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Tema:
Facultad de Ingeniería.
“GENERADOR SINCRONO TRIFASICO”.
Escuela de Eléctrica.
Asignatura “CONVERSIÓN DE LA
ENERGIA ELECTROMECÁNICA II”.
I. OBJETIVOS.
•
•
•
Que el estudiante adquiera destreza en la conexión y operación del generador síncrono trifásico.
Demostrar experimentalmente el efecto de la variación de la corriente de excitación y la velocidad
sobre el voltaje generado.
Analizar el comportamiento de un generador síncrono trifásico conectado a cargas resistivas,
inductivas y capacitivas.
II. INTRODUCCIÓN.
El principal elemento de toda red de potencia eléctrica es el generador, y por lo tanto es muy importante su
estudio en condiciones de vacío y bajo carga.
Como sabemos la energía eléctrica que usamos en nuestros hogares debe poseer dos características
principales:
•
Frecuencia de 60 Hz.
•
Un nivel de voltaje de acuerdo a su uso, generalmente de 110 o 220 Vac.
Estas condiciones deben de ser cumplidas por el generador, especialmente la frecuencia, ya que el voltaje
cambia de nivel de acuerdo al punto en el cual nos encontremos en la red de potencia.
La frecuencia depende de la velocidad a la cual se mueve el generador y del número de polos de la máquina
guardando una relación expresada en la siguiente fórmula:
donde:
P = número de polos
ηs= velocidad síncrona
f= frecuencia
De la expresión anterior se observa que hay diversidad de máquinas las cuales realizarían el mismo objetivo,
por ejemplo se pueden obtener 60 Hz con una máquina de dos polos a 3600 rpm, de igual forma se lograría
con una de 12 polos a 600 rpm.
El tipo utilizado dependerá del tipo de primotor usado para mover el generador.
El otro punto importante es el voltaje y se rige por la siguiente expresión:
Donde K es una constante de proporcionalidad del motor que depende de los materiales, φ es el flujo que
depende a su vez de la corriente de campo y ω es la velocidad de la máquina.
Los factores que determinan la diferencia entre el voltaje interno generado EA y el voltaje de fase Vφ son:
• Reacción de armadura.
• La autoinductancia de las bobinas de las armaduras.
• La resistencia de las bobinas de la armadura.
• La configuración de los polos.
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El circuito equivalente por fase es según se muestra en la figura a.
Figura a.
Se sugiere utilizar una conexión estrella con neutro, tanto para el generador como para la carga. Consulte
previamente con su instructor para determinar la disponibilidad de los elementos necesarios para realizar su
demostración experimental. Para carga resistiva, el diagrama fasorial es:
III. MATERIALES Y EQUIPO.
No.
Cantidad
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
1
1
1
1
1
4
1
1
1
1
1
1
1
-
Descripción
Máquina síncrona trifásica
Máquina de corriente continua en derivación
Unidad de control de freno magnético
Freno magnético
Arrancador de motor DC
Regulador de campo
Medidor RMS
Cargas capacitivas, inductivas y resistivas
Interruptor de corte de 4 polos
Vatímetro
Juego de protecciones de final de eje
Medidor de factor de potencia
Juego de protecciones de acople de eje
Multímetro
Rectificador Monofásico de voltaje variable ST 7006-2F
Fuente de energía ST 7007-5A
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IV. PROCEDIMIENTO.
Parte I. Acople una máquina de Vdc con una máquina síncrona y un tacogenerador como se muestra en
la figura 1 de los anexos.
Máquina de DC.
1.1. La máquina de Vdc se conectará en derivación, o sea que el campo se conectará en paralelo con la armadura (pídale
instrucciones al instructor de la materia).
La máquina de Vdc se alimentará de la fuente reguladora de código ST7007-5A. Esta servirá de primotor para
aplicar potencia mecánica a la máquina síncrona. La velocidad se controlará con la perilla UASG. Inicialmente
deberá estar colocada en sentido antihorario.
Máquina Sincrónica.
1.2. La armadura o estator se debe conectar en estrella, usando el neutro como referencia para medir factor de
potencia y voltaje de fase.
El campo de la máquina síncrona se debe alimentar mediante el puente de rectificación, usando la derivación
de mayor voltaje (250Vdc) de la fuente de código ST7006-2F. La corriente de campo se varía mediante la perilla
de la fuente de código ST7007-5A. Inicialmente esta perilla deberá estar colocada en sentido antihorario. Para
medir If y Vf utilice un medidor código SO5127-1L.
Para medir el factor de potencia utilice un medidor código SO5127-1M.
Tacogenerador:
1.3. Estará acoplado a la máquina síncrona y en combinación con un medidor se utilizará para supervisar la velocidad de
la máquina síncrona (asegúrese de calibrar estos medidores).
Parte II. Característica de circuito abierto.
2.1. Haga girar el conjunto primotor-generador a 1800 rpm y complete los datos de la tabla 1, considerando la
medición de EA(v) como voltaje de línea a neutro bajo condición de circuito abierto (no hay carga eléctrica alimentada).
Bajo estas condiciones fe=60Hz. Varíe el valor de la If según los datos de la tabla, valores para los
cuales obtenemos el EA.
If
EA (v)
0.05
0.07
0.08
0.1
Tabla 1.
0.2
0.3
0.4
0.45
0.5
800
900
1000
1700
1800
2000
2.2. Ajuste If= 0.4A y complete los datos de la tabla 2.
rpm
EA (v)
0
300
400
500
rpm
EA (v)
1100
1200
1300
1400
Tabla 2.
600
700
Cont. Tabla2.
1500
1600
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Parte III: Comportamiento bajo carga.
3.1. Conecte la salida de potencia de la máquina síncrona a una carga resistiva trifásica conectada en estrella.
Use R= 680ohmios
If= 0.4A
= 1800rpm; fe= 60Hz
3.1.1. Mida Ia, Vφ, y factor de potencia.
Ia=_________________(A)
Vφ=_________________(V)
FP=_________________
3.2. Conecte en paralelo a R= 680 ohmios un capacitor de C= 2µF, en cada fase de la carga (carga RC).
3.2.1. Mida Ia, Vφ, y factor de potencia.
Ia=_________________(A)
Vφ=_________________(V)
FP=_________________
3.3. Conecte en serie con R= 680 ohmios una reactancia L= 800mH, en cada fase de la carga (carga RL).
3.3.1. Mida Ia, Vφ, y factor de potencia.
Ia=_________________(A)
Vφ=_________________(V)
FP=_________________
Parte IV: Prueba de DC del estator de la máquina sincrónica.
4.1. Usando la fuente de código ST7006-2F, alimente a una fase del estator (aisle la fase bajo prueba del resto
del estator) con Ia= 0.6A.
Mida el valor de Vdc=_____________ (V)
Nota: El estudiante deberá revisar las preguntas de la discusión de resultados para realizar las
mediciones que considere necesarias, aparte de las realizadas durante el procedimiento, para la
resolución posterior de las mismas (de ser necesario, consulte al instructor de la materia).
V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.
1. Elabore un diagrama esquemático que muestre como conectará los componentes, dispositivos, máquinas,
instrumentos, etc. para el desarrollo de su demostración experimental.
2. Explique e indique con esquemas como se obtiene la curva característica de circuito abierto para el
generador bajo prueba.
3. Explique como se determina el valor de rA.
4. Explique como determinar los fasores, para la elaboración de los diagramas fasoriales.
5. Conociendo los valores de IA, Vφ, EA, demuestre la manera de encontrar el valor de Xs.
6. Exprese sus conclusiones sobre el efecto de cada carga sobre el voltaje terminal del generador.
7. Explique como determinar la potencia de entrada del generador, para la elaboración del diagrama de flujo
de potencia.
8. Elabore el diagrama de flujo de potencia para este generador trifásico.
9. Traslade los cálculos del literal anterior en valores en por unidad.
VI. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA.
VII. BIBLIOGRAFÍA.
1. Electric Machines. Second Edition. Charles I. Hubert. Prentice Hall, 2002.
2. Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley, Jr. McGraw-Hill 1992.
3. Fundamentos de Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman. McGraw-Hill 1990.
ANEXOS.
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