ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERÍA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACIÓN MAQUINARIA ELÉCTRICA II- ELEG1009 PARALELO PRÁCTICO, TEÓRICO: 111 NOMBRE ESTUDIANTE: ROCANO CASTILLO VÍCTOR STALIN TÍTULO DE LA PRÁCTICA: PARÁMETROS DE LA MÁQUINA ASINCRÓNICA O DE INDUCCIÓN PRÁCTICA #: 2 FECHA DE LA PRÁCTICA: 31 DE OCTUBRE DEL 2019 FECHA ENTREGA DEL INFORME: NOMBRE DEL PROFESOR PRÁCTICO: 7 DE NOVIEMBRE DEL 2019 FERNADO VACA URBANO IIT-2019 Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 1 1. RESUMEN: La teoría electromagnética, son los conceptos en el que se fundamentan el funcionamiento de máquinas eléctricas, es decir son estudios basados en fenómenos físicos y magnéticos, la máquina de inducción fue diseñada bajo el principio de la inducción mutua, y esto permite que la máquina de inducción sea un transductor bidireccional. Al ser la máquina de inducción un transductor bidireccional, tenemos en otras palabras un convertidor electromecánico, que transforma energía mecánica a eléctrica y viceversa. La transformación de energía eléctrica a mecánica se ejecuta cuando la máquina de inducción opera como motor, y cuando se transforma la energía mecánica a eléctrica la máquina de inducción opera como generador. Es decir tenemos una máquina que opera de dos formas (motor y generador), y la forma de operar lo determina el deslizamiento de máquina (el deslizamiento de una máquina de inducción es la velocidad relativa entre el campo magnético y la velocidad del rotor), entonces si el deslizamiento es positivo la velocidad del campo es mayor a la velocidad del rotor lo que, opera como motor, y si el deslizamiento es negativo la velocidad en el rotor es mayor a la velocidad del campo, y la máquina opera como generador. Al ser la misma máquina con dos formas de operar, el circuito equivalente obtenido para su operación como motor es igual para el generador, en esta prueba nos enfocaremos en el estudio de máquina de inducción como generador, y como sabemos que esta máquina está basada en el principio de la inducción mutua, y en el generador recibe energía mecánica, para ser transformada a eléctrica, pero al no tener una fuente electromagnética propia, no permite una buena transformación de energía debido a su baja inducción, es por eso que necesita reactivos adicionales conectados a su campo, y se puede hacer de dos formas, primero por medio de una red electica que tenga reactivos, o generar reactivos con condensadores debido que ellos almacena energía. Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 2 2. OBJETIVOS: Objetivo General. • Analizar la máquina de inducción como generador. Objetivo Específicos • Operar la máquina de inducción como generador, mediante un primo motor y conectado una red trifásica. • Operar un generador de inducción auto excitado, por medio de condensadores. • Examinar las características externas del generador de inducción auto excitado. 3. EXPERIMENTO. Lista de equipos. • Máquina de inducción Kato. (Generador) • Motor DC, Primo motor • Analizador trifásico y de armónicos EXTECH 382095. • Multímetro FLUKE 1587. • Tacómetro Laser Contacto EXTECH. • Multímetro de pinza EXTECH 380942. • Fuente DC. • Banco de resistencia. • Banco de capacitores, de 4 pasos (10 uf) Lista de materiales. • Bananos. • Cables tipo, gancho-macho, gancho- hembra, gancho-gancho. • Guantes dieléctricos Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 3 Procedimiento: A. Máquina de inducción operando como generador conectada a la red. • Acoplar los rotores de la máquina de inducción y la maquina de corriente directa, realizar las conexiones de la fuente trifásica y fuente DC para cada máquina. 1. 2. • Verificar que las dos máquinas estén conectadas de tal manera que tenga el mismo sentido de giro del rotor, es decir alimentar previamente ambas máquinas (por separado) para que funcionen como motor y verificar su sentido de rotación, en caso contrario corregir el sentido de giro del motor que tenga el sentido antihorario (si es el motor trifásico intercambiar dos fases, y si es el motor DC cambiar la polaridad de la armadura o campo) 3. • Encender las máquinas (operando como motores), y controlar la velocidad de la máquina DC como motor, permitiendo que llegue a velocidades mayores a la de sincronismo y mediante el analizador de energía tomar las medidas de la tabla 1 cuando la máquina de inducción para a operar como generador. R2 + 110 VDC REOSTATO B CAMPO R1 XL1 XL2 A A R2(1-S)/S _ + Rn Fuente DC Xm _ V 120 Vac ESQUEMA 1. Diagrama aproximado de fase de un generador de inducción conectado a un red trifásica. Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 4 B. Máquina de Inducción impulsada por primo motor y con conexión en paralelo de banco de capacitores trifásicos. Sin Carga 1. 2. 3. • Conectar en los terminales de la máquina de inducción el banco de condensadores en conexión delta, hay que asegurar que el interruptor del banco de condensadores este abierto al comienzo de la prueba. • Alimentar el motor DC, y contralar su velocidad mediante una resistencia en serie al devanado del campo, hasta llegar velocidades mayores a la de sincronismo. • Ajustar el tag de los condensadores o la velocidad del motor primo hasta el generador de inducción genere un voltaje de 208 Vac, Anotar los datos obtenidos para distintos valores de capacitancia. A + 110 VDC REOSTATO B CAMPO A 3F B _ Fuente DC C ESQUEMA 2. Conexión de un generador de inducción con auto excitación (condensadores). Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 5 Con Carga 2. 3. • Realizar las mediciones requeridas en la tabla 3 con el analizador de energía, conectando las pinzas de corriente hacia la carga. • Cambiar los pasos de carga para una mejor estadística de las características externas del generador. A + 110 VDC REOSTATO B CAMPO A 3F B _ Fuente DC C R R R 1. • Después de asegurar un voltaje estable de 208 Vac de la prueba anterior con los capacitores Conectar un banco de resistencias trifásicas en los terminales del generador. ESQUEMA 3. Generador de inducción, con banco de capacitores para una autoexcitación, alimentado una carga. Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 6 4. RESULTADOS. Tabla No 1: En esta tabla se tiene los datos de una máquina de inducción que primero opera como motor y después como generador, las medidas cuando opera como motor se puede ver que la velocidad del rotor es menor a la velocidad del sincronismo, y cuando opera con generador la velocidad del rotor supera a la velocidad del sincronismo. Motor Generador 𝝎𝒎 (rpm) Voltaje L-L [V] 1799 2.97 -84 0.07 1796 208.1 209.9 2.98 -86 0.07 0.084 1.072 S. Aparente Total [kVA] 1.111 1.075 1806 1812 207.7 207.7 3.06 3.069 84 90.6 0.02 0.06 -0.02 -0.072 -1.113 -1.128 -1.13 -1.13 Corriente Línea [A] I ⱷ Factor de potencia P. Activa Total [kW] 0.078 Q. Reactiva Total [kVAR] 1.104 TABLA No. 1: Mediciones de la máquina de inducción conectada a la red. Corriente estatorica Corriente del estator 3,08 3,06 3,04 3,02 3 2,98 2,96 1794 1796 1798 1800 1802 1804 1806 1808 1810 1812 1814 Velocidad Gráfica. 1. Corriente de la máquina de inducción vs velocidad del rotor En la gráfica 1 se puede observar mientras que la velocidad del rotor se aproxima a la velocidad del sincronismo, la corriente del estator es menor. Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 7 Potencia Activa 0,1 0,08 Potencia Activa 0,06 0,04 0,02 0 1794 -0,02 1796 1798 1800 1802 1804 1806 1808 1810 1812 1814 -0,04 -0,06 -0,08 Velocidad Gráfica. 2, Potencia Activa vs Velocidad En la gráfica 2 se puede apreciar que mientras la velocidad aumenta la potencia de la máquina de inducción disminuye, hasta que la velocidad supera la velocidad del sincronismo, y pasa a operar como generador. Potencia Reactiva 1,5 Potencia Reactiva 1 0,5 0 1794 1796 1798 1800 1802 1804 1806 1808 1810 1812 1814 -0,5 -1 -1,5 Velocidad Gráfica. 3: Potencia Reactiva vs Velocidad Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 8 Tabla 2: Presenta las características de un generador de inducción auto excitado con capacitores que le permite generar reactivos para generar el flujo del campo. 𝝎𝒎 (rpm) f (Hz) C [μF] Voltaje L-L [V] Corriente Línea [A] I ⱷ Ángulo Impedan. [Factor de potencia] P. Activa Total [kW] Q. Reactiva Total [kVAR] S. Aparente Total [kVA] 1372 1832 45.70 61.5 40 20 190.6 17.5 2.88 0.231 89.31 0 0.012 1 -0.013 0 -0.78 -0.003 0.78 0.003 1548 61.75 30 130.2 2.044 91.14 -0.0174 -0.015 -0.495 0.495 TABLA No. 2: Generación de Inducción en vacío con conexión de capacitores. Gráfica. 5: Corriente del campo vs voltaje en los terminales En esta gráfica podemos obtener la que conforme se aumente los reactivos por medio de los capacitores el voltaje en los terminales en mayor. Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 9 En la tabla No 3: se puede apreciar el comportamiento del generador de inducción cuando suministra voltaje a un carga, y con esto se obtiene las características externas del generador. 𝝎𝒎 (rpm) f (Hz) C [μF] P-Load [Watts] Voltaje L-L [V] Corriente carga IL [A] Ángulo Impedan. [Grados] P. Activa Total [kW] Q. Reactiva Total [kVAR] S. Aparente Total [kVA] 1698 1670 1664 1762 1671 56.13 54.87 55.24 56.89 54.72 30 30 30 30 30 50 100 200 300 150 244.2 207.2 157.5 122 180.1 0.473 0.867 1.272 2.88 1.106 0 0 0 0 0 0.187 0.284 0.320 0.305 0317 -0.011 0.00 0 0 0 0.188 0.284 0.32 0.305 0.317 TABLA No. 3: Generación de Inducción con carga y conexión de capacitores. Caracteristicas externa del generador de inducción 300 Voltaje en los terminales 250 200 150 100 50 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Corriente de carga. Gráfica. 6. Corriente de carga vs Voltaje de los terminales 5. Análisis de resultados. A. Máquina de inducción operando como generador conectada a la red. En esta prueba se puede observar como la máquina de inducción pasa de operar de motor a operar como generador, y esto se puede ver debido que al inicio la máquina se conecta a una red trifásica que le permite primero operar como motor, por lo tanto la velocidad del rotor es menor a la velocidad del campo (y se está ejecutando un trabajo de mover el rotor), pero al estar acoplado a otro motor, ese le ayuda a girar el rotor, y cuando la velocidad del rotor es mayor a la velocidad del campo este pasa a operar como generador, y se debe a que recibe Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 10 más energía del motor que de red, pero de la red obtiene los reactivos para generar el flujo del campo. B. Máquina de Inducción impulsada por primo motor y con conexión en paralelo de banco de capacitores trifásicos Como ya se sabe que si la velocidad del rotor supera la velocidad de campo la maquina de inducción esta funcionado como generador, pero al no estar conectada a una red estable que le permita obtener los reactivos para generar el flujo del campo, el voltaje generado en los terminales es muy pequeños, por lo tanto, para que opere sin esta reconectado a una red es necesario contar con capacitores para aumentar el flujo del campo permitiendo así aumentar el voltaje en los terminales. El generador al aumentar el capacitor se obtendrá mayor voltaje, pero su vez la frecuencia también aumenta, y si se aumenta la velocidad del rotor la frecuencia aumenta, ele deslizamiento aumento y la potencia entrada disminuye. 6. CONCLUSIÓN. • • • El generador de inducción se estable en una máquina de inducción cuando la velocidad del rotor es mayor a la velocidad del flujo del campo, y además a ser la misma máquina de inducción se estable el mismo circuito aproximado, solo que se observa de reversa, ya que ahora la potencia de entrada es la potencia mecánica, y su deslizamiento es negativo (Por lo tanto, entrega potencia eléctrica). En un generador de inducción se podría decir que su uso es limitado debido que si no cuenta con una fuente externa de potencias reactivas no puede operar con normalidad dado que su voltaje es muy pequeño, entonces para áreas donde no disponga de una red estable, se debe añadir banco de capacitores que permita obtener potencia reactiva que genere un mayor flujo de campo y a su vez aumentar el voltaje en sus terminales. En la gráfica de la curva de características externa del generador con cargo se puede ver que a medida aumenta la carga, el voltaje en los terminales disminuye, y esto sucede ya sea por dos razones la primera caída de tensión interna del generador, y la otra es cuando la carga necesita reactivos, por lo tanto, disminuye el flujo del campo y voltaje de los terminales también. Laboratorio de Maquinaria Eléctrica II- Práctica 3 IIT2019 11 7. RECOMENDACIONES. • Realizar las conexiones con los tableros desalimentados. • Verificar los sentidos de giro de máquinas, debido que puede provocar daños a las máquinas. • Como se está trabajado con capacitores tener mucho cuidado cuando se termine la prueba debido que estos se encuentran cargados, y en su conexión no topar los terminales para no sufrir una descarga de energía eléctrica. 8. BIBLIOGRAFÍA J. F. Mora, Máquinas Eléctricas, Quinta ed., Madrid: McGraw-Hill, 2003, S. J. Chapman, Maquinarias eléctrica, Sidney: Mc Graw Hill, 2000. 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