Maquinas eléctricas y transformadores transformadores
Unidad 17 Preguntas y problemas 17-1 Compare la construcción construcción de un generador generador síncrono, síncrono, un motor síncrono síncrono y un motor de inducción de jaula de ardilla
17-2 Explique como se arranca un motor síncrono. ¿Cuando e debe aplicar la excitación de CD? Cuando se le conecta a la línea trifásica, el motor acelera hasta alcanzar una velocidad un poco mas baja al sincronismo, cuando el motor esta cerca de la velocidad de sincronismo el rotor es excitado con corriente CD. Esto produce polos N y S alternos alrededor de la circunferencia del rotor, en ese instante los polos quedan frente a polos de polaridad opuesta en el estator, se crea una fuerte atracción manganitica entre ellos y de esta forma se llega al sincronismo. 17-3 ¿P 17-3 ¿Por or qué la ve veloc locida idad d de un mo moto torr sín síncro crono no per perma manec nece e co const nstant ante e incluso con carga variable? Por que la atracción magnética mantiene el rotor ligado al campo rotatorio y el motor desarrolla un par o momento de torsión cada vez mas poderoso conforme se incrementa el ángulo. 17-4 Nombre algunas de las ventajas de un motor síncrono comparado con un motor de inducción de jaula j aula de ardilla. El moto motorr síncr síncrono ono son son atrac atractiv tivos os para para usarlo usarlos s como como impuls impulsor ores es de baja baja velocidad porque el factor de potencia siempre se puede ajustar a 1.0 , la eficie eficienci ncia a es alta, alta, su precio precio y su costo costo es menor menor siempr siempre e y cuando cuando se necesite una velocidad menor de 600 r/min 17-5 ¿Qué es un capacitor síncrono u para que se utiliza? Es un motor síncrono que funciona sin carga. Se utiliza para absorber o suministrar potencia reactiva a la línea. 17-6 A. ¿Qué es un motor sobrexcitado?
B. si se sobreexcitamos un motor síncrono, ¿se incrementa su salida de potencia mecánica? 17-7 Un motor síncrono absorbe 2000 kVA con un factor de potencia de 90% adelantado, Calcule la potencia aproximada desarrollada por el motor (hp) sabiendo que su eficiencia es de 95%.
Maquinas eléctricas y transformadores P= (0.9)(2000kVA)=1800kW (1800kW)(1.34)=2412hp Como la eficiencia es de un 95% entonces, 2412x0.95= 2300hp 17-8 Un motor síncrono que impulsa una bomba opera con un factor de potencia de 100% ¿Qué pasa si se incrementa la excitación de cd? La potencia aparente crecerá. La corriente crecerá y el motor produce reactivos en la línea. 17-9 Un motor síncrono trifásico de 225 r/min conectado a una línea de 4kV y 60hz absorbe una corriente de 320 A y 2000kW Calcule: A. La potencia aparente suministrada por el motor P=(4kV)(320A)(
)=2217kVA
B. El factor de potencia. Cos Ѳ=
=90.2%
C. La potencia reactiva absorbida. Q=
=956 kvar D. El numero de polos en el rotor.
17-10 Un motor síncrono absorbe 150 A de una línea trifásica. Si la corriente de excitación se eleva, la corriente se reduce a 140 A. ¿El motor fue sobre o subexcitado antes de que cambiara la excitación? El motor fue sobre excitado 17-11 A. Calcule la corriente aproximada a plena carga del motor de 3000hp de la figura 17.1 si su eficiencia es de 97%
cosѲ=100% B. ¿Cual es el valor de la resistencia de campo?
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17.12 De acuerdo con la figura 17.2 ¿A que velocidad debe girar el rotor para generar las frecuencias indicadas?
17.13 Un motor síncrono trifásico de 800hp, 2.4kV y 60Hz opera con un factor de potencia unitario. El voltaje de línea disminuye repentinamente a 1.8kV, pero la corriente de excitación no cambia. Explique como se ven afectadas las cantidades siguientes: a. La velocidad del motor y la salida de potencia mecánica. La velocidad es constante, por lo tanto la carga no sabe que el voltaje cayo. La potencia sigue igual a. El ángulo par El voltaje cae, por consecuencia el sen
incrementa
b. La posición de los polos del rotor. Los polos se mueven un poco por debajo de su posición por que α incrementa. c. El factor de potencia. El factor de potencia se vuelve menor que la unidad por que el motor esta sobre excitado. d. La corriente del estator. Incrementa 17.14 Un motor síncrono tiene los siguientes parámetros, por fase (fig. 17.7a): E=2.4kV; Eo=3 kV Xs= 2 Ω I= 900ª Trace el diagrama fasorial determinante:
Maquinas eléctricas y transformadores a. El ángulo del par λ b. La potencia activa, por fase.
c.
d. El factor de potencia del motor. El motor no produce reactivos a la línea
17-15 a. En el problema 17-14, calcule la corriente de línea y el nuevo ángulo par δ si la carga mecánica se elimina de repente. Ex=3000-2400=600v ; i=600/2=300A b. Calcule la nueva potencia reactiva absorbida ( o suministrada) por el motor, por fase. Q=Ei=2400x300=720kvar 17-16 Un motor síncrono de 500hp impulsa un compresor y su excitación se ajusta de modo que el factor de potencia sea unitario. Se incremente la excitación sin hacer otro cambio, ¿cual es el efecto en: a. La potencia activa absorbida por el motor Se mantiene igual b. La corriente de línea? Incrementa c. La potencia reactiva absorbida ( o suministrada) por el motor? Se mantiene d. El ángulo del par? Disminuye 17-17 El motor de 4000hp y 6.9kV mostrado en la figura 17.4 posee una reactancia síncrona de 10Ω por fase. El estator esta conectado en Y, y el motor opera a plena carga ( 4000hp) con un factor de potencia adelantando de 0.89. si la eficiencia es de 97%, calcule lo siguiente: a. La potencia aparente.
Maquinas eléctricas y transformadores P0=4000hp/1.34=2985kW Pa=2985kW/(0.97)(0.89)=3457kVA b. La corriente de línea. I=3457k/(6.9k)(
)=289 A
c. El valor de Eo por fase. d. El desplazamiento mecánico de los polos con respecto a su posición sin carga. e. La potencia reactiva total suministrada al sistema eléctrico. S=289*6900 Q=
=3454kVA ; Pi=3077kW =1569Kvar
f. La potencia máxima aproximada que el motor puede desarrollar, sin desincronizarse ( hp)
Pmax=
=7038kW
Asumiendo eficiencia de una 97% Po=7038*0.97*1.34=9150hp 17-20 El capacitor síncrono de la figura 17.24 posee una reactancia síncrona de 0.6Ω por fase. La resistencia por fase de 0.007Ω. Si la maquina funciona por inercia hasta detenerse, lo hará durante aproximadamente 3h. Para acortar el tiempo de detención, el estator se conecta a tres grandes resistores de frenado de 0.6Ω conectados en Y. La excitación de CD se mantiene a 250 A para que el voltaje inicial a través de los resistores sea un decimo de su valor nominal, o de 1600v, a 900v r/min. Calcule a. La potencia de frenado total y el par o momento de torsión de frenado a 900r/min P=3I²R=3x1540²x0.6=4269kW T=(9.55)P/N=9.55*4269/900=45.2kN∙m b. La potencia de frenado y el momento de torsión de frenado a 450r/min P=3I²R=3x973²x0.6=1704kW
Maquinas eléctricas y transformadores T=(9.55)P/N=9.55*1704/450=36.2kN∙m c. El momento de torsión de frenado promedio entre 900 y 450r/min. T=45.3+36.2/2=40.7kN∙m
