Guía 3

Facultad: Ingeniería
Escuela: Ingeniería eléctrica
Asignatura: Conversión de energía electromecánica II
Tema: Fundamentos de motores síncronos
Contenidos
• Operación de un motor a tensión nominal y en vacío.
Objetivos Específicos
• Obtener y utilizar de los datos de placa de un motor sincrónico para conocer su operación
estable.
• Comprobar los efectos eléctricos que se producen al darse la variación de la corriente del campo.
• Verificar los parámetros que hacen variar el factor de potencia y los valores limites de estabilidad
excitatriz.
• Conectar adecuadamente una máquina sincrónica como motor trifásico y su forma de arranque.
• Verificar la tendencia de la velocidad síncrona en las condiciones de vacío.
Material y Equipo
Descripción
No.
Cantidad
1
1
Máquina sincronía trifásica
2
1
Unidad de control para freno magnético
3
1
Freno magnético
4
2
Medidores RMS S05127-1L
5
1
Medidor de factor de potencia SO5127-1M
6
1
Vatímetro SO5127-1R6
7
1
Acople para motores y freno
8
1
Cubierta de acople
9
1
Tacogenerador SE 2662-5Z
10
X
Cables de diversas medidas
11
1
Multímetro y pinza voltamperimétrica
3Conversión de energía electromecánica II
Introduccion Teorica
El motor síncrono es similar en todos los aspectos constructivos que el generador síncrono, la única diferencia es la
dirección de la potencia en la máquina. Este utiliza tanto corriente directa como corriente alterna para funcionar. El
devanado del estator es conocido como armadura o inducido, y el devanado del rotor es conocido como campo o excitatriz.
La excitatriz crea un campo magnético uniforme giratorio que interactúa con el campo magnético estacionario sobre las
espiras de la armadura. Puesto que el campo magnético del estator estará girando, el campo magnético del rotor
constantemente tratará de alcanzarlo, mientras mayor sea la separación angular entre los dos campos, mayor es el par en
el rotor de la máquina. Al acoplarse mecánicamente una carga al eje de un motor sincrónico, éste desarrollará suficiente
torque para mantener al motor y su carga a una velocidad sincrónica.
Los motores son usados principalmente en aplicaciones grandes de potencia y la facilidad de controlar su potencia
reactiva. Tienen características de velocidad constante y sus aplicaciones incluyen desde molinos, refinerías, bombas,
compresores, ventiladores, pulverizadores y otras grandes cargas, además de ayudar en la corrección del factor de
potencia al ser utilizados como capacitor dinámico. Los motores sincrónicos diseñados específicamente para controlar el
factor de potencia no tienen eje externo y son llamados condensadores sincronos. Ellos flotan en el sistema o bus infinito, y
proveen solamente potencia reactiva al sistema. La dirección de la potencia reactiva, y por lo tanto el factor de potencia del
sistema, es ajustado por el cambio de la intensidad de la corriente de excitación de campo de la máquina. Cuando no se
especifica lo contrario, cuando se analiza la conducta de motores y generadores, se asume que la máquina es conectada a
una fuente de potencia de capacidad ilimitada y cero impedancia, llamada bus infinito. En la figura se muestra el circuito
equivalente de un motor sincrónico y la dirección del flujo de la corriente de armadura.
Procedimiento
A. Características operativas del motor síncrono.
1. Identifique los equipos a utilizar, incluyendo el motor sincrónico y anote los datos de placa
característica del fabricante para la correspondiente interpretación. Complete la tabla 1, anotando
además los otros parámetros de los datos de placa.
Conversión de energía electromecánica II
4
Luego, para completar las características constructivas, complete la tabla 2.
Tabla 1.
B. Características constructivas del motor síncrono.
Tabla 2.
C. Prueba de DC para medición de las resistencias de armadura y de campo.
2. Identifique una fuente de corriente continua en su mesa de trabajo, que proporcione por lo menos
2 amperios de corriente directa, y conéctela al circuito de campo para las condiciones de vacío
para alimentar la bobina con una tensión de manera de hacer circular el 50% de la corriente nominal
del circuito de la excitatriz del motor sincrónico, luego complemente la tabla 3, para determinar la
resistencia de los devanados.
3. Repita el proceso para la armadura del motor, conectando todas las bobinas del estator en un
circuito estrella y luego en delta.
5Conversión de energía electromecánica II
Tabla 3.
D. Conexión de las bobinas de un motor sincrónico.
La forma de conexión de las bobinas para una máquina sincrónica es tal como se presenta en la
figura que se encuentra en la carátula de la máquina síncrona. Si tiene duda puede consultar al
respecto de la conexión. Los tipo de conexión de la máquina pueden ser:
a. Conexión estrella. b. Conexión delta.
E. Características de carga
1. Conecte el circuito de la figura de los anexos.
2. Una vez conectado el circuito, seleccione las escalas de los medidores, según la sugerencia:
•
Corriente de alimentación = 10 amperios.
•
Voltaje de alimentación = 1000 voltios.
•
Corriente de excitación = 1 amperio.
•
Medidor de potencia = seleccione las escalas más altas.
Las escalas pueden variar, según los parámetros a medir. En caso de ser necesario ajuste a
otras escalas de medición.
3.
Ajuste la corriente de campo a 400mA. Presione el push botton que se encuentra en la
carátula de conexión de la máquina síncrona y con este presionado accione el interruptor de
cuatro polos para energizar la máquina. Mantenga presionado este botón hasta que se alcance la
máxima velocidad síncrona. Luego libere el botón y permita que el motor gire a velocidad
síncrona. Realice correctamente este paso, sino el motor se recalienta y experimenta efectos
vibratorios.
4.
Ajuste la unidad de control del freno, para aplicarle al motor un torque de 0.21 Nm, mida
entonces la corriente de estator, el ángulo de fase, la potencia eléctrica consumida, el voltaje de
fase y la velocidad. Estos datos serán introducidos en la tabla 4. Complete la tabla con los otros
valores pedidos.
5. Desconecte el motor en la secuencia de pasos apropiada para el motor sincrónico:
•
Quitar carga mecánica del freno magnético.
•
Quitar alimentación estatórica.
•
Reducir la corriente de excitación.
•
Desconectar circuito de campo.
Conversión de energía electromecánica II
6
Tabla 4.
Observaciones:
Discusión de resultados
1. Presente las características del motor sincrónico de la tabla de la parte A.
2. ¿Qué variables eléctricas límite permite calcular de los datos de placa, presente un
ejemplo?
3. De los datos de la tabla de carga de la parte E, graficar velocidad contra torque, potencia
contra torque,
4. factor de potencia contra torque, y corriente de carga contra torque.
5. ¿Qué se concluye para cada una de las 4 gráficas anteriores?
6. Presente los circuitos de prueba para medición de resistencia de devanados de campo y
armadura utilizados para esta practica.
Investigacion complementaria
1.
Que parte de la practica considera más interesante para la aplicación en la realidad. Explique.
2.
Mencione 2 ventajas y 2 desventajas presenta el motor sincrónico respecto a un motor de inducción.
3.
Describa un procedimiento de laboratorio para obtener el circuito equivalente del motor sincrónico.
Bibliografía
• Charles I. Hubert. Electric Machines. Second Edition. Prentice Hall, 2002.
• A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley. Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. Jr. McGraw-Hill
1992.
• Stephen Chapman. Fundamentos de Máquinas Eléctricas. McGraw-Hill 1990.
7Conversión de energía electromecánica II
Hoja de cotejo: 1
Guía 1. Fundamentos de motores síncronos
Alumno:
Puesto No:
Docente:
GL:
Fecha:
EVALUACION
%
CONOCIMIENTO
20%
APLICACIÓN
DEL
CONOCIMIENTO
20%
20%
20%
ACTITUD
10%
10%
TOTAL
100%
1-4
5-7
08/-10
Conocimiento deficiente
de los fundamentos
teóricos
durante
la
evaluación previa de la
práctica.
Conocimiento
y
explicación
incompleta
de
los
fundamentos
teóricos
Conocimiento completo
y explicación clara de los
fundamentos teóricos
Un
porcentaje
de
mediciones, entre el 0%
y 45% son satisfactorias
en términos de exactitud
y precisión esperadas.
Un
porcentaje
de
mediciones, entre el 45%
y 75% son satisfactorias
en términos de exactitud
y precisión esperadas.
La información brindada
en los reportes, tareas e
investigación
complementaria
es
insuficiente.
La información brindada
en los reportes, tareas e
investigación
complementaria contiene
menos elementos de lo
solicitado.
Interpreta correctamente,
aunque
con
apoyo
docente, los resultados
que se obtienen durante
la práctica.
Se ha tardado un tiempo
poco mayor al esperado
para realizar la práctica.
Un
porcentaje
de
mediciones, entre el
75%
y 100%
son
satisfactorias
en
términos de exactitud y
precisión esperadas.
La información brindada
en los reportes, tareas e
investigación
complementaria
es
suficiente.
No
interpreta
correctamente todos los
resultados
obtenidos
durante la práctica, aún
con apoyo del docente.
Se ha tardado
un
tiempo mucho mayor al
esperado para realizar
la práctica.
No
tiene
actitud
proactiva para realizar
las mediciones durante
la práctica.
Su
actitud
es
parcialmente
proactiva
para
realizar
las
mediciones durante la
práctica.
Interpreta correctamente
los resultados obtenidos
durante la práctica.
El tiempo de realización
de la práctica es mejor
que el esperado.
Muestra claramente una
actitud proactiva para
realizar las mediciones
durante la práctica.
Nota