ENSAYO DE MOTORES
LABORATORIO DE MAQUINAS 2
DOCENTE: GONZALO AYALA ALUMNO: DENNIS SORIA
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ENSAYO DE MOTORES Prueba de Circuito Abierto y Cortocircuito de los Generadores Sincrónicos 1. 2. 3. 4. 5.
Introducción Características de la prueba de circuito abi erto y cortocircuito Relación de cortocircuito y circuito abierto Conclusión Bibliografía
Introducción
Las máquinas de corriente continua y de inducción tienen un amplio rango de aplicaciones industriales tales como tracción, bombeo, control y otros. Sin embargo, la operación del sistema eléctrico de potencia requiere la conversión de grandes cantidades de energía primaria (petróleo, gas natural, agua, carbón, uranio), en energía y potencia eléctrica. La energía eléctrica puede ser transportada y convertida en otras formas de energía en forma limpia y económica. La máquina sincrónica es hoy por hoy, la más ampliamente utilizada para convertir grandes cantidades de energía eléctrica y mecánica. Es por lo cual se realiza los estudios respectivos a las pruebas de circuito abierto y cortocircuito a los generadores sincrónicos, están pruebas también son conocidas como ensayo, y sirven para determinar la tensión interna generada por una corriente de campo dada. La prueba en cortocircuito brinda información acerca de las potencialidades de corriente de un generador síncrono. Se lleva a cabo impulsando el generador a su velocidad nominal, con las terminales del devanado de la armadura en cortocircuito. Por otra parte también se hace referencia grafica a los diagramas y circuitos equivalentes de estas dos importantes pruebas que se le realizan a los generadores sincrónicos, como lo son l a prueba de cortocircuito y de circuito abierto.
PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LA PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO DE LOS GENERADORES SINCRÓNICOS Prueba de Circuito Abierto La prueba a circuito abierto, o prueba sin carga consiste, en colocar el Generador en vacío, es decir sin carga alguna en sus bornes, haciéndola girar a su velocidad nominal y con corriente de campo igual a cero. Al ir aumentando gradualmente el valor de la corriente de campo, se obtienen diversos valores de siempre será cero
y ya que la corriente que circula por la armadura
debido que se encuentra en vacío, se obtendrá que
Gracias a ésta prueba, con los
valores obtenidos, se puede formar "La curva de Características de Vacío" que permite encontrar la tensión interna generada por una corriente de campo dada. La prueba de circuito abierto se lleva a cabo con l os terminales de la máquina desconectada de cualquier circuito externo. El procedimiento de la prueba básica es:
Abra el circuito de los terminales del generador
Llevar la máquina a la velocidad síncrona mediante un sistema mecánico externo
Poco a poco aumentar la intensidad de campo y medir la tensión abierta en los bornes Como no hay corriente en la armadura, la tensión en los bornes de medida es la tensión inducida:
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ENSAYO DE MOTORES Si la máquina está conectada en estrella, la tensión de medida será un voltaje línea a línea y la tensión inducida por fase s e puede encontrar en:
Técnicamente esta prueba se efectúa impulsando el generador a su velocidad nominal al tiempo que se deja abierto el devanado de la armadura. La corriente del campo se varía en pasos apropiados y se registran los valores correspondientes del voltaje a circuito abierto entre dos pares cualesquiera de terminales de los devanados de la armadura.
Diagrama del circuito para realizar una prueba de circuito abierto. La corriente del campo puede aumentarse hasta que el voltaje a circuito abierto sea el doble del valor especificado. De los datos registrados para el voltaje a circuito abierto es posible calcular el voltaje por fase (circuito abierto). Cuando se grafica el voltaje por fase (circuito abierto) como función de la corriente de campo, se obtiene una gráfica llamada característica (curva) de saturación a circuito abierto (CCA). La CCA sigue una relación en línea recta en tanto el circuito magnético del generador síncrono no se sature. Debido a que en la región lineal el entrehierro consume la mayor parte de la FMM, la recta recibe el nombre de línea del entrehierro. A medida que la saturación se establece, la CCA comienza a desviarse de la línea de entrehierro. Corriente De Campo
Prueba de Cortocircuito Como su nombre indica, la prueba de corto circuito se lleva a cabo con los terminales de la máquina de un cortocircuito, consiste en llevar nuevamente la corriente de campo a cero, para luego cortocircuitar los bornes del generador y proseguir a ir incrementando la corriente de campo. El procedimiento de ensayo básico es como sigue:
Establezca el campo actual a cero
Un cortocircuito en los terminales de la armadura
Accionar el generador a la velocidad síncrona con el sistema mecánico externo Poco a poco aumentar el devanado de campo en curso hasta que la corriente de corto circuito de la armadura alcanza el valor nominal de diseño La prueba en cortocircuito brinda información acerca de las potencialidades de corriente de un generador síncrono. Se lleva a cabo impulsando el generador a su velocidad nominal, con las terminales del devanado de la armadura en cortocircuito. Diagrama del circuito para ejecutar una prueba de cortocircuito. Técnicamente esta prueba se efectúa colocando un amperímetro en serie con una de las tres líneas en cortocircuito. Se incrementa gradualmente la corriente de campo y se registra el valor correspondiente de la corriente a corriente máxima de la armadura en cortocircuito, no debe exceder el doble de la corriente especificada del generador. Con base en los datos registrados se calcula la corriente por fase en el cortocircuito. Cuando esta última se grafica como función de la corriente del campo, la gráfica se llama característica en cortocircuito (CCC) de un generador. Por razones prácticas, la CCA y la CCC se trazan en la misma gráfica, Puesto que el voltaje en las terminales en condiciones de cortocircuito es igual a cero, el voltaje por fase generado debe ser igual a la caída de voltaje a través de la impedancia síncrona. Caracterí sticas de la pru eba de circuito abi erto y cortocircuito
Características de la Prueba de Circuito Abierto
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ENSAYO DE MOTORES El primer dato se toma cuando la corriente de
campo que corresponde al valor de la tensión residual. Posteriormente la corriente de campo se va incrementando gradualmente y progresivamente con el reóstato R, tomando lecturas de la corriente de campo y del votaje de almadura nominal. Con esta información se construye la característica de saturación en vacío.
hasta llegar al 120% del voltaje
Se observa en la curva característica de vacío, la linealidad que se presenta para corrientes de campo
bajas, pero a
medida que la corriente de campo empieza a aumentar se acerca a la zona de saturación. Entre algunas ventajas que presenta este ensayo se encuentran: la facilidad en su implementación, además de ser una prueba que no ocasiona daños a la máquina.
Características de la Prueba de Prueba de Cortocircuito Al encontrarse el generado sincronico girando a velocidad nominal con los terminales cortocircuitados, a medida que varia la resistencia de campo R , se toma en forma simultanea, las lecturas de las corrientes de armadura
y de la corriente de
campo Normalmente se toman datos para el 25%, 50% 75%, 100% y el 125% de la corriente nominal de armadura La prueba de circuito cortocirccuito puede realizarce facilmente, ya que para su implementacion no se necesitan equipos costosos ni de dificil consecusion.
CIRCUITO EQUIVALENTE Y DIAGRAMA FASORIAL DE LA PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO
Prueba de Circuito Abierto Circuto Equivalente de la Prueba de Circuito Abierto
Diagrama Fasorial de la Prueba de Circuito Abierto
Prueba de Cortocircuito Circuto Equivalente de la Prueba de Cortocircuito
Diagrama Fasorial de la Prueba de Cortocircuito Relación de cortocircui to y circuito abierto
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ENSAYO DE MOTORES Con la prueba de vacío y cortocircuito se pueden determinar las reactancias saturadas de eje
directo
y la reacción no saturada de eje
directo
Para determinar las reactancias saturadas de eje directo utiliza la siguiente ecuación:
Según la ecuación anterior, la reacción no saturada de eje directo
se
se obtiene tomando el voltaje nominal de
armadura
de la curva característica de circuito abierto para una corriente de campo
armadura
de la curva de característica de cortocircuito, para esta misma corriente
y la corriente de
Para determinar la reactancia saturada de eje directo se parte de la característica de saturación de vacío y de la característica en cortocircuito tal como se muestra en la siguiente ecuación:
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Según la ecuación anterior, la reactancia saturada de eje
directo
se obtiene tomando el valor de corriente de campo
que corresponde a la corriente nominal de armadura que corresponde al voltaje nominal de armadura
en la curva de cortocircuito y la corriente de campo de la curva de vacío.
EJEMPLO DE LA PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO. (Circuito Equivalente y Diagrama Fasorial) Un generador sincrónico trifásico de 36KVA, 220/380V, 50Hz, 1000rpm, cuya resistencia de inducido vale 0,19 W y su IN=52,1A. Se ensaya en vacío y cortocircuito, obteniendo los siguientes resultados: 0
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
5.8
48
88
126
163
196
224
245
260
280
8
15.1
23.5
31.5
40.0
47.5
55.0
63.0
a) Trazar a escala las curvas de vacío y de cortocircuito. b) Calcular la impedancia sincrónica Zs y trazar la curva correspondiente. c) Calcular la relación de cortocircuito saturada y no saturada. d) Calcular las impedancias y reactancias sincrónicas saturada y no saturada nominales. e) Calcular la regulación para cosf = 0,8. Nota: La escala de Zs es un décimo de la de Icc. Ecuación de Zs: Relación de Cortocircuito:
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Impedancia y reactancia sincrónica
Nota: Ya que la resistencia provoca sólo un 1 ó 2% de las caídas de tensión, frente al 12 a 18% de caída de tensión que provoca la reactancia inductiva, es que se desprecia. De esta forma la impedancia sincrónica queda:
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Regulación para cosf = 0,8.
Los siguientes son valores obtenidos en sentido ascendente
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La combinación de ambas curvas nos determina el punto de trabajo. Que se visualiza en la intersección de ambas curvas, como vemos en la gráfica.
La medida del factor de potencia (cos
), como se ha estudiado anteriormente, se
puede calcular a partir del cociente entre la potencia activa y l a potencia aparente. P Cos = -----S En los circuitos trifásicos, la medida directa es l a más utilizada, y se obtiene mediante un fasímetro trifásico, como el de la siguiente figura.
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El cos también se puede medir directamente y sin interrumpir el circuito con la tenaza fasímetrica, preparada con un conmutador de polaridad para la desviaciones negativas de la aguja. Medida de aislamiento La medida de aislamiento se realiza para comprobar si dos partes independientes de la máquina están o no comunicadas eléctricamente. El aislamiento es uno de los factores más importantes para que la máquina pueda estar en perfecto estado de funcionamiento. Para ello, se recurre a la medida de resistencia de aislamiento y al ensayo dieléctrico o rigidez dieléctrica. Generalmente, estas mediciones se realizan entre coda uno de los circuitos eléctricos y masa, y entre coda uno de los circuitos eléctricos, que deben estar aislados entre si. La medida de aislamiento se realiza con un medidor de aislamiento (megger). La resistencia de aislamiento, dada por el CEI (Comité Electrotécnico Internacional) recomienda que el valor mínimo de aislamiento sea de 1 000 S2 por voltio; por consiguiente, según la expresión será: Raisl > 1000 · U Donde: Raisl = resistencia de aislamientocon un valor mínimo de 250 K U = tensión mayor de los bobinados en voltios
Medida de rigidez dieléctrica El ensayo de rigidez dieléctrica se puede definir como la prueba que se le realiza al aislante hasta el instante de perforación, aplicándole una determinada tensión.
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ENSAYO DE MOTORES El aparato que se utiliza para este tipo de ensayo es el medidor de rigidez dieléctrica (chispómetro). Este aparato dispone de una alta tensión en sus puntas. Se debe someter a tensión a cada uno de los bobinados y masa, y a los propios bobinados aislados entre si. El ensayo debe comenzar aplicando una baja tensión, que se ha de aumentar progresivamente hasta llegar a la tensión eficaz de ensayo. La tensión eficaz de ensayo (U,ns) será de 1 000 voltios más dos veces la tensión nominal del bobinado; como mínimo será de 1 500 V. Identificación de fases de un sistema trifásico Para ciertas aplicaciones, es necesario conocer la secuencia de fase de as l íneas de alimentación trifásicas, como, por ejemplo, en el caso de accionamiento de motores asíncronos trif6sicos, cuyo sentido de rotación depende del sentido de giro de esta secuencia de fase. El comprobador o identificador de fase es un instrumento que se conecta en las fases donde se conectar6 el motor trif6sico, para averiguar el sentido de giro que Ilevar6 el motor cuando se conecte. El comprobador dispone de tres pinzas de cocodrilo de diferentes colores; respetando la relación de colores de las pinzas del comprobador y las fases LI, L2 y L3, se puede averiguar el orden de sucesión de las fases y, por lo tanto, el sentido de giro del motor. El comprobador posee en la parte delantera tres led (uno por cada fase) que se encenderán cuando exista una correcta conexión, y un disco que deber6 girar en sentido de las agujas del reloj. Cuando el disco gire en sentido contrario a las agujas del reloj, se deberán cambiar dos fases, lo que indicar6 que la conexión es correcta y que LI, L2 y L3 estos identificadas para la correcta conexión del motor.
Control de la velocidad en los motores de c.a. con un rotor en cortocircuito La regulación de velocidad de un motor trifásico con rotor en cortocircuito siempre ha sido complicada de realizar. La regulación se conseguía con vaciadores mecánicos accionados por motores trifásicos de corriente alterna y utilizando motores de CC después de rectificar las corrientes alternas o generando corriente continua mediante un grupo W ard Leonard, o cualquier otro sistema.
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ENSAYO DE MOTORES El variador de frecuencia ha reducido el coste y este] en condiciones de ser aplicado en la generalidad de los motores con necesidad de regulación de velocidad, ya que el rendimiento que se obtiene es bastante considerable. Como se ha estudiado anteriormente, la velocidad de un motor esta directamente relacionada con la frecuencia como factor variable, sin necesidad de alterar el bobinado ni la tensión de servicio. F · 60 N = -------P En el caso más probable de utilización de frecuencias industriales, tenemos la frecuencia de 50 Hz, utilizada en Europa, y la frecuencia de 60 Hz, que se utiliza en América. En los motores, este cambio de frecuencia produce alteraciones en el par motor, en la velocidad, en la potencia, etc.
Conclusión
Los generadores son accionados por turbinas, ruedas hidráulicas y motores diesel u otros tipos de motores principales. Cuando se produce un cortocircuito en el sistema accionado por un generador, el generador sigue para producir tensión en los terminales del generador como la excitación del campo se mantiene y el primer motor acciona el generador a velocidad normal. El voltaje generado produce un flujo de magnitud gran falla corriente desde el generador a la corriente de cortocircuito. El flujo de corriente de defecto está limitado solamente por la impedancia del generador y la impedancia del circuito entre el generador y el circuito corto. En el caso de un cortocircuito en los terminales del generador, la corriente de defecto está limitada por la impedancia del generador solamente. La curva de saturación de circuito abierto se obtiene cuando se conduce el GS a la velocidad nominal, en circuito abierto, y la adquisición de la tensión del terminal GS, la frecuencia y la corriente de campo. El núcleo agregado, la fricción y las pérdidas de fricción con el aire se pueden medir como la potencia de entrada para cada lectura de la tensión de circuito abierto nivel. A medida que la velocidad se mantiene constante, las pérdidas de fricción con el aire y la fricción son constantes. Sólo las pérdidas en el núcleo aumentan aproximadamente con el voltaje al cuadrado. La curva de saturación de cortocircuito se obtiene cuando el Generador Sincrónico es accionado a velocidad nominal con inducido en cortocircuito, mientras que la adquisición del estator y el campo valores corrientes deben leerse en nominal 25%, 50%, 75% y 100%. Los datos en un 125% la corriente nominal debe ser dada por el fabricante, para evitar el sobrecalentamiento del estator. Los puntos de alta corriente se deben tomar primero para que la temperatura durante la prueba se mantenga casi constante. La curva de saturación de cortocircuito es una línea más recta, porque la máquina está insaturado en el estado de equilibrio de cortocircuito.
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