UNIVERSIDAD DE ANTOFAGASTA

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA

MAQUINAS ELECTRICAS

INFORME FINAL 5

LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS

“MAQUINA SINCRONICA DE POLOS SALIENTES”

Antofagasta, 13 de Diciembre de 2005

INDICE

I.-Introducción

II.-Objetivos

III.-Marco Teórico

IV.-Antecedentes Previos

V.-Desarrollo de la experiencia

VI.-Conclusión

VII.-Materiales

VIII.-Bibliografía I.-INTRODUCCION

Las Máquinas Síncronas están entre los tres tipos más comunes de máquinas eléctricas; se llaman así porque trabajan a velocidad constante y frecuencia constante en condiciones de operación estacionarias. Como la mayoría de las máquinas giratorias, una máquina síncrona es capaz de trabajar como motor o generador.

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II.-OBJETIVOS

Obtener de la maquina sincrónica, las siguientes características: Curva en vacío, curva de corto circuito, factor de potencia cero con carga nominal y regulación de tensión.

Se busca el análisis del comportamiento de la máquina sincrónica funcionando como generador conectado a una barra infinita. También, se ve el funcionamiento de la máquina trabajando como motor, determinándose adicionalmente la reactancia de eje en cuadratura

III.-MARCO TEORICO

Las Máquinas Síncronas están entre los tres tipos más comunes de máquinas eléctricas; las maquinas sincrónicas sn maquinas de corriente alterna que se caracterizan por tener una velocidad dependiente directamente de la frecuencia de la red. Pueden ser monofasicas o trifásicas, especialmente en aplicaciones de potencia; se llaman así porque trabajan a velocidad constante y frecuencia constante en condiciones de operación estacionarias. Como la mayoría de las máquinas giratorias, una máquina síncrona es capaz de trabajar como motor o generador e incluso como reactor o como condensador.

La operación de un generador síncrono o alternador se basa en la ley de Faraday de inducción electromagnética y un generador síncrono trabaja de manera muy semejante a un generador de corriente continua, en el que la generación de Fem. Se logra por medio del movimiento relativo de entre conductores y un flujo magnético. Al colocar una espira dentro de un campo magnético y hacerlo girar, sus lados cortaran las líneas de fuerzas de campo, induciéndose entonces una fuerza electromotriz (fem) que se puede verificar entre los extremos del conductor de forma de espira. Se comprueba que la fem es alterna. Las dos partes básicas de una máquina síncrona son la estructura del campo magnético, que lleva un devanado excitado por corriente continua y la armadura. La armadura tiene con frecuencia un devanado trifásico en el que se genera la Fem. de corriente alterna. Casi todas las máquinas síncronas modernas tienen armaduras estacionarias y estructuras de campo giratorias. El devanado de corriente continua sobre la estructura giratoria del campo se conecta a una fuente externa por medio de anillos deslizantes y escobillas. Algunas estructuras de campo no tienen escobillas, sino que tienen excitación sin escobillas por medio de diodos giratorios. En algunos aspectos, el estator que lleva los devanados de armadura es semejante al estator de un motor de inducción polifásico.

Una barra infinita es una barra de un sistema eléctrico donde la tensión (módulo y ángulo) y la frecuencia se mantienen constantes para cualquier condición de carga del sistema.

Con el fin de lograr una mejor representación de las ideas, conviene considerar como barra infinita, un punto de acceso eléctrico donde hay una máquina sincrónica de dimensiones mucho más grande que la máquina sincrónica conectada a la barra, cuyo comportamiento se desea estudiar.

Una máquina sincrónica conectada a una barra infinita que tiene una frecuencia f, está obligada a girar a la siguiente velocidad:

Llamada velocidad sincrónica, donde P es el número de polos de la máquina.

Si por alguna razón, la máquina sincrónica no tiene exactamente la velocidad que le impone la barra infinita, se establecerán torques de origen eléctrico que tratarán de hacer que la máquina recupere y mantenga su velocidad sincrónica, lo que quiere decir, se mantenga en sincronismo.

Si sucede que la velocidad ha cambiado tanto, como para que no se posible recuperar la velocidad de sincronismo, entonces la máquina entra en la zona de inestabilidad o se sale del sincronismo.

La sincronización de una máquina de este tipo tiene lugar, cuando se conecta la máquina a la red. En realidad cuando se interconecta una máquina sincrónica con la red, lo que se está haciendo, es conectarse con otras máquinas sincrónicas que ya están funcionando.

IV.-ANTECEDENTES PREVIOS

Indique las condiciones que se debe cumplir, para conectar la máquina sincrónica, funcionando como generador, a la red.

Se deben cumplir las siguientes condiciones en la maquina sincrónica:

-la secuencia debe ser igual a la de la red.

-la magnitud de voltaje debe ser igual a la de la red.

-el desfase debe ser igual a la de la red.

-la frecuencia debe ser igual a la de la red.

Realice una breve introducción de la máquina funcionando como generador y motor.

Explique que son los devanados amortiguadores en la máquina sincrónica.

Un motor síncrono carece de un par de arranque; para conseguir ponerlo en marcha por si mismo, se le añade un devanado en jaula de ardilla, denominado devanado amortiguador, ubicado en las expansiones polares del rotor.

Diga que es el ángulo de torque ¿Cómo se mide?

El ángulo de torque representa ángulos eléctricos de atraso o adelanto del campo del rotor con respecto al campo resultante en el entrehierro, las variaciones en el par requeridas por distintas cargas se manifiestan por la variación del ángulo de torque.

Al añadir carga al eje, el rotor debe retrasare respecto al campo giratorio del estator hasta tanto el Angulo de torque adquiera el valor necesario para crear el nuevo par requerido.

Explique como se determinan las curvas en V de la máquina sincrónica.

Ajustando la excitación de un motor síncrono puede regularse el factor de potencia a que trabaja, y por consiguiente la intensidad en el estator.

Se puede trazar curvas que relaciones la intensidad en el estator con la del rotor manteniéndose constantes la tensión en los bornes y la carga en el eje.

Indique como se realizan las pruebas de Deslizamiento y máxima corriente en atraso.

PRUEBA DE DESLIZAMIENTO:

Se hace rotar la maquina mecánicamente a una velocidad ligeramente diferente de la velocidad sincronía, con su campo abierto y con voltajes polifásicos equilibrados aplicados a sus fases. En estas condiciones la onda de fmm de armadura se desliza lentamente con respecto a los polos.

METODO DE LA MAXIMA CORRIENTE EN ATRASO:

Se hace funcionar la maquina como motor síncrono sin carga. Se le aplica una tensión de no mas de un 75% de la normal, con la excitación de campo aproximadamente igual a la de vacío. Luego la excitación se reduce a cero y se cambia de polaridad. Seguidamente se aumenta gradualmente la polaridad invertida esto ocasiona un aumento de la corriente de armadura.

Se aumente la excitación por pequeños pasos hasta que ocurre la inestabilidad, en ese instante se toma nota de la corriente de armadura.

Explique el funcionamiento del motor sincrónico.

Esta fundamentado en la reversibilidad de un alternador. El campo interior de una aguja se orienta de acuerdo a la polaridad que adopta en cada momento el campo giratorio en que se haya inmersa y siempre el polo S de la aguja se enfrenta al polo N cambiable de posición del campo giratorio, la aguja sigue cambiando con la misma velocidad con que lo hace el campo giratorio. Se produce un perfecto sincronismo entre la velocidad de giro del campo y la de la aguja.

Si tomamos un estator de doce ranuras y lo alimentamos con corriente trifásica, se creará un campo giratorio. Si al mismo tiempo a las bobinas del rotor le aplicamos una C.C, girará hasta llegar a sincronizarse con la velocidad del campo giratorio, de tal manera que se enfrentan simultáneamente polos de signos diferentes, este motor no puede girar a velocidades superiores a las de sincronismo, de tal forma que será un motor de velocidad constante. La velocidad del campo y la del rotor, dependerán del número de pares de polos magnéticos que tenga la corriente. Un motor de doce ranuras producirá un solo par de polos y a una frecuencia de 60 Hz, girará a 3600 R.P.M.

Como se verá el principal inconveniente que presenta los motores sincrónicos, es que necesitan una C.C. para la excitación de las bobinas del rotor, pero en grandes instalaciones (Siderúrgicas), el avance de corriente que produce el motor sincrónico compensa parcialmente el retraso que determinan los motores asincrónicos, mejorando con ello el factor de potencia general de la instalación, es decir, el motor produce sobre la red el mismo efecto que un banco de condensadores, el mismo aprovechamiento de esta propiedad, es la mayor ventaja del motor sincrónico.

V.-DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA

Sincronizar la máquina sincrónica funcionando como generador con la red.

Se sincronizo a maquina con ayuda de un tablero de luces conectados en DARK, es decir, que la maquina quedara sincronizada hasta que las luces estén completamente apagadas, y en ese punto, se acciona el interruptor trifásico para dejar conectado el generador a la red eléctrica. Como muestra el siguiente circuito:

Accionando sobre la máquina motriz, hacer que se entregue potencia activa a la red.

KW	KVA	KVAR	FP	DFP	Hz
0.34	0.37	0.16	0.88	0.90	50.1
0.23	0.25	0.11	0.85	0.90	50.1
0.12	0.13	0.05	0.78	0.89	50.1
0.00	0.02	0.02	0.1	0.30	50.1
-0.09	0.09	0.01	-0.78	-1	50.1
-0.10	0.10	0.01	-0.79	-1	50.1
-0.02	0.02	0.01	-0.24	-0.85	50.1

Accionando sobre la excitación del generador sincrónico, lograr que se absorba y entregue potencia reactiva a la red.

Por medio del instrumento de medida Fluye 43, se pudo tener los siguientes datos. La información deberá ser multiplicada por tres (*3), ya que los datos fueron tomados solo de una Fase o línea para su respectivo calculo:

KW	KVA	KVAR	FP	DFP	Hz
0.03	0.14	0.14	0.16	0.24	50.1
0.02	0.10	0.10	0.19	0.30	50.1
0.02	0.05	0.05	0.22	0.34	50.1
0.02	0.02	0.00	0.28	1.00	50.1
0.01	0.05	-0.06	0.10	0.16	50.1
0.01	0.10	-0.10	0.07	0.07	50.1
0.00	0.26	-0.27	-0.04	-0.03	50.1

Donde: KW: Potencia

KVA: Potencia Aparente

KVAR: Potencia Reactiva

FP: Factor de Potencia

DFP: Desplazamiento del Factor de Potencia

Hz: Frecuencia de la Línea

Actuando la máquina sincrónica como motor determinar las curvas en V.

El cuadro con los datos obtenidos de la maquina sincrónica operando como motor es el siguiente. Y a partir de estos datos se graficaran las curvas en V. el punto mínimo para la grafica se ubica en (0.89, 0.65) [If,Ia]

If	Ia
0.25	3.00
0.36	2.48
0.47	2.01
0.60	1.49
0.71	1.01
0.89	0.65
1.05	1.03
1.18	1.50
1.29	2.03
1.40	2.51
1.53	3.02

Realice las pruebas necesarias para obtener Xd y Xq.

Para obtener Xd y Xq, se coloca la maquina con el motor sin alimentación y al generador variar con el reóstato su corriente de armadura hasta que este falle; es decir, hasta que llegue hasta su punto mínimo de funcionamiento y comience a oscilar físicamente. El generador en este momento esta funcionando como motor

Para un voltaje nominal de 100 [V], se miden la corriente y el voltaje que entrega el generador hasta su inminente falla, obteniéndose los siguientes datos:

	Voltaje [V]	Corriente [A]
Punto de partida	107	3.30
Falla del generador	104	4.51

Luego variado el voltaje el motor en forma ascendente se obtienen los datos para la corriente y voltaje de salida del generador en sus valores mínimos y máximos

Voltaje [V]	Corriente [A]		Voltaje [V]
		Mínimo	Máximo	Mínima	Máximo
100	3.3	4.51	104	107
120	3.28	5.71	119.4	119.7
140	3.28	6.81	139.5	139.8

Con los valores medidos en los puntos 2 y 3 del desarrollo experimental, calcule el rendimiento de la máquina sincrónica.

Dibuje las curvas en V correspondientes a los valores medidos.

Determine Xq por el método de la máxima corriente en atraso.

Haga un breve comentario y concluya sobre todo lo observado en este desarrollo experimental.

Para el desarrollo de esta experiencia se acopla al generador sincrónico de cuatro polos (con su campo autoexcitado) un motor de corriente continua conectado en derivación, la característica principal de este motor es que es capaz de mantener la velocidad constante.

Además se puede apreciar que la característica en corto circuito es una proporcionalidad, es decir una línea recta

VI.-CONCLUSION

Se pudo observar el funcionamiento de una maquina sincrónica de polos salientes tanto como generador, absorbiendo y entregando potencia reactiva a la red, así como motor, entregando potencia activa a la red.

También se pudieron obtener los valores de las corrientes de campo y armadura de la maquina trabajando como motor, para así determinar la grafica de las curvas en v.

Asimismo se realizaron las pruebas de máxima corriente en atraso y la de deslizamiento, las cuales nos permiten encontrar el valor de Xq.

Además se puede apreciar que la característica en corto circuito es una proporcionalidad, es decir una línea recta

VII.-MATERIALES

• 1 Alternador sincrónico

• Banco de resistencias

• Reóstato de campo

• Multimetro Digital FLUKE43

• 2 Multitester Digital LG

• 2 Amperímetros de Tenazas

• Amperímetro de campo

• Juego de Luces Trifásicas

• Interruptor Trifásico

• Chicotes.

• Manual Electrolab

VIII.-BIBLIOGRAFIA

Liwschitz-Garik “MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA”, compañía editorial continental S.A 1974.

Apuntes de cátedra, Profesor Víctor Fuentes.

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