CONTENIDO
EXPERIMENTO Nº 1; TRANSFORMADOR MONOFASICO: Razón de transformación, ensayo de vacío, ensayo de corto circuito.
Pág. 1.1
EXPERIMENTO Nº 2: TRANSFORMADOR MONOFASICO: Ensayo en carga, regulación.
2.1
EXPERIMENTO Nº 3: TRANSFORMADOR MONOFASICO: Determinación de la polaridad, conexiones, auto-transformador.
3.1
EXPERIMENTO Nº 4: TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS: Armónicas en conexiones trifásicas.
4.1
EXPERIMENTO Nº 5: TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS: Conexiones trifásicas.
5.1
EXPERIMENTO Nº 6: MAQUINAS SINCRÓNICAS: Alternador trifásico, ensayo de vacío, ensayo de corto circuito, en sayo en carga.
6.1
EXPERIMENTO Nº 7: MAQUINAS SINCRÓNICAS: 7.1 Alternador trifásico, operación de puesta en paralelo, característica de fase o curva en y. EXPERIMENTO Nº 8: MAQUINAS SINCRÓNICAS: Motor trifásico, características de funcionamiento (curva en v).
8.1
CONTENIDO
EXPERIMENTO Nº 1; TRANSFORMADOR MONOFASICO: Razón de transformación, ensayo de vacío, ensayo de corto circuito.
Pág. 1.1
EXPERIMENTO Nº 2: TRANSFORMADOR MONOFASICO: Ensayo en carga, regulación.
2.1
EXPERIMENTO Nº 3: TRANSFORMADOR MONOFASICO: Determinación de la polaridad, conexiones, auto-transformador.
3.1
EXPERIMENTO Nº 4: TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS: Armónicas en conexiones trifásicas.
4.1
EXPERIMENTO Nº 5: TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS: Conexiones trifásicas.
5.1
EXPERIMENTO Nº 6: MAQUINAS SINCRÓNICAS: Alternador trifásico, ensayo de vacío, ensayo de corto circuito, en sayo en carga.
6.1
EXPERIMENTO Nº 7: MAQUINAS SINCRÓNICAS: 7.1 Alternador trifásico, operación de puesta en paralelo, característica de fase o curva en y. EXPERIMENTO Nº 8: MAQUINAS SINCRÓNICAS: Motor trifásico, características de funcionamiento (curva en v).
8.1
BIBLIOGRAFÍA
D. Laya.- Apuntes del curso y guías de laboratorio. A. Palacio. - Apuntes del curso. Ch. Dawes.-”Ingeniería eléctrica”, Tomos I y II. A. Langsdorf.- “Teoría de maquinas de corriente alterna.” M. Kostenko y L. Piotrosvsky.-”Máquinas eléctricas”, tomo I y II. A. E. Fitzgerald — Ch. Kingsley jr. “Maquinas eléctricas” M.I.T., “Circuitos magnéticos y transformadores”. R. A. Bravo H. - “Electrotécnica” UC.
EXPERIENCIA Nº 1 TRANSFORMADOR MONOFÁSICO I - Razón de transformación “a” II.- Observar en un ORC de dos canale8 la corriente de vacío y la tensión inducida. III.— Ensayo de vació. IV.— Ensayo de corto circuito. I.- RAZÓN DE TRANSFORMACIÓN “a” I.1 Objeto Obtener la constante “a” llamada razón de transformación, indispensable para interrelacionar las funciones y parámetros de los devanados de los transformadores. I.2 Esquema eléctrico
Leyenda: TM= transformador monofásica 1— Ø) AT= alta tensión BT =baja tensión V1=V2= voltímetros, subíndice 1 AT y 2 BT Variac=auto—transformador Swt=Sw= interruptores N — número de espiras de un devanado I= corriente Z = impedancia r= resistencia de devanado x = reactancia de devanado I.3 Información teórica Del análisis utilizado en la deducción de las funciones del TM, se desprende, que la razón de transformación “a”, tiene las siguientes expresiones: a = V1 V2 a²=
=
Z1 Z2
N1 N2 = =
= =
R 1 R 2
I2 I1 = =
X1 X2
Leyenda: N = número de espiras de un devano I = corriente I = impedancia R = resistencia de devanado X = reactancia de devanado 1.4 Datos del transformador e instrumentos
Medir las resistencias de devanado mediante algún método conocido y referirlos a la temperatura de trabajo de 75C, así:
I.5 Pre—laboratorio 1 Con los datos del transformador obtener “a” teórico, mediante las relaciones de V y r. 2 Colocar los valores de V1 requerida en cuadro Nº 1 I.6 Procedimiento de laboratorio 1) Realizar el montaje que se indica en fig. 1, aunque es indiferente si se cambiara de primario. 2) Verificar que el variac esta en cero, luego cerrar Swt y Sw. 3) Proceder a incrementar V 1 en unos cuatro pasos ascendentemente hasta V 1n.
Leer en cada paso V 2 y anotarlo en cuadro Nº 1, luego bajar la tensión a cero y abrir los interruptores. Cuadro Nº 1 V1
25%
50%
75%
100%
V2
4) “a” será el promedio de la relación V 1 entre V2. II. OBSERVAR EN ORC DE DOS CANALES LA CORRIENTE DE VACIÓ Y LA TENSIÓN INDUCIDA. II.1 Objeto Comprobar cómo es la I 0 y las tensiones inducidas. II.2 Esquema eléctrico.
II.3 Información teórica Si bien la tensión de servicio es senoidal, se va a observar que la corriente de vació, responsable de crear el flujo de magnetización es de forma puntiaguda y simétrica, debida a la influencia de las características y pérdidas de histéresis y de la tercera armónica. II.4 Datos del equipo. 1) El transformador es el mismo. 2) Un osciloscopio (ORC), de dos canales. II.5 Pre-laboratorio. Repasar operación del ORC.
II.6 Procedimiento de laboratorio. 1) Realizar el montaje tal cual se indica en la fig. 2. conecte el ORC a su fuente de tensión y fije las piezas como se indica. 2) Proceda a elevar la tensión hasta alcanzar el 50 % V 2 y observe, suba V 2 hasta el 75%, 100%, y 130%, observe en cada paso y trace la imagen de las respectivas corrientes. 3) Desconecte el canal A y conéctelo en “0”, aparecerán en el ORC las ondas de tensión de ambos devanados, represéntelos, determine el desafee y verifique así los puntos de polaridad. III. ENSAYO DE VACIÓ (o de circuito abierto). III.1 Objeto. 1.1) 1.2)
Obtener la curva de tensión inducida versus la corriente de vació. Determinar las pérdidas del núcleo.
III.2 Esquema eléctrico.
III.3 Información teórica. En la fig. 3 se observa la conexión de un TM a la línea. Una vez conectado y bajo tensión fluye corriente (I 0) que crea un flujo magnético que inducirá las tensiones de ambos devanados. Este fulo permanecerá constante en cualquier situación de trabajo. El circuito de magnetización es el alma del transformador y como tal tan solo podremos logra algunos datos que permitirán mostrar su presencia, que se manifiesta en calor disipado en el hierro del núcleo, esta energía (Po) es pequeña y por eso se recomienda optimizar las medias para determinar los parámetros del circuito magnético equivalente. El esquema simbólico del circuito de magnetización es el siguiente:
Leyenda: Io corriente de vacío. Zo, r o, Xo, la impedancia, resistencia y reactancia del circuito. Determinación de parámetros: 1) Wo = Po + pérdidas. 2)
3)
4) III.4 Datos del equipo. 1) Igual a I.4.1 2) Datos de los instrumentos seleccionados; rangos, resistencia interna, factores, etc. III.5 Pre-laboratorio. Con los datos del transformador, proceder a colocar en los cuadros 2 y 3 los valores de V2. III.6 Procedimiento de laboratorio. 1) Realizar el montaje que se indica en fig. 3. el TM se conecta por el lado de BT con el fin de evitar riesgos y facilitar las mediciones. 2) Curva V2 vs. Io (E vs. Iexc.). Verificar que el variac esté en cero, luego proceder a conectar Swt, Sw, Sw 2, incrementar la tensión en un 20% V 2, anotar, luego en forma ascendente (no retroceder) en los pasos 40%, 60%, 80%, 100% y 120% V 2, en cada paso leer V2 abrir Sw2. leer I. Una vez en este punto indicar el descanso tomando las mismas precauciones hasta llegar a cero . Abrir los interruptores.
Cuadro 2 % 0 20 V2 % iexc
40 %
60 %
80 %
100 %
120 %
140 %
120 %
100 %
80 %
60 %
40 %
20 %
3) Ensayo de vacío: Cerrar los interruptores, elevar la tensión hasta un 25% V 2, leer W (si es factible), proceder a abrir Sw leer I y anotar lecturas en cuadro 3. 4) incrementar tensión al 50%, 75%, 100% 130% V 2, leer respectivamente W y luego de abrir Sw2 leer I y anotar en respectivo cuadro, luego de la última lectura bajar la tensión, abrir interruptores y desconectar. Cuadro Nº 3 25%
50%
75%
100%
130%
V2 Io Wo IV. ENSAYO DE CORTO CIRCUITO. IV.1 Objeto: determinar las pérdidas en el cobre y adicionales. IV.2 Esquema eléctrico.
IV.3Información teórica: Para la realización del ensayo se recomienda, conectar el devanado de AT a la línea con el propósito de limitar la corriente de corto circuito. Las siguientes secuencias de fórmulas permitirán la independencia equivalente que en condición de corto circuito corresponde íntegramente a las pérdidas de devanados y adicionales, como: las debidas a distorsión del flujo, distribución no uniforme de la corriente en los devanados, corrientes parásitas en el núcleo y otras.
0
Esquema de circuito equivalente:
IV.4 Datos del equipo: el mismo. IV.5 Pre-laboratorio. 1) Preceder al montaje indicado en fig. 5, puentear terminales de BT. Variac en cero e interruptores Swt, Sw, Ww 1 abiertos. 2) Cerrar Swt y Sw (dejar Sw abierto), incrementar con el variac la tensión observando el amperímetro hasta que alcance el 25% I 1n, leer la corriente y anotar, luego cerrar Sw leer V1 y W1 y anotar en el cuadro Nº 4. 3) Incrementar la corriente al 50%, luego al 75% y por último al 100% I 1n en cada lapso proceder como en el paso inicial. Luego de la última lectura bajar la corriente, abrir interruptores y desmontar. Cuadro Nº 4 0
25%
I1cc V1 W1
V. REPORTE DE LABORATORIO
50%
75%
100%
V.1 Hacer un comentario sobre la razón de transformación. V.2 Hacer un comentario sobre los trazos (de las imágenes) observadas en el ORC. V.3 Represente en gráfico de Eo vs. Io. V.4 Represente el esquema del circuito de magnetización. V.5 Represente el circuito eléctrico equivalente del TM del ensayo.
EXPERIENCIA Nº 2 TRANSFORMADOR MONOFASICO 1. ENSAYO EN CARGA. 1.1 Objeto: Obtener su regulación de montaje y su rendimiento. 1.2 Esquema eléctrico.
1.3 Información teórica Es imprescindible en la industria de la energía eléctrica, el conocer la regulación de voltaje de sus unidades de distribuci6n, sólo de esa forma sabrían que están suministrando un buen servicio, es decir, mantener en el lugar más alejado de la Subestación, central o TM un buen nivel de tensión. Este ensayo pretende simular lo anotado, la fig. 1, muestra un TM al cual se le ha anexado una carga que el primer tanteo será resistiva pura (f.p.= 1,O), en el segundo tanteo se tratará de mantener una carga inductiva con un f.p. de 0,6 y en el tercer tanteo se tratará de mantener una carga capacitiva con un f.p. 0,6 sólo como practica pues cargas capacitivas no se dan. El hecho de trabajar con f.p. 0,6 es de laboratorio en la práctica se exige 0,85 en atraso.
1.4 Datos del equipo e instrumentos. 1. El TM es el mismo. Banco de R, X L y Xc no son variables. 2. Elegir los instrumentos A, V y W adecuadamente. 1.5 Pre—laboratorio
1. Teniendo como dato el TM y las distintas condiciones de carga, se recomienda calcular las corrientes indicadas en los cuadros 1, 2 y 3. Proceder igualmente con el valor de la resistencia-, preparando los esquemas respectivos para cada carga. 2. Con los valores de las corrientes calcular las impedancias inductivas y capacitivas para el valor de f.p. dado, preparar los esquemas de las respectivas combinaciones de R con X L y Xc. Para e1 momento del ensayo las corrientes y esquemas de impedancias deben estar listos. 1.6 Procedimiento en laboratorio 1. Trazo curva “V vs. I” con f.p.= 1,0. Realizar el montaje indicado en fig.1, verificar que el variac esté en cero, interruptores abiertos. Cerrar Swt e incrementar la tensión poco a poco hasta el nominal, esta tensión debe mantenerse constante en cada paso de carga mediante la acción del variac. 2. Cerrar Swc con una carga conectada del 25% I 2, controlar y V2, leer y anotar en al cuadro 1, I 2, W2, I2. En el cuadro deberá estar indicado I 2 y R 2. 3. Abrir S, realizar la nueva combinación da resistencias para una carga del 50% 12, sin olvidar que el transformador está bajo tensión. Cerrar Swc luego controlar la tensión al valor nominal, leer y anotar, I2, W2, Abrir Swc. 4. Proceder en forma idéntica con las cargas del 75% y 100% I 2n. Luego de la última medición abrir Swc y leer V 20. Proceder a bajar tensión y abrir Swt.
5. Trazo curva “V vs. 1” con un f.p.= 0,6 (atraso). Verificar que el variac esté en cero, proceder a conectar la Z L = R + XL para una carga del 25% de I 2n, cerrar Swt y una vez bajo tensión nominal cerrar Swc, leer y anotar en cuadro Nº 2 I 2, W2, luego abrir Swc quedando el TM con tensión.
6. Reconectar la Z L correspondiente para el 50% I 2, proceder luego a cerrar Swc leer y anotar I2 W2, una vez controlada la tensi6n. Proceder en idéntica forma para las cargas del 75% y 100% de I 2n. Luego de la última lectura abrir Swc y leer V 20 y anotar
7. Trazo curva “V vs. I”, con un f.p. = 0,6 (adelanto). Proceder igual que con la carga inductiva. Llenar el cuadro Nº 3.
Una vez realizada la última lectura proceder a desconectar y desmontar. 1.7 INFORME DE LABORATORIO 1) Justificar por qué, en los tres experimentos descritos las regulaciones son diferentes. 2) Con los mismos datos de corriente, tensión y f.p. leídos, calcular la regulación pero usando el circuito magnético equivalente. Compare los resultados, en los tres casos. 3) Con los datos de este experimento y los de la pasada experiencia, calcule el rendimiento del transformador en los tres casos. EXPERIENCIA Nº 3
TRANSFORMADOR MONOFASICO I. DETERMINAR LA POLARIDAD II. CONEXIONES III. AUTO-TRANSFORMADOR MONOFASICO I. DETERMINAR LA POLARIDAD: I.1 Objeto Lograr la correcta nomenclatura de los devanados de un transformador monofásico con el propósito de garantizar las conexiones entre sus propios devanados y con otros TM iguales “a”. I.2 Esquema eléctrico
(a)
Fig. 1
(b)
I.3 Información teórica Los TM están constituidos por dos o más devanados (enrollamientos o bobinas), tanto en su primario como en su secundario. Luego de manufacturado o una vez reconstruido (rebobinado) es necesario identificar sus entradas y salidas, es decir ponerle siglas en sus terminales. Por construcción los devanados están enrollados en un mismo sentido y con ello definir las entradas y salidas instantáneas de las corrientes y el sentido de las tensiones inducidas. El asterisco (*) o punto (.) se coloca en la entrada de la corriente en el primario o a la salida en el secundario, indicándonos la polaridad relativa entre ambos. Si el TM de la fig. 1a, se conecta a la línea, los voltímetros V1, V2 y V indicarán las tensiones eficaces, ahora se pueden presentar dos alternativas a) V=V1 – V2, las tensiones inducidas son sustractivas, su polaridad es sustractiva. b) V=V1 + V2, las tensiones son aditivas, su polaridad es aditiva. Las normas recomiendan para tensiones inferiores a 600 v y hasta 200 Kva. la polaridad aditiva y para capacidades y tensiones mayores la polaridad sustractiva por razones de aislamiento, esfuerzos internos, etc. I.4 Datos del equipo e instrumentos Los utilizados en experiencias anteriores. I.5 Pre-laboratorio
Con los datos del TM, se recomienda llenar el cuadro Nº 1 con los valores de V1, que puede ser un valor parcial del nominal. I.6 Procedimiento de laboratorio 1. Proceder al montaje según la fig. 1a, el TM se conectará de la línea pasando por un variac. 2. Con el variac en cero, cerrar Swt y elevar la tensión V1 en unos tres pasos y anotar las lecturas de V2 y V en el cuadro. 3. El promedio de tres lectura bastará para determinar “a”. % V1 V2 V
Cuadro Nº 1 25%
30%
40%
II. CONEXIONES DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS II.1 Objeto Realizar diversas conexiones entre devanados tanto del primario como del secundario y anotar sus lecturas previa verificación de sus polaridades. II.2 Esquemas eléctricos
II.3 1nforración teórica Desde el punto de vista comercial, los fabricantes de TM han normalizado sus unidades brindando varias alternativas de conexi6n tanto en AT como en BT y cubrir de este modo la demanda de varios continentes. II.4 Datos del equipo
Se utilizará el TM de los ensayos previos y una fase de un transformador trifásico, y algún ejemplo teórico. II.5 Pre—laboratorio Conociendo las tensiones V1 y V2 que se indican en la fig. 2 a,., d; llenar los cuadros del tabulador una vez se hayan realizados las indicaciones previas. II.6 Procedimiento de laboratorio 1) Realizar el montaje según las indicaciones que se indiquen para cada una de las conexiones, empezando por la fig. 2a. Verificar que el variac esté en cero y alcanzar la tensión V1 poco a poco luego leer y anotar en cuadro tabulador Nº 2 el resultado en el secundario. Luego de finalizada la lectura desconectar Swt. 2) Proceder igual on las conexiones de la fig. 2b y 2c. 3) La fig. 2d, nos permite demostrar que con tres TM se puede conformar un “banco de transformadores trifásico”. Conectar a través del variac con el sistema trifásico y luego de realizar las conexiones que se indican, incrementar la tensión del primario proceda lea y anote, las tensiones del secundario en ambas alternativas. Cuadros correspondientes a fig.:
III. AUTO-TRASFORMADOR MONOFÁSICO. III.1 Objetivo. Verificar la acción de un trasformador de un solo devanado, que se enlaza con la carga eléctrica y no magnéticamente. En transmisión y distribución de energía (AT) se le utiliza como regulador de voltaje y en BT para obtener tensiones parciales de la nominal. III.2 Esquema eléctrico deslizable.
III.3 Información teórica. Conceptualmente son válidas todas las expresiones que se han obtenido del estudio del TM, pero, como se ha indicado el enlace eléctrico, se tiene: 1) Potencia del auto-transformador = V 1 I2 2) Potencia absorbida =V 2 I2 3) Potencia transformada = V 2 Ii 4) Potencia transportada = V 1 I1 – V2 Ii III.4 Datos del equipo a utilizar Se indicará en su oportunidad. III.5 Pre-laboratorio (al igual que 4). III.6 Procedimiento de laboratorio. 1) Proceder a conectar el auto-transformador tal cual se indica en la fig. 3b cuidando que los interruptores estén abiertos y los instrumentos sean los indicados. 2) Cerrar SWT, directamente se tendrá V 1, cerrar SWC y leer y anotar lecturas de instrumentos: V1=
I1=
V2=
V2=
Abrir los interruptores y desconectar. IV. INFORME DE LABORATORIO. Presentar sus comentarios sobre el contenido de I, II y III y sus conclusiones.
EXPERIENCIA Nº 4 TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS “ARMÓNICAS EN CONEXIONES TRIFÁSICAS”
4.1 Objeto. Observar en un ORC de dos canales la presencia de terceras armónicas de tensión, corriente, el desfase entre ellas, presente en las conexiones de transformadores trifásicos convencionales. 4.2 Esquema eléctrico.
4.3 Información teórica Alimente un banco de transformadores monofásicos y un transformador trifásico de tres columnas, desde la misma fuente, como se indica en la fig. 1a y 1b. Conecte en ∆ los secundarios pero, mediante el interruptor k’, deje la posibilidad de abrirla. Los puntos marcados (1) y (2) representan sitios donde han de conectarse los canales 1 y 2 del OCR mientras la tierra indicada representa la del osciloscopio. Conexión Y∆ (k’ abierto) fig. 1a. Cuando se alimenta un banco de transformadores en Y, sin neutro, las corrientes de excitación de las líneas se ven privadas de 3ras , armónicas y, en consecuencia, las fmms que producen los flujos en los núcleos se ven forzadas a ser casi senoidales. Esto ocasiona flujos deformados pues para producir flujos senoidales se necesitan fmms no senoidales. En los terminales de la ∆ abierta aparecerá una tensión de 3ra armónica (más otras armónicas menores) pues, al estar deformados los flujos, lo están las tensiones. Cada fase tiene una tensión de 3ra armónica en fase con la siguiente fase, de allí que la tensión de 3ra armónica en la ∆ abierta es 3 veces la de una fase. En la ∆
abierta no debería haber tensión fundamental (pues es la suma de 3 tensiones iguales y desfasadas en 120º E) pero, como siempre hay pequeños desbalances en la alimentación y los tres transformadores no son exactamente iguales, siempre habrá un remanente de fundamental, además de tensión debida a armónicas múltiplos de tres, de menor magnitud. Al cerrar k’ la ∆, pasa a tener corriente de 3ra armónica y, en consecuencia, la fmm producida por la 3ra armónica pasando por los secundarios combinada con la fmm fundamental aportada por los primarios (más otras armónicas en primarios y secundarios) da origen a la fmm no senoidal requerida para la producción de flujo senoidal. Así las tensiones en los bobinados primarios y secundarios se hacen, prácticamente, senoidales. Pero de haber alimentado el banco, conectado en Y, llevando el neutro, éste habría dado paso a las corrientes de 3ra armónica de cada transformador y, en consecuencia, los flujos no se habrían deformado. Por tanto, en la ∆ abierta, no debería haber (teóricamente) ninguna tensión (ni fundamental ni 3ra. armónica). En el transformador trifásico de tres columnas Fig. 1b, los fenómenos armónicos son algo diferentes. Si el transformador se conecta en Y, sin neutro, también se suprimen, de las corrientes de excitación de fase, las terceras armónicas. Pero los tres flujos se ven imposibilitados de tener apreciable contenido de 3ras armónicas debido a que el núcleo no tiene retorno magnético, excepto por el aire. La situación sería diferente en transformadores trifásicos de cinco columnas o acorazados. Pero en el clásico de tres columnas, aún sin llevar el neutro, las tensiones de los bobinados son casi senoidales. 4.4 Procedimiento de laboratorio. 1) Cierre k en ambos (tanto el banco de TM como el transformador trifásico) dejando k’ abierto. Obtenga en el ORC, para ambos, i 1(t) e in(t). Es conveniente que los VA del banco de TM sean, aproximadamente, el mismo del transformador trifásico, para hacer comparaciones. Por supuesto que las tensiones de ambos deben ser iguales. Use time/div de ambos canales en el mismo punto para que pueda observar, claramente, que la frecuencia de i L(t), si es que podemos hablar de la frecuencia de i L(t) en el sentido de que iL(t) es deformada. Además, en ambos canales, use volts/div en el mismo punto, para que se pueda observar la diferencia de magnitudes. Pus los ORC del banco y del transformador trifásico deben tener los mismos ajustes de time/div y volt/div para poder hacer una comparación entre ellos. Puede, momentáneamente, cambiar time/div o volt/div de uno de ellos, cuando el fenómeno no sea casi observable, para satisfacer su curiosidad. Pero, luego, lleve los dos ORC a los mismos ajustes pues lo que interesa es una comparación. Haga las representaciones en las coordenadas:
Gráficas de i n(t) e iL(t), de tres TM, en Y con neutro. iL pico = inpico =
Gráficas de in(t) e iL(t), de un Transformador trifásico de 3 columnas en Y, con neutro. iL pico = inpico =
Sin cambiar los ajustes de los ORC, abra k observe lo que pasa con i L (t). Sobre las mismas fig. 4 y 5 dibuje la nueva i L (t) y reporte nuevo valor del pico, debajo del anterior valor, pero con otro color. 2) Ahora, con k cerrado y k’ abierto en ambos montajes, obtenga en los ORC Vk, (t) y VL2 (t). En ambos canales usar los mismos volt/div y time/div. Abra k y observe como Vk, (t) se hace apreciable (en el banco) mientras V L2 (t) se hace ‘no senoidal”. Ajuste volt/div de modo que, con k abierto Vk’ (t) sea apreciable; además, use volt/div del otro canal en el mismo punto, para poder comparar Vk’ (t) con VL2 (t). Hecho esto, sin cambiar los ajustes del, ORC, cierre k otra vez. Tome nota de lo que se ve. Seguramente no verá mucho en el canal que tiene Vk’ (t): pero esta es, precisamente, la idea. Se quiere comparar la situación con neutro y sin neutro. Si Ud. se empeña en cambiar volt/div, siempre lograra hacer aparecer a Vk’ (t) como una tensión importante cuando, si Ud. La mide, se encontraría que es completamente despreciable. Hacer las representaciones en las siguientes coordenadas,
3) Sin cambiar los ajustes del ORC, abra k. Tome nota pero usando otro color de Vk’ (t) y V L2 (t). Dibújelas en las mismas fig. 6 y 7 y reporte los mismos valores exigidos allí. Coloque estos valores debajo de los anteriores pero con el otro color que usó para dibujar las ondas. 4) Dejando k abierto, proceda a cerrar k’ para observar i 3 (t) y VL2 (t) cómo se indica en fig. 2. Use para los dos canales el mismo ajuste de time/div para notar claramente la diferencia de frecuencia entre i 3 (t) y VL2 (t). Ajuste volt/div de modo que ambas curvas puedan ser claramente apreciadas. Hacer las representaciones en las siguientes coordenadas, en fig. 8 y 9. Nota: cuando se pide i 3 (t) se está suponiendo que la onda que aparece en la pantalla es pura i3 cuando, en realidad, está compuesta de residuos de fundamental (por desequilibrios de la alimentación) y otras armónicas de orden mayor pera de poca amplitud. Igual se puede decir para Vk’ (t) de fig. 6 y 7. Sin tocar los ajustes del ORC, cierre k y observe el efecto de esto sobre i 3 (t) y VL2 (t). Anote, sobra la misma fig. 8 y 9 pero con otro color, lo observado, tanto figuras como magnitudes. Abrir S WT.
5) Conecte los secundarios en Y como indicado en fig. 3, cierre S WT, observe que los ORC están dispuestos para observar V L (t) y VØ (t). Con k abierto, ajuste los ORC (ambos igual) de modo que a V Ø (t) del banco se le vea claramente la deformación mientras V L (t) es senoidal. Tome nota de lo observado (dibujo y valores) para ambos: banco y transformador trifásico. Luego cierre k y vuelva a tomar nota, en otro color y sin cambiar los ajustes previos de los ORC. Hacer las representaciones en las coordenadas siguientes:
4.5 INFORME DE LABORATORIO 1) Para parte 1 del procedimiento, explicar por qué i L (t) e in (t) difieren en frecuencia. Justificar las diferencias que encontró entre el banco y el transformador trifásico de 3 columnas. Explicar por qué i L (t) cambia de forma cuando se abre k. 2) Explicar, en relación a puntos 2 y 3, por qué V L (t) y Vk’ (t) cambian de forma y magnitud cuando se abre k. Explicar la diferencia de comportamiento, en relación a estas tensiones, entre el banco y el transformador trifásico. 3) En relación a parte 4, explicar por qué V L2 (t) e i3 (t) no tienen la misma frecuencia y por qué se modifican cuando se cierra k. Justificar la diferencia de comportamiento observada entre el banco y el transformador trifásico. 4) En relación a parte 5, explicar por qué las tensiones de línea y de fase, no tienen la misma forma cuando k esta abierto. Justificar en relación a esto por qué el banco difiere del transformador trifásico, en su comportamiento.
Nota: En todas las partes complemente sus explicaciones echando mano a los valores que midió. Por ejemplo: en 2, con k abierto, podrá verificar que V L2 es una onda compuesta, más que todo, de una fundamental más una 3ra armónica de valor pico, más un tercio del pico de Vk’ (t). El pico de la fundamental lo podrá obtener, aproximadamente, por la relaci6n de transformación y a partir de las tensiones primarias, mientras el pico de Vk’ (t) fue medido directamente.
EXPERIENCIA Nº 5 TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS CONEXIONES TRIFÁSICAS Dd, Vv, Dy, Yy o, Yd Realizar las conexiones de transformadores trifásicos convencionales y anotar tensiones y corrientes de línea y de fase tanto en el primario como en el secundario. 5.2.A CONEXIÓN Dd 5.2 A.1 Esquema eléctrico
5.2.A.2 Procedimiento de Laboratorio Con T y k abiertos, cierre S WT, aplique tensión nominal al primario. Luego cierre k, ajuste el valor de las resistencias de carga de modo que tomen carga en VA trifásicos aproximadamente el 58% de la carga del banco de TM o de1 transformador trifásico. Mida y anote en el cuadro Nº 1 la tensión secundaria en vacío y la tensión primaria. Cierre T y anote las corrientes de línea primaria y secundaria. Con un amperímetro de pinza asegúrese que el circuito está equilibrado, verificando que las tres corrientes secundarias son iguales y también las tres primarias. Verifique, además, que su valor es √ ¯3 veces la corrientes de fase. Conecte la tierra de un osciloscopio de dos canales al punto indicado en la fig.1 lleve los canales de ORC a las líneas A y a y anote en el cuadro el desfase en las tensiones observadas. Luego lleve los canales a los extremos 1 y 2 de las resistencias de muestreo Rm y anote, igualmente el desfase observado. De esta forma ya se tiene el desfase entre V AB y VAC y entre IB y –Ic, abra S WT.
GRUPO: Para que una conexión trifásica quede correctamente especificada, debe indicarse al lado de la letra que indica el secundario un número. Este número representa a uno de los doce de la esfera de un reloj con sus respectivos grados geométricos, así el 1 <> 30º, el 3<> 90°, el 6<> 180°, el 11 <>330. Con el transformador debidamente polarizado se traza en un plano coincidiendo el eje vertical la tensión de línea primaria y se sobrepone la tensión de línea primaria y se sobrepone la tensión de línea del secundario de la misma fase con su orientación resultante. El ángulo entre las dos tensiones de línea nos indicara el grupo a que pertenece y de este modo poder sor conectado a un sistema de distribución de energía. Ejemplo Dd0 ó Dd12. 5.2.B CONEXIÓN Vv. 5.2.B.1 Esquema eléctrico en fig.1. 5.2.b.2 Procedimiento de laboratorio. Abra SWT ahora elimine del primario la fase AB (OA) y su respectivo secundario “ab ó (oa), para lograrlo bastará abrir k. Cierre S WT verifique que todas las lecturas tomadas anteriormente permanecen casi iguales, a pesar de, faltar un transformador (del banca) o una fase (transformador trifásico).
5.2.C CONEXIÓN Dy. 5.2.C.1 Esquema eléctrico.
5.2.C.2 Procedimiento de laboratorio.
Realizar el montaje mostrado en la fig 2. Con S WT y T abiertos, verifique con un ORC, que las tensiones de los extremos secundarios respecto al punto neutro (n) están 120°E desfasadas. Mida las tres tensiones de línea y asegúrese que son iguales entre sí y de valor veces √ ¯3 la tensión de fase. Recalcule las resistencias de carga de modo que el banco (o el transformador trifásico) quede, aproximadamente, con carga nominal. Cierre T y proceda como anteriormente, lea y anote lecturas en el cuadro Nº 3.
5.2.D CONEXIÓN Dy. 5.2.D.1 Esquema eléctrico.
5.2.D.2 Información teórica. Tanto la conexión Y d corno la Dy son utilizadas en la Transmisión y Distribución de energía para elevar ó bajar do 13,8 -26,0 kv a 115/230/440/800 kv. Presenta además la ventaja de eliminar la 3ra armónica y poder aterrarse, contribuyendo con la protección del sistema. La conexión Dy o (secundario con 3 líneas activas y un neutro) es empleada para distribución de energía industrial domestica y pública. 5.2.D.3 Procedimiento de laboratorio. Monte el circuito de la fig.3, usando un banco de TM o un transformador trifásico. Las cargas resistivas conectadas en Y deben ser iguales y demanden de línea una un 75% del total de Kva. Cierre S WT dejar abiertos k y T, aplique tensión nominal al primario. Con un voltímetro mida la tensión en los terminales de k y, con un ORC, mida la frecuencia de esa tensión. Si la conexión está bien hecha y las tensiones aplicadas al primario son perfectamente equilibradas, la tensión medida por el voltímetro
corresponderá a pura tensión de 3ra armónica. Con conexión bien hecha pero con ligero desequilibrio, la tensión en k será una combinación de pura 3ra armónica y pequeña fundamental. Con conexión mal hecha (un bobinado secundario invertido) la tensión en k contiene pura fundamental además de 3ra armónica. Así, pues, antes de cerrar k, debe asegurarse que la tensión medida allí corresponde, esencialmente, a la 3ra armónica. Con la lectura del voltímetro, la forma y pico de la curva del ORC, y su frecuencia, debiera ser suficiente para tomar una determinación. Cierre k cuando sea correcto, sin cerrar T, conecte la tierra del ORC como se indica en el montaje, mientras los canales A’ y B’ los lleva a los puntos P 1 y P2 de modo de medir el desfase entre dos tensiones de línea. Anote este desfase, ¿corresponde, este desfase con el que debiera ser?. Cambie los canales como se indica en la figura, póngalos en los extremos de las Rm. Ahora cierre T y observe, en el ORC, el desfase entre las corrientes primarias y secundarias. Según la conexión peculiar del ORC ¿el desfase observado era el esperado?. Anote el desfase en el cuadro Nº 4. Tome nota de las corrientes y tensiones. Con un amperímetro de pinza, verifique que la corriente en la ∆ es igual a la de línea entre √ ¯3. Con el voltímetro conectado al primario asegúrese que la tensión de fase es igual a la de línea entre √ ¯3. Abrir interruptores y desconectar.
5.2.E CONEXIÓN Yy. 5.2.E.1 Esquema eléctrico.
5.2.E.2 Información teórica. La conexión Yy0 secundario con tres activos y un neutro) es muy usual en la distribución de energía doméstica y pública. 5.2.E.3 Procedimiento de laboratorio.
Realizar el montaje del esquema como se indica en fig. 4, recalcule los valores de las resistencias de carga. Antes de cerrar S WT asegúrese, con el ORC, que las tensiones secundarias entre los extremos libres de los bobinados y el punto neutro (n) están desfasados 120 °E. Luego mida las tres tensiones de línea: deben ser iguales y de valor √ ¯3 veces la tensión de fase. Con T abierto, la tierra del ORC donde está indicado y los canales A’ y B’ en los puntos P 1 y P2, mida el desfase entre las tensiones de línea. Anote el resultado. ¿Corresponde con lo que debía esperarse?. Cierre T y lleve los canales A’ y B’, como se indica en la figura, a los extremos de las Rm. Mida, así, el desfase entre las corrientes primaria y secundaria. ¿Era lo esperado, tomando en cuenta la forma de conectar el ORC?. Tome nota y anote las lecturas de voltímetros y amperímetros.
Abra T y conecte solo una resistencia de carga a uno de los tres secundarios, cuidando de no pasar corriente nominal. Mida las tres tensiones línea-neutro del primario y verifique que éstas están en situación de desequilibrio, a pesar de no haberse tocado la alimentación. 5.3 INFORME DE LABORATORIO. 1) Tomando VCB (tensión primaria) a 0º, para ambas conexiones, demuestre que los desfases medidos para tensiones y corrientes eran los de esperarse. De conexión Yd, fig 1. 2) Partiendo de los valores de V 2 e I2 (con f.p.=1,0) calcule V 1 (usando el sistema p.u.) y compárelo con el obtenido experimentalmente. (Se considera que, de las pasadas practicas, ya tiene el circuito equivalente de uno de los tres transformadores usados o el de fase del transformador trifásico). Haga el cálculo para ambas conexiones. 3) Justifique, mediante el uso de circuitos equivalentes, el por qué se corre el neutro en la última parte del experimento mostrado en fig. 2. 4) Justificar las precauciones en cerrar k (conexión Yd) fiq. 1. 5) En base a diagramas fasoriales y tomando V CB a cero grados, justifique los valores y desfases de tensiones y corrientes observados en las conexiones Dd, Vv y Dy. Puede trazar los diagramas suponiendo ideales los transformadores. 6) Justifique la indicación hecha al iniciar el ensayo Dd, de colocar una carga de VA igual al 58% de los VA nominales del banco o del Transformador trifásico.
7) Si esta experiencia (Dd) se hace con un transformador trifásico, ¿Qué ocurre con el flujo de la columna cuyos dos bobinados se abren para hacer la conexión Vv?. ¿Por qué?.
EXPERIENCIA Nº 6 ALTERNADOR TRIFÁSICO (MAQUINAS SINCRÓNICAS) I CARACTERÍSTICAS DE VACÍO II CARACTERÍSTICAS DE CORTO CIRCUITO III CARACTERÍSTICAS EN CARGA (EXTERNA) 6.I CARACTERÍSTICA DE VACÍO. 6.I.1 Objeto. Obtener la característica de la tensión en vacío o de magnetización “E o vs iexc”. 6.I.2 Esquema eléctrico.
6.I.3 Información teórica. La característica de tensión en vacío, tiene por finalidad lograr la curva E of vs. iexc manteniendo la velocidad de la máquina motriz (MM) constante, condición, de una máquina sincrónica. Recordemos que la tensión inducida por fase es:
En dicha expresión, £ representa la longitud del lado activo del devanado y por lo tanto es constante; β depende de la excitación de los campos que es controlable; w es la velocidad de rotación responsabilidad de la MM, y que debe mantenerse constante. Luego vemos que la tensión por fase es factible variarla por medio de la excitación o de la velocidad. La MM de nuestro ensayo corresponde a un motor de C.C. excitaci6n shunt, cuya velocidad se expresa, así:
El control de Ø nos permitirá variar la w del alternador. I es la corriente que demanda el motor desde la línea. Al exigir el alternador más troqué exige que el motor demande más corriente. 6.I.4 Datos del equipo. El alternador trifásico del ensayo está en un banco con su panel y está listo para su conexión;
El panel tiene instrumentos, tales: tacómetro digital, amperímetro de la excitación de los campos y diagramas tográficos de las conexiones. La selección de los instrumentos tanto de CA como de CC dependerá de las condiciones del ensayo. 6.I.5 Pre-laboratorio. Calcule el % de V que se indican en el cuadro Nº 1. 6.I.6 Procedimiento de laboratorio. 1) Realizar el montaje indicado en la fig, 1, verificar que Swe esté abierto, R fe al máximo, los instrumentos de CC estén bien seleccionados y polarizados. 2) Arrancar la MN, esta operación y control de w, se explicará previamente al ensayo, la MM debe llevarse a la velocidad sincrónica w y debe mantenerse constante previa a cada lectura que se haga. 3) Leer V y anotar en el cuadro Nº 1, esta tensión se debe al flujo remanente de los campos. Cerrar SWe y empezar a elevar la tensión hasta un 20Vn, mediante la variaci6n de R fe, anotar la tensión previa verificación de w. La acción de elevar la tensión debe ser en ascenso permanente, evitar retroceder. 4) Continuar variando R fe hasta alcanzar los siguientes porcentajes de Vn: 40, 60, 80, 80, 100, 120, 140, anotando en cada paso la i exc previo control de w. Luego de anotar la última lectura regresar parando en cada punto del ascenso, por último abrir Swe y leer nuevamente y debido al flujo remanente. Proceder a parar la MM.
6.I.I CARACTERÍSTICAS DE CORTO CIRCUITO. 6.II.1 Objeto. Obtener la relación Icc vs iex además de la impedancia sincrónica (Zs) que nos permitirá determinar la regulación del voltaje. 6.II.2 Esquema eléctrico.
6.II.3 Información teórica. El ensayo permite encontrar la relación Icc vs. iexc lo cual permite con auxilio del ensayo de vacío ‘E 0 vs. i exc “,obtener la imp. sinc. Zs, de gran ayuda posteriormente para obtener la regulación de voltaje. En la fig. 3, se han sobrepuesto las características de vacío y de corto circuito pues ambas tienen las mismas abscisas y se puede encontrar los valores de la siguiente relación:
Pues la Ra (resistencia de los devanados) es pequeña. Además explica el por qué la velocidad no es indispensable se mantenga constante, ya que V e Icc son función de la frecuencia.
La reactancia sincr6nica, Xs = Xa + Xr.i. Xa es la reactancia debida al flujo de dispersi6n en el devanado inducido. Xr.i. es una reacción electromagnética que surge toda vez que el alternador empieza a suministrar corriente a la carga y que en condiciones de corto circuito la corriente es netamente inductiva. 6.II.4 Datos del equipo: el mismo alternador. 6.II.5 Pre-laboratorio. Anotar los porcentajes de I anotados en el cuadro Nº 2. La Icc máxima a obtener será In. 6.11.6 Procedimiento de laboratorio. 1) Agregar al montaje de vacío, la conexi6n del corto circuito de las fases del alternador, intercalando en una de sus fases un amperímetro. Dejar abierto Swc, Swe. 2) Proceder a arrancar la MM y llevarla hasta las condiciones w sincrónica una vez en estas condiciones cerrar Swc leer I, esta corriente es debida al flujo remanente, luego cerrar Swe e ir variando Rfe de tal modo de lograr un 25% In, una vez alcanzado este valor leer y anotar iexc en el cuadro Nº 2. La velocidad no se controla. 3) Incrementar la corriente a un 50, 75 y 100% In y en cada punto leer y anotar su respectiva corriente de excitación, anotar en el cuadro.
6.III CARACTERÍSTICAS EN CARGA (Externa). 6.III.1 Objeto. A) Obtener las curvas “V vs. I” manteniendo constantes w, iexc y el f.p. B) Obtener la regulación de voltaje. 6.III.2 Esquema eléctrico.
6.III.3 Información teórica. La fig. 5, nos representan las curvas a obtener según nuestro objetivo A, el f.p. 0,6 propuesto tanto en adelanto como en atraso están solo para fines del ensayo, ya que desde el punto de vista industrial la empresas eléctricas de distribución de energía están exigiendo el 0,8. La reacción de inducido está presente en las condiciones del alternador en trabajo, es directamente proporcional a la carga actúa en el entrehierro planteado situaciones antagónicas, así si el f.p. de la carga es 1,0. a) Tiende a desmagnetizar el campo de excitaci6n, situación que se combate incrementando la excitación de los polos. b) El flujo de reacción de inducido tiende a frenar la MM y es aquí donde se interpreta la transferencia de energía motriz (mecánica) en eléctrica, ya que la MM debe incrementar su troqué sin alterar el sincronismo. c) Crea la Xr.i. impredecible, más compleja en los rotores de polos salientes y actúa sincrónicamente con la Xa. La regulación de voltaje por fase tiene la siguiente expresión:
E0 y Vn son lecturas del voltímetro en situación de vacío y plena carga al f.p. propuesto, por fase. Eg = tensión generada. Xa y Xs reactancias de devanado y sincrónica Ra = resistencia devanado por fase La fig. 6 muestra el diagrama fasorial de un
alternador, por fase. 6.III.4 Datos del equipo. 4.1 El alternador es el mismo. 4.2 Los bancos de resistencias, inductancias y capacitancias, están compuestos c/u por tres grupos de unidades que se pueden interconectar en serie (R - L ó R - C), según los requerimientos de corriente, en caca paso de cada ensayo. Estos bancos no son variables, para cada valor hay que establecer una nueva conexión, se podría conectar en serie con R algún reóstato apropiado con el fin de poder ajustar R. La carga como se indica está en Y. 4.3 Seleccionar los instrumentos según las exigencias. 6.III.5 Pre-laboratorio. Calcular las impedancias, resistiva pura , inductiva y capacitiva, según el f.p. dado y la corriente requerida en cada paso. Es importante que esta tarea se realice previamente, por tal motivo se anexa un esquema de los bancos, los grupos deben traer sus esquemas y cuadros pre-elaborados de impedancia, corriente. Como se ha anotado para pasar de una carga a otra será necesario abrir el circuito modificar la carga y reconectar el circuito cuidando de shuntar el amperímetro preventivamente. Guiarse con los cuadros 3, 4 y 5. 6.III.6 Procedimiento de laboratorio. A Con f.p. = 1,0. A.1 Realizar el montaje según el esquema eléctrico indicado en fig. 4a. Proceder una vez todo en orden, a poner el alternador en situación de vacío es decir Vn y a velocidad sincrónica. A.2 Verificar la conexión de la carga, para el 25% In, luego cerrar Swc, variar i exc hasta lograr restablecer Vn y a w sincrónica, anotar valores en cuadro 3, luego abrir Swc sin tocar el alternador proceder a reconectar la carga para alcanzar el 50% In, una vez lista cerrar Swc, previamente, shuntar el amperímetro, sacar el shunt leer y anotar el valor I en cuadro 3, es probable que no sea idéntico al pre-calculado, pero debe estar cercano.
Para lograr anotar los pasos 75 y 100% In, proceder paso a paso lo indicado anteriormente, posteriormente, abrir Swc y anotar V o, la iexc, luego de controlar la velocidad. Los valores de V 0 y su respectiva i exc deben mantenerse constantes en las cargas reactivas. B Con carga a un f.p. = 0,6 en atraso. B.1 Reconectar la carga reactiva inductiva para el 50% In. Una vez verificada, proceder a cerrar Swc, controlar la w y la i exc, leer y anotar V, I, Wt f.p.. Es probable que la I sea ligeramente distinta a la teórica, pero para los fines del ensayo es suficiente. Proceder a abrir Swc sin tocar el alternador proceder a reconectar la carga al nuevo valor 100% In proceder paso a paso lo anotado al iniciar el párrafo. Una vez realizada la última medida abrir Swc. El alternador quedara como antes con V 0 y iexc que se ha controlado constante. Se omiten los puntos 25 y 75% 1 por razones de agilidad, la curva tendrá tres puntos V 0 en el eje de ordenadas y los puntos de 50% y 100% In, ver fig, 5.
C. Concarga con un f.p. = 0,6 en adelanto Proceder paso a paso lo indicado en el punto “B”. Una vez anotada la última lectura, abrir Swc, bajar la excitación y para la MM. Anotar las lecturas en el cuadro Nº 5.
IV. INFORME DE LABORATORIO. 1) Trazar la curva característica de vacío “E o vs iexc”. 2) Trazar sobre la curva característica de vacío, la curva característica de corto circuito “Icc vs iexc”. 3) las curvas características de carga en sus respectivos factores de potencia. 4) Trazar los diagramas fasoriales a plena carga correspondiente al punto (3).
EXPERIENCIA Nº 7 ALTERNADOR TRIFÁSICO I. PUESTA EN PARALELO DE UN ALTERNADOR TRIFÁSICO CON UN SISTEMA INFINITO U OTRO SIMILAR II. CARACTERÍSTICA DE FASE (curvas en v) I. PUESTA EN PARALELO DE UN ALTERNADOR TRIFÁSICO CON UN SISTEMA INFINITO U OTRO SIMILAR. I.1 Objeto: Practicar la puesta en paralelo del alternador trifásico del ensayo con la línea, con el propósito de verificar la transferencia de energía. I.2 Esquema eléctrico.
I.3 Información teórica. Se denomina línea (Sistema infinito), el que mantienen las industrias de energía eléctrica, tales como CADAFE, CALEC, que apoyadas por generación termo hidráulica (Planta Centro, Tacoa, Edelca —Hidroeléctrica Raili Leoni “Guri”—), suministran energía a la zona Centro—Oriental del país. Para la puesta en paralelo de un alternador con la línea se deben satisfacer las siguientes condiciones indispensables: 1° La tensión del alternador debe ser idéntica a la tensi6n de línea. 2° La frecuencia del alternador debe ser idéntica a la de línea. 3° La secuencia de las tensiones del alternador deben ser idénticas a la secuencia de las de línea. 4º Las líneas del alternador deben corresponder a las de la línea.
5º La conexión debe hacerse en el preciso instante de coincidencia las tensiones de línea, en nuestro caso manualmente. La fig. 2 muestra la estrella fasorial de las tensiones de línea y del alternador, V L Vg respectivamente, girando en sentido anti—horario. Con paciencia deben ir cumpliéndose las condiciones y la conexión se hace sólo en el instante en el que las estrellas estén sobrepuestas. Una vez logrado el enlace el alternador queda flotando en la línea lista para suministrar energía. Si se aumenta el troqué de la MM, Fig. 3, el fasor de la tensión del alternador de desplaza (hipotéticamente) un ángulo α, surgiendo entre ambos ∆E, entregan do una corriente, representado por el fasor I, bisectando el ángulo de desplazamiento. La potencia entregada como la recibida seré el producto de V por la proyección de I sobre ella o sea Pe = Vg. I. COS Ø; Pr = VL.Ig cos Ø.
Otra operación, que realiza el generador es el análisis que se presenta toda vez que el alternador se sobre-excita, hipotéticamente Vg debe ser mayor que V L en ∆E, surge simultáneamente I en atraso 90º con ∆E, este fasor I si lo trasladamos al origen “o” estará en atraso con V. Se interpreta que cuando el sistema está suministrando I en atraso las unidades generadoras están sobreexcitadas, fig. 4. Por otro lado sucede todo lo contrario, cuando el alternador se sub-excita hipotéticamente Vg debe ser menor que la tensión de línea, como esto es imposible, se tiene en el gráfico la ∆E invertida, surgiendo la I, y si trasladamos este fasor al origen, vemos que este fasor estará en adelanto con V L, lo que puede interpretarse que el sistema ante una demanda de corriente en adelanto, las unidades deben sub—excitarse. I.4 Datos del equipo 1) El alternador del ensayo anterior. 2) Un panel de sincronización. 3) Instrumentos ya conocidos. I.5 Pre—laboratorio 1) Para este ensayo es indispensable tener anotado:
Vg =
Ign =
f = 60 hz.
I exc =
2) Recordar operación de la MM, para proceder con soltura. I.6 Procedimiento de laboratorio 1) Proceder al montaje tal como se indica en fig.1, procurando hacerlo circuito por circuito: 1º la MM., 2° el circuito de excitación del alternador, verificando la polaridad de A y verificar R fe al máximo y Swe abierto, 3° Proceder a la conexión del alternador, salir con sus líneas tentativamente ordenadas hacia el panel de sincronismo y desde el panel salir hacia la línea del sistema (tablero), intercalar los instrumentos Vg, A y V L adicionales a los del panel. Una vez listo, 2) Arrancar la MM, verificar que gire a la velocidad de sincronismo del alternador, mantenerlo girando, 3) Excitar el alternador hasta lograr la Vg idéntica a la tensión de línea, 4) Verificar la secuencia de las fases del alternador que deben ser idénticas a las de la línea, esta operación se realiza con un secuencímetro, si por casualidad la secuencia de fases del alternador no es la misma, bastará con intercambiar dos fases, 5) El panel de sincronización (fig. 1), presenta en el nivel superior cuatro instrumentos y debajo de los mismos cuatro interruptores selectivos (1) indica alternador, (2) indica la línea. Mirando la fig de derecha a izquierda, se tiene el “secuencímetro”, se procede así: se coloca el interruptor en (2) y se anota el sentido, luego de coloca el interruptor en (1), que debe indicar el mismo sentido, sólo se estará verificando. Le sigue el “frecuencímetro”, se lee primero línea y luego el alternador, se controla la MM motriz hasta que se igualen, pero por razones de servicio, esta situación es inestable, así que exigirá un control permanente. El siguiente instrumento es un voltímetro que lee la diferencia de tensiones, de línea menos alternador, cuanto menor es la diferencia más en fase estarán las estrellas de tensiones. Por último el voltímetro que lee las tensiones de línea y del alternador, que debe verificarse sean iguales. 6) El sincronismo se tendrá cuando se cumplan todas las condiciones se cierra el interruptor de sincronización manualmente, f igual, ∆V tendiente a cero, y ya. En esta situación se tiene el alternador flotando en la línea, el A indicará un mínimo valor y este corresponder al f.p. 1,0, para verificarlo bastará sobre—excitar y sub— excitar ligeramente. Este punto corresponde al vértice de la curva en y para una potencia 0. La curva es el lugar geométrico para puntos de la misma potencia. II. CARACTERÍSTICA DE FASE O CURVA EN V II.1 Objeto
Verificar como el alternador que se encuentra flotando en la línea, bastará con variar su excitación para que entregue a la línea corriente inductiva (sobre—excitado) y se sub— excita entregará corriente en adelanto. II.2 Procedimiento de laboratorio (Se omiten los puntos intermedios pues ya son conocidos, y se tiene el alternador flotando en la línea). 1) Curva equipotencia en V, P = O Con el alternador listo procedamos a sobre excitar el alternador en unos dos pasos hasta que el amperímetro lea 2a y 4a, en cada punto e debe leer la i exc, proceder luego a desexcitar hasta el vértice e iniciar con la sub-excitación en unos dos pasos, el amperímetro alcance 2a y 4a anotar las lecturas de la i exc en el cuadro, luego aumentar la excitación hasta el vértice. 2) Transferencia de energía, curva equipotencial P/4 (± 2a) Solicitemos a la MM más troqué observando el amperímetro del alternador hasta que alcance 2a, una vez en este punto mantener el troqué constante, verificar si los 2a están en el vértice de la curva, procediendo a mover la excitación ligeramente, sobre - sub, el vértice tiende a desplazarse ligeramente hacia la derecha, así quedaré ubicado el nuevo vértice. Procedamos a sobre excitar en unos dos pasos 4a. y 6a., leer sus correspondientes i exc y WT (los vatímetros deben indicar la misma lectura), luego retroceder hasta el vértice y proceder luego a sub—excitar en unos dos pasos 4a. y 6a. leer sus iexc y WT y regresar al vértice. Anotar los valores en el cuadro. 3) Curva en v para P P/2 (+ 4a) Una vez solicitada a la MM más troqué cuidando que el amperímetro alcance 4a, proceder como en el paso (2) y los pasos corresponderán a 6a y 8a leer las respectivas iexc y WT y anotar en el cuadro. Para terminar bastará una vez el alternador en el vértice, a bajar el troqué de la MM, con cuidado hasta el valor inicial, luego abrir el sincronismo, parar la máquina motriz y abrir simultáneamente Swe.
III. INFORME DE LABORATORIO Parte I 1) Considerando cada condición separadamente ¿Cuál será el efecto de sincronizar sin haber cumplido todas las condiciones necesarias? 2) Investigar en que consiste el método de sincronización con lámparas. ¿Por qué el orden de encendido de las lámparas depende de si la frecuencia del alternador es mayor o menor que la de línea? Parte II 3) ¿Por qué cuando el alternador es operado a excitación constante, el f.p. varia con la carga? 4) Trazar la curva en v e indicar las zonas según su excitación. 5) ¿Cu1 es el efecto de variar la excitación del alternador en carga constante?
EXPERIENCIA Nº 8 MOTOR SINCRÓNICO I. CARACTERÍSTICA DE OPERACIÓN (curva en v). I.1 Objeto. Demostrar la utilización del motor sincrónico como: a) Motor. b) Condensador sincrónico. I.2 Esquema eléctrico.
I.3 Información teórica El diseño eléctrico de un motor sincrónico trifásico es idéntico al de un alternador trifásico de la misma capacidad, con algunas diferencias propias de su aplicación. El motor ofrece como característica fundamental de rotar a la velocidad sincrónica y existen otras alternativas, pero tiene la propiedad de absorber de la línea corriente en adelanto, característica en la que no tiene competencia. Sólo el diseño y exigencias de su aplicación prevalecerá ya que es más costoso. El absorber corriente en adelanto significa mejorar el f.p. con solo variar su excitación. A esta propiedad se le denomina condensador sincrónico, en el país las empresas eléctricas de transmisión de energía no la han considerado por los momentos. a) Teóricamente (y en sus inicios) el MS no tiene par de arranque, debido a que el campo magnético giratorio (CMG) gira más aprisa que el polo excitado del MS, y no se enlazan, por tal motivo los modernos MS disponen en las caras polares una jaula de ardilla, tal como si se tratara de un motor de inducción convencional, por tanto en el arranque el MS actúa como un motor de inducción y girando cerca de sincronismo se produce el enlace magnético y pasa a la velocidad sincrónica. La velocidad del CMG es w = (60.f) ÷ p, aquí f es la frecuencia, p el número de pares de polos del MS. En la Fig. 2b, los fasores en vacío están en sincronismo, así : I = ∆E ÷ Zs = 0.
El CMG no es otra cosa que la representación del campo de reacción de inducido creadas por las corrientes de las tres fases del MS. b) En funcionamiento: si el MS realiza un par motor, el rotor se deslizaré, la fig.3 a y b, muestra el esquema de fase en un instante de trabajo, aplicando la SLK , se tiene V L Em - IZs = 0, luego I = ∆E ÷ Zs. c) Otra propiedad importante además de mantener el sincronismo (hasta los límites de ruptura, es la de poder controlar el f.p.. Suponems que sobre-excitamos el MS, se tiene que Em>VL, luego ∆E es negativo, fig. 4 e I estará en atraso 90º, pero con respecto a la VL estaré en adelanto en 90°, de este modo que además de realizar un trabajo puede controlar el f.p. I.4 Datos del equipo
I.5 Pre—laboratorio Con los datos del MS, calcular los valores de I que figuran en el cuadro. I.6 Procedimiento de laboratorio 1) Proceder a realizar el montaje según fig. 1, hacerlo por circuitos así desde el MS a la línea con sus respectivos instrumentos, segundo, el circuito de excitación, tercero verificar el acople con el generador de CC, que servirá como máquina de contraste, con sus respectivos instrumentos. 2) Antes de cerrar Swc, verificar que Swe este abierto, R fe al máximo, Swg abierto, Rc en cero. Amperímetros de línea shuntados. Proceder al arranque del MS directamente de línea como motor de inducci6n jaula de ardilla, tan pronto alcance su velocidad de vacío(W o ~ Ws), se cierra Swe se varía R fe hasta lograr la sincronización, observar el amperímetro del MS debe indicar un mínimo (un poco más si está arrastrando al generador de continua, verificar el mínimo variando
