Laboratorio de Conversión de la Energía II 1
Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Conversión de la Energía II Práctica 5 “Deterinación “Deterinación de las características características del !lternador" Pro#esor$ Modesto Castro !lunos$ %ira &odrígue' %i(rado )uan
*oleta$ +,-./,++0/
Pére' 1uevara )uan David
*oleta$ +,-./,+/23
4uiro' )iéne' *runo 1a(riel
*oleta$ +,-./,-.30
Pére' Espino !dol#o )air
*oleta$ +,-./,+/2. 1rupo$ 5EM-
ec6a de &eali'ación$ -2 de a(ril del +,-3 ec6a de entrega$ ,/ de Mayo del +,-3
Laboratorio de Conversión de la Energía II OBJETIVO: 2 Determinar las características del alternador mediante distintas !r"ebas a!licadas
Laboratorio de Conversión de la Energía II # MARCO TEORICO: Las m$%"inas sincrónicas son las !rinci!ales &"entes de energía el'ctrica de la ("manidad ) !or tal motivo son las m$%"inas rotantes m$s grandes %"e se (an constr"ido* +a) generadores sincrónicos tambi'n denominados alternadores con !otencias s"!eriores a los 1,,, -V./ en la .rgentina el generador m$s grande %"e est$ en &"ncionamiento es el de la central n"clear de Embalse de 0ío III %"e tiene 2, -V. a 22 V !ero tambi'n se &abrican !e%"e3as m$%"inas !ara gr"!os electrógenos ) generadores eólicos desde !otencias de "nos !ocos V./ los a"tomóviles !oseen alternadores tri&$sicos %"e !"eden entregar alrededor de 4,, a 1,,, V. %"e l"ego se recti5ca a corriente contin"a* 6i bien los alternadores son las m$%"inas rotantes de ma)or im!ortancia económica tambi'n los motores sincrónicos tienen a!licaciones m") !artic"lares en la ind"stria )a %"e como se ver$ m$s adelante tienen la característica 7nica de !oder variar la !otencia reactiva ) controlar el &actor de !otencia de toda "na instalación* 8or ese motivo tambi'n son de !otencia en general grande* En la 7ltima d'cada a!arecieron en el mercado imanes !ermanentes de neodimio9(ierro9boro %"e !oseen características sobresalientes ) !ermitieron constr"ir m$%"inas sincrónicas alternadores ) motores de !otencias elevadas de 1 ó m$s -V. ) con grandes !osibilidades de a!licación en generadores eólicos ) motores de gran velocidad ) red"cido vol"men* Las m$%"inas sincrónicas convencionales tienen dos circ"itos: "no de corriente contin"a %"e c"m!le la &"nción de ecitación normalmente en el rotor ) otro de corriente alterna %"e es el ind"cido o armad"ra normalmente en el estator* La !otencia %"e mane;a el ind"cido es m") s"!erior a la cons"mida !or la ecitación* El ind"cido es de &orma cilíndrica est$ laminado ) tiene "n arrollamiento tri&$sico distrib"ido alo;ado en ran"ras* La ecitación est$ !rod"cida !or "n arrollamiento mono&$sico recorrido !or corriente contin"a conectado a trav's de anillos ro
En las m$%"inas de alta velocidad de "no o dos !ares de !olos %"e a ?, +< giran a #*,,, ó 1*?,, r!m/ !or ra
Laboratorio de Conversión de la Energía II @
Laboratorio de Conversión de la Energía II Los alternadores de alta velocidad con ? rotor cilíndrico est$n movidos !or t"rbinas de va!or o de gas ) !or ese motivo se los s"ele denominar t"rboalternadores/ !or otro lado los de ba;a velocidad est$n accionados !or t"rbinas (idr$"licas o motores diesel* En alg"nos alternadores de ba;a velocidad ) !otencia "tili
80IACI8IO DE ACIOA.-IEATO* El !rinci!io de &"ncionamiento de "n generador sincrónico es el sig"iente: si se alimenta el rotor con corriente contin"a ) se lo (ace girar el cam!o magn'tico !rod"cido cortar$ a las es!iras del estator ind"ciendo tensiones alternas* 6i en el estator est$ &ormado !or "n arrollamiento tri&$sico se ind"cir$n tres tensiones a 12, entre sí* Tanto el valor de la tensión ind"cida como s" &rec"encia de!ender$n de la velocidad de giro:
Laboratorio de Conversión de la Energía II & F !nG,H+<
Donde: !: A7mero de !ares de !olos n: Velocidad de rotación en r!m* En el alternador elemental de la 5g"ra # la ecitación !odría estar !rovista !or "n im$n !ermanente !ero en ese caso no se !odría controlar la tensión ind"cida* 8or el contrario si se conecta el arrollamiento estatórico a "na red tri&$sica circ"lar$ "n sistema tri&$sico de corrientes el %"e !rod"cir$ "n cam!o rotante de velocidad sincrónica/ si adem$s !or el rotor circ"la corriente contin"a los !olos A ) 6 de ambos cam!os se atraer$n ) b"scar$n alinearse si la c"!la de carga lo !ermite el rotor girar$ a la misma velocidad sincrónica del cam!o giratorio* Este es el !rinci!io de &"ncionamiento de "n motor sincrónico* Coneión de "n enerador 6incrónico a la 0ed Los generadores son "n caso !artic"lar !or%"e todos ellos tienen "n motor de im!"lso %"e los !"ede llevar a la velocidad sincrónica* La coneión de los generadores se llama !"esta en !aralelo ) antes de (acer la coneión se debe c"m!lir %"e los valores instant$neos de las tensiones de la red ) de la m$%"ina sean ig"ales* Lo anterior se veri5ca controlando c"atro condiciones* Las tensiones de la red ) de la m$%"ina deben: 1* Tener la misma sec"encia* 2* Tener la misma &rec"encia* #* Tener el mismo mód"lo* @* Estar en &ase* La !rimera condición si no se c"m!le se (ace "n cortocirc"ito* 6e veri5ca con sec"encímetros* 6i no se c"m!le se deben !erm"tar dos &ases de la coneión de la m$%"ina con la red* En las instalaciones 5;as como ser "na central el'ctrica "na ve< %"e se (a com!robado la ig"aldad de sec"encia )a no se v"elve a veri5car )a %"e la red no !"ede cambiar s" sec"encia ni la m$%"ina s" sentido de giro* 4 La seg"nda condición se veri5ca con "n &rec"encímetro doble ) se a;"sta con la velocidad del motor de im!"lso* La tercera condición se veri5ca con "n voltímetro doble ) se a;"sta con la corriente de ecitación* La c"arta condición se veri5ca con "n instr"mento es!ecial denominado sin cronosco!io %"e en s" c"adrante "n índice m"estra la di&erencia de &ase %"e (a) entre las tensiones de la red ) de la m$%"ina* 6e a;"sta (aciendo !e%"e3as variaciones en la velocidad de rotación* En las condiciones seg"nda a c"arta se admiten !e%"e3as di&erencia tanto m$s !e%"e3as c"anto m$s grande es la m$%"ina*
Laboratorio de Conversión de la Energía II 8"esta en -arc(a de "n -otor 6incrónico 8ara la coneión de "n motor sincrónico a la red se !"eden seg"ir tres !rocedimientos de arran%"e: 1* Como asincrónico* 2* Con motor a"iliar* #* Con variador de &rec"encia* En todos los casos conviene %"e el motor arran%"e sin carga lo %"e en m"c(os casos se !"ede reali
Laboratorio de Conversión de la Energía II 4
Variación de las 8otencias .ctiva ) 0eactiva En "n generador inde!endiente al variar la c"!la en el e;e varían la velocidad la &rec"encia ) la tensión ind"cida/ ) !or otro lado al variar la corriente de ecitación varía la tensión ind"cida* C"ando la m$%"ina motor o generador est$ conectado a la red la tensión en bornes la &rec"encia ) la velocidad de giro est$n im!"estas !or la red ) la m$%"ina no !odr$ cambiarlas* 8or lo tanto al variar la c"!la en el e;e o la corriente de ecitación el res"ltado es otro* La !otencia mec$nica en el e;e vale: 8m F s MT
Laboratorio de Conversión de la Energía II RESULTADOS DE LA PRUEBA K
-edición de la 0esistencia N(mica: De la .rmad"ra F ,*4 O(m Del Cam!o F 1,*4 O(m Lectura Numero: " # $ % & '
Armadura (V)
Campo (I)
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? 2, #, #, #? ?, , 1,,
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1?, 2,, 2,
1*2 2 ? "era de rango
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Lectura Numero:
Corr!ete Armadura ( Ia)
Corr!ete de Campo (Ic)
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K 1,
1*? 1*K 2 "era de rango
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Frecuec
Frecuec
Laboratorio de Conversión de la Energía II C"rva del .lternador
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Ic v
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4
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1,
11
Laboratorio de Conversión de la Energía II 11 DI.0.-.6 I6ICO6 P ELQCT0ICO6
Laboratorio de Conversión de la Energía II COACL6IOAE6
12
La !r$ctica se reali<ó de manera e5ciente en donde se midieron las resistencias del cam!o ) de la armad"ra en donde !"dimos darnos c"enta %"e la resistencia de la armad"ra es m"c(o menor a la resistencia del cam!o (ec(o %"e se nos (abía comentado teóricamente ) a%"í &"e corroborado* 8ara las mediciones de del volta;e de cam!o ) corriente de armad"ra ig"almente &"e !osible obtener lect"ras %"e se gra5caron con la 5nalidad de obtener la c"rva característica del alternador %"e )a se conocía ) %"e !"do ser com!robada en el laboratorio* Es m") im!ortante %"e antes de entrar al laboratorio a e&ect"ar alg"na !r"eba )a se tenga alg"na idea de lo %"e se b"sca (acer !ara tener la certe
