LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS FIEE - UNAC

I.- INTRODUCCION

Reciben el nombre de maquinas sincronías todos aquellos convertidores electrome-cánicos rotativos capaces de transformar energía eléctrica en mecánica.

Los motores síncronos son usados como servo-controladores en aplicaciones como equipos periféricos de computadoras, robóticos y como controladores de velocidad ajustables en una variedad de aplicaciones como: bombas de carga, grandes abanicos y compresores.

Estos motores son a menudo referidos como motores "DC sin brocha" o motores con-mutados electrónicamente.

II.- OBJETIVOS DEL LABORATORIO

Los objetivos del presente trabajo son:

 Hacer conocer la constitución electromecánica de los GS.

 Familiarizarse con la simbología y conexionado de los GS de nuestro laboratorio

en los ensayos según las normas IEC y NEMA.

 Conexión y puesta en servicio del GS.

 Inversión de giro.

 Determinar sus pérdidas, eficiencia en función de la corriente de campo y

armadura.

 A partir de los ensayos realizados obtener el modelo de la máquina.

 Registro de los valores característicos y curvas características de funcionamiento

bajo carga de los GS.

 Evaluación de las mediciones realizadas y registradas.

 Presentación del protocolo de pruebas según normas IEC, NEMA y IEEE.

III.- PRECAUCIONES

Dado las circunstancias del laboratorio y teniendo en cuenta que los equipos son muy valiosos es que debemos tener muy en cuenta lo siguiente:

1. El alumno verificará el dimensionamiento de la instrumentación a utilizarse, así mismo constatará que sus esquemas estén bien planteados.

2. Para evitar el deterioro y/o avería de los instrumentos y equipos, el alumno no

debe accionarlos por ningún motivo, sin la aprobación previa del profesor. 3. La escala de todos los instrumentos debe ser la máxima.

4. Al operar las cargas, comenzar con una carga mínima y aumentarlo en forma gradual hasta llegar al máximo permisible.

IV.- EQUIPOS Y MAQUINAS ELECTRICAS A UTILIZAR

 Fuente DC

 Frecuencimetro y cables de conexión y accesorios.

 Banco de cargas resistivas, inductivas y capacitivas.

El presente laboratorio debe facilitar comprobar los conocimientos proporcionados en el curso de teoría. Al concluir el presente laboratorio Ud habrá aprendido el modo de funcionamiento, operación y respuesta de las características de operación en estado permanente.

Así mismo se demostrará las prácticas del control de tensión variando la corriente de excitación y la velocidad del motor primo.

V.- ENSAYOS NORMALIZADOS (IEC 34 - 2)

2.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1)

VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS VER GUIA DEL GENERADOR SINCRONO

3.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1) e (IEEE – 43 / 1991)

A A V V SW1 SW2 R S T + _ ESTATOR FASE R FASE S FASE T U1 U2 V1 V2 W2 W1 F1 _F2 Anillos rozantes Juego de escobillas Wm V MOBIL ROTOR Q ( MVAR ) Q ( MVAR ) + -SISTEMA MW SISTEMA SISTEMA SISTEMA MW + -MS G P Q P P P Q Q MS G OPERACION NORMAL DEL GENERADOR SINCRONO OPERACION ANORMAL DEL GENERADOR SINCRONO OPERACION NORMAL

DEL MOTOR SINCRONO “ COMPENSADOR DINAMICO” OPERACION NORMAL DEL MOTOR SINCRONO “ PARA CARGAS PESADAS ” AQUI MODELO ELECTRICO DE UN MOTOR DE ANILLOS ROZANTES CON LA EXISRTENCIA DE LA JAULA DE ARDILLA UBICADA SOBRE EL PAQUETE MAGNETICO ROTORICO

OPERACION DINAMICA EN ESTADO ESTACIONARIO DE LAS MAQUINAS SINCRONAS PUDIENDO SER:

II COMPENSADOR DINAMICO III MOTOR PARA CARGAS PESADAS

VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS

4.- PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6)

Unicamente para controlar las pérdidas en el núcleo y las pérdidas rotacionales. Manteniendo el circuito de campo con una excita mínima.

5.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 )

Para la prueba con carga se tendrá que definir el tipo de motor síncrono a utilizar esto es:

Motor para cargas pesadas.- Potencia activa de ingreso superior a lo escrito en

la placa de datos(pérdidas + potencia útil); mientras que la potencia reactiva depende del nivel de excitación del campo del motor síncrono pudiendo ser entre factor de potencia 1… 05 Inductivo.

Compensador dinámico.- La Potencia activa de ingreso es únicamente la

necesaria para mover a la máquina a sus RPM sincronos (escrito en la placa de datos); mien-tras que la potencia reactiva depende del nivel de excitación del campo del motor síncrono pudiendo ser entre factor de potencia 1….0 capacitivo. EF = P útil / P ingreso

6.- ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 ) VER GUIA DEL GENERADOR SINCRONO

Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. Vs Tiempo. El tiempo mínimo es 04 horas cuando la temperatura comienza a disminuir en 02 grados centígrados durante las dos horas siguientes.

7.- CLASIFICACION DE LOS GENERADORES SINCRONOS

Los motores sincronos presentan las siguientes características: • El factor de potencia es elevado.

• Trabaja a toda carga con f.P. = 1.

ENERGIA ELECTRICA

• La velocidad es constante a toda carga.

• No admite variaciones bruscas de carga ya que pierde la velocidad del sincronismo.

• Deben ponerse en marcha con motores asíncronos.

• No se puede emplear motores síncronos cuando ha de arrancarse en carga.

• Gastos de instalación mas elevados.

Los arranques de los motores síncronos

Para hacer la maniobra de conexión es preciso que se cumplan con exactitud estas tres condiciones:

• Llevar el motor síncrono a la velocidad del sincronismo (con un motor auxiliar). • Conectar el motor a la línea en que la tensión de línea o fuerza contra

electromotriz del motor se encuentren en oposición.

• Cerrar el interruptor de alimentación del motor una vez cumplida las anteriores condiciones.

Cuando un generador tiene que alimentar una red de gran capacidad, ésta le

impone la frecuencia y la tensión. En el mismo instante en el que se acople a la red, su frecuencia y su tensión deben coincidir con las de la red; la tensión debe coincidir no solo en lo que respecta a la magnitud, sino también en la fase. Esta condición debe cumplirse en las tres ramas o fases. Implica la exigencia de que la sucesión de las tensiones en las ramas o fases del arrollamiento de la maquina coincida con las de la red.

CURVAS V DE LOS MOTORES SINCRONOS

-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 50 100 150 200 250 300 350

CORRIENTE DE EXCITACION If ( p.u. )

C O R R IE N TE S D E C A R G A ( p. u. ) I1 I2 I3 I.U.F.P. F.P.UNITARIO F.P.ADELANTO F.P. ATRASO 400 300 200 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 PORCENTAJE DE LA VELOCIDAD SINCRONA ( % )

TORQUE NOMINAL ROTOR DEVANADO CON CONTROL DE RESISTENCIA EXTERNA ALTA RESISTENCIA BAJA RESISTENCIA

ARRANQUE POR MOTOR PRIMO TORQUE EN ( % )

Carcateristicas del torque de arranque ( % ) vs velocidad ( % )

Ventajas

El factor de potencia se puede variar como sea requerido.

ANILLOS ROZANTES T S R CAMPO DC Radj.

SISTEMA DE CONTROL CON FUENTE DC ESTATICA DE ESTADO SOLIDO PARA LOS MOTORES

SINCRONOS TRIFASICOS RED TRIFASICA EXTERNA CARGA MECANICA Supresor de subidas Vac Filtro Rectificador TRANSFORMADOR  - Y ESTATOR DEL MOTOR SINCRONO Supresor de subidas Vac FUENTE DC

ROTOR + SISTEMA DE ARRANQUE( MASA MOBIL ) ESTATOR ( MASA FIJA ) ANILLOS ROZANTES T S R DEVANADO TRIFASICO AMORTIGUADOR CAMPO DC Radj. Banco externo de resistencias

SISTEMA DE ARRANQUE CON DEVANADO AMORTIGUADOR PARA MOTORES SINCRONOS TRIFASICOS

RED TRIFASICA EXTERNA ESCOBILLAS

Puede dar velocidad constante en condiciones de vacío a condiciones de plena carga ó carga parcial.

La Potencia varía linealmente con la tensión. Desventajas

No tiene aplicaciones donde la velocidad sea variable.

Requiere de excitación de corriente continua, proveer en algunos casos de una fuente externa.

No puede arrancar bajo carga ya que su par de arranque es cero. Requiere de anillos colectores y escobillas

Puede salir del sincronismo y parar cuando se sobrecarga.

8.- PARAMETROS NOMINALES DE LOS GENERADORES SINCRONOS

Para poder seleccionar adecuadamente los alternadores es conveniente tener la siguiente información en forma clara, precisa y correcta:

a.- Potencia nominal KVA. b.- Factor de potencia cosφ.

c.- Número de polos. d.- Frecuencia (Hz)

e.- Temperatura ambiente °C. f.- Altitud (msnm) g.- Protección térmica. h.- Tensión de armadura (DC). i.- Tipo de excitación. j.- Grado de protección de la máquina. k.- Tipo de aplicación. l.- Características de la carga.

m.- Rango de ajuste de tensión. n.- Tipos de regulación: V y F ctes.

9.- APLICACIONES INDUSTRIALES

Su aplicación es muy diversa siendo las más importantes:

En Centrales Eléctricas y en las Subestaciones en paralelo a las barras mejorando el factor de potencia.

Industrias que tienen un elevado número de motores de inducción trifásicos para mejorar el factor de potencia.

Al final de algunas líneas de transmisión para controlar la tensión mediante el procedimiento de variar la excitación para optimizar el factor de potencia.

Como elemento de accionamiento de grandes cargas: molinos de cemento, industria minera, molinos textiles, etc.

Operan en forma continua y velocidad constante tal como bombas centrifugas compresores de aire, grupos motor generador, etc.

10.- CUESTIONARIO

1.- Enumere y defina las características de funcionamiento nominales del MS. Tome los datos de placa del motor primo y del M.S. utilizados en sus ensayos. 2.- De los ensayos de vacío graficar tomar datos de las pérdidas rotacionales. Haga una demostración teórica de sus resultados.

3.- Del ensayo con carga graficar las siguientes curvas.

V vs Ia, Pot vs Wm., EF vs Wm, EF vs Pot. , Pot. vs Ia. 4.- Del ensayo con carga graficar Icarga vs Iexcitación.

5.- Como verificaría si el sistema de escobillas está calibrado correctamente haqa un esquema. En caso de no estar bien calibrado, este efecto, como afectaría en el

trabajo normal del GS? Explique detalladamente su respuesta. 6.- Recomendaciones y conclusiones.

PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MOTORES SINCRONOS

DE ANILLOS ROZANTES

TABLA N° 1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

DEVANADO TERMINALES Raisl. ( M ) OBSERVACIONES

ROTOR F1 vs MASA

ESTATOR

U1 - Masa V1 - Masa W1 - Masa

TABLA N° 2.- RESISTENCIA OHMICA POR FASE DEVANADO TERMINALES R fase

Ohmios Reactancia Ohmios Inductancia Henry Tamb. ( C° ) ROTOR F1 - F2 ESTATOR U1 - U2 V1 - V2 W1 - W2

* * Utilizando un puente Wheatstone. Observaciones : * Utilizando una bateria, voltímetro y amperímetro.

TABLA N° 3.- PRUEBA DE CORTO CIRCUITO

MOTOR DC GENERADOR SINCRONO TRIFASICO DE ANILLOS ROZANTES V f ( VOLT ) I f ( AMPER ) I R (AMP ) I F ( AMP ) S ( VA ) P VATIOS Q ( VARS ) COS OBSERVACIONES

TABLA N° 4.- PRUEBA DE VACIO

MOTOR DC GENERADOR SINCRONO TRIFASICO DE ANILLOS ROZANTES V a ( VOLT ) I a ( AMP ) V f ( VOLT ) I f ( AMP ) V RS ( VOLTIOS) ICAMPO ( AMP) VELOC. RPM OBSERBACIONES

TABLA N° 5.- PRUEBA CON CARGA

MOTOR DC _{MOTOR SINCRONO TRIFASICO DE ANILLOS ROZANTES}

VDC VOL. IDC AMP. VRS VOLT. IR AMP. ICAMPO AMP. PTOTAL VATIOS QTOTAL VARS S V - A VELOC RPM COS  EF % MOTOR SINCRONO DE ANILLOS ROZANTES GENERADOR TRIFASICO DE ANILLOS ROZANTES FRENO MAGNETICO

TACO - GENERADOR DC TIPO 731 - 09 G DC

-A1 A2

PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC GMBH N S D T S P E E D T O R Q U E M in u t - 1 6 N - m 8 3 1 0 0 2 4 1 2 3 1 2 1 0 0 0 . 5 3 0 0 0 S T A R T 6 0 0 0 1 5 0 0 R A M P . x 1 0 0 0 0 1 . 2 2 0 M A N . / E X T 3 1 0 N m 7 0 8 0 9 0 1 0 0 M m a x . % 6 0 4 0 5 0 3 0 4 0 2 1 0 5 0 6 0 0 N m i n % B R A K E 1 . 0 7 9 3 1 5 A U T O M R E S E T O F F M A N O U T P U T T E M P - A L A R M E X T E R N T A C H O O U T P U TP E N - L I F T 1 … 1 0 V 1 … 1 0 V 1 … 1 0 V B R A K E + _ U N I D A D D E C O N T R O L T I P O 7 3 1 8 5 D O W N

MONTAJE DE MAQUINAS ELECTRICAS Y EQUIPOS DE MEDICION

GENERADOR - MOTOR TRIFASICO SINCRONO TIPO 732-36

U1 V1 W1 U2 V2 W2 W2 U2 V2 F1 F2 > T

PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC GMBH

U1 V1 W1 F1 F2

E E

PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC

BANCO TRIFASICO DE RESISTENCIAS 731 - 69

BANCO REGULABLE TRIFASICO DE RESISTENCIAS R1 S2 T1 R2 S2 T2 -+ SALIDA LEYBOLT DIDACTIC 380 Vcc. FUENTE REGULADA DE CORRIENTE CONTINUA FIJA + -REGULABLE E E

GENERADOR - MOTOR TRIFASICO SINCRONO TIPO 732-36

U1 V1 W1 U2 V2 W2 W2 U2 V2 F 1 F 2 > T

PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC GMBH

U1 V1 W 1 F1 F2