[LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II]
22- 12-2015
GUIA DE LABORATORIO No. 6. TEMA: ENSAYO DE GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO EN CIRCUITO ABIERTO OBJETIVOS a) Determinar y verificar experimentalmente las curvas características de circuito abierto del generador síncrono. b) Medición de la resistencia de los devanados de ge nerador 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.
INTRODUCCIÓN Cuando en el estator de un generador síncrono se dispone el arrollamiento inducido formado por tres parejas de bobinas independientes (o un número de bobinas múltiplo de tres, conectadas en tres grupos independientes) de modo que las tensiones inducidas o producidas sean iguales y los ángulos de desfase de las tensiones, generales estén entre sí a 120°, ver la Figura 1. La máquina recibe el nombre de alternador trifásico. el rotor de la máquinas está compuesto por un conjunto de arrollamientos que forman el inductor y que, al ser alimentados por una corriente continua, dan origen a un flujo de valor constante pero giratorio al ser arrastrado el rotor por un motor primario mecánicamente acoplado a su eje. La alimentación al rotor con corriente continua se hace mediante anillos rozantes.
Figura 1. Principio de funcionamiento del alternador trifásico. Se suelen unir generalmente, tres conductores finales de los arrollamiento de cada fase en un punto, que se denomina "neutro", y que, normalmente se conecta a tierra y, por tanto está a su mismo potencial. Este tipo de conexión se le conoce con el nombre de “estrella” en la que existen, por tanto, cuatro hilos a tres de los cuales se les denomina “conductores de fase”; y, el cuarto hilo “conductor neutro” Otro método para conectar los tres arrollamientos de la máquina trifásica es conectar en serie cerrada, con el terminal de salida de una fase unido al de entrada de la fase siguiente. Este
1
[LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II]
22- 12-2015
montaje se le denomina “triángulo” y da origen a tres conductores activos, que también reciben el nombre de “conductores de fase”, sin posibilidad de que exista punto neutro. En la Figura 2 puede observarse en: a) la conexión Estrella o e n Y; en b) la conexión triángulo o D.
Figura 2. Conexión de los devanados inducidos en estrella y tr iángulo. El ensayo de circuito abierto de un alternador se efectúa igual que en los generadores de corriente continua. Primero se mide la resistencia de los arrollamientos y después, se determina sus características de vacío, como si se tratase de un dinamo con excitación independiente. El generador trifásico objeto de este ensayo, es un pequeño alternador trifásico de inductor móvil, bipolar y sin excitatriz, por lo que la corriente continua de excitación deberá ser suministrada por una fuente independiente. Como la frecuencia de la f.e.m. inducida es función de la velocidad del motor primario de arrastre, conviene mover el rotor del alternador mediante un motor eléctrico de velocidad variable, para ajustar a la velocidad o las frecuencia que se desee. Por la forma del rotor se puede clasificar los generadores síncronos de rotor con polos salientes (hidrogeneradores) y los de rotor cilíndrico (turbogeneradores). Por el tipo de la alimentación de la corriente continua a través de anillos rozantes, como se muestra en la Figura 3 y sistema sin contacto eléctrico por inducción, esquematizado en las Figura 4 y Figura 5.
Figura 3 Excitación de a través de anillos rozantes
Figura 4. Excitación de corriente continúa por inducción sin contactos.
2
[LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II]
22- 12-2015
Figura 5. Esquema de la excitación de corriente continúa en el rotor.
MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la práctica:
PROCEDIMIENTO a) Tomar nota de la información proporcionada por los datos de placo del generador síncrono a ensayar y registrarlo en forma tabulada. b) Tomar la lectura de la resistencia de los devanado del inducido y del inductor del generador síncrono. TABLA 2 RESISTENCIA OHMICA POR FASE DEVANADO
Terminales
R fase
Tamb
ROTOR
F1-F2
400
23
U1-U2
34.32
23
V1-V2
34.53
23
W1-W2
34.32
23
ESTATOR
b) Armar el circuito de corriente continua de la Figura 6 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.
3
[LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II]
22- 12-2015
Figura 6. Esquema de montaje del ensayo de carga del motor de inducción en el modulo.
CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS 1
Dar la relación de los valores promedios o totales procesadas de las lecturas en la experiencia del generador síncrono en circuito abierto en forma tabulada.
Curva Creciente
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Vca
Icc
Vcc
V 1.8 21.1 44.5 60 85 100 120 141 162 180 201 221 230 239 260 280
A 0 0.03 0.05 0.06 0.08 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.2 0.23 0.25 0.27 0.33 0.44
V 0 3.95 7.6 9.9 13.6 16.3 19.6 23.6 27.6 32.1 37.9 44.1 48.6 52.8 66 88
variable mecanicas rpm 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800
T[Nm] -0.23 -0.22 -0.22 -0.22 -0.22 -0.22 0.23 -0.25 -0.26 -0.27 -0.29 -0.31 -0.32 -0.33 -0.35 -0.38
4
[LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II]
22- 12-2015
Curva Decreciente
2
E0=Vca
Icc
Vcc
variable mecanicas
V
A
V
rpm
T[Nm]
1
2.98
0
0
1800
0.14
2
21
0.03
3.9
1800
0.15
3
41
0.05
7.17
1800
0.15
4
61
0.06
10.3
1800
0.16
5
81
0.08
13.5
1800
0.18
6
102
0.09
16.8
1800
0.18
7
118
0.11
20.17
1800
0.2
8
136
0.12
23.2
1800
0.21
9
160
0.15
28.4
1800
0.23
10
180
0.17
33.3
1800
0.24
11
200
0.2
38.2
1800
0.26
12
217
0.22
43
1800
0.28
13
227
0.24
48.2
1800
-0.29
14
240
0.26
52.8
1800
-0.31
15
260
0.34
67.5
1800
-0.35
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.
LN SE 2662-3G6 Delta/Estrella Mot.Ds Uerr: CA:
Lucas NuelleLehr-undMeBgerateGmbH Germany-50170 Kerpen-Siemensstr.2 VDE 0530 U: 400/690 V 0.37 Kw 3360 1/min Ierror: CB:
IP: 0.54 Is.KI. :F I: 1/0.58 A cos: 0.83 f: 60 Hz Made in Germany
I: 1/0.58 A:amperaje absorbido (es decir la intensidad de la potencia útil más la intensidad de la potencia perdida en la máquina) por el motor.
frecuencia-60hz: como es lógico indica la frecuencia o ciclos por segundo speed-1800rpm/min: son las revoluciones por minuto, es decir, la velocidad a la que gira el eje del motor.
cosɸ: factor de potencia de la máquina.
5
[LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II]
3
22- 12-2015
Ip0.54: protección mecánica, clase de protección al polvo y al agua.
Capacidad 0.37kw: señala la potencia mecánica o útil desarrollada en el eje.
Delta/Estrella :Voltaje 400/690: tensión nominal.
F: clase de aislamiento.
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.
magentizante
E0 Vs Ie 300 200 0 E
100
Series1
0 0
0.2
0.4
0.6
Ie
Desmagnetizante
E0 Vs Iexc 300 250 200 o E
150 100
Series1
50 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
Iexc
Trazar el diagrama vectorial de tensiones y flujo magnético del ensayo de vacío. Determinar las perdidas rotacionales del generador síncrono a partir de los datos del motor primario.
6
[LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II]
22- 12-2015
INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA 4
Describir y esquematizar en que consiste el sistema excitación de los devanados del roto sin contacto eléctrico por inducción. Y que es una AVR?
7
[LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II]
22- 12-2015
8
[LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II]
5
22- 12-2015
Que es una planta de generación eléctrica de ciclo combinado.
Los ciclos combinados son centrales de generación de energía eléctrica en las que se transforma la energía térmica del gas natural en electricidad mediante dos ciclos consecutivos: el que corresponde a una turbina de gas convencional y el de una turbina de vapor . Este tipo de centrales se caracterizan por el uso que se realiza del calor generado en la combustión de la turbina de gas, que se lleva a un elemento recuperador del calor y se emplea para mover una o varias turbinas de vapor . Estas dos turbinas, de gas y vapor, están acopladas a un alternador común que convierte la energía mecánica generada por las turbinas en energía eléctrica. La combinación de estos dos procesos permite alcanzar rendimientos, en torno al 60%, muy superiores a los de una central térmica convencional con un solo ciclo, ya que obtiene la energía eléctrica en dos etapas, logrando así un mayor aprovechamiento de la energía del combustible.
Beneficios medioambientales del ciclo combinado
El rendimiento en las centrales de ciclo combinado es muy superior (un 58% frente a un 36% de una central convencional). Es decir, con un menor consumo de energía primaria se logra una mayor producción de energía eléctrica. Ello supone ventajas tanto medioambientales como económicas. Producen menor contaminación atmosférica, ya que el gas natural es un combustible más limpio que el carbón, el petróleo o sus derivados, usados en muchos casos para producir electricidad. Una central de ciclo combinado sólo requiere, para la condensación del vapor, un tercio del agua de refrigeración necesaria e n las centrales térmicas convencionales. El transporte y suministro de la energía primaria (el gas natural) se hace a través de un gasoducto enterrado, por lo que se evita el impacto derivado de la circulación de camiones o trenes de aprovisionamiento de carbón o fueloil. Las centrales de ciclo combinado pueden construirse cerca de los lugares donde se consumirá la electricidad. De este modo se acortan las líneas de tendido eléctrico, con lo que se reducen las inevitables pérdidas de e lectricidad y se disminuye el impacto visual.
9
[LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS II]
22- 12-2015
CONCLUSIONES
El generador síncrono consta de una igualdad entre la frecuencia eléctrica y la frecuencia angular, es decir, el generador girara a la velocidad del campo magnético a esta igualdad de frecuencias se le denomina sincronismo. El diseño de polos salientes en el estator, t iene la condición que cuenta con el inducido en el rotor, es decir en la parte que se mueve, de aquí que e s necesario la utilizacion de anillos, y estos van a depender del numero de fases. El diseño de polos salientes en el estator, e s utilizada para generadores de gran potencia, e l inducido se encuentra en el estator, y no necesitamos sacar la tension gene rada, unicamente ingresar un voltaje minimo para la excitación del c ampo.
OBSERVACIONES
Se observa que la velocidad se mantiene constante, las pérdidas de fricción con el aire y la fricción son constantes. Observamos que debemos abrir el circuito de los terminales del generador Observamos que debemos llevar la máquina a la velocidad síncrona mediante un sistema mecánico externo Observamos que poco a poco aumentamos la intensidad de campo y con eso podemos medir la tensión abierta en los bornes
BIBLIOGRAFÍA [1] stephen chapman. Máquinas eléctricas. editorial mc- graw hill. 3ra edición. 2003 [2] téllez ramí rez eugenio. Maquinas síncronas. [3] murillo huber. Diapositivas de clase de máquinas eléctricas ii. unac – fiee. 2010. [4] http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/ capitulo/8448141784.pdf [5]http://www.geindustrial.com.br/download/manuais/motores/espanol
10
