UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN FACULTAD DE INGENIERÍA MÁQUINAS ELÉCTRICAS – ESTADO ESTACIONARIO PRÁCTICA Nº 8 CARRERA: INGENIERÍA ELECTRICA GRUPO 1 INTEGRANTES: Di Pane, Miguel Angel Lain, Franco Ezequiel Martinez F., Juan Pablo Mustafa, Jose Daniel PROFESOR: Carvajal, Jorge AÑO LECTIVO 2015 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Instrumental utilizado Excitatriz N° de Serie Tipo Tensión Corriente Potencia R.P.M. 1606070 LD8 115 V 4,4 A 0,5 kW 1500/1800 Generador Asincrónico N° de Inventario N° de Serie Tipo Tensión Corriente Potencia cosф R.P.M. Frecuencia Excitatriz UNSJ 03 - 05481 1606067 GA 15 230 V / 400 V 13,8 A / 8 A 5,5 kVA 0,8 1500/1800 50 Hz -60 Hz 110 V / 2,5 A 1 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Reóstato variable N° de inventario UNSJ 03 – 08.574 Resistencias Variables N° de inventario Resistencia Máxima UNSJ 03 – 06291 465Ω Contactor 2 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Amperímetro N° de Inventario Alcances Características UNSJ 03 – 05809 0,6A/3A/6A/12A Vatímetro FALTA AGREGAR DATOSSS!!!”!”!”!212 Marca N° de Inventario Alcance Características Metra UNSJ 03 – 05948 3 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Motor CC Marca N° de Inventario N° de Serie Tipo Tensión Corriente Caballos Revoluciones Corradi y Cía. UNSJ 03 – 05468 101167 LH 10 CC 220 V 3,1 A 8 1460 Amperímetro Marca N° de Inventario Alcances Características Goerz UNSJ 03 – 05816 3 A / 12 A 4 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Luz de Efecto Estroboscópico N° de Inventario 11536 Sincronoscopio, Voltímetro doble y Frecuencímetro doble N° de Inventario Características Sincronoscopio UNSJ 03 – 05542 Alcance Voltímetro doble Características Voltímetro doble 500 V Marca Frec. doble Protomax Rango Frecuencímetro doble Características Frecuencímetro doble 45 Hz a 55 Hz 5 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Lámpara 220V (Se utilizaron 6) Llave Circuito realizado A continuación, se muestra el esquema de conexionado de la Parte A y B: 6 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 7 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Parte A Conexión en paralelo de un generador sincrónico con la red Para poder proveer la potencia necesaria ante un aumento en la demanda de la red, con motivo de mantener las condiciones de trabajo constantes se conectan múltiples generadores en paralelo. Se procederá a conectar un generador (alternador) sincrónico en paralelo con la red de servicio eléctrico, para lo cual se aplicaran los métodos siguientes: a) Método de las lámparas apagadas b) Sincronoscopio Condiciones para poder realizar el acoplamiento en paralelo: 1) Igualdad de tensiones a ambos lados del interruptor (contactor).: La f.e.m. generada debe ser igual a la tensión de la red. 2) Igualdad de frecuencias: Frecuencia de la f.e.m. generada igual a la frecuencia de la red. 3) Igualdad de secuencia de las ternas de tensiones a ambos lados del contactor. 4) Coincidencia de fases homólogas a ambos lados del contactor al momento de cierre. A partir de lo visto en teoría, es posible afirmar que las condiciones 1 y 2 estan ligadas, ya que la expresión del valor eficaz de la f.e.m. generada es: 𝐸 = 4∗+ −𝐾 ∗ 𝑓 ∗ 𝑁𝑠𝑒 ∗ ɸ𝑚𝑎𝑥 Donde: + −𝐾 = 𝑉𝑒𝑓𝑖𝑐𝑎𝑧 ∶ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓. 𝑒. 𝑚. 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 Al conectar el generador a la red, se reduce el acoplamiento entre la entrada y la salida, debido a que no es posible variar los parámetros de tensión y frecuencia, que se suponen constantes ya que son impuestos por la red. Al variar la potencia mecánica que provee el motor de impulso, es posible modificar tanto la potencia activa, como en menor medida, la potencia reactiva. Al variar la corriente de excitación If se varía la potencia reactiva entregada a la carga, y dependiendo de su valor, se suministrará reactivo inductivo (sobreexcitación) o capacitivo (subexcitación). 8 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Método de las lámparas apagadas. Éste es un método práctico para la determinación de la secuencia de fases. Los pasos que se realizaron durante el proceso de conexión para la aplicación del método se detallan a continuación. Se conectan dos lámparas incandescentes de 220V en serie, alimentadas por los terminales homólogos del generador y la red. Cada par de lámparas se conectan en serie, desde una de las fases de línea (R-S-T) al borne homólogo del generador (U-V-W). Se utilizan dos lámparas de 220V en serie, debido a que la máxima diferencia de potencial que se puede encontrar en la conexión es 440V. Una vez conectadas las series de lámparas con sus bornes correspondientes, se procede a evaluar el proceso de encendido de las mismas, para poder verificar si la secuencia del generador es coincidente con la secuencia de la red. Se configura el sistema para que la frecuencia del generador sea superior a la frecuencia de la red, de manera de asegurarnos que al momento de la sincronización del generador con la red, se acople a la misma como generador. Además las tensiones del generador y de la red deben ser iguales. Al realizar el conexionado del método de las lámparas apagadas, si las secuencias de fase son coincidentes entre la red y el generador, se observará que las lámparas se comportarán de la misma manera, apagando y prendiendo de manera simultánea. Si las secuencias de fase no son coincidentes, se observará que las lámparas se comportan de manera diferente, teniendo un grupo de lámparas encendidas y otras apagadas en un instante de tiempo. En el caso de que estén las secuencias cambiadas, se procede a permutar dos fases, ejemplo R con S, o S con T, etc. Ésta permutación se puede realizar del lado del generador o de la red, de manera indistinta, pero siempre teniendo en cuenta que el cambio de bornes se realiza entre dos fases de la red o dos fases del generador, sin mezclarlas. Durante la realización se dio este caso de secuencias de fase distintas, por lo que permutamos dos bornes del lado del generador. Es importante recalcar que en las series de lámparas se puede observar las velocidades relativas de una terna respecto a la otra, lo que va originando las diferencias de potencial necesarias para el encendido o apagado de las mismas. La sincronización para la puesta en paralelo se ejecutó aplicando el método de las lámparas apagadas descripto anteriormente, y conectando también el brazo de sincronización El brazo de sincronización está integrado por: Un voltímetro doble. Uno de los voltímetros indica la tensión de red y el otro la f.e.m. generada. 9 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Un frecuencímetro doble. Uno de los frecuencímetros indica la frecuencia de red y el otro la frecuencia de la f.e.m. generada. Un sincronoscopio. Este dispositivo funciona como un motor bifásico y se alimenta con dos tensiones de línea homólogas del interruptor, una del lado de la red (1-2) y otra del lado del generador (1' - 2'). Si es igual la frecuencia de ambas tensiones, la aguja del sincronoscopio está detenida. El ángulo que forma la aguja con respecto a la marca que posee el instrumento en la parte fija, coincide con la diferencia de fase entre las dos tensiones. Si la frecuencia de ambas tensiones es distinta, la aguja (solidaria con el rotor) gira con una velocidad proporcional a la diferencia de frecuencias entre las tensiones. Si la frecuencia (fg) de la f.e.m. generada es mayor que la frecuencia (fr) de la tensión de red, la aguja gira en el sentido marcado como “+” y cuando las tensiones coinciden en fase la aguja está enfrentada con la citada marca. Si fg es menor que fr, la aguja gira en el sentido marcado como “-”. La igualdad de tensiones se verifica observando igual indicación en el voltímetro doble. El momento de cerrar el interruptor para ingresar en paralelo es cuando Todas las lámparas estén apagadas. La aguja del sincronoscopio, girando lentamente en el sentido positivo (“fg” levemente mayor a “fr”), enfrente la marca sobre la parte fija. En la figura siguiente, se observa el brazo de sincronización. Se pudo observar que, cuando la frecuencia del generador era menor a la frecuencia de la red (49 Hz), el sentido de giro del sincronoscopio era horario, mientras que cuando era mayor, giraba en sentido antihorario. 10 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Parte B Determinación de las curvas V Una vez conectado el generador en paralelo se hará que entregue potencia activa a la red, por lo cual se debe incrementar la potencia mecánica que recibe. Para ello se debe actuar sobre el motor de impulso en el sentido de incrementar su velocidad, lo que ocurrirá transitoriamente permitiendo aumentar el ángulo de carga (ángulo delta) y entregar potencia activa a la red; una vez pasado el transitorio la máquina recuperará la velocidad sincrónica, como se observará durante el desarrollo de la práctica al iluminar el acoplamiento mediante una lámpara de efecto estroboscópico. Con la máquina entregando una determinada potencia activa, se harán las experiencias: siguientes I. Manteniendo constante la potencia activa que entrega el generador, se hará variar la corriente de excitación entre un mínimo y un máximo compatible con la corriente admisible por la armadura del alternador. II. Para un valor constante de la corriente de excitación se hará variar la potencia entregada por el alternador desde cero hasta la máxima compatible con la corriente admisible por la armadura. Con los valores obtenidos se graficarán las funciones: I f (Iexc) P cte ; I f (P) Iexc cte 11 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Año 2015 Grupo I Para el primer caso, con una potencia por fase de 300 W constante (lo que implica una potencia total de 900W) se obtuvo el siguiente cuadro de valores visualizado a la izquierda. Luego, se procedió a obtener los valores para una potencia por fase de 750 W (siendo la potencia trifásica de 2250W) Iexc [A] 0,38 0,44 0,54 0,60 0,70 0,80 0,90 1,03 1,20 1,38 1,68 1,80 2,00 2,20 2,40 Ia [A] 6,00 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,60 2,50 3,00 4,00 5,00 6,00 Ia [A] 7,00 6,00 5,00 4,00 3,40 3,80 5,00 6,00 7,00 Iexc [A] 0,45 0,65 0,85 1,10 1,50 1,70 2,10 2,35 2,60 Curvas V 8,00 7,00 6,00 5,00 Ia [A] 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 Iexc [A] Potencia 300 W Potencia 750 W Coseno Fi = 1 12 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Año 2015 Grupo I A partir de las dos curvas V obtenidas, se puede trazar una recta de coseno φ = 1 tomando como referencia los puntos donde la corriente de excitación es mínima. Esta recta permite delimitar las siguientes regiones de comportamiento de la máquina: Subexcitada: Esta región se comprende a la izquierda de la recta mencionada. En ella la máquina genera reactivo capacitivo y consume reactivo inductivo. Sobreexcitada: La región queda comprendida a la derecha de la recta. En esta región, la máquina genera reactivo inductivo y consume reactivo capacitivo. Se debe tener la precaución de no superar los límites de bobinado de armadura (Ia.lim. = 8 A) y de bobinado de excitación. Se procede a continuación a graficar la función I f (P) Iexc cte Iexc = 1,5 [A] Ia [A] Pa 1,60 0,0 1,60 50,0 1,80 90,0 2,30 150,0 2,60 190,0 3,40 250,0 4,00 300,0 4,60 350,0 I arm [A] I exc = 1,5 [A] 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,0 50,0 90,0 150,0 190,0 Pa [W] 250,0 300,0 350,0 13 Máquinas eléctricas – Estado estacionario Grupo I Año 2015 Parte C Motor sincrónico Una vez tomados los valores del punto anterior, se hará trabajar al generador sincrónico como motor sincrónico. Para ello se abrirá la llave de alimentación del motor de cc, con lo cual la máquina sincrónica se queda sin cupla mecánica recibida; como está acoplada a la red, se desarrollará una cupla electromagnética (cupla motora) que tendrá ahora el sentido de giro; se tiene entonces en funcionamiento un motor sincrónico. Se verificará mediante la lámpara de efecto estroboscópico el “penduleo” del eje del rotor al pasar de un modo a otro de trabajo. Cuando el rotor del generador pierde velocidad al quedar sin cupla mecánica recibida, entonces el rotor se retrasa con respecto al campo magnético de la máquina. Conforme el rotor, y por lo tanto (Br), el campo magnético del rotor pierde velocidad y queda detrás del (Bneto) campo magnético neto, la operación de la maquina cambia súbitamente. Cuando Br queda detrás de Bneto se invierte la dirección del par inducido. En otras palabras, la cupla de la maquina tiene la dirección del movimiento y la maquina funciona como un motor. Al iluminar con la lámpara estroboscópica se pudo observar el “penduleo” del eje. Esto se debe a que el ángulo del par δ en incremento tiene como resultado un par cada vez más grande en sentido de la rotación, esto sucede hasta que la cupla inducida del motor es igual a la cupla de la carga en su eje. En ese momento, la maquina opera en estado estacionario y a velocidad sincrónica una vez más, pero ahora como motor. Cuestionario a) Al iluminar el acoplamiento mediante la lámpara, ¿qué observó cuando se suprimió la alimentación del motor de cc? Se observó la pérdida de velocidad del rotor del generador y el penduleo característico del proceso de pasar de generador a motor. También se observó cómo se produce el desplazamiento del ángulo δ, al establecerse el funcionamiento como motor. b) ¿Qué ocurrió con el vatímetro? ¿Por qué? La máquina funcionando como generador nos entrega una potencia activa en función de la potencia mecánica suministrada por el motor de impulso, al perder velocidad el rotor de la máquina y como está conectada a la red y por las consideraciones anteriormente citadas, pasa a funcionar como motor sincrónico. En este caso, pasa a consumir potencia activa, por lo que el sentido de la corriente se invierte, intentando desplazarse la aguja del vatímetro en sentido opuesto. Es por esto que se procedió a la desconexión del mismo. 14
