frm maquinas electricas

UTN
FRM MAQUINAS ELECTRICAS
LABORATORIO
EXPERIMENTAL
Trabajo Práctico Nº 10 GENERADOR
SÍNCRONO: Ensayos y Puesta en Paralelo
Alumno:................
............................
Legajo: . .. .. . . . . . .
Hoja N
OBJETO: Efectuar descripción general de las maquinas sincrónicas, estudiar conexiones y
características principales de funcionamiento. Determinación de parámetros de la máquina y del
circuito equivalente.
1.-Generalidades:
ASPECTOS CONSTRUCTIVOS: La velocidad de estas máquinas es constante e igual a: n 
60 f
p
con f = frecuencia de la C.A. (Hz) ; p = numero de pares de polos; n = velocidad (rpm.)
Se utilizan como: generadores de C.A. (alternadores), motores en accionamientos que
requieren velocidad uniforme; y compensadores sincrónicos(mejora el cos de la instalación).
Los generadores están divididos en dos grandes grupos:
-ROTOR DE POLOS SALIENTES: accionados por motores de combustión interna, turbinas hidráulicas,
etc. Generalmente tienen varios pares de polos y se utilizan para velocidades hasta 1000rpm.
-TURBOALTERNADORES: accionados por turbinas de vapor o gas. Tienen uno o dos pares de polos y
sus velocidades son 1500 o 3000 rpm.
Como toda máquina rotativa están compuestos por:
El estator: parte fija de la máquina, que constituye el inducido y posee ranuras en donde se dispone
el arrollamiento trifásico (también puede ser monofásico para unidades de reducida potencia).
El rotor: o parte giratoria, provista de electroimanes cuyos arrollamientos son alimentados por C.C. a
través de anillos de contacto y escobillas. Constituye el sistema inductor de la maquina. La C.C. para
los electroimanes es obtenida con un pequeño generador (excitatriz) acoplado al mismo eje de la
máquina; o bien con corriente alternada producida por el mismo generador (alternador) rectificada
por medio de accesorios adecuados.
Existe también la posibilidad de que el inducido se monte en el rotor (y el inductor en el
estator), pero esto prácticamente no se aplica por la ventaja que significa contar con el inducido en el
estator (facilidad para aislaciones y conexión).
Los alternadores pueden ser de eje horizontal o de eje vertical, esto según la máquina
primaria que los accione. Para el caso de turbinas hidráulicas, es común que sean de eje vertical y en
ellos, la tecnología constructiva de sus órganos estructurales(carcasa, cojinetes, etc.) tiene sensibles
variantes con respecto a las máquinas de eje horizontal.
Según el tipo de construcción de los electroimanes que constituyen el rotor, se distinguen:
máquinas de polos salientes y máquinas de rotor cilíndrico o de tambor. Para velocidades de hasta
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1000 rpm conviene polos salientes, mientras que para 1500 y 3000 rpm se recurre a rotores
cilíndricos (turborrotores).
(1)
Nosotros contamos con una máquina de eje horizontal, de ......... polos salientes, refrigerada
por aire, del tipo abierta, de nS = ......... rpm., de Sn = .......... kVA de potencia aparente, 380/220V y
In =...........A a 50 Hz. En uno de sus extremos están los cables de alimentación del bobinado de
campo, polos del rotor, el cual alimentamos con c.c. mediante un auto transformador monofásico y
un puente de diodos rectificador.2.-ENSAYOS
2.1.-MEDICIÓN DE LAS RESISTENCIAS DEL INDUCIDO:
Utilizando un puente adecuado (describir) se obtiene:
RIND.1 = ...........................
RIND.2 = ...........................
Y la resistencia promedio RIND = .........................
RIND.3 = ...........................
2.2.-MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DEL BOBINADO DE EXCITACIÓN:
Utilizando el mismo puente se obtiene:
REXC = .......................
2.3.-CARACTERÍSTICA DE VACÍO:
El flujo  proveniente del sistema inductor
E[V]
induce una Fem. que, por estar la máquina en vacío,
será la que mida el voltímetro V.
Un
La característica es similar a la de la figura.
La tensión Un se tiene en la zona ligeramente superior
al comienzo de la saturación magnética. En consecuencia,
la característica magnética de la máquina, es prácticamente lineal. A velocidad nominal e Ic = 0
Iex[A]
Eo = f(Iexc)
El circuito esquemático muestra las conexiones y elementos de un alternador trifásico para realizar los
ensayos que permitan determinar sus características. Para los ensayos en carga se deberá agregar
impedancias de carga e instrumentos y accesorios necesarios para su control. No figura en el
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esquema el motor primario, un asincrónico trifásico de .......HP , ......... rpm, 380/660V, que
arrancamos con un auto transformador trifásico en estrella.-
Se obtuvieron los siguientes valores variando la Iexc y midiendo la velocidad del generador (que
debe mantenerse conste en nS = ........ rpm) y la Fem. a bornes abiertos.
Ic [A]
Iexc [A]
E [V]
Iexc [A]
n [rpm]
2.4.-CARACTERÍSTICA DE CORTOCIRCUITO:
Se obtiene uniendo en cortocircuito los terminales de conexión a la red del alternador y excitando
paulatinamente hasta que la corriente sea igual que la nominal (Icc = In ), se coloca un solo
amperímetro y se considera que las tres corrientes son iguales. Como en estas condiciones
U = 0, la
ecuación de equilibrio por fase queda reducida a: E  I cc .Z s
La gráfica que representa la característica de cortocircuito
I = f(Iexc) es una recta pues la máquina
no trabaja saturada. Se obtiene uniendo el origen de coordenadas con el punto B determinado al
realizar el ensayo en la forma explicada. Los valores obtenidos a velocidad nS constante se detallan
en la tabla anterior.-
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Se define relación de cortocircuito al cociente entre la Iexc.Un para obtener la tensión nominal Un en
vacío, dividido la Iexc.Icc necesaria para obtener la corriente nominal In en cortocircuito.
(3)
RCC 
I exc.Un
I exc.Icc
también se observa del gráfico
I exc.Un E n

I exc.Icc U n
En la gráfica se ha superpuesto la característica de vacío y la de cortocircuito, ello permite
determinar la impedancia sincrónica de la máquina. En efecto, para la corriente de excitación I se
observa que, en vacío, la Fem. tiene un valor AC, resultando: Z s 
AC .Escala de V / mm
E

I cc
AB.Escala de A / mm
2.5.-PUESTA EN PARALELO CON LA RED:
A – PARALELO: Usando el brazo de paralelo del Laboratorio, un sincronoscopio y a velocidad
nominal, excitamos hasta la tensión nominal, regulamos la velocidad desde el motor primario para
lograr la frecuencia de la red y en el instante preciso, el cual es señalado por el sincronoscopio,
entramos en paralelo con la red sin hacerle tomar carga, primero.B – CARGA: Luego aumentamos la potencia del motor de arrastre (es análogo a pisar el
acelerador de la máquina primaria), hasta la máxima corriente que admite el Auto transformador
Trifásico de In =.........A, y entonces, fluye corriente hacia la red, que podemos leer en el amperímetro
de carga.-.
C –VARIANDO el cos : A continuación, mantenemos constante la corriente y potencia del motor
de arrastre, con lo cual el generador no puede entregar mas potencia activa que la que le permite el
primo-motor y variamos la excitación incrementando o disminuyendo la I exc , registramos en la
siguiente Tabla los valores de Iexc e Icargal y observamos el comportamiento de la corriente de carga a
potencia constante cuando se varía la excitación.2.6-FUNCIONAMIENTO COMO MOTOR:
A - La máquina en paralelo, bajamos la alimentación del motor de arrastre hasta quitarle toda la
tensión eléctrica, observamos que a pesar de no tener par motor en la entrada del Generador, la
máquina síncrona sigue girando a la velocidad síncrona, esto es el generador queda trabajando como
motor. El motor asincrónico actúa como carga, al ser conducido por el Motor Síncrono. Se puede
observar así el funcionamiento de la máquina, ahora como motor síncrono
B – VARIACIÓN del cos: se invierte la secuencia del motor asíncrono (carga), y aumentamos la
tensión de alimentación hasta la corriente nominal del autotransformador trifásico de alimentación
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(Variac). En estas condiciones el motor asíncrono le opone un par antagónico intentando frenar el
motor síncrono ya que intenta girar en sentido contrario.Lecturas efectuadas:
Ic [A] Iexc [A]
UV nrpm
Situación
Generador Subexcitado
Generador Excit. Media
Generador Sobreexcitado
Motor Subexcitado
Motor Excit. Media
Motor Sobreexcitado
Variando
la
excitación
del
motor
síncrono, a par resistente constante
(potencia constante), se observa la
variación de la corriente de carga con la
corriente de excitación “Curvas en V”.-
C – PAR DE RELUCTANCIA: Desconectando ahora la excitación del campo rotórico del motor
síncrono, con lo cual la Fem E0
es nula, puede comprobarse que el par motor residual, con su
segundo término, debido a la diferencia de reactancias, de eje directo X sd y en cuadratura Xsc, alcanza
para vencer el par resistente que le ofrece el motor asíncrono el cual intenta girar en sentido opuesto.
Es decir comprobaremos la importancia del Par de Reluctancia.2.7.-Determinación de la reactancia Xsd : implementar y explicar el procedimiento indicado en el
Apunte para su obtención, registrando las lecturas realizadas y calculando X sd =.................
Ic [A]
Iexc [A]
UV nrpm Situación
2.8.-Determinación de la reactancia Xsc :
implementar y explicar el procedimiento indicado
en el Apunte para su obtención, registrando las
lecturas realizadas y calculando Xsc
=..................-
COMENTARIOS Y CONCLUSIONES O SUGERENCIAS: ..................................................................
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