Nro. DD-106 Página Semestre : IV Grupo A Tarea N° 02
MAQUINAS AC
EL MOTOR SINCRONO
MÁQUINAS AC LABORATORIO Nº2 “
”
“
” ”
EL MOTOR SINCRONO
Apellidos y Nombres
Nota
Integrantes Profesor: Programa
Electrotecnia
Profesional
Industrial
Fecha de entrega
2016
Semestre:
IV
GRUPO:
A
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EL MOTOR SINCRONO
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1. FUNDAMENTO TEORICO En un motor síncrono magnético giratorio del estator hace girar el rotor que tiene campo constante sincronizadamente. Durante el arranque el campo giratorio adelante el rotor, ejerciendo sobre él un par pendular. La puesta en servicio sólo es posible acelerando externamente el motor hasta que alcance el número de revoluciones de sincronización, para luego conectar la excitación. excitación. La máquina a utilizar está provista de un devanado amortiguador, el cual hace que el motor arranque asíncronamente utilizando el mismo efecto de un motor de jaula de ardilla. La resistencia incorporada hace las veces de un puente de cortocircuito. Para conseguir una transición, del asincronismos, lo más suave posible debería arrancarse con la carga más pequeña posible. Si se sobrepasa el ángulo de carga máximo, el momento de giro disminuye muy pronunciadamente desincronizándose el motor, en este estado no resulta posible que el motor acelere a régimen por sí mismo. Cuando repentinamente cambia la carga pueden presentarse oscilaciones en la velocidad, si estas oscilaciones son muy pronunciadas pueden llegar a desincronizar el motor. El Principio de funcionamiento y la constitución de las máquinas síncronas, trata de conseguir un acoplamiento magnético entre los campos del rotor y el estator. Normalmente (aunque también pueden encontrarse máquinas en las que no es esto así), en el rotor se sitúa un campo magnético fijo. En las máquinas de pequeña potencia ese campo magnético fijo se puede conseguir utilizando un simple imán permanente, pero para máquinas de mayor potencia no es suficiente con el imán permanente y se recurre a electroimanes. Se necesita pues, una fuente de corriente continua que pueda ser introducida en el rotor. La solución más utilizada consiste en disponer en el eje de anillos rozantes a través de los que inyectar en el inductor la corriente continua necesaria para generar un potente campo magnético.
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2. OBJETIVOS Observar el funcionamiento del motor síncrono.
3.
Equipos a utilizar: 1 motor síncrono. 1 freno. 2 multímetros. 1 Fluke. 1 pinza amperimétrica. 1 Tacogenerador.
4. INDICACIONES DE SEGURIDAD Implementos de seguridad de uso obligatorio
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Análisis de Trabajo Seguro (ATS)
MOTOR SINCRONO: 1. Arranque del motor y número de revoluciones Tome los datos de la maquina síncrona
Regleta de bornes
Placa de datos del motor síncrono.
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2. Arme el circuito de la figura:
3. Ajuste el freno eléctrico en ON-m (en vacío). 4. Tome nota de la tensión de línea de la red y ajuste la tensión de excitación De a 20 V. 5. Presione el pulsador en la regleta de bornes y conecte el motor. Mantener presionando el pulsador hasta que el motor alcance su máximo número de revoluciones, luego soltar el pulsador y el motor girará sincronizado. 6. Ajustando el freno eléctrico llenar la siguiente tabla, cuidando de no propasar la corriente nominal del motor síncrono, ni que este pierda sincronismo o se desenganche.
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Montado del circuito y montado de los instrumentos de medición.
Tabla N° 1 Uexc
20V
M (N – m)
0
0.10
0.20
0.31
0.46
n (RPM)
1800
1800
1800
1800
180 0
P1 (W)
80
98
112
171
285
IA (A)
0.152
0.187
0.212
0.325
0.542
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Toma de datos del motor síncrono, con el amperímetro y con el taco generador. Cálculos:
P=√3××× P=√3×380×0.152×0.8 P=80 W
P=√3××× P=√3×380×0.187×0.8 P=98W
P=√3××× P=√3×380×0.325×0.8 P=171 W
P=√3××× P=√3×380×0.212×0.8 P=112W
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EL MOTOR SINCRONO P=√3××× P=√3×380×0.542×0.8 P=285 W
7. Ajustar la tensión de campo de 40 V Y llenar la siguiente tabla:
Tabla N°2 Uexc
40V
M (N – m)
0
0.10
0.20
n (RPM)
180 0 43
179 8 62
0.081
0.118
P1 (W) IA (A)
179 9 78
0.4 1 179 8 107
0.62 179 9 142
0.148
0.204
0.270
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Toma de datos para comprobar las mediciones que se puso en la tabla N°2 Cálculos:
P=√3××× P=√3×380×0.081×0.8 P=43W
P=√3××× P=√3×380×0.118×0.8 P=62W
P=√3××× P=√3×380×0.204×0.8 P=107 W
P=√3××× P=√3×380×0.148×0.8 P=78W
P=√3××× P=√3×380×0.270×0.8 P=142W
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EL MOTOR SINCRONO 8. Ajustar la tensión de campo a 60 V Y llenar la siguiente tabla:
Tabla N° 3 U exc (V)
60v
M (N-m)
0
0,3
0.35
0.4
0.45
n (RPM)
1800
1800
1800
1800
1800
P1 (W)
57
92
95
98
112
Ia (mA)
100
130
132
140
152
9. Describa el comportamiento del motor ante variaciones de carga. El motor síncrono mantiene su velocidad a pesar de los cambios de carga. A más carga el Angulo de carga aumenta, la tensión es constante la velocidad es constante y al Cambiar también la potencia cambia el factor de potencia.
10. Describa el comportamiento del motor ante variaciones de tensión de excitación. El ángulo de carga es casi constante, la intensidad de corriente es constante. Cuando variamos la excitación, varía la corriente de armadura (I A). Si esta corriente aumenta el campo magnético del rotor se hace más fuerte, es asi que el torque de desenganche aumenta. A pesar de estas variaciones, los RPM del motor se mantienen constantes.
11. Con los datos tomados de la última tabla, calcule los parámetros solicitados a continuación:
Tabla N° 4 P2 (W)
0
57
66
75
85
Sa (VA)
38
49
50
53
58
η (%)
0%
61%
69%
77%
76%
P1: potencia eléctrica. P1= I.V P2: potencia mecánica P2= T*W.
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EL MOTOR SINCRONO CALCULOS:
Sa: potencia aparente
= = . = , = , . = , = ,. = , = , . = , = ,. Sa= V.I
= (.) = = (,) = , = (.) = , = (,) = , Eficiencia:
= (,) = , % = ∗ ∗ = % = % = , ∗ = , % = , ∗ = , % = , ∗ = , % = , ∗ = ,
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EL MOTOR SINCRONO 12. Con los datos tomados de la última tabla, graficar: P2 90 80 70 60 50
P2
40 30 20 10 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
n% 90 80 70 60 50 n%
40 30 20 10 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
En estas graficas podemos observar que a mayor carga mayor será la potencia de salida, de esta manera también podremos ver hasta q eficiencia puede trabajar la máquina. Codo de saturación.
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EL MOTOR SINCRONO Motor síncrono como corrector de fase 1. 2. 3. 4.
Armar el circuito de la figura. Conectar el freno eléctrico son carga. Regule la tensión de campo a 30 V. Haga las conexiones requeridas por el circuito mostrado en la figura. Si está empleando otro tipo de instrumento haga la conexión según el diagrama de conexiones del mismo.
5. Arranque el motor de la manera indicada anteriormente. 6. Ajustar la tensión de excitación de modo que obtenga los valores de coso capacitivos, resistivos e inductivos y calcular la potencia de salida del motor para todos los casos.
7. Llenar la siguiente tabla: M( N-m)
0
Uexc. (V) 5
10
20
35
40
50
60
Cos ϕ
0.279
0.30
0.42
1
0.90
0.60
0.40
I A (A)
0.272
0.235
0.160
0.090
0.072
0.105
0.167
IF (A)
0.013
0.035
0.099
0.161
0.193
0.244
0.295
N (RPM)
1800
1800
1800
1800
1800
1800
1800
P2 (W)
0
0
0
0
0
0
0
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8. Regule la tensión de campo 30 V. 9. Arranque el motor de la manera indicada anteriormente y aplique carga constante con el freno eléctrico.
10. Ajustar la tensión de excitación de modo que obtenga valores de coso capacitivos, resistivos e inductivos y calcular la potencia de salida del motor.
11. Llenar la siguiente tabla: M( N-m) Uexc. (V) 5 Cos ϕ 0,4 I A (A) 0.352 IF (A) 0.045 N (RPM) 1800 P2 (W) 67.8
0.36 10 0.47 0.261 0.051 1800 67.8
20 0.67 0.215 0.098 1800 67.8
36 1 0.119 0.202 1800 67.8
40 0.98 0.163 0.215 1800 67.8
50 0.85 0.179 0.245 1800 67.8
60 0.75 0.209 0.290 1800 67.8
12. Ajusta la tensión de excitación a 30 V. 13. Ajustar el freno eléctrico a un valor mayor al anterior ajustando y manténgalo constante.
14. Ajustar la tensión de excitación de modo que obtenía valores de coso capacitivos, resistivos e inductivos y calcular la potencia de salida del motor para todos los casos.
15. Llenar la siguiente tabla: M( N-m) Uexc. (V) 10 0.55 Cos ϕ I A (A) 0.302 IF (A) 0.050 N (RPM) 1800 P2 (W) 94.29
20 0.7 0.235 0.098 1800 94.29
40 1 0.155 0.202 1800 94.29
0.5 45 0.98 0.165 0.218 1800 94.29
50 0.9 0.179 0.245 1800 94.29
60 0.75 0.219 0.290 1800 94.29
16. el motor sobreexcitado genera potencia reactiva capacitiva 17. ¿Qué sucede con el factor de potencia del motor cuando varia la carga? A más carga el ángulo de carga se incrementa y la caída de tensión por Xs también crece, y el factor de potencia del motor es capacitivo se vuelve en inductivo.
18. Con los datos tomados anteriormente, graficar la curva V del motor síncrono.
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EL MOTOR SINCRONO CORRECTOR DE FASE 0.35 0.3 0.25 0.2 A I
0.15 0.1 0.05 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
IF
OBSERVACIONES Debemos revisar siempre los datos de placa de nuestro motor para así no dañarlo al momento de realizar las pruebas y no tener inconvenientes para finalizarlas. Debemos de revisar siempre nuestro circuito, para no dañar tanto los instrumentos de medición como los materiales utilizados en nuestra experiencia de laboratorio . El freno no debe trabajar como maquina prima en este laboratorio. En nuestro caso las RPM y torque del motor nos salía negativo en el taco generador y se debía a que el motor debía se conectado del lado opuesto al que conectamos nosotros.
CONCLUSIONES Una de las mayores ventajas del motor síncrono es que al poder variar el Fdp nosotros pudimos hacer trabajar a nuestra maquina en Fdp=1 con lo cual conseguimos mayor eficiencia de nuestro motor. Variando la carga podemos hacer que nuestro voltaje terminal se convierta en inductivo o capacitivo. En nuestra maquina síncrona variando la intensidad de campo podemos atrasarla o adelantarla con respecto a la intensidad de armadura, y así hacer trabajar a nuestro motor en sub excitación o como en sobrexcitación No se debe exceder el par máximo del motor ya que este empieza a vibrar por el desplazamiento de polos que ocurre en el motor. Se comprobó que la maquina eléctrica rotativa tiene perdidas eléctricas y mecánicas razón por la cual no son lo más eficientes.
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OBSERVACIONES Observamos que la velocidad del motor síncrono permaneció constante en toda la experiencia. Debemos de revisar siempre nuestro circuito, para no dañar tanto los instrumentos de medición como los materiales utilizados en nuestra experiencia de laboratorio . Se observó que es importante trabajar en equipo ya que nos ayudara a poder realizar el laboratorio correctamente. Revisar los datos de placa del motor para conocer la forma de conexión de sus devanados ya sea en estrella o delta.
CONCLUSIONES Pudimos comprobar que al variar la carga este afectaba también a la corriente de excitación, Fdp, el ángulo de carga y el voltaje terminal. Un motor síncrono operado en sobreexcitación suministro potencia reactiva al sistema, con lo cual yo puedo mejorar el Fdp de un sistema. Se pudo controlar el voltaje motor con la tensión de excitación de campo. La fuente de potencia mecánica, el motor debe cumplir la propiedad de que su velocidad sea constante, independientemente de la demanda de la potencia, caso contrario podría presentarse fallas. Siempre exceder en un pequeña cantidad los valores del motor a los del bus infinito para que no consuma potencia, sino entregue potencia al bus infinito.
OBSERVACIONES Se siguió las indicaciones del docente en el armado del circuito Y se tuvo cuidado al momento de energizar el circuito. Observamos que la velocidad del motor síncrono permaneció constante en toda la experiencia. Se tuvo que presionar un botón en el arranque del motor síncrono. Al aplicar un torque al motor, se debe procurar no exceder la intensidad nominal de la maquina ya que puede salir de la velocidad de sincronismo. Al arrancar el motor sincrono se debe tener que mantener el pulsador presionado antes de suministrar el voltaje en los terminales U, V y W.
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CONCLUSIONES Al arrancar la maquina como motor, ésta ya debe estar con un voltaje de campo en los terminales F1 y el auxiliar de arranque. En el motor síncrono para entrar tiene que tener un campo y una sincronización donde la velocidad de campo magnético giratorio se iguala a la velocidad de giro y se aprecia la misma velocidad. En el arranque de una maquina síncrona se realiza con ayuda de un pulsador en el motor, el cual ayuda a llegar a la velocidad de sincronismo. La fuente de potencia mecánica, el motor debe cumplir la propiedad de que su velocidad sea constante, independientemente de la demanda de la potencia, caso contrario podría presentarse fallas. Se concluye que al utilizar la maquina como motor, se le aplica un torque muy elevado, aumentara la corriente en la armadura lo que puede ocasionar que el motor pierda sincronismo y que empiece a vibrar.
ANEXOS:
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HOJA DE EVALUACIÓN Transf. y Maq. Síncrona Criterio de desempeño
Ciclo: IV
Laboratorio Nº 8.1
c.1) Realiza pruebas a componentes, equipos y sistemas eléctricos. Tema: El motor síncrono
Puesto de trabajo:
Alumno:
Sección:
Fecha: 4-C4
Excelente X3
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
Bueno X2
Requiere mejora X1
No aceptable X0
Interpreta correctamente la lectura de los instrumentos de medición y correcta operación del circuito de pruebas.
2
2
1
0.5
0
Interpreta correctamente los datos obtenidos durante el laboratorio
2
2
1
0.5
0
Realiza graficas como resultado de las pruebas efectuadas.
2
2
1
0.5
0
Contesta todas las preguntas del procedimiento de laboratorio.
3
3
2
1
0
Tiempo de ejecución del laboratorio.
2
2
1
0.5
0
Nota parcial 1
11
Excelente
Bueno
Requiere mejora
No aceptable
CRITERIOS DE EVALUACIÓN Seguridad (personal y del equipo).
1
1
0.5
0
0
Observaciones y conclusiones
3
3
2
1
0.5
Presenta trabajo de Investigación
2
2
1
0.5
0
Prueba escrita u oral
3
3
2
1
0
Nota parcial 2
09
NOTA FINAL
20
