MOTOR
MOTOR
S
S´
´
INCR
INCR ONO
ONO
TRIF
TRIF
A
A
´
´
SICO
SICO
Y YSINCRONIZA
SINCRONIZA
CI
CIO
O
´
´
N
N
DEL
DEL
GENERADOR
GENERADOR
A.A. MOTOR MOTOR SS´´INCR INCR ONOONO TRIFTRIF A A ´´SICOSICO
I.
I. ObjetivoObjetivo Despu
Despu´´eses dede completarcompletar eesteste ejercicio,ejercicio, ustedusted estarestaraa´´
en
en capacidadcapacidad dede demostrardemostrar cc´´omoomo hacerhacer arran- arran-car
car unun motormotor sincsincrr´´nico,oonico, aass´´ıı ccomoomo algunasalgunas car- car-acte
acterr´´ısticasısticas deldel mismo,mismo, empleandoempleando elel mm´´oduloodulo Mo-
Mo-tor/Alternador. tor/Alternador.
Presen
Presentacitaci´´onon Las
Las caractecaracterr´´ısticasısticas mm´´asas ininteresantesteresantes deldel motormotor
ss´´ıncronoıncrono tritrif f aa´´sicosico sonson susu capacidadcapacidad parapara funcionarfuncionar
aa lala mismamisma v v eloelocidadcidad que elque el campcampoo magnmagn´´eticoetico gi-
gi-ratorio, operar con el factor de potencia unitario y ratorio, operar con el factor de potencia unitario y suministrar potencia reactiva a una fuente CA, un suministrar potencia reactiva a una fuente CA, un motor
motor asincrasincr´´onicoonico siempresiempre consumeconsume potenciapotencia reac-
reac-tiva, tanto si funciona como motor o como tiva, tanto si funciona como motor o como gener-ador.
ador. EsoEsosesedebdebeeaa queque elelmotormotordedeinduccinduccioio´´nn jaula jaula de ardilla requiere potencia reactiva para producir de ardilla requiere potencia reactiva para producir
el
el campcampoo magnmagn´´eticoetico giratoriogiratorio enen elel casocaso ddeell motormotor
ss´´ıncronoıncrono tritrif f aa´´sico,sico, dicdichoho campcampoo eses lala sumasuma dede loslos
camp
camposos mmagnagn´´eeticosticos producidosproducidos pporor elel estatorestator y y elel
rotor.
rotor. SiSi elel campcampoo deldel rotorrotor eses dd´´ebil,ebil, elel estatorestator de-
de- b
berer´´aa concontribuirtribuir concon casicasi totodada lala potenciapotencia reactivareactiva para
para elel campcampoo magnmagn´´eticoetico giratorio.giratorio. DeDe estaesta man-
man-era, el motor consume potencia reactiva como un era, el motor consume potencia reactiva como un inductor
inductoroo ununmotormotor asincrasincr´´onico.onico. SinSinemem bargo, bargo, sisi elel
camp
campoo deldel rotorrotor eses fuerte,fuerte, elel estatorestator actuactu´a´a dismin-
dismin-uyendo el campo resultante y
uyendo el campo resultante y as´ı,as´ı,el motor sumin-el motor sumin-istra potencia reactiva igual que un
istra potencia reactiva igual que un condensador.condensador. En
En lala figura18figura18sese muemuestrastra elel grgr´´aficoafico potenciapotencia re-
re-activ
activ aa QQ enen funcfuncioio´´nn dede lala corriencorrientete dede campcampoo I I ff
(corrien
(corrientete enen elel electroielectroimmaa´´nn deldel rotor)rotor) dede uunn mo-
mo-tor
torsincsincrroo´´niconico tri trif f aa´´sicosico funcionandofuncionando eenn v v aacc´´ıo.ıo. MiMieen
n--tras la corriente de campo
tras la corriente de campoI I ffeses m´ınima,m´ınima, el campoel campo
magn
magn´´eticoetico proproducidoducido pporor eell rotorrotor eses dd´´ebilebil y y elel mo-
mo-tor
tor consumeconsume unun mm´´aximoaximo dedepotenciapotencia rreeactiv activ aa (Q(Q eses
positiva). Cuando la corriente
positiva). Cuando la corrienteI I ffaumenta a causaaumenta a causa del
del incremenincrementoto dede lala fuerzafuerza deldel campcampoo magnmagn´´eticoetico producido por el rotor, el consumo de la potencia producido por el rotor, el consumo de la potencia reactiva cae a cero,
reactiva cae a cero, en el momento que la corrienteen el momento que la corriente
I
I ffexcede cierto valor que depende de las carac-excede cierto valor que depende de las
carac-te
terr´´ısticasısticas deldel motor,motor, elel campcampoo magnmagn´´eticoetico deldel rotorrotor es tan fuerte que el motor comienza a suministrar es tan fuerte que el motor comienza a suministrar la potencia resistiva, es decir,
la potencia resistiva, es decir, Q se vuelve negativa,Q se vuelve negativa, como se muestra en la figura18
como se muestra en la figura18.. En la figura18En la figura18
m
muestrauestra queque unun generadorgenerador sincsincrr´´ooniconico tritrif f aa´´sicosico sinsin
carga acoplada, se comporta igual que una carga carga acoplada, se comporta igual que una carga reactiva
reactiva tritrif f aa´´sica,sica, cuyacuya naturalezanaturaleza (inductiva(inductiva oo ca- ca-pacitiva) y valor dependen de la corriente
pacitiva) y valor dependen de la corriente If. PorIf. Por lo tanto, cuando estos motores funcionan en vacío lo tanto, cuando estos motores funcionan en vacío y se utilizan para regular el factor de potencia y se utilizan para regular el factor de potencia dede
las
las redesredes elel´´ectricasectricas tritrif f aa´´sicas,sicas, sese conocenconocen comocomo con- con-densadores
densadores sincsincrroo´´nicos.nicos.
El
El grgr´´aafificcoo corriencorrientete dede ll´´ıneaınea enen funcfuncioio´´nn dede lala corri- corri-en
entete dede campcampoo I I f f parapara unun motormotor ss´´ıncronoıncrono tritrif f aa´´sico,sico,
es una curva tipo
es una curva tipo V V , semejante a la que ilustra la, semejante a la que ilustra la figur
figuraa19.19. DicDichoho grgr´´aficoafico mmuestrauestra queque sese puedepuedehacerhacer m´ınima
m´ınima la corriente de la corriente de l´ıneal´ınea del motor, ajustando la del motor, ajustando la corriente de campo
corriente de campo I I ff con un valor apropiado. Lacon un valor apropiado. La
corriente de campo necesaria para hacer
corriente de campo necesaria para hacer m´ınimam´ınima la corriente de
la corriente de l´ıneal´ınea es la misma que aquella re-es la misma que aquella re-querida para reducir la potencia reactiva a cero. querida para reducir la potencia reactiva a cero. Por lo tanto, la potencia reactiva del motor es cero Por lo tanto, la potencia reactiva del motor es cero cuando la corriente de
cuando la corriente de l´ıneal´ıneaesesm´ınima.m´ınima. Como
Como y y aa sese mencionomenciono´´ ananteriormenteriormente,te, elel mama y y oror in- in-con
con v v eeniennientete dede loslos motoresmotores sincsincrr´´oonicosnicos tritrif f aa´´sicossicos eses que
que nono arrancanarrancan f f ´´acilmenacilmente.te.
Resumen del proceso Resumen del proceso
En la primera parte del ejercicio, usted mon-En la primera parte del ejercicio, usted mon- tatarraa´´
el
el equipoequipo enen elel puestopuesto dede traba jo, traba jo, lolo conec-conec-tatarraa´´
como
como lolo mmuestrauestra lala figurafigura2020 y realizar y realizaraa´´ loslosaa justes justes apropiados
apropiados enen elel mm´´oduloodulo MotorMotor dede im-
im-puls
pulsioio´´n/Dinamn/Dinam´´ometro.ometro. En
En lala segundasegunda parte,parte, v v erer´´aa cc´´omoomo hacerhacer arrancararrancar unun
motor
motor sincsincrroo´´niconico tritrif f aa´´sicosico concon rotorrotor aa electroielectroimmaa´´n.n. Adem´
Adem´as,as, v v ariarariar´´aa lala corriencorrientete dede campcampoo pporor eta- eta-pas para ver si eso afecta la velocidad del pas para ver si eso afecta la velocidad del mo-tor y la corriente de
tor y la corriente de l´ınea.l´ınea. En la tercera parte,En la tercera parte, usted
usted v v ariarariar´´aa lala corriencorrientete dedecampcampoo pporor etapas.etapas. EnEn cada
cada una,una, registrarregistraraa´´ enen lala tabla tabla dede ddaattosos diferendiferentestes par
paraa´´metrosmetros elel´´ectricosectricos relacionados conrelacionados con elel motormotor
ss´´ıncronoıncrono tritrif f aa´´sico.sico. FinalmenFinalmente,te, utilizautilizarraa´´ esosesos datosdatos para
para traz trazarar v v ariosarios grgr´´aficosaficos y y determinardeterminar mmuchasuchas dede
las
las caracter´ısticascaracter´ısticas de dicho motor.de dicho motor. II.
II. PreinformePreinforme
1.
1. Haga Haga la la respectiva respectiva lectura lectura del del resumen resumen y y con-
con-clusiones anteriores, con el fin de obtener un clusiones anteriores, con el fin de obtener un buen
buen desarrollodesarrollo dede lala p prara´´ctica.ctica.
2.
2. DescribaDescriba elel funcionamienfuncionamientoto dede unauna mm´´aquinaaquina s´ıncrona
s´ıncrona (caso generador (caso generador y y motor).motor).
3.
3. ¿P¿Poror qquu´´ee sese conoceconoce ccomoomo mm´´aquinaaquina ss´´ıncrona?ıncrona?
4.
4. Explicar las condiciones que deben tenerseExplicar las condiciones que deben tenerse en cuenta cuando se conecta un generador en cuenta cuando se conecta un generador s´ıncrono
s´ıncrono a la red.a la red.
5.
5. ExpliqueExplique llosos mm´´etoetodosdos utilizadosutilizados parapara sin-
sin-cronizar un generador a
cronizar un generador a la la red.red.
6.
6. ¿C¿C´´omoomo sese puedepuede evitarevitar queque unun generadorgenerador
s´ıncrono
s´ıncrono absorbaabsorba energ´ıaenerg´ıa de la red?de la red?
7.
8. ¿C´omo puedeayudar unmotor s´ıncrono a
cor-regir el factor de potencia?
9. ¿Por qu´e un motor s´ıncrono no tiene par de
arranque? Explique.
10. Describados m´etodosutilizados para poner en
marcha un motor s´ıncrono.
11. Explique qu´e influencia tiene la v ariaci´on de
la potencia entregada a un generador s´ıncrono conectado a la red cuando se mantiene con-stante el campo.
12. ¿Qu´e influencia tiene la v ariaci´on de la p
o-tencia mec´anica entregada a un generador
s´ıncrono aislado cuando se mantiene constante el campo? Explique.
13. ¿Qu´e influencia tiene la v ariaci´on de la ex-citacio´n sobre un generador s´ıncrono c
onec-tado a la red cuando se mantiene constante el torque de entrada? Explique.
III. Lista de materiales Materiales del laboratorio
• Motor impulsio´n y Generador s´ıncrono
Lab-Volt .
Materiales del almac´en
• Mult´ımetro. • Cable USB. • Correa. • 30Cables de conexio´n. • Destornillador. • Resistencia de 330 Ω. IV. Procedimiento
1. Dentro del puesto de trabajo EMS, instale los
siguientes m´odulos: la fuentede alimentacio´n,
el motor de impulsio´n/Dinam´ometro, el
Mo-tor/Alternador sincro´nico, la carga resistiv a y la interfaz para la adquisici´on de datos (D AI). Acople mec´anicamente el motor de impulsio´n/Dinam´ometro al motor/Alternador
sincro´nico.
2. En lafuente de alimentacio´n asegu´rese de que el interruptor principal est´e en la posici´on
0 (apagado) y que la perilla de control de tensio´n se encuentre girada completamente
ha-cia la izquierda. Asegu´rese de que la fuente
de alimentaci´on est´e conectada a una fuente trif a´sica.
3. Conecte las entradas ALIMENT A CIO´ N BAJA POTENCIA de los m´odulos D AI Y
Motor de impulsio´n/Dinam´ometro a la salida
24 V CA de la fuente de alimentacio´n. En la
fuente de alimentaci´on, coloque el interruptor
24 V CA en la posici´on I (encendido).
4. Ejecute LVDAM para visualizar la venta Aparatos de Medicio´n.
5. Conecte los equipos como lo muestra la figura
20. Realice la conexio´n en paralelo de las tres secciones del m´odulo carga resistiv a para obtener la resistencia R1.
6. Ajuste los controles del m´odulo Motor de
im-pulsio´n/Dinam´ometro de la siguiente forma:
Selector Modo....DIN, Selector Modo Con-trol de Carga....MAN, Perilla ConCon-trol de Carga....M A ´ X (derecha), Selector Visual-izador....VELOCIDAD (η)
ARRANQUE DE UN MOTOR S´INCR ONO TRIF A ´SICO
7. En el Motor/Alternador sincr´onico, coloque el interruptor EXCIT A CIO´ N en la posici´on I
(cerrado) y gire la perillaEXCIT A CIO´ N
com-pletamente hacia la derecha.
Encienda la fuente de alimentacio´n y a juste la perilla de control de tensio´n para que las ten-siones de l´ınea, indicado por el medidor E1 y el
nominal del motor sincro´nico resulten iguales. En el espacio en blanco de m´as aba jo,
an-ote el par de arranque (τ arranque) del motor
sincro´nico.
τ ar r anque=...N.m (lbf-plg) (electroima´n del
rotor conectado)
8. En el Motor/Alternador sincr´onico, coloque el interruptor EXCIT A CIO´ N en la posici´on
0 (abierto). En el espacio en blanco de m´as abajo, escriba el par de arranque τ arranquedel
motor sincro´nico.
τ ar r anque=...N.m (lbf-plg) (electroima´n del
rotor desconectado)
Compare los pares de arranque obtenidos para
el electroima´n del rotor desconectado y
conec-tado. A partir de los resultados obtenidos hasta aqu´ı, ¿Concluir´ıa usted que es
conve-niente desconectar el electroima´n del rotor antes de hacer arrancar el motor sincro´nico? Explique brevemente.
9. En el motor de impulsio´n/Dinam´ometro gire
lentamente la perilla de CONTROL DE CARGA hasta la posici´on M´IN (completa-mente hacia la izquierda). Luego espere hasta
que la v elocidad del motor sincro´nico se esta- bilice y anote la velocidadη en el espacio en
blanco de m´as aba jo.
η=...r/min
En el motor /Alternador sincro´nico, gire la perilla EXCIT A CIO´ N hasta la mitad de su
alcance y luego coloque el interruptor EX-CIT A CIO´ N enla posici´on I(cerrada). ¿Cam- bia la velocidadη del motor?
En el espacio en blanco de m´as aba jo, anote la velocidadηdel motor.
η=...r/min
¿Encuentra usted que ahora la velocidad η
es igual a la velocidad nominal del Mo-tor/Alternador sincro´nico (v elocidad de
sin-cronismoηs)?
10. En el Motor/Alternador sincro´nico, v ar´ıe
lentamenteela juste dela perillaEXIT A CIO´ N
entre las posicionesM´IN y M A ´ X, para cambiar la corriente de campoI f. Mientras realiza lo
anterior, observe la velocidadη y la corriente
de l´ınea I Linea del motor, que aparece en el
medidor I1.
¿Encuentra usted que variando la corriente de campo If, cambia la velocidadηdel motor?
¿Encuentra usted que la corriente de l´ ınea
I Linea del motor var´ıa cuando se cambia la
corriente de campoI f?
En el Motor/Alternador, coloque la perilla EXIT A CIO´ Nenla posici´onM´IN.
CARA CTER ´ISTICAS DE UN MOTOR SINCR O´NICO TRIF A ´SICO
11. Cambie el valor del resistorR1 y ajuste la
per-illa de EXCIT A CIO´ N del Motor/Alternador
sincro´nicoparaquelacorriente decampo dela tabla4pase del v alor m´ınimo al m´aximo. Re-alice la operacio´n anterioren 10 etapas igual-mente espaciadas. Tenga en cuenta que para llevar la corriente de campo al v alor m´aximo indicado en la tabla4, puede resultar nece-sario cortocircuitar el resistorR1. Para cada
ajuste de dicha corriente, registre en la tabla
de datos la tensio´n de l´ınea (E Linea) la
corri-ente de l´ınea(I Linea), la corriente de campo
(I f), la potencia activa (P) y la potencia
re-activa (Q) del motor (indicadas por los me-didores E1, I1, I3, C, y A respectivamente). Para obtener una mejor curvaI Linea VsI f,
conecteun reo´stato de 330 Ωen serie con R1.
12. Despu´es de registrar todos los datos, gire la perilla de control de tensio´n completamente hacia la izquierda y apague la fuente de
ali-mentacio´n.
En la ventana tabla de datos, confirme que to-dos los datos fueron almacenato-dos y edite la tabla para guardar s´olo los v alores de l´ınea
E linea, la corriente de l´ınea I Linea, la
corri-ente de campo I f , la potencia activa P y la
potencia reactiva Q del motor (valores se las columnas E1, I1, I3, C y A, respectivamente).
13. Realice la gr´afica de corriente de l´ınea I Linea delmotor (obtenida del medidorI1)enfuncio´n
de su corriente de campoI f(obtenida del
me-didor I3)
Del gr´afico anterior determine la corriente de
campo I f que hace m´ınima la corriente de la
l´ıneaI Lineadel motor. En el espacio en blando
de m´as aba jo, anote el v alor resultante.
I f =...A (para la m´ınima corriente de l´ınea
del rotor)
14. Realice un gr´afico de las potencias activ a (P) y reactiva (Q)del motor,en funcio´n de su
cor-riente de campoI f(obtenida del medidor I3).
¿Encuentra usted que variando la corriente de campoI f, cambia sensiblemente la
poten-cia activ a que consume el motor sincro´nico? Cuando la corriente de campo I f aumenta,
¿C´omo v ar´ıa la potencia reactiva Q?
¿Se podr´ıa utilizar unmotorsincro´nico
funcio-nando en vac´ıo para mejorar el factor de po-tencia de una red el´ectrica trif a´sica? Explique brevemente.
15. Utilice el gr´afico del numeral 14 a fin de deter-minar la corriente de campo I f, para la cual
la potencia reactiva Q es cero. Anote su resul-tado en el siguiente espacio en blanco.
I f=...A (para la potencia reactiva del motor
igual a cero)
Compare la corriente de campo que hace cero la potencia reactiva con la corriente de campo que minimiza la corriente de l´ınea I Lineadel
motor.
A partir de los resultados obtenidos hasta aqu´ı,¿puede usted concluir que la corriente de l´ıneadel motor es m´ınima cuando la potencia reactiva es cero?
16. Coloque el interruptor 24 V CA de la fuente
en la posici´on 0(apagado) y desconecte todos
los cables.
Conclusio´n
En este ejercicio, usted ha visto que durante el arranque de un motor sincro´nico se debe
de-sconectarelelectroima´n delrotor para obtener un par elevado. Luego, ha observado que una vez que dicho motor gira a una velocidad su-ficientemente alta, se puede conectar el elec-troima´n delrotor para hacer girarelmotora la velocidad de sincronismoηs. As´ı mismo, usted
ha encontrado que variando la corriente de campoI f del motor sincro´nico (corrienteen el
electroima´n del rotor) se v ar´ıa su corriente de
l´ınea as´ıcomo supotenciareactiva Q.Tambi´en
ha trazado gr´aficos de I Linea, de la potencia
activa P y de la potencia reactiva Q del motor
en funcio´n de suI f . Ha podido encontrar que
la I Linea del motor sincro´nico se puede hacer m´ınima, a justando su I f . Adem´as ha
obser- v ado que el motor sincro´nico puede extraer
o suministrar potencia reactiva Q, segu´n el
puede observar que lo anterior permite utilizar este tipo de motores trif a´sicos como conden-sadores sincro´nicos para mejorar el factor de
potencia de las redes el´ectricas trif a´sicas. V. Informe
Fuera de responder las preguntas del
proced-imiento, tam bi´en responder las siguientes pregun
-tas:
1. El par de arranque de un motor sincr´onico
trif a´sico aumenta cuando:
• El electroima´n del rotoresta´ conectado.
• De la corriente de l´ınea.
3. La potencia reactiva en un motor sincro´nico
sin carga esm´ınima cuando:
• La corriente de l´ınea es m´axima. • La corriente de l´ıneaes m´ınima
• La corriente de l´ınea es igual a la corriente
de campo.
• La corriente de campo esm´ınima.
4. Condensador sincro´nico es otro nom bre con
que se conoce:
• El motor asincr´onico. • El electroima´n del rotor esta´
tado.
desconec- • El motor jaula de ardilla. • El motor de fase partida. • El factor depotencia dela red el´ectrica es
igual a la unidad
• Se aplica una fuente CC a uno de los
ar-rollamientos del estator.
2. Cuando un motor sincro´nico sin carga esta´ conectado a una red el´ectrica CA trif a´sica, el
factor de potencia resultante depende:
• De la velocidad del motor.
• De la potencia activa consumida por el
motor.
• Del valor de la corriente de campo.
• El motorsincro´nico operando en v ac´ıo.
5. La jaula deardilla en unmotor sincro´nico con un rotor a electroima´n:
• Minimiza la corriente de l´ıneadel motor. • Previene la saturacio´n del electroima´n del
rotor.
• Permite que el motor arranque cuando se
aplica una alimentacio´n CA a los
arrol-lamientos del estator.
• Permite que el motor funcione como un
condensador sincro´nico.
Q[V ar ]
I f[ A]
Figura 18: Potencia reactiv a Qenfuncio´n delacorrientedecampoI f paraunmotorsincro´nico trif a´sico
funcio-nando.
Tensio´n de l´ınea [V] R1[Ω]
120 57
220 210
240 229
Tabla 3: V alor de R1 para diferentes tensiones de alimentacio´n.
E motor consume portencia reactiva
El motor suministra portencia reactiva
R1
I L[ A]
Cruva a carga nominal Cruva a media carga Cruva en vac´ıo
I f[ A]
Figura 19: Corriente de L´ınea I L en funcio´n de la corriente de campo I f para un motor sincro´nico trif a´sico.
+ I 1 + E 1 Motor s´ıncrono ω m Motor de + 208V LL E 2 + + I 2 impulsio´n
-
120V DC + I 3 120V DCFigura 20: Motor sincro´nico acoplado al dinamo´metro.
Tensio´n de l´ınea [V] Corriente de campo I f[mA]
120 300 a 900
220 100 a 500
240 100 a 500
Tabla 4: Gama de corrientes de campoI f .
B. SINCRONIZA CIO´N DEL GENERA DOR I. Objetivo
sume actualmente. Dado que todos los d´ıas se con-sume una enorme cantidad de esa energ´ıa, las
re-des el´ectricas de CA cuentan, en general, con gran Despu´es de completar este ejercicio, podra´ sin- nu´mero de generadores sincro´nicos funcionando
to-cronizar un generador sincro´nico trif a´sico con la
red de energ´ıa el´ectrica, empleando el m´odulo
Motor/Alternador sincro´nico y el M´odulo de
sin-cronizacio´n.
Presentaci´on
Los generadores sincro´nicos trif a´sicos producen la ma y or parte de la energ´ıa el´ectrica que se
con-dos con la misma frecuencia. Cuando la demanda de potencia aumenta, se conectan generadores
adi-cionales a la red el´ectrica. Antes de conectar un generador sincro´nico trif a´sico a dicha red, es
nece-sario respetar las siguientes condiciones:
• La frecuencia de las tensiones producidas por
el generador sincro´nico debe ser igual a la
• La amplitud de las tensiones producidas por
el generador tiene que ser igual a aquella de las tensiones de la red el´ectrica.
• La secuencia de fases de las tensiones
produci-das por el generador debe ser la misma que aquellade la red el´ectrica.
• Las tensiones producidas por el generador
tienen que estar en fase con las tensiones de la red el´ectrica.
Una vez cumplidas todas las condiciones anteriores,
se dice que el generador esta´ sincronizado. Nunca
se debeconectar un generador sincro´nico a una red el´ectrica deCA antes de v erificar el sincronismo. Si
se conectara un generador que no esta´ sincronizado con dicha red, se pro v ocar´ıan dan˜os muy serios en
el generador a causa del gran par que resultar´ıa aplicado a su eje y a las enormes corrientes que cir-cular´ıan en sus arrollamientos.
Despu´es de conectar un generador sincr´onicoa una
red el´ectrica de CA no ha y circulacio´n de corriente entre los dos, debido a que ambos producen ten-siones con igual amplitud y fase. Como resultado, el generador no entrega potencia activa ni reactiva a la red el´ectrica de CA en este caso se dice que el generador esta´ flotando sobre la red. Adem´as, la frecuencia ya no se puede cambiar ajustando el par aplicadoasu ejeporquela red el´ectricaestan fuerte que impone su propia frecuencia. No obstante, aju-stando el par aplicado al eje del generador se puede cambiar la cantidad de potencia activa que se inter-cambia entre el generador y la red. Incrementado el par, aumenta la potencia activa que se entrega a dicha red. A la inversa, disminuyendo el par, de-crece la cantidad de potencia activa suministrada a la red el´ectrica deCA incluso, si sellevara a cero el
par aplicadoaleje delgenerador,´este podr´ıa recibir
colocado en la posici´on abierto. Un v olt´ımetro V y
un frecuenc´ımetro f esta´n conectadosa la salidadel generador para medir su tensio´n y su frecuencia. La velocidad y la corriente de campo del generador
sincro´nico sea justan primeroparaquela frecuencia
y la tensio´n de dicho generador sean
aproximada-mente iguales a aquellos de la red el´ectrica de CA la luminosidad de las l´amparas cambiara´ en
sincro-nismo cuando las secuencias de fases del generador y de la red sean las mismas. Por otra parte, la
lu-minosidad de las l´amparas cambia fuera de
sincro-nismo cuando las secuencias de fases del generador y de la red no son iguales. En este u´ltimo caso, se
deber´an intercambiar dos de las tres conexiones de los conductores de l´ınea del generador sincro´nico, para invertir su secuencia de fases.
Una vez que la secuencia de fases del generador
sinco´´onico est´a correcta, se ajusta la v elocidad del
generador de manera que el ritmo con que la
lumi-nosidad de las l´amparas cambia sea lo m´as ba jo posible. De esta manera se ajusta la frecuencia del generador con aquella de la red. Despu´es se
ajusta la corriente de campo del generador de man-era que las l´amparas disminuy an su luminosidad
hasta apagarse completamente. De este modo se ajusta la tensio´n del generador con aqu´el de la red el´ectrica. Luego se puede cerrar el interruptor en un momento que las l´amparas est´en apagadas (las
tensiones esta´n en fase s´olo en esos instantes) para conectar con toda seguridad el generador a la red.
Resumen del proceso
En la primera parte del ejercicio, usted mon- tara´
el equipo en el puesto de traba jo, lo conec-tara´
como lo muestra la figura22 y realizara´ losa justes apropiados en el m´odulo Motor de
im-pulsio´n/Dinam´ometro. potencia activ a delared el´ectrica y funcionar como
motor sincro´nico.
Al igual que en los motores sincro´nicos trif a´sicos,
la cantidad de potencia reactiva que se intercam- bia entre el generador sincro´nico y la red el´ectrica de CA se puede variar ajustando la corriente de campo. Por lo general, esta se ajusta para que no haya intercambio de potencia reactiva entre el gen-erador y la red, es decir, para que el factor de po-tencia del generador sea unitario. Esto hace que las
corrientesdel´ınea resultenmuy pequen˜as y permite reducir al m´ınimo eltaman˜o de losconductoresque interconectanel generador con la red el´ectrica. La figura21muestra un circuito simple utilizado para sincronizar y conectar un generador a una red
el´ectrica de CA en este circuito se puede apreciar
un generador sincro´nico trif a´sico conectado a una
red el´ectrica trif a´sica (fuente de energ´ıa trif a´sica) a tra v ´es de tres l´amparas y un interruptor tripolar
En la segunda parte, sincronizara´ el generador sincro´nico trif a´sico con la red el´ectrica trif a´sica y
luego lo conectara´ a dicha red.
En la tercera parte del ejercicio, se v ariar´a el par aplicado al eje del generador y la corriente de c ampo
I f y observar´a c´omo esto afecta el funcionamiento del generador sincro´nico.
II. Lista de materiales Materiales del laboratorio
• Motor impulsio´n y Generador s´ıncrono
Lab-Volt .
Materiales del almac´en
• Mult´ımetro. • Cable USB. • Correa.
• Destornillador.
III. Procedimiento
1. Dentro del puesto de trabajo EMS, instale la fuente de alimentacio´n, el motor de
im-pulsio´n /Dinam´ometro, el motor/Alternador
sincro´nico, el M´odulo de sincronizacio´n y la
interfaz para la adquisici´on de datos (D AI). Acople mec´anicamente el motor de
im-pulsio´n/Dinam´ometro al motor /alternador
sincro´nico.
2. En lafuente de alimentacio´n asegu´rese de que el interruptor principal est´e en la posici´on
0 (apagado) y que la perilla de control de tensio´n se encuentre girada completamente
ha-cia la izquierda. Asegu´rese de que la fuente
de alimentaci´on est´e conectada a una fuente trif a´sica.
3. Conecte las entradas ALIMENT A CIO´ N BAJA POTENCIA de los m´odulos D AI y
Mo-tor de impulsio´n/ Dinamo´metro a las salida
24 V CA de la fuente de alimentacio´n. En la
fuente de alimentacio´n, coloque el interruptor
24 V CA en la posici´on I (encendido)
4. Ejecute LVDAM para visualizar la ventana aparatos de medicio´n.
5. Conecte el equipo como se muestra en la figura 21.
En el motor/alternador sincro´nico, coloque el interruptor EXCIT A CIO´ N en la posici´on I (cerrado) y la perilla EXCIT A CIO´ N en la posici´on media.
En el m´odulo de sincronizacio´n, coloque el
in-terruptor en la posici´on 0(abierto)
6. Ajuste los controles del m´odulo motor de
im-pulsio´n/dinam´ometro de la siguiente forma:
Selector Modo....MOTOR DE IMPUL (M.I), Selector Visualizador....VELOCIDAD (η).
SINCRONIZA CIO´NDEL
GENERADOR
7. En el motor/ alternador sincro´nico in tercam- bie las conexiones de los conductores en los terminales 1 y 2. Encienda la fuente de
al-imentacio´n y ajuste la perilla de control de
tensio´n para que el Motor de impulsio´n gire
a la velocidad nominal del Motor /Alternador
sincro´nico,menosaproximadamente 75 r/min.
8. En el motor /alternador sincro´nico, a juste la perilla EXCIT A CIO´ N para que la tensio´n de
salida l´ınea a l´ınea Eo del generador sincro´nico
(indicado por el medidor E1 de la ventana Aparatos deMedicio´n), seaigual al v alor
nom-inal.
Observ e las l´amparas del m´odulo de
sin-cronizacio´n.
Lasecuencia de fases del generador sincro´nico, ¿concuerda con aquella de la red el´ectrica trif a´sica?
9. Apague lafuentede alimentacio´n sin modificar al a juste de perilla control de tensio´n.
En el Motor/alternador sincro´nico, intercam
- bie las conexiones de los conductores en los terminales 1 y 2.
10. Encienda la fuente de alimentacio´n
Observ e las l´amparas del m´odulo de
sin-cronizacio´n
La secuencia de fases del generador sincro´nico
¿concuerda con aquella de la red el´ectrica trif a´sica? ¿Por qu´e?
11. En la fuente de alimentacio´n a juste la perilla
de control de tensio´n para que la luminosidad de las l´amparas del m´odulo de sincronizacio´n
cambie muy lentamente (si es necesario). En el instante que las l´amparas esta´n
com-pletamente apagadas, ¿el generador esta´
sin-cronizadocon la red el´ectrica trif a´sica?
12. En el m´odulo de sincronizacio´n, coloque el interruptor en la posici´on I (cerrado) en un
instante que las l´amparas est´en completa-mente apagadas. De esta manera, el generador
sincro´nico queda conectado a la red el´ectrica trif a´sica.
En la v entana aparatos de medicio´n, observ e
la potencia activa indicada por los medidores. La potencia activa intercambiada entre el
gen-erador sincro´nico y la red el´ectrica trif a´sica¿es
una cantidad importante?
EFECTO DEL PAR Y DE LA CORRIENTE DE CAMPO SOBRE EL
FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR
13. En la fuente de alimentacio´n, gire lentamente la perillade controldetensio´nhacia laderecha hasta que el par indicado por el medidor T (par de entrada del generador) sea igual a -1,0 N.m (9,0 lbf-plg). Mientras realiza lo anterior, observe la potencia activa y la velocidad del generador.
Nota: Cuando el valor indicado por los
medi-dores es positiv o, el generador sincro´nico
en-trega potencia activa
Describaqu´e sucede. ¿Elgenerador sincro´nico
suministra potencia activ a a la red el´ectrica?
14. En la fuente de alimentacio´n, gire lentamente la perilla de control de tensio´n para quela p
o-tencia activa indicada por los medidores dis-minuya hasta aproximadamente a cero.
Mitras realiza lo anterior, observe el par de en-trada del generador que aparece en el medidor T.
Elgenerador sincro´nicoahoraest´a flotando
so- bre la red el´ectrica. ¿De d´onde pro viene la potencia para v encer la friccio´n?
15. En la fuente de alimentacio´n gire lentamente la perilla decontrol detensio´n completamente hacia la izquierda. Mientras realiza lo anterior, observe la potencia activa, el par de entrada del generador y su velocidad, que aparecen en los medidores.
Describaqu´e sucede.
¿Qu´e quiere decir lo anterior?
16. En la fuente de alimentacio´n,gire la perilla de control de tensio´n hacia la derecha hasta que
el par indicado por el medidor T (par de en-trada del generador) sea igual a -1,0 N.m (9,0 lbf-plg). Ahora el generador sincr´onico esta´ entregando la potencia activa nominal (aprox-imadamente) a la red el´ectrica CA.
En el motor/alternador sincr´onico, gire len
ta-mente la perilla EXCIT A CIO´ N hasta la posici´on M A ´ X para incrementar la corriente de campo. Mientras realiza lo anterior, ob-serve las potencias activa y reactiva, el par de entrada del generado y su velocidad, que aparecen en los medidores.
Nota: Cuando el valor indicado por los medi-dores de potencia reactiva es positivo, el
gen-erador sincro´nico entrega potencia reactiv a. Describaqu´e sucede.
¿El generador sincro´nico suministra potencia reactiva a la red el´ectrica de C A?
17. En el motor/alternador sincr´onico, gire len
ta-mente la perilla EXCIT A CIO´ N hasta la posici´on M´IN para disminuir la corriente de
campo. Mientras realiza lo anterior, observe la potencia reactiva indicada por los medidores
en la v entana de aparatos de medicio´n. Describa que sucede.
¿Es posible ajustar la corriente de campo para que el factor de potencia del generador
sincro´nicoresulte iguala launidad?
18. Apague lafuentede alimentacio´n y girela p
er-illade control detensio´ncompletamentehacia la izquierda. Luego, coloque el interruptor 24 V CA de la fuente en la posici´on (apagado) y
desconecte todos los cables. Conclusio´n
En este ejercicio se ha sincronizado un gener-ador sincro´nico trif a´sico con la red el´ectrica.
Tambi´en se ha observado que v ariando el par en el eje del generador se altera la cantidad de
energ´ıa activa que se intercambia entre dicho generador y la red. As´ımismo, se ha compro- bado que variando la corriente de campo del generador se altera la cantidad de potencia re-activa que se intercambia entre dicho gener-ador y la red el´ectrica.
IV. Informe
Fuera de responder las preguntas del
proced-imiento, tam bi´en responder las siguientes
pregun-tas:
1. Antes de sincronizar un generador sincro´nico con la red el´ectrica de CA, su secuencia de fases, su frecuencia y su tensio´ndeben ser:
• Losmismos queaquellos delared el´ectrica
CA.
• Diferentes de aquellos de la red el´ectrica
CA.
• Valores que dependan del generador y de
su motor de impulsio´n.
• Ninguna de las anteriores.
2. Despu´es de la sincronizacio´n con la red el´ectrica CA, la secuencia de fases, la
frecuen-cia y la tensio´n de un generador sincro´nico sera´n:
• Iguales a aquellos de la red el´ectrica CA. • Diferentes de aquellos de la el´ectrica CA. • V alores que dependera´n del generador y
de su motor de impulsio´n.
• Ninguna de las anteriores.
3. ¿Qu´e para´metros del generador sincro´nico se
deben ajustar antes de conectarlo a la red
el´ectrica CA?
• S´olo su secuencia de fases y sufrecuencia. • Solo sutensio´n y su frecuencia.
• S´olo su secuencia de fases, su frecuencia y
su tensio´n.
• S´olo su v elocidad.
4. Cuando un generador sincr´onico flota sobre la
red el´ectrica, esto significa que:
• Su velocidad sube y baja con las
fluctua-ciones de la red el´ectrica de CA.
• No se intercambia potencia activa ni
reac-tiv a con la red el´ectrica de CA.
• Esta´ sentado encima deuna l´ınea l´ıquida. • La tensio´n de salida es casi id´entica a la
de la red el´ectrica.
5. La potencia activ a para v encer la friccio´n
de- bida a la rotacio´n de un generador sincro´nico que esta´ flotando sobre la red de CA pro viene
de:
• La red.
• La fuente de potencia mec´anica acoplada
al generador.
• La corriente de campo.
V. Bibliograf ´ıa
C.I. Hubert, “Electrical Machines: Theory, Op-erations, Applications, Adjustment and Control,” Prentice Hall.
C.J. Chapman, “Electric Machinery Fundamental,” McGraw-Hill.
Generador s´ıncrono
Figura 21: Circuito utilizado para sincronizar y conectarun generador a una red el´ectrica CA.
120V DC
Figura 22: Circuito para desarrollar la pra´ctica. V f Re M´odulo de sincronizacio´n Genera or s´ıncrono + + E 1 1 N ωm 1 2 3 Red E 2 + + I 2 I 3 + 120V DC +
