzgerald A. E.Charles Kingsley Jr, Stephen D. Umans,



“Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. edición, 2003.



https://sites.google.com/site/279motoreselectricos/par https://sites.google.com/site/279motorese lectricos/partes-fundamen tes-fundamentales-de-untales-de-unmotor-electrico/2-7-eje F González-Longatt, González-Longatt, Determinación Experimental de los Parámetros Eléctricos Eléctricos de una Máquina de Inducción. Manuales del Tecsup y SENATI (Departamento (Departament o de Electrotecni Electrotecnia). a).

 



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Informe n 07 Reparado

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