LABORATORIO N°06 “GENERADOR SINCRONO CON CARGA” CARRERA
: TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
CICLO
:V
SECCIÓN
: “I”
DOCENTE
: ING. FIESTAS ELIAS ALFONSO
CURSO ALUMNO (S)
: LAB. MÁQUINAS ELÉCTRICAS II :
-
Zafra Llajaruna Jose Manuel
-
FECHA DE REALIZACIÓN :
FECHA DE ENTREGA
: 26/07/2017
2017-I
I.
II.
OBJETIVO: Lograr que el alumno sea capaz de demostrar las características de la regulación de voltaje de un generador síncrono.
INTRODUCCIÓN: Generador Síncrono en carga Cuando suministra corriente a una carga, dicha corriente produce un campo magnético giratorio al circular por los devanados del estator. Este campo produce un par opuesto al de giro de la máquina, que es necesario contrarrestar mediante la aportación exterior de potencia mecánica. El flujo total de la máquina se verá disminuido o aumentado dependiendo que la carga sea inductiva o capacitiva A este efecto creado por el campo del estator se le conoce con el nombre de "reacción de inducido"
Para una misma tensión de salida el generador puede ceder o absorber potencia reactiva dependiendo de que la carga sea inductiva o capacitiva. Para conseguirlo basta modificar el valor de la E (modificando el campo de excitación)
III.
EQUIPOS Y MATERIALES
Cantidad Descripción
Marca
Modelo
Observación
01
LAB.VOLT
8821-27
Ok
Fuente de alimentación variable
01
Motor síncrono
LAB.VOLT
8241-07
Ok
01
Motor de impulsión
LAB.VOLT
8960-17
Ok
01
Módulo de adquisición de
LAB.VOLT
9063-02
Ok
datos
01
Multímetro digital
FLUKE
01
Cargas resistivas
01
115
Ok
LAB.VOLT
6311-07
Ok
Cargas capacitivas
LAB.VOLT
8331-07
Ok
01
Cargas inductivas
LAB.VOLT
321-07
Ok
01
Computadora personal
LENOVO
----
Ok
Varios
Conductores de conexión
Ilustración 1 Motor de impulso
IV.
Rojo: positivo Negro: negativo
Ilustración 2 Motor sincrónico
PROCEDIMIENTO:
1. Dentro del puesto de trabajo EMS, instale les siguientes módulos: la fuente de alimentación, el motor de impulsión/ Dinamómetro, el motor/ alternador síncrono, la carga resistiva, la carga inductiva la carga capacitiva y el interfaz para la adquisición de datos (DAI).
Ilustración 3 Acoplamiento del motor de impulso con el motor sincrónico
2. En la fuente de alimentación, asegúrese que el interruptor principal está en la posición O (apagado) y que la perilla de control de voltaje se encuentre girada completamente hacia la izquierda. Asegúrese de que la fuente de alimentación esté conectada a una fuente trifásica.
Ilustración 4 Perilla en posición 0 (apagado)
3. Asegúrese de que el cable chato de la computadora esté conectado al módulo DAI. Conecte las entradas ALIMENTACIÓN BAJA POTENCIA de los módulos DAI y motor de impulsión/ Dinamómetro a la salida 24 V AC de la fuente de alimentación. En la fuente de alimentación, coloque el interruptor 24 V- AC en la posición I (encendido).
Ilustración 5 Conexión de 24 VD con el cable chato de computadora
4. Inicie la aplicación Aparatos de Medición. En la aplicación Aparatos de Medición, abra el archivo de configuración existente ACMOTOR1.DAI y luego seleccione ver especial 2.
5. Conecte el equipamiento como lo muestra la figura 6.7 En el motor/ alternador síncrono, coloque el interruptor de excitación en la posición I (cerrado) y la perilla de EXCITACIÓN en la posición media.
Ilustración 6 Generador sincrónico bajo carga acoplado al motor impulsión
INSTALACIÓN DEL CIRCUITO DE LA ISLUSTRACION 8
Ilustración 7 Instalación delde motor sincrónico Ilustración 8 Instalación del motor impulsión
Ilustración 9 Conexión de los medidores del interfaz
Ilustración 11 Instalación a la fuente de alimentación
Ilustración 10 Instalación a las cargas resistivas
Ilustración 12 Circuito implementado con las cargas resistivas, motor impulsivo y motor sincrónico
6. Ajuste los controles del módulo motor de impulsión/ Dinamómetro de la siguiente forma: Selector MODO… Motor de impulsión
Selector VISUALIZADOR... Velocidad
CARACTERISTICAS DE LA REGULACION DE VOLTAJE 7. Encienda la fuente de alimentación y ajuste la perilla de control de voltaje para que el motor de impulsión gire a la velocidad nominal del motor/ alternador sincrónico.
Ilustración 13 encendido de la fuente de alimentación
8. En el motor/ alternador síncrono, ajuste la perilla de EXCITACIÓN para que el voltaje de salida línea a línea Eo del generador síncrono (Indicado por el medidor E1 de la aplicación Aparatos de medición), sea igual al valor nominal.
Ilustración 14 ajustamiento de la EXCITACIÓN
OBSERVACIÓN: El voltaje inicial fue 172 V al momento de ajustar la perilla de excitación aumenta el voltaje en 221 V. La corriente 2 permanece en cero.
Ilustración 15 Resultado del interfaz de datos.
A partir de la aplicación aparatos de medición, registre en la tabla de datos de voltaje de salida Eo, la corriente de salida Io, la corriente de campo If y la velocidad N del generador síncrono (que aparecen en los medidores E1, I1, I3 y N, respectivamente). 9. Modifique los ajustes del módulo carga resistiva para que la resistencia formada por los resistores R1, R2 y R3 disminuya por etapas, como lo indica en la tabla 6-4. Para cada valor ajustada de la resistencia, reajuste la perilla de control de voltaje de la fuente de alimentación de modo que la velocidad del motor de impulsión permanezca igual a la velocidad nominal del motor/ alternador síncrono, luego registre los datos en la tabla de datos.
Ilustración 16 Resultados del interfaz de datos: con 120 V- 200V respectivamente.
10. Después de registrar todos los datos, gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda y apague la fuente de alimentación. 11. En la tabla de Datos, confirme que todos los datos fueron almacenados y edite la tabla para guardar solo los valores del voltaje de salida E0, la corriente de campo If, la velocidad n del generador sincrónico (valores de las columnas E1, I1,I3, N y B, respectivamente)
R (Ω)
0 R1= 4400 R2= 2200 R1/R2 R3= 1100 R1/R3 R2/R3 R1/R2/R3 R (Ω)
0 R1= 4400 R2= 2200 R1/R2 R3= 1100 R1/R3 R2/R3 R1/R2/R3
E1 (V) 120.6 114.1 108.6 103.3 99.07 95.19 91.83 88.36
I1 (A) I3 (A) 0.296 0.007 0.29 0.016 0.289 0.03 0.285 0.041 0.283 0.053 0.281 0.063 0.281 0.073 0.279 0.082 Tabla 1: 120 V I1 (A) I3 (A) 0.278 0.007 0.277 0.028 0.277 0.048 0.277 0.068 0.276 0.086 0.276 0.103 0.276 0.119 0.276 0149 Tabla 2: 200 V
E1 (V) 200 204 178.3 170.3 162.8 156 149.6 162
N (RPM) 836 807 775 753 729 714 695 677 N (RPM) 1423 1453 1298 1246 1217 1176 1175 1268
12. En la ventana gráfico, realice los ajustes apropiados para lograr un gráfico de voltaje de salida Eo(obtenida del medidor E1), en función de la corriente de salida Io (obtenida del medidor I1), titule el grafico G621, llame corriente de salida del generador síncrono al eje X, nombre voltaje de salida del generador síncrono al eje Y. gráfico G621 250
200 A D I L A150 S E D E J A100 T L O V
200 V 120V
50
0 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
CORRIENTE DE SALIDA
0.12
0.14
0.16
Observe el grafico G621. Este muestra las características de la regulación del voltaje del generador sincrónico cuando dicho generador muestra potencia a una carga resistiva. ¿Cómo varia el voltaje de salida Eo cuando la corriente de salida Io aumenta? Explique brevemente la causa de dicha variación. -
Cuando la corriente aumenta dicho voltaje de salida disminuye ya que las cargas resistivas igualmente se disminuye oponiendo resistencia a la corriente.
13. Reemplace la carga resistiva trifásica conectada a la salida del generador trifásico (punto A, B y C de la figura 6-7), por la carga inductiva trifásica, como lo muestra la figura 6-8. Asegúrese de que todos los interruptores del módulo carga inductiva están abiertos.
Ilustración 17 cargas inductivas y capacitivas
14. Encienda la fuente de alimentación y ajuste la perilla de control de voltaje para que el motor de impulsión gire a la velocidad nominal del motor/ Alternador síncrono. En el motor alternador síncrono, ajuste la perilla de EXCITACIÓN para que el voltaje de salida línea a línea Eo del generador síncrono sea igual al valor nominal. A partir de la aplicación aparatos de medición, registre en la tabla de datos el voltaje de salida Eo, la corriente de salida Io, la corriente de campo If y la velocidad N del generador síncrono.
Ilustración 18 reemplazamiento de la carga inductiva en el circuito
15. Modifique los ajustes del módulo de carga para que la reactancia X de la carga disminuya por etapas. Para cada valor ajustado de la reactancia, reajuste la perilla de control de voltaje de la fuente de alimentación de modo que la velocidad del motor de impulsión permanezca igual a la velocidad nominal del motor/ alternador sincrónico. Luego registre los datos en la tabla de datos.
Ilustración 19 Datos del interfaz del 120 V
Ilustración 20 Datos del interfaz del 200 V
16. Después de registrar todos los datos, gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda y apague la fuente de alimentación. 17. En la ventana gráfico, realice los ajustes apropiados para lograr un gráfico de voltaje de salida Eo, la corriente de salida Io, la corriente de campo If y la velocidad N del generador sincrónico (valores de la columna E1, I1, I3 y N respectivamente) X (H) 0 X1= 14 X2= 7 X1/R2 X3= 3.5 X1/X3 X2/X3 X1/X2/X3
E1 (V) 119.5 108.7 98.82 89.75 81.43 75.47 69.36 63.79
X (H) 0 X1= 14 X2= 7 X1/R2 X3= 3.5 X1/X3 X2/X3 X1/X2/X3
E1 (V) 200 184.9 181.7 159.1 147.4 137.7 134.68 120.8
I1 (A) I3 (A) 0.286 0.007 0.285 0.044 0.284 0.081 0.282 0.113 0.281 0.142 0.282 0.167 0.281 0.187 0.28 0.205 Tabla 3: 120 V I1 (A) 0.277 0.277 0.276 0.277 0.276 0.277 0.276 0.276 Tabla 4: 200 V
I3 (A) 0.007 0.044 0.064 0.115 0.145 0.17 0.186 0.211
N (RPM) 839 822 790 771 753 736 721 702
N (RPM) 1427 1420 1390 1372 1353 1345 1326 1317
18. En la ventana gráfico, realice los ajustes apropiados para lograr un gráfico de voltaje de salida Eo(obtenida del medidor E1), en función de la corriente de salida Io (obtenida del medidor I1), titule el grafico G622, llame corriente de salida del generador síncrono al eje X, nombre voltaje de salida del generador síncrono al eje Y.
gráfico G622 250
200 A D I L A150 S E D E J A100 T L O V
120 V 200 V
50
0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
CORRIENTE DE SALIDA
19. Observe el grafico G622 esta muestra las características de regulación del voltaje del generador sincrónico, cuando dicho generador suministra potencia a una carga inductiva. ¿ C ómo vari a el voltaje de s alida E 0 cuando la cor ri ente de s alida Io aumenta?
Cuando la corriente de salida aumenta dicho voltaje de salida disminuye C ompare las caracterís ticas de la reg ulación de voltaje obtenidas con la carg a resi s tiva y c on la carg a inductiva.
Al anterior grafica de G621 con la Grafica G622 son similares ya que debido que tanto la carga resistiva y la inductiva oponen al paso de la corriente 20. Reemplace la carga inductiva trifásica conectada a la salida del generador trifásico (puntos A, B y C de la figura 6-7) por la carga capacitiva trifásica, como lo muestra la figura 6-8 (b). Asegúrese de que todos los interruptores del módulo carga capacitiva estén abiertos.
Ilustración 21 Reemplazando las cargas capacitivas en el circuito
Repita las etapas 14 a 18 de este ejercicio para obtener un grafico del voltaje de salida Eo, en función de la corriente de salida Io, para que el generador
sincrónico, suministrando potencia a una carga capacitiva. Titule la tabla de datos y el grafico DT623 y G623, respectivamente.
Ilustración 22 Datos del Interfaz del 120 V
Ilustración 23 Datos del Interfaz de 200 V
TABLAS MODIFICADAS C (uF) 0 C1= 0.72 C2= 1.45 C1/R2 C3= 2.89 C1/C3 C2/C3 C1/C2/C3
E1 (V) 120.2 121.0 121.7 122.6 123.2 124.5 124.4 125.3
I1 (A) I3 (A) 0.276 0.007 0.277 0.009 0.276 0.014 0.275 0.018 0.274 0.023 0.275 0.029 0.274 0.034 0.27 0.04 Tabla 5: 120 V
N (RPM) 851 855 856 858 859 857 858 857
C (uF) 0 C1= 0.72 C2= 1.45 C1/C2 C3= 2.89 C1/C3 C2/C3 C1/C2/C3
E1 (V) 201.8 206.1 209.5 213.6 216.4 220.1 223.1 225.7
I1 (A) 0.273 0.273 0.273 0.273 0.273 0.273 0.273 0.273 Tabla 6: 200 V
I3 (A) 0.007 0.017 0.032 0.049 0.065 0.082 0.099 0.116
N (RPM) 1441 1445 1450 1440 1439 1432 1429 1425
GRAFICA
gráfico G623 250
200 A D I L A150 S E D E J A100 T L O V
120 V 200 V
50
0 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
CORRIENTE DE SALIDA
Observe el grafico G623 esta muestra las características de regulación del voltaje del generador sincrónico, cuando dicho generador suministra potencia a una carga capacitiva. ¿Cómo varia el voltaje de salida E0 cuando la corriente de salida Io aumenta? Al momento de que la corriente de salida aumentaba, dicho voltaje de salida del generador también aumentaba, teniendo que son directamente proporcionales. Compare las características de la regulación de voltaje del generador s íncr ono (g ráficos G 621 a G 623)
La diferencia entre las dos graficas anteriores es que este G623 tiene cargas capacitivas que no oponen resistencias a la corriente ni disminuye el voltaje
PREGUNTAS DE REVISIÓN 1. El voltaje de salida de un generador síncrono es una función de: a) b) c) d)
La velocidad de rotación y de la polarización de la corriente de campo. La velocidad de rotación y de la fuerza del electroimán de campo. La velocidad de rotación y del par de entrada. La velocidad de rotación solamente.
2. El circuito equivalente de una fase del generador sincrónico trifásico funcionando con velocidad constante y corriente de campo fija es: a) b) c) d)
Idéntico a aquel de generador c.c Muy similar a aquel del trasformador monofásico Es el mismo que el de un circuito trifásico balanceado. El mismo que aquel de una batería c.c
3. En el circuito equivalente del generador sincrónico, la reactancia Xs se llama: a) b) c) d)
Reactancia estacionaria Reactancia de régimen permanente Reactancia simplificada Reactancia sincrónica
4. Las características de la regulación del voltaje de un generador sincrónico son: a) b) c) d)
Muy similares a aquellas de un transformador monofásico Completamente diferentes de aquellas de un transformador monofásico Idénticas a aquellas de un motor monofásico Útiles solo cuando el generador funciona en vacío
5. En el circuito equivalente del generador sincrónico, la reactancia Xs expresada en ohmios. a) b) c) d)
Es mucho más pequeña que el valor de Rs Es mucho más grande que el valor de Rs Tiene el mismo valor que Rs Depende del voltaje de salida del generador
