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MÁQUINAS ELÉCTRICAS
LABORATORIO No. 4
Nivel:
Facultad de Estudios Tecnológicos.
Departamento:
Eléctrica.
Materia:
Maquinas Eléctricas I.
Docente de Laboratorio:
Lugar de Ejecución:
Tiempo de Ejecución:
Guía de Laboratorio No. 4
TITULO: “GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO”.
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 Hertz.
 Un nivel de voltaje de acuerdo a su uso.
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:
fE =
nS P
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Generador Síncrono Trifásico
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Donde:
fE: frecuencia eléctrica.
P: número de polos.
nS: velocidad síncrona.
De la expresión anterior se observa que hay diversidad de máquinas las cuales realizarían el
mismo objetivo, por ejemplo, se pueden obtener 60 Hertz con una máquina de dos polos a
3600 r/min, de igual forma se lograría con una de 12 polos a 600 r/min. 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:
EA = K Φ w
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 w 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.
El circuito equivalente por fase es según se muestra en la Figura 4.1.
Figura 4.1: “Circuito equivalente de un Generador Síncrono”.
Para carga resistiva, el diagrama fasorial es:
Figura 4.2: “Diagrama fasorial”.
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Generador Síncrono Trifásico
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III. MATERIALES Y EQUIPO
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Cantida
d
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
Medidor RMS
Cargas capacitivas, inductivas y resistivas
Interruptor de corte de 4 polos
Vatímetro
Juego de protecciones de final de eje
Multimetro
Rectificador monofásico de voltaje variable ST 7006-2F
Fuente de energía ST 7007-5A
Juego de protecciones de acople de eje
Medidor de factor de potencia
Tabla 4.1.
IV. PROCEDIMIENTO
Parte I: “Acople
tacogenerador”.
una
máquina
de
Vdc
con
una
máquina
síncrona
y
un
Paso 1. Elabore el circuito de la Figura 4.3.
Figura 4.3.
Paso 2. 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 ST 7007-5A. 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 Síncrona (Generador).
Paso 3. 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 ST 7006 2F. La corriente de campo se varía mediante la
perilla de la fuente de código ST 7007-5A. Inicialmente esta perilla deberá estar colocada en
sentido antihorario. Para medir If y Vf utilice un medidor código SO 5127-1L. Para medir el
factor de potencia utilice un medidor código SO5127-1M.
Tacogenerador.
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Paso 4. Estará acoplado a la máquina síncrona y en combinación con un medidor se utilizará
para supervisar las rpm de la máquina síncrona (asegúrese de calibrar estos medidores).
Parte II: “Característica de circuito abierto”.
Paso 1. Haga girar el conjunto primotor-generador a 1800 rpm y complete los datos de la
Tabla 4.2, considerando la medición de EA como voltaje de línea a neutro bajo condición de
circuito abierto (no hay carga eléctrica alimentada). Bajo estas condiciones fE = 60 Hertz.
Varíe el valor de la If según los datos de la tabla, valores para los cuales obtenemos el EA.
IF (A)
EA (V)
0.05
0.07
0.08
0.1
0.2
0.3
0.4
0.45
0.5
Tabla 4.2.
También anote la corriente y el voltaje aplicados a la máquina de Vdc.
IDC = __________ Amperios.
VDC = __________ Voltios.
Paso 2. Ajuste IF = 0.4A y complete los datos de la Tabla 4.3.
Rpm
0
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
2000
EA (V)
Tabla 4.3.
Parte III: “Comportamiento bajo carga”.
Paso 1. Conecte la salida de potencia de la máquina síncrona a una carga resistiva trifásica
conectada en estrella. Use R = 680ohmios. IF = 0.4A. nS = 1800 rpm y fE = 60 Hertz.
Paso 2. Mida IA, VF y Factor de Potencia.
IA = __________ Imperios.
VF = __________ Voltios.
F.P. = __________.
También mida la corriente y el voltaje aplicado a la máquina síncrona de Vdc.
IDC = __________ Amperios.
VDC = __________ Voltios.
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Paso 3. Conecte en paralelo a R = 680 ohmios un capacitor de C = 2mF, en cada fase de la
carga (carga RC).
Paso 4. Mida IA, VF y Factor de Potencia.
IA = __________ Imperios.
VF = __________ Voltios.
F.P. = __________.
También mida la corriente y el voltaje aplicado a la máquina síncrona de Vdc.
IDC = __________ Amperios.
VDC = __________ Voltios.
Paso 5. Desconecte el capacitor.
Paso 6. Conecte en serie con R = 680 ohmios una reactancia L = 800mH, en cada fase de la
carga (carga RL).
Paso 7. Mida IA, VF y Factor de Potencia.
IA = __________ Imperios.
VF = __________ Voltios.
F.P. = __________.
También mida la corriente y el voltaje aplicado a la máquina síncrona de Vdc.
IDC = __________ Amperios.
VDC = __________ Voltios.
Parte IV: “Prueba de DC del estator de la máquina sincrónica”.
Paso 1. Usando la fuente de código ST 7006-2F, alimente a una fase del estator (aisle la fase
bajo prueba del resto del estator) con IA = 0.6A.
Mida el valor de Vdc = __________ Voltios.
Parte V: “Determinación de la potencia de entrada a la máquina síncrona”.
Paso 1. Desacople la máquina síncrona y acople el freno de campo magnético a la máquina
de Vdc.
Paso 2. Determine el torque que se produce bajo las condiciones de corriente y voltaje
aplicados a la máquina de Vdc, operando a 1800 rpm. Complete los datos de la Tabla 4.4.
Paso 3. Observe el sentido e giro de la máquina, si acaso se mide un torque negativo.
Condición
Sin carga
Carga
IDC
VDC
PIN DC
Torque
PIN Mecánica
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Resistiva
Carga RC
Carga RL
Tabla 4.4.
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. Explique e indique con esquemas como se obtiene la curva característica de circuito
abierto para el generador bajo prueba.
2. Explique como se determina el valor de RA.
3. Conociendo los valores de IA, VF y EA, demuestre la manera de encontrar el valor de
Xs.
4. Explique como determinar la potencia de entrada del generador, para la elaboración
del diagrama de flujo de potencia.
5. Explique y demuestre como determinará las pérdidas por fricción y ventilación del
generador. Asuma que las pérdidas diversas son despreciables.
6. Explique y demuestre como determinar la potencia de salida del generador.
7. Explique y demuestre como determinar las pérdidas en el cobre del estator del
generador.
8. Explique y demuestre como determinar las pérdidas en el núcleo del generador.
9. Elabore el diagrama de flujo de potencia para este generador trifásico.
10. Explique y demuestre porqué este generador es síncrono.
VI. BIBLIOGRAFÍA
 Electric Machines. Second Edition. Charles I. Hubert. Prentice Hall, 2002.
 Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley, Jr. McGraw-Hill
1992.
 Fundamentos de Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman. McGraw-Hill 1990.
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