ELECTROTECNIA

GENERADOR SNCRONICO TRIFSICO CON ARRANQUE COMO ASNCRONO mod. EE-PQ3

manual PROFESOR/ALUMNO

127-220 V / 60 Hz

EEPQ3$$101S0.DOC

INDICE

NORMAS DE SECURIDAD
Leer atentamente las advertencias contenidas en el presente manual, ya que proporcionan informaciones importantes referentes a la seguridad durante la instalacin, el uso y el mantenimiento del equipo. Conservar el presente manual para cualquier consulta adicional. DESEMBALAJE Tras haber quitado el embalaje, poner a un lado todos los accesorios de modo que no se pierdan y cerciorarse de la integridad del equipo; en particular, que el mismo est ntegro y que no presente daos visibles. Antes de conectar el equipo a la red de distribucin elctrica, cerciorarse de que los cables estn conectados debidamente con la unidad de alimentacin. Los cables de alimentacin debern colocarse de manera tal como para que no puedan ser pisados o aplastados por objetos. El equipo presenta hendiduras y aperturas para la ventilacin, al objeto de garantizar un funcionamiento fiable del mismo y protegerlo contra el recalentamiento; las referidas hendiduras y aperturas no debern obturarse ni cubrirse. El equipo deber situarse en una posicin que permita su aireacin. Cualquier operacin de instalacin del equipo deber ajustarse a las instrucciones del fabricante y deber realizarse utilizando los accesorios aconsejados. Este equipo deber destinarse slo para el uso para el cual ha sido manifiestamente concebido; es decir, como sistema didctico, y deber utilizarse bajo el directo control por parte de personal experto. Cualquier otro uso deber considerarse impropio y por lo tanto peligroso. El fabricante no podr considerarse responsable de eventuales daos debidos a un uso impropio, errneo o irrazonable del sistema. PRECAUCIONES AI objeto de amparar la seguridad y la incolumidad del operador, as como el funcionamiento del equipo, el uso de aparatos elctricos contempla el cumplimiento de algunas reglas fundamentales; en particular, debern respetarse las normas de uso siguientes: Temperatura ambiente entre 0C y 45C Humedad relativa entre 20% y 80% as como deber evitarse cualquier cambio rpido de temperatura y humedad. En caso de avena y/o mal funcionamiento, apagar inmediatamente el equipo y no efectuar descomposturas. Para llevar a cabo una eventual reparacin, dirigirse al centro de asistencia tcnica o pedir exclusivamente piezas de re puesto originales. El incumplimiento de lo anterior podr petjudicar la seguridad del equipo.

Si penetraran objetos o lquidos en el interior del equipo, desconectar el cable de alimentacin y pedir el control por parte de personal cualificado antes de utilizarlo nuevamente.

LIMPIEZA DEL SISTEMA Utilizar un pao suave y seco para la limpieza del armazn y del panel sinptico. Jams utilizar insecticidas, productos qumicos o disolventes.

VIBRACIONES E IMPACTOS Prestar atencin a no causar vibraciones o impactos.

1. Esta mquina deber destinarse slo para el uso para el cual ha sido manifiestamente concebida; es decir, como mquina didctica, y deber utilizarse bajo el directo control por parte de personal experto. Cualquier otro uso deber considerarse impropio y por consiguiente peligroso. EL fabricante no podr considerarse responsable de eventuales daos debidos a un uso impropio, errneo o irrazonable de la mquina. 2. Todas las conexiones requeridas para alimentar la mquina o las mquinas elctricas debern efectuarse con la mquina apagada y con las partes rotatorias inmviles, utilizando exclusivamente cables al efecto con clavija de 4 mm y protegidos contra los contactos accidentales o de seguridad. 3. La mquina deber accionarse slo con las protecciones insertadas, al objeto de salvaguardar las juntas de acoplo. Para satisfacer las exigencias de acoplo con otras mquinas de la misma serie, algunas protecciones son de tipo mvil, las cuales debern insertarse para la salvaguardia del extremo que queda asequible. 4. Si por exigencias especificas de uso de la mquina las juntas de acoplo quedaran asequibles, como forma de proteccin deber adoptarse el distanciamiento; la mquina o el grupo de mquinas deber situarse de forma tal como para que no sea alcanzado por el operador durante su funcionamiento.

1. GENERADOR SINCRONICO TRIFASICO CON INDUCTOR ROTANTE MAQUINA Mod. EE-PQ3

Se llaman sincrnicas las maquinas en donde la frecuencia y la velocidad estn ligadas estrechamente entre s. Estas comprenden los alternadores o generadores sincrnicos de corriente alterna y los motores sincrnicos que, por su construccin, son idnticos a los primeros. Un alternador puede funcionar como motor sincrnico y un motor sincrnico como generador. Para obtener las mejores condiciones de funcionamiento es bueno que la mquina sea calculada y construida teniendo presente su funcin particular. Hablando de la dinamo, hemos visto que las fuerzas electromotrices generadas en los conductores son alternas. Por lo tanto, conectando oportunamente estos conductores y aplicando en lugar del colector dos o mas anillos aislados, sobre los cuales se apoyan carbones, nosotros podemos recabar con el mismo sistema inductor de una dnamo, corrientes alternas. Este tipo de alternador, llamado de inductor fijo o de inducido rodante, hoy da se usa solamente para potencias pequeas. La construccin usada en los alternadores modernos es la inversa a sta porque la armadura (inducido) siempre es fija y el sistema inductor es rodante (rueda polar). La ventaja de esta construccin esta en el hecho de que la armadura fija permite aislar los bobinados con menor dificultad, inclusive para altas tensiones de ejercicio, y que la corriente de armadura es tomada de los bornes fijos y no a travs de anillos de deslizamiento como en el caso de maquinas con inducido rodante. El 1

bobinado de campo, siendo rodante, deber ser alimentado a travs de dos anillos, pero esto no crea ninguna dificultad porque normalmente la tensin de excitacin es muy baja y la potencia requerida para la excitacin es pequea. Examinando la fig.1.l es fcil ver que cuando un conductor se encuentra en la mitad entre dos polos (o sea enel plano neutro), ste es sede de una fuerza electromotriz cero; en cambio cuando se encuentra antes del centro de los polos (como en A, B), la fuerza electromotriz inducida en ste es mxima y su direccin depende de la polaridad del polo que pasa delante del conductor en ese instante. La fuerza electromotriz inducida en un conductor pasa a travs de un perodo completo en una distancia angular igual al doble del paso polar (distancia polar entre los centros de dos polos consecutivos). Resulta que la cantidad de perodos para cada giro ser igual a p si con 2 p indicamos la cantidad de los polos; o sea, la cantidad de perodos por segundo (frecuencia), siendo "n" la cantidad de RPM, ser dada por la frmula conocida

f = p

n 60

Una vez fijadas la frecuencia y la velocidad, tambin queda fijada la cantidad de los polos del alternador. Mientras que en la dnamo la cantidad de polos puede ser escogida a voluntad; en el caso del alternador esta libertad de seleccin, una vez establecida la frecuencia, est limitada por la velocidad; por ejemplo, para un generador sincrnico a 50 Hz, con dos polos, la velocidad deber ser 3000 RPM y con cuatro polos deber ser 1500 RPM. El rotor de las mquinas sincrnicas puede ser del tipo con polos salientes o bien del tipo liso; el primer tipo es empleado para las mquinas lentas y el segundo para las mquinas veloces. El inductor con polos salientes, tiene los polos fijados radialmente en la superficie exterior de una robusta corona de acero o de fundicin solidaria con el eje de la mquina. En cambio en el inductor liso los polos no salen de la superficie externa cilndrica del rotor y las bobinas de excitacin estn ubicadas con los lados mayores dispuestos dentro de hoyos situados simtricamente a los lados de la superficie polar segn generatrices del cilindro. Se adoptarn soluciones constructivas particulares en los sistemas inducidos de mquinas sincrnicas previstas para funcionamiento como motores (como en el caso de la mquina mod. EE-PQ3). De esto se hablar en los prximos prrafos

fig. 1.1 Despus de estas introducciones se pasar al examen a vista de la mquina mod. EE-PQ3.

Quitando el carter de proteccin del lado generador, se puede examinar la construccin mecnica y elctrica interna de la mquina. Mirando el rotor de la mquina se pueden observar las siguientes partes:

rueda polar tipo liso bobinado de excitacin (inductor) colector de anillos cantidad de anillos del colector

Mirando en el interior del estator:

bobinado de armadura (inducido) carbones y sistema porta-carbones

De un examen ms profundo resulta que:

el bobinado de armadura est constituido por tres series diferentes de madejas aisladas entre s, realizadas con conductor de seccin determinante, instalados, en el interior de hoyos, y cabecillas de los bornes U1-U2, V1-V2, W1-W2 respectivamente. el circuito de excitacin (inductor) est constituido por tres bobinados conexos internamente por un lado y conectados a los tres anillos del colector por el otro. La seccin del conductor empleado es inferior a aqulla de armadura; en cambio l cantidad de espiras es superior. Como se ver ms adelante, esta disposicin tambin permite utilizar la mquina como motor sincrnico auto-arrancador.

HAGANLO POR SI SOLOS

a) Utilizando un ohmetro o los instrumentos en dotacin, identificar los bornes correspondientes al inicio y fin de cada fase del bobinado de armadura, controlando que entre una fase y otra no haya continuidad elctrica. b) Con el mismo instrumento, identificar los bornes relativos al circuito de excitacin, controlando tambin que entre ste y la armadura no haya continuidad elctrica. c) Observar si el sistema porta-carbones es igual a aqul de los generadores de c.c. y, eventualmente, indicar las diferencias. d) Observando el colector se notan los tres anillos, cabecillas del bobinado inductor y sus relativos carbones de conexin; en cambio observando la bornera del generador, los bornes solamente son dos: tratar de dar una explicacin de esta diferencia.

1.1 Medicin de la resistencia de los bobinados de la mquina

Esta prueba que permite familiarizarse con los bobinados de la mquina, consiste en medir la resistencia elctrica de cada bobinado, usando el mtodo voltamperimtrico; sucesivamente con los datos obtenidos tambin se podrn calcular las prdidas en el cobre de cada bobinado. El esquema de la prueba est indicado en la fig. 1.2 y se relaciona con una fase del bobinado inducido. La alimentacin en corriente continua puede ser tomada de la lnea variable de 0 a 250 V.c.c. a travs de un ampermetro y un voltmetro, as como tambin de un restato de regulacin. Para la medicin, activar la lnea variable c.c. y actuar lentamente en el variador de tensin, y si es necesario, en el restato hasta obtener el valor de corriente I deseado que no debe superar el rango nominal de la lnea y debe ser mucho ms pequeo que la corriente nominal del bobinado en prueba; leer en el voltmetro la tensin V y, mediante la relacin R= V I

recabar la resistencia de una fase del bobinado inducido.

fig. 1.2 Esquema para la medicin de la resistencia del bobinado inducido 1: voltmetro antes del ampermetro 2: voltmetro despus del ampermetro

Calcular las prdidas en el cobre del mismo mediante la frmula

P = R T2 Ahora, repetir el procedimiento para las otras dos fases de armadura de la mquina (bornes V1-V2 y W1-W2). En todo caso, es necesario poner atencin en no superar el rango nominal del bobinado porque bastar una tensin modesta para alcanzar un valor de corriente elevado por lo que, antes de activar la lnea variable de c.c., habr que poner al mximo el valor de resistencia del restato R (vase la fig. 1.2) y aumentar gradualmente la tensin de alimentacin y, sucesivamente, afinar con el restato hasta obtener el valor de corriente deseado. Queriendo llevar a 75 los valores de resistencia obtenidos de las mediciones tendremos: R 75 = R 1 + o 75 1 + o ta

donde ta es la temperatura ambiente con la cual se ha efectuado la prueba, medida con un termmetro normal. En efecto, dada la rapidez de la prueba y la exigidad de la corriente en juego con respecto a la nominal, se supone que la temperatura de los bobinados no se aleje en forma apreciable de la temperatura ambiente. o es el coeficiente de temperatura del material en examen (normalmente cobre: o = 0,004261/C ) o bien R75 = R [1+t(75-ta)] donde
t = 1 1 t o

por lo tanto para el cobre t = 1 234,5 + t

Instrumentos y equipos usados en la prueba

Vase el esquema elctrico de la fig. 1.2. Alimentacin: lnea variable de 0 a 250 Vc.c. R: restato de regulacin: 3 x 50 Ohm / 500 W (en este caso ser utilizado un solo sector de 50 Ohm). A: ampermetro 2-4 A V: voltmetro 250-500 V Mquina mod. EE-PQ3

HAGANLO POR SI SOLOS

a) b) c) d)

e)

f)

Cul debera ser el valor de corriente que circula en el circuito de excitacin con tensin de alimentacin igual a 220 Vc.c.? Las tres resistencias medidas en los extremos de cada fase del bobinado de armadura son iguales ? Si se debiera alimentar cada una de las fases con la tensin de 220 Vc.a. cul debera ser la corriente resultante? Conectar entre si los bornes U2-V2-W2 (conexin en estrella) y repetir la medicin de la resistencia entre los bornes U1-V1; V1W1; W1-U1. Conectar entre s los bornes U1-W2; V1-U2; W1-V2 (conexin tringulo) y repetir la medicin de resistencia entre los bornes U1-V1; V1-W1; W1-U1. Cul de las dos conexiones indicadas en los puntos d) y e) determina una resistencia menor?

1.2 Caracterstica de magnetizacin del alternador (prueba al vaco)

Los alternadores siempre han sido las fuentes ms importantes de energa elctrica. Como ya indicamos anteriormente los alternadores generan una tensin alterna cuya frecuencia depende exclusivamente de la velocidad de rotacin. El valor de tensin generada depende de la velocidad, de la intensidad de campo magntico (excitacin) y del factor de potencia de la carga.

Cuando la excitacin de un alternador es aumentada (con velocidad constante de la mquina), el flujo magntico y la tensin de salida aumentan en forma directamente proporcional a la corriente. Sin embargo, con progresivo aumento de la corriente de excitacin el flujo a veces puede alcanzar valores elevados que saturan el hierro en el alternador. Como la tensin est ligada directamente con la intensidad del campo magntico, sta puede ser usada como una medida del grado de saturacin. Las tres fases del alternador estn mecnicamente distanciadas entre s con iguales intervalos, per consecuencia las respectivas tensiones generadas no estn en fase, sino que stan distanciadas entre s 120 elctricos. Ahora pasemos. a la realizacin de la experiencia relativa a la mquina mod. EE-PQ3. La finalidad de la prueba es, como para la dnamo, la determinacin de la caracterstica de magnetizacin o sea, la determinacin de la variacin de tensin inducida en los bornes con el variar de la corriente de excitacin (fig. 1.3).

fig. 1.3 Caracterstica de magnetizacin del generador sincrnico trifsico

La prueba se hace con velocidad y con frecuencia nominal. El circuito de medicin consta de un ampermetro de bobina mvil puesto en serie en el circuito de campo y de uno a tres voltmetros, as como tambin de un frecuencmetro, derivados en los bornes inducidos de la mquina. El circuito de medicin torna as el aspecto de la fig.1.4. Dada la necesidad de tener velocidad nominal constante se emplear el motor de corriente continua mod. EE-PQ1. Para el primer motor no sern necesarios instrumentos particulares: bastarn pocos conductores para conectar los bornes de llegada de la tensin con aqu1los del motor
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de corriente continua. Este ser arrancado mediante accin en el interruptor de marcha de la lnea fija c.c. El operador, antes del arranque, deber poner los restatos de arranque y de excitacin en la posicin ideal para permitir la partida con la mnima corriente de arranque (vase prrafo 1.9).

fig. 1.4 Esquema para la determinacin de la caracterstica de magnetizacin del alternador

Las diferentes fases de la prueba sern las siguientes: arranque del motor y del alternador en prueba con la velocidad mnima; regulacin de la velocidad en el valor nominal (normalmente 3000 RPM 3600) mediante una accin en el restato de campo del motor y control con el tacmetro; con el voltmetro, determinacin del primer punto de la caracterstica en subida (para corriente de excitacin igual a cero: tensin igual a la tensin debida al magnetismo residual); mediante el interruptor, cierre del circuito de campo en la alimentacin procedente del variac y del puente de rectificadores de la lnea variable c.c. con variac en cero y restato de campo completamente introducido; regulacin en constante aumento de la corriente de campo mediante una accin en el variac y en el restato y determinacin de cada aumento de tensin correspondiente a los aumentos de corriente de excitacin. La

prueba va conducida hasta un valor de tensin superior del 10 - 20% a la tensin nominal. En el diagrama se indicarn los valores de la tensin estrellada; para la mquina con conexin a tringulo, sta corresponde a la tensin concadenada medida; para la mquina con conexin en estrella, la tensin concadenada medida (eventualmente el promedio de las tres tensiones medidas) va dividida por la raz de tres (3). Anlogamente a la determinacin de la caracterstica de magnetizacin en subida, tambin ser posible determinar aqulla en bajada: bastar disminuir, del punto mximo de la prueba, la corriente de excitacin constantemente detenindose para determinar poco a poco las correspondientes disminuciones de tensiones inducidas. As, se obtendr una curva caracterstica que, como para la dnamo, ser mayor que la anterior. Cual caracterstica de la mquina, se tomar aquella intermedia entre las dos trazadas as o sea, la curva trazada con guiones de la fig.1.3. Hay que notar que la doble regulacin mediante variac y restato permitir obtener una sensibilidad notable en la regulacin de la corriente de excitacin. No son necesarias correcciones de la velocidad regulada inicialmente en el valor nominal, dada la pequea potencia en juego. En todo caso, si por cualquier motivo la prueba no se podr realizar con frecuencia nominal o si se desea llevar los valores encontrados a otra velocidad, ser lcito hacerlo con una simple relacin de proporcionalidad entre tensin y velocidad o frecuencia. Por lo tanto si nosotros, para una determinada medicin , hemos determinado la tensin Eo, a la velocidad n y a la frecuencia f correspondiente, analticamente podremos recabar la Eo' a la velocidad n' y a la frecuencia f correspondiente, mediante la frmula: E' o = Eo n' f' = Eo n f

Se puede realizar simultneamente la determinacin de las prdidas mecnicas y en el hierro de la mquina en prueba. Para este fin, es suficiente introducir en el circuito de alimentacin del motor de c.c. un voltmetro y un ampermetro oportunamente escogidos para la medicin de la potencia absorbida por el mismo. Una medicin preliminar con el alternador desconectado, da como resultado, la entrada total de las prdidas del motor de c.c. funcionante al vaco con velocidad y tensin nominal. La introduccin del alternador arrastrado con velocidad nominal y sin excitacin, ocasionar un incremento de prdidas correspondiente a las prdidas mecnicas del alternador, determinables as por diferencia entre las dos mediciones efectuadas.

Excitando ahora el alternador y obteniendo los valores de tensin, poco a poco crecientes, para la determinacin de la caracterstica de magnetizacin, se obtienen correspondientemente incrementos de potencia debidos a las prdidas en el hierro del alternador, siempre determinables por la diferencia entre las primeras dos mediciones efectuadas. Obviamente existe la hiptesis que, para la carga mnima aplicada, no hayan variaciones sensibles de prdidas en el motor de c.c., y que todos los incrementos de potencia medidos en la red de alimentacin del mismo, correspondan a las prdidas del alternador.

Instrumentos y equipos usados en la prueba

Vase el esquema elctrico de la fig. 1.4. Alimentacin: motor c.c.: lnea fija 220 Vc.c. excitacin alternador: lnea variable 0 a 250 Vc.c. A: ampermetro de hierro mvil 3-6 A V: voltmetro de hierro, mvil 250-500 V F: frecuencmetro a laminillas 50-60 Hz 250-500 V RA: restato de arranque motor: 3 x 35 Ohm / 500 W RCM: restato de campo motor: 200 Ohm - 500 W RCA: restato de campo alternador: 5000 Ohm / 500 W Mquina mod. EE-PQ1 Mquina mod. EE-PQ3 Contador de revoluciones electrnico digital

HAGANLO POR SI SOLOS

a) b) c) d)

Trazar la curva de magnetizacin promedia en un diagrama Hasta qu valor de tensin la curva es casi recta? A cules valores de tensin se comienza a observar la denominada rodilla de la curva de saturacin? Por qu la tensin aumenta con menor rapidez mientras que la corriente de excitacin aumenta?

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1.3 Prueba de cortocircuito y determinacin de la impedancia sincrnica del alternador La prueba tiene la finalidad de determinar la caracterstica de cortocircuito del alternador en prueba o sea, la variacin de corriente en los bobinados inducidos cerrados en cortocircuito,en dependencia de la variacin de la corriente de excitacin. Esta determinacin dar lugar a una recta que podr ser llevada a un diagrama junto con la caracterstica de magnetizacin anteriormente trazada. La relacin entre varias ordenadas correspondientes permitir la construccin de la curva de impedancia sincrnica siempre en funcin de la corriente de excitacin: Zs = Eo Icc

Evidentemente la corriente de cortocircuito indicada en dicho diagrama (fig. 1.5) ser aqulla de fase, y para las mquinas conectadas en estrella aquella correspondiente a la corriente de lnea medida; para las mquinas conectadas en tringulo, aquella medida en lnea dividida por la raz de tres. La prueba podr desarrollarse inmediatamente despus de la prueba al vaco sin interrumpir el grupo, bastar abrir el circuito de excitacin y cerrar el circuito de armadura del generador sincrnico en los tres ampermetros conectados entre s, como se observa en la fig.1.6.

fig. 1.5 Prueba de cortocircuito y determinacin de la impedancia sincrnica del alternador

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fig. 1.6 Esquema para la determinacin de la caracterstica de cortocircuito del alternador

En estas condiciones, para corriente de excitacin = 0, si los ampermetros han sido escogidos con rangos correspondientes a la corriente nominal de la mquina, no se podr determinar sobre stos un pasaje de corriente apreciable. En efecto, disponiendo de ampermetros ms sensibles en el circuito, podremos determinar un pasaje de corriente ms bien pequea. Esta determinacin normalmente no es efectuada por ser muy superficial. En todo caso, esta pequea corriente justifica el hecho de que la caracterstica rectilnea de cortocircuito no sale de su origen y que, consecuentemente, el valor de impedancia sincrnica correspondiente a la corriente de excitacin = 0, no toma un valor con tendencia al infinito. La determinacin verdadera y propia se obtendr cerrando el interruptor de alimentacin del circuito de campo, regulando con el variac y el restato la corriente de excitacin y determinando para algunos valores de sta, los valores correspondientes de corriente de cortocircuito que circula en el inducido. Sern suficientes pocas determinaciones para luego poder obtener, en el diagrama, la construccin de la recta. En todo caso ser til alcanzar, con la corriente de cortocircuito, el valor de la corriente nominal o tambin va1ores superiores de 20-30%.

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No habiendo variado la velocidad del grupo con respecto a la prueba anterior, obviamente nos encontraremos todava en la velocidad nominal, dado que tambin en este caso la potencia en juego es irrisoria con respecto a la potencia del primer motor. Este particular es de poca importancia dado que la corriente de cortocircuito es independiente de la frecuencia y de la velocidad. Como para la prueba al vaco, aqu se pueden determinar las prdidas en el cobre mediante la medicin de potencia absorbida por el motor de c.c., por diferencia con las prdidas al vaco del mismo y las prdidas mecnicas del alternador ya determinadas en la prueba anterior. Excitando el alternador para obtener los valores poco a poco crecientes de corriente inducida para la determinacin de la caracterstica de cortocircuito, correspondientemente se obtienen incrementos de potencia, debidos a las prdidas en el cobre del alternador, que siempre se determinan por la diferencia con las primeras dos mediciones efectuadas. Obviamente existe la hiptesis que, dada la carga mnima aplicada, no hayan sensibles variaciones de prdidas en el motor de c.c., y que todos los incrementos de potencia medidos en la red de alimentacin del mismo, correspondan a las prdidas del alternador.

1.4 Prueba con carga del alternador en rgimen hmico, inductivo y capacitivo

La tensin generada por un alternador depende principalmente del flujo total en el entre-hierro. Al vaco, este flujo es determinado exclusivamente por la excitacin de campo c.c. Con carga, el flujo en el entre-hierro es determinado por las ampervueltas de rotor y por las anpervueltas de estator. Estas pueden aadirse u oponerse a la fuerza magnetomotriz del rotor segn sea el factor de potencia de la carga. Factores de potencia en anticipo asesoran el motor mientras que aqullos en retardo lo oponen. Como la fuerza magnetomotriz tiene un gran efecto sobre el flujo magntico, la regulacin de tensin de los alternadores es ms bien pobre y la corriente continua de campo debe ser regulada continuamente para poder mantener constante la tensin en las condiciones de carga variable. Si una fase de un alternador trifsico es cargada fuertemente, su tensin disminuir por causa de las cadas Ra Ia e Ia XL en el bobinado de estator. Esta cada de tensin no puede compensarse modificando la corriente de campo, porque tambin la tensin de las otras dos fases aumentara. Por lo tanto es esencial que los alternadores trifsicos solamente tengan cargas equilibradas.
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Las caractersticas que normalmente se pueden determinar en el alternador son: 1. las caractersticas externas, o sea, la determinacin de la variacin de tensin con el variar de la corriente de carga, con factor de potencia de la carga constante y corriente de excitacin de la mquina constante. 2. las caractersticas de excitacin bajo carga, o sea, la determinacin de la variacin de tensin con el variar de la corriente de excitacin de la mquina conectada a una carga constante en mdulo (corriente) y en fase (cos ). 3. las caractersticas de regulacin, o sea, la determinacin de la variacin de corriente de excitacin necesaria para mantener, en los extremos de la mquina, una tensin constante con el variar de la corriente erogada sobre una carga con factor de potencia constante. Para la determinacin de estas caractersticas es necesaria una carga trifsica variable en mdulo y en fase que la empresa suministra bajo pedido. En estas condiciones, con maniobras oportunas y un poco de pericia se podr realizar cualquier carga variable en modulo y en fase. Para el circuito de medicin podemos hacer referencia a la fig. 1.7. Los vatmetros tienen la finalidad de determinar el factor de potencia de la carga mediante relacin de sus indicaciones:

fig. 1.7 Esquema para la determinacin de la caracterstica de funcionamiento del alternador con carga

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X= y la conocida relacin:
cos =

P 23 P13

1+ X 2 1 X + X2

Por ejemplo para obtener un factor de potencia inferior a 0,2 la relacin X deber ser negativa y por lo menos inferior a -0,5, lo que significa que la indicacin del vatmetro P23 deber ser negativa y por lo menos superior a la mitad de la indicacin del vatmetro Pl3 Partiendo de las condiciones de tensin al vaco del alternador igual a la nominal y con frecuencia nominal, las diferentes pruebas podrn ser desarrolladas en la forma siguiente: 1. Caractersticas externas: la carga se regular actuando sobre las 3 secciones para as aumentar la corriente erogada por el generador sincrnico, manteniendo constante el factor de potencia de la carga. Ser suficiente controlar, poco a poco que aumenta la corriente, que la relacin de las indicaciones de los dos vatmetros quede constante en el valor prefijado relativo al cosf deseado; tambin puede servir el cosfimetro montado en la carga. Naturalmente se deber determinar en el voltmetro las variaciones correspondientes de tensin. Durante toda la prueba no se deber variar la corriente de excitacin del alternador pero se deber seguir la frecuencia constantemente y llevarla a los valores normales a travs de una simple accin en el restato de campo del motor de c.c. Se podrn determinar numerosas caractersticas relativas a los diferentes factores de potencia y los resultados indicados en un diagrama tomarn el desarrollo de la fig. 1.8, en donde se han representado las caractersticas para cosf menor de uno en retardo y en anticipo, as como tambin la caracterstica con cosf uno. 2. Caractersticas de excitacin bajo carga: se variar el circuito de carga, en la forma arriba indicada, hasta obtener la corriente y el cosf preseleccionados para la determinacin con la mxima corriente de excitacin que normalmente est a la disposicin en el alternador; tambin tendremos la mxima tensin disponible para las condiciones de carga preseleccionadas. De este modo se determinarn el valor de la tensin y el de la corriente de excitacin indicndolos en un diagrama. Se proceder para aumentar la carga actuando en las cargas activa y reactiva. Obviamente, este aumento de carga ocasiona un aumento de corriente inducida del generador que ser llevada lo antes posible al valor preseleccionado bajando la corriente de excitacin del generador en prueba y la tensin. La
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operacin se repetir varias veces, determinando cada vez, la corriente de excitacin y la tensin en los bornes hasta determinar toda la caracterstica. La fig. 1.9 muestra las caractersticas completas relativas al valor de corriente nominal y a los cosf iguales a cero, en anticipo y en retardo, as como tambin con cosf iguales a uno. Naturalmente, la velocidad de la mquina deber ser mantenida bajo control.

fig. 1.8 Caractersticas externas de un alternador con corriente de excitacin constante

fig. 1.9 Caractersticas de excitacin bajo carga por corriente constante igual a la nominal

3. Caractersticas de regulacin: ser suficiente aumentar la carga tratando de mantener constante el factor de potencia y aumentando sucesivamente la corriente de excitacin para volver a llevar la tensin al valor original (tambin ser necesario controlar la velocidad). La determinacin de las diferentes corrientes de excitacin obtenidas as, en funcin de la corriente erogada, dar origen a la
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caracterstica de regulacin para tensin y factor de potencia constantes (fig. 1.10). Todas las determinaciones descritas en este prrafo pueden realizarse, una despus de otra, sin detener jams las mquinas.

fig. 1.10 Caracterstica de regulacin del alternador

Instrumentos y equipos usados en la prueba

Vase el esquema elctrico de la fig. 1.7. Alimentaciones: motor c.c.: lnea fija 220 Vc.c. campo alternador: lnea variable 0 a 250 Vc.c. A: ampermetro de hierro mvil 3-6 A V: voltmetro de hierro mvil 250-500 V F: frecuencmetro a laminillas 50-60 Hz / 250-500 V W: vatmetro electrodinmico 2,5-5 A / 250-500 V RCM: restato de campo motor c.c.: 200 Ohm 500 W) RA: restato de campo arranque motor c.c.: 3x35 Ohm 500 W RCA: restato de campo alternador: 5000 Ohm - 500 W Carga variable RLC mod. EE-RV, EE-IV, EE-CV IC: interruptor de separacin carga Mquina mod. EE-PQ1 Mquina mod. EE-PQ3 Contador de revoluciones electrnico digital

HAGANLO POR SI SOLOS

a) Con cargas capacitivas, la tensin erogada por el alternador aumenta o disminuye? Por qu ? b) Utilizando los conmutadores apropiados predispuestos. en la carga, desequilibrar la carga y observar el desarrollo de las tres corrientes y de las tres tensiones del alternador. Explicar lo que sucede.
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1.5 Determinacin del rendimiento con el mtodo directo o indirecto

Las pruebas con el mtodo directo normalmente son realizables solamente si el grupo est equipado con un dinammetro de transmisin. En este caso ser posible la determinacin mediante la medicin directa del rendimiento del generador sincrnico trifsico. Mediante la medicin del par C en el eje, expresado en kgm, y de la velocidad "n", expresada en RPM, se llegar a la potencia mecnica absorbida por el generador, expresada en vatios, mediante la relacin: Pabs = 9,81C 2 n 60

Con el circuito utilizado varias veces en las pruebas anteriores (vase fig. 1.7 ) y con las mismas modalidades previstas en la determinacin directa de las caractersticas bajo carga, ser posible determinar los valores de potencia rendida por el alternador haciendo variar la carga segn se desee, esto con valor de cosf constante. Para esta finalidad servirn dos vatmetros conectados en Aron en el circuito de medicin. La relacin entre las potencias rendidas determinadas as y las potencias correspondientes absorbidas darn, por un determinado factor de potencia de la mquina, la curva de rendimiento que podr ser indicada en funcin de la corriente erogada. Normalmente los mtodos indirectos se basan en la determinacin de cada una de las prdidas de la mquina y definen as el rendimiento convencional de la mquina mediante la relacin: rend = Pr Pr + Pp

donde Pr es la potencia rendida y Pp la suma de las prdidas. Las prdidas en el hierro y las mecnicas son determinadas mediante el dinammetro de transmisin (con tal que sea suficientemente sensible) poniendo la mquina en rotacin, con velocidad nominal, a travs del motor de c.c. y regulando la excitacin hasta obtener en los bornes la tensin nominal, y leyendo simultneamente en el dinammetro el par transmitido. Esta prueba tambin podra ser realizada en el transcurso de la prueba al vaco descrita en el prrafo 1.2. Las otras prdidas, por excitacin, en los carbones, en los bobinados inducidos y adicionales son recabadas analiticamente.

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1.6 Paralelo de dos alternadores

Para el funcionamiento simultneo de dos o ms alternadores, en el mismo circuito, no pueden tener valor las mismas condiciones que ya conocemos para las mquinas de corriente continua. Ya que las potencias de los alternadores acoplados pueden sumarse, es evidente que las formas de onda de las tensiones que actan en el circuito comn se deben sobreponer perfectamente, o sea, tener la misma frecuencia y estar en sincronismo. A no ser as las mquinas estaran en oposicin durante ciertas fracciones del periodo. Ahora, supongamos tener un alternador que funciona en un determinado circuito y tener que conectarle a ste un segundo alternador, que luego deber tomar una parte de la carga del primero, para el acoplamiento en paralelo se debern satisfacer las siguientes condiciones: los dos alternadores sern puestos en rotacin por sus respectivos primeros motores y debidamente excitados para poder generar la misma tensin con la misma frecuencia. Estas magnitudes sern controladas a travs de instrumentos colocados en los respectivos circuitos. Tambin podrn ser conectados sobre el ltimo aparato de maniobra que servir para la puesta en paralelo (por ej., el interruptor previsto en el grupo de sincronizacin, mdulo AZ 68). Obtenido el control de la tensin y de la frecuencia, no nos queda que controlar la identidad del sentido cclico de los dos circuitos que estamos por cerrar en paralelo y el momento en que entre los conductores asomados del interruptor la tensin se reduce a cero. Para este fin normalmente se usan medios industriales cuales lmparas de sincronismo o sincronoscopios. Para esta finalidad, el banco est dotado de un mdulo de sincronizacin completo con lmparas que son cabecillas de bornes libres de modo que puedan ser conectadas en el circuito a voluntad As, se podr constituir un sincronoscopio con lmparas rodantes o bien con lmparas "homonimas". Sobre las lmparas se podrn colocar voltmetros y frecuencmetros para el control de los parmetros de los dos ternos como se indica en la fig. 1.11. En paralelo a las lmparas tambin se podrn colocar los voltmetros obteniendo as un mtodo ms adecuado para un laboratorio de mediciones elctricas. Se necesitan tres voltmetros iguales con rangos poco superiores al doble de la tensin estrellada de las dos mquinas y que sern colocados entre los bornes correspondientes del interruptor. Estos voltmetros demostrarn, con mayor sensibilidad con respecto a las lmparas, la identidad del sentido cclico de los dos circuitos solamente si tienen evoluciones iguales, o sea, si los tres tienen sus
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ndices colocados al mismo tiempo hacia la indicacin mxima para luego descender juntos hacia el cero de la escala.

fig. 1.11 Esquema para la puesta en paralelo de dos alternadores

En caso contrario, los dos sentidos cclicos sern considerados opuestos y ser suficiente intercambiar entre s dos conductores de uno de los sistemas para volver a encontrar la identidad. A este punto, en uno de los pasajes por cero de los tres voltmetros, se podr cerrar el interruptor, poniendo as en paralelo las dos mquinas. Los tres instrumentos tambin podrn ser desconectados del circuito despus de la maniobra de paralelo. Para esta prueba se deber disponer de dos generadores sincrnicos mod. EE-PQ3; en cambio por lo que se relaciona con los primeros motores, se podrn utilizar dos de las mquinas de la dotacin minima con tal que tengan una velocidad variable.

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Instrumentos y equipos usados en la prueba

Vase el esquema elctrico de la fig. .11. Alimentacin: motor c.c. lnea variable c.c. de 0 a 250 V. V: voltmetro de hierro mvil 250-500 V F: frecuencmetro a laminillas 50-60 Hz / 250-500 V RCA: restato de campo alternador A: 3000 Ohm / 500 W. RCB: restato de campo alternador B: 5000 Ohm / 500 W. Grupo de sincronizacin (mdulo AZ 68) Mquina mod. EE-PQ1 (dos mquinas) o EE-PQ2 Mquina mod. EE-PQ3 (dos mquinas) Contador de revoluciones electrnico digital

HAGANLO POR SI SOLOS

a) b)

Dos alternadores pueden daarse seriamente durante la puesta en paralelo. Bajo cules dos condiciones puede suceder esto?. Un alternador que se pondr en paralelo con otro ya en funcin, genera una tensin ligeramente diferente y tampoco est en fase con el primero. Cules de las dos condiciones debe ser cambiada absolutamente para poder realizar el para1elo.

1.7 Caractersticas de arranque del motor sincrnico trifsico

El principio de funcionamiento de la mquina sincrnica como motor elctrico puede ser determinado fcilmente con el siguiente razonamiento. Considrese una mquina sincrnica trifsica inicialmente parada. Supngase alimentar el bobinado inductor con una fuente auxiliar de corriente continua y conectar las tres fases del estator con un sistema trifsico de tensiones. Las corrientes que circulan en las fases producen en la cavidad estatrica de la mquina un campo rotante que es perfectamente similar a aqul que se constituye como campo de reaccin de inducido cuando la mquina funciona como generador. La nica diferencia est en el hecho de que, mientras que el campo de reaccin es producido por las corrientes generadas por la mquina misma, en cambio en el caso del motor las corrientes que producen el campo rodante son tomadas de la lnea de alimentacin. La velocidad del campo rodante no depende ms de la velocidad imprimida al rotor, sino que es determinada por la frecuencia de las corrientes de alimentacin.

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Aunque el rotor est parado, cuando se alimentan las tres fases estatricas con un sistema trifsico de corrientes a la frecuencia f, enseguida se origina el campo rodante que asume y mantiene la velocidad dada en RPM por la conocida frmula n= 60 f p

siendo p la cantidad de los pares de polos de la mquina. Con las fuerzas tangenciales que ste ejerce en los polos inductores, este campo tiende a arrastrar el rotor en rotacin sincrnica. Claro est que si la velocidad del campo rodante en el momento en que se constituye es muy alta para que se pueda transmitir instantneamente al rotor, ste por inercia queda inmvil. Entonces se intuye que el rotor podr ponerse en rotacin sincrnica solamente si es llevado preventivamente a la velocidad de sincronismo con el campo rodante que luego deber arrastrarlo. Esto equivale a decir que se deber arrancar la mquina con un medio auxiliar adecuado para llevarla a la velocidad de sincronismo antes de cerrar el interruptor que la conecta con la lnea de alimentacin. Por otra parte, como la mquina est excitada regularmente, el interruptor no podr ser cerrado sino cuando haya alcanzado el sincronismo, o sea, con todas las modalidades que se requieren para hacer el paralelo con la lnea, exactamente como si se tratara de poner en servicio un nuevo generador. Cuando se haya alcanzado el paralelo se podr suprimir la accin motriz que ha servido para producir el arranque. Consecuentemente, el clsico motor sincrnico, de por s no es un motor auto-arrancador, sino que requiere un preventivo arranque con un medio auxiliar. Ahora, todos los motores sincrnicos son proyectados de modo tal que pueden ponerse en marcha ya desde la condicin de reposo, acelerar y alcanzar el sincronismo con el campo rodante sin necesidad de arrastre. El motor se pone en marcha como un motor de induccin; para este fin se usan los siguientes bobinados de arranque: a) motores con polos o rotor macizos: las corrientes parsitas que circulan en el hierro producen el par de arranque; b) motores a jaula en donde los conductores de cobre o sus ligas estn colocados dentro de los hoyos del rotor; stos son interconexos en las extremidades para obtener as un bobinado suplementario a jaula; c) mquinas con rotor bobinado en donde bobinas aisladas estn conexas en forma similar a bobinados polifsicos; stas son

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cabecillas de anillos colectores en el rbol (como la mquina mod. EE-PQ3). Cada uno de estos bobinados de arranque puede ser asociado con los diferentes tipos de motor sincrnico. Los de uso ms comn pueden ser divididos as motores sincronicos con polos macizos: motores sincrnicos con polos salientes con expansones polares de hierro macizo; motores sincrnicos a jaula: motores sincrnicos de polos salientes con bobinados a jaula colocados en las expansiones polares; motores sincrnicos de induccin: motores sincrnicos con rotor cilndrico con bobinado secundario similar a un rotor bobinado para motores de induccin; este bobinado se usa para el arranque y para la excitacin (como la mquina mod. EE-PQ3) motores sincrnicos de induccin con polos salientes: motores sincrnicos con polos salientes que presentan bobinados en las expansiones polares; estos bobinados estn conexos a un colector de anillos puesto en el rotor.

Como ya se ha dicho, la mquina mod. EE-PQ3 utiliza uno de estos modos, precisamente se trata de un bobinado trifsico colocado en el interior de un rotor con polos lisos y conectado en estrella por un lado y por el otro es cabecilla de los 3 anillos del colector. Dos de estos anillos son cortocircuitados permanentemente as que los conductores llevados a la bornera solamente son dos. Este tipo de solucin ofrece las siguientes posibilidades: arranque del motor sincrnico como asincrnico mediante cortocircuito del campo (se enlazan los bornes F1-F2). excitacin y sincronizacin del motor ya arrancado mediante la apertura del cortocircuito y conexin del campo (que por un momento queda abierto) con una fuente de alimentacin en c.c. adecuada.

A continuacin indicamos las modalidades para la verificacin de dichas posibilidades de arranque. La mquina, con rotor en cortocircuito (bornes F1-F2 cortocircuitados) puede ser arrancada con plena tensin de red pero, para poder observar mejor el funcionamiento durante la fase de arranque, es oportuno disponer de una fuente de tensin alterna variable que muy bien podremos tomar del banco. Como instrumentos sern necesarios un voltmetro y un ampermetro en el circuito de armadura y un ampermetro en el circuito de campo; este ultimo durante el arranque dar el valor de la corriente que circula en el rotor.
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El esquema para la prueba toma el desarrollo de la fig. 1.12, en donde se ponen en evidencia las dos fases principales de arranque y sincronizacin.

fig. 1.12 Arranque y sincronizacin del motor sincrnico de induccin

a: arranque con rotor en cortocircuito b: sincronizacin con la red

La excitacin ser suministrada a la mquina solamente en un segundo momento, una vez alcanzada la velocidad nominal. Esta excitacin podr ser tomada de la lnea fija c.c. interponiendo un restato con valor de resistencia elevado. Durante la fase de arranque, la funcin del ampermetro introducido en el circuito inducido del motor es de fundamental importancia. Este instrumento ser el que dar la seal de obtencin la sincronizacin con la red, con una doble posibilidad de comportamiento: 1. mientras que la corriente de excitacin de la mquina es aumentada gradualmente, la corriente absorbida por la red (antes era ms bien elevada, por el funcionamiento anormal como asincrnico del motor), primero disminuye lentamente y luego de repente va hasta
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valores muy bajos, denunciando as el haber alcanzado la condicin de sincronismo con la red; 2. lo contrario de antes, mientras se aumenta la corriente de excitacin, la corriente de inducido (ms bien elevada) tiende a aumentar ms an hasta que, insistiendo en el alza de la corriente de campo, aquella inducida rpidamente va hasta valores muy bajos. Esta vez el fenmeno est acompaado por un ruido caracterstico de la mquina que anuncia haber alcanzado la sincronizacin. Ambas condiciones pueden verificarse haciendo girar la mquina primero en un sentido y luego en el otro. En el caso de valores excesivos de corriente absorbida durante el arranque, el ampermetro en el circuito de armadura podr estar temporneamente cortocircuitado.

Instrumentos y equipos usados en la prueba

Vase el esquema elctrico de la fig. 1.12. Alimentacin: armadura: lnea trifsica variable 0 a 250 Vc.a. campo: lnea fija c.c. 220 V. A:- Ampermetro de hierro mvil 3-6 A V: voltmetro de hierro mvil 250-500 V RE : restato de campo mod. 3000 Ohm / 500 W Mquina mod. EE-PQ3

HAGANLO POR SI SOLOS

a) b) c)

d)

e)

Qu precauciones se deben tomar durante el arranque del motor sincrnico? Con el circuito rotrico abierto, el motor puede ponerse en marcha normalmente? Conectar un voltmetro con rango 500 Vc.a. fondo escala en los extremos de los bornes F1-F2 (rotor) y verificar los valores de tensin que se obtienen cuando se alimenta gradualmente la armadura A que se debe la tensin medida eri los extremos de F1-F2? Cunto debera ser la tensin en los bornes F1-F2 con la armadura alimentada a tensin nominal? Qu puede causar una tensin excesiva en los bobinados de la mquina?

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1.8 Motor sincrnico en rgimen de sobre o sub excitacin compensador sincrnico para corregir el factor de potencia

Las mquinas sincrnicas, generalmente trifsicas, cumplen la funcin de transformar energa mecnica en energa elctrica bajo forma de corriente alterna o viceversa; en el primer caso toman el nombre de generadores sincrnicos o alternadores; en cambio en el segundo caso son denominadas motores sincrnicos. Hay que notar que mientras los alternadores erogan potencia activa a la red donde estn conectados, los motores sincrnicos absorben de la red dicha potencia. El intercambio de potencia activa, ya sea en el funcionamiento como alternador que como motor, generalmente est acompaado por un intercambio de potencia reactiva; esto sucede cuando la mquina funciona con una excitacin diferente a aqulla correspondiente a cosf = 1. La mquina sincrnica, en su funcionamiento como alternador, eroga potencia reactiva de naturaleza capacitiva, si trabaja en rgimen de subexcitacin; mientras que eroga potencia reactiva de naturaleza inductiva, si trabaja en rgimen de sobre-excitacin; en cambio, en el funcionamiento como motor sincrnico, absorbe potencia reactiva de naturaleza inductiva en rgimen de sub-excitacin y potencia reactiva de naturaleza capacitiva en rgimen de sobre-excitacin. Dicho esto, si pensamos que una potencia reactiva erogata de naturaleza capacitiva, equivale a una potencia reactiva absorbida de naturaleza inductiva y que una potencia reactiva erogada de naturaleza inductiva corresponde a una absorbida de naturaleza capacitiva, resulta que no hay ninguna diferencia entre alternador y motor sincrnico en relacin con el intercambio de potencia reactiva con la red con la cual la mquina est conectada con respecto al rgimen de excitacin. Un caso particular es dado por el motor sincrnico funcionante al vaco, o sea, sin absorbimiento de potencia activa, si se excepta aquella relativamente muy pequea correspondiente a las prdidas propias y que solamente absorbe potencia reactiva (de naturaleza inductiva o capacitiva segn sea el rgimen de excitacin): en este caso la mquina se comporta como un reactor o como un condensador y es denominada sintticamente compensador sincrnico. Frecuentemente el compensador sincrnico es puesto a funcionar como condensador (normalmente por refasaje de lneas) tornando el nombre de condensador sincrnico. Despus de estas introducciones hay que pasar al montaje del circuito de la fig. 1.13 . Se necesitarn un ampermetro, un voltmetro y dos
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vatmetros en intercalacin Aron en el circuito de armadura y un miliampermetro en el circuito de campo.

fig. 1.13 Esquema para la determinacin de las caractersticas de funcionamiento del motor en regimen de sobre o subexcitacion

La prueba tendr el siguiente desarrollo: 1. arranque del motor sincrnico con plena tensin de red a travs del restato trifsico de arranque, para evitar una corriente elevada de arranque; 2. conexin del circuito de campo con los bornes de alimentacin c.c. variable, con corriente de excitacin mnima; 3. en estas condiciones ei motor absorbe de la red una potencia reactiva con carcter inductivo que ser marcada por los ndices de los dos vatmetros. Particularmente, si el sentido cclico ha sido controlado preventivamente, el vatmetro en posicin P23 dar una indicacin negativa por causa del bajo factor de potencia (cos< 0,5 con corriente en retardo con respecto a la tensin) 4. aumentando gradualmente la corriente de excitacin, el ndice del 2 vatmetro ir hasta el cero de la escala (cos = 0,5: corriente en retardo con respecto a la tensin),mientras que la corriente absorbida mientras tanto disminuir; 5. aumentando todava la excitacin, se alcanzar una condicin en la cual los vatmetros sealarn la misma cantidad de divisiones y ambas sern positivas (cos = 1), condicin correspondiente a la indicacin mnima del ampermetro de campo; 6. aumentando todava la corriente de excitacin, ser el vatmetro en posicin Pl3 el que marcar cero mientras que la corriente de
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armadura aumentar nuevamente (cos = 0,5: corriente en anticipo con respecto a la tensin); 7. aumentando todava la excitacin, el vatmetro en posicin Pl3 dar indicacin negativa por causa del bajo factor de potencia (cos < 0,5: con corriente en anticipo con respecto a la tensin). Los datos relativos a tensin, corriente de armadura, potencia absorbida y corriente de excitacin indicados en una tabla, permitirn calcular la potencia aparente
A = 3 V I (VA) la potencia activa P = Pl3 P23 (w) la potencia reactiva Q = 1,73 (P13 - P23) el factor de potencia
cos = 1+ X 2 1+ X2 X X= P23 P13

(var)

con

Instrumentos y equipos usados en la prueba

Vase el esquema elctrico de la fig. 1.13. Alimentacin: armadura: lnea fija trifsica, campo: lnea variable 0 a 250 Vc.c. A: ampermetro de hierro mvil 3-6 A V: voltmetro de hierro mvil 250-500 V W: vatmetros electrodinmicos 2,5-5 A / 250-500 V RE : restato de campo motor: 5000 Ohm / 500 W RA : restato de arranque: 3x 35 Ohm / 500 W Mquina mod. EE-PQ3

HAGANLO POR SI SOLOS

Trazar las curvas relativas a corriente de armadura y a factor de potencia en funcin de la corriente de excitacin.

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1.9 Caractersticas de funcionamiento, con carga, del motor sincrnico trifsico. Prdida del sincronismo

Esta prueba no difiere sustancialmente de aquella explicada en el prrafo 1.10 para el motor de corriente continua. Todas las particularidades explicadas en dicho captulo, para el buen uso de la dnamo freno, son siempre vlidas y podemos tomarlas como referencia. Para la mquina sincrnica en prueba, no podemos hablar ms de regulacin de velocidad dado su funcionamiento sincrnico con la red. Adems, debemos recordar que las caractersticas hay que recabarlas por factor de potencia constante. Esta obligacin impone la determinacin de diferentes caractersticas para varios valores de cosf ya prefijados. El factor de potencia puede ser regulado con variacin de la corriente de campo de la mquina sincrnica y medido con la ayuda de los vatmetros. En cambio, tendr un particular inters la determinacin del par denominado "desganche" correspondiente a una condicin de sobrecarga tal que puede hacerle perder el sincronismo a la mquina. El punto mximo de sobrecarga para el motor sincrnico, depende de la corriente de excitacin. Ms all de este punto, los polos de rotor se desganchan del campo magntico rodante del estator y el rotor pierde el sincronismo; si no fuera por el bobinado rotrico particular, se realizara una rpida parada de la mquina; por lo que, cuando un motor sincrnico pierde el sincronismo, debe ser desconectado rpidamente de la red de alimentacin. Para la verificacin de esta ltima particularidad es necesario el acoplamiento del motor con la dnamo freno mod. EE-PQ12. El esquema para la realizacin de la prueba est indicado en la fig. 1.14 y a continuacin sintetizamos las fases: 1. arrancar el motor sincrnico acoplado con la dinamo freno y sincronizarlo con la red 2. excitar ligeramente la dnamo freno hasta leer en el ampermetro del motor una fraccin de la corriente nominal de armadura; 3. regular la excitacin del motor sincrnico hasta que las indicaciones de los dos vatmetros sean iguales y ambas positivas (cos = 1); la excitacin no deber ser aumentada ms; 4. aumentar gradualmente la carga de la dnamo freno determinando varios valores de corriente, potencia absorbida y par erogada el motor, as como tambin la corriente de excitacin del motor
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5. aumentar la carga hasta que el motor pierda el sincronismo. Registrar el par requerido y quitar la alimentacin; 6. repetir las fases desde la 1 hasta la 5, pero esta vez aumentando aproximadamente el 20% la corriente de excitacin. Con los datos registrados en los dos diferentes valores de corriente de excitacin recabar: potencia aparente potencia activa potencia reactiva factor de potencia potencia en c.c. potencia rendida rendimiento

fig. 1.14 Esquema para la determinacin de las caractersticas de funcionamiento del motor sincrnico con carga

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Instrumentos y equipos usados en la prueba

Vase el esquema elctrico de la fig. 1.14. Alimentaciones: Armadura motor sincrnico: linea fija trifsica 220 V. Campo motor sincrnico: lnea variable 0 a 250 Vc.c. campo dinamo freno: lnea fija 220 Vc.c. A: ampermetro de hierro mvil 3-6 A V: voltmetro de hierro mvil 250-500 V W: vatmetro electrodinmico 2,5-5 A / 250-500 V RE : restato de campo motor: 3000 Ohm / 500 W RD : restato de campo dinamo freno: 5000 Ohm / 500 W RA : restato de arranque motor: 35 Ohm / 500 W RC restato de carga dnamo freno mod. EE-RV IC : interruptor de separacin carga Mquina mod. EE-PQ3 Mquina mod. EE-PQ12 Contador de revoluciones electrnico digital

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1.10 Paralelo con la red y determinacin de la curva en "V"

Para efectuar el paralelo del generador con la red bastar repetir las operaciones indicadas en el prrafo 1.6 entre los bornes del alternador y la tensin disponible en los tres bornes de llegada de la alimentacin fija. De este modo se presentar una segunda valiosa solucin al problema de la carga del alternador variable en mdulo y en fase ya tratado en los prrafos anteriores. En efecto, ya no ser necesaria la carga trifsica variable en mdulo y en fase pero todo se podr desarrollar en el banco. Obteniendo el paralelo del generador en prueba con la red, se obtendrn varias ventajas: antes que nada todo el grupo quedar firmemente vinculado a la frecuencia de red; siendo sta constante, tambin la velocidad quedar fija en el valor nominal por toda la prueba (para nuestras mquinas con dos polos, de 50 Hz: 3000 RPM 60 Hz 3600 RPM). No ser necesario el control continuo de la velocidad sobretodo durante las pruebas con carga variable. El aumento de potencia activa generada por el alternador se obtendr, partiendo de la posicin relativa a la puesta en paralelo, actuando en el restato de campo del motor de c.c. en el sentido de aumentar la velocidad. Naturalmente sta, por cuanto ya dicho arriba, no podr variar y ser la potencia activa generada 1a que aumentar regresando en la red con recuperacin de energa (exactamente como en una central, el aumento de caudal del fluido en la turbina, no influye en la cantidad de revoluciones sino solamente en la potencia activa emitida en la red por el alternador). Naturalmente, por los mismos motivos, actuando en el restato de campo del motor de c.c., en el sentido de disminucin de la velocidad (siempre partiendo de la posicin de paralelo) ei generador no podr rebajar y, habindose invertido el par en el rbol, funcionar como motor arrastrando el motor de c.c. y absorbiendo de la red la potencia activa que podr ser variada, dentro de los lmites de estabilidad, con la simple maniobra en el restato. El aumento o la disminucin de potencia reactiva se obtendrn actuando en la excitacin del generador sincrnico y, aumentando la excitacin, el generador suministrar potencia reactiva a la red. Estas consideraciones evidencian la sencillez de las maniobras de carga con respecto a cuanto se ha explicado en los captulos anteriores. Esta valiosa solucin, lamentablemente no es realizable para la determinacin con el mtodo directo de las caractersticas del alternador bajo carga. En efecto, en algunas de estas pruebas la corriente de excitacin del alternador debe ser mantenida constante; en otras debe ser variada para determinadas condiciones de carga constante, condiciones que se pueden obtener solamente con una carga externa. Obviamente entre generador y red se habrn colocado: un ampermetro, un voltmetro y dos vatmetros en Aron para el control de la fase, el frecuencmetro puede ser introducido con una nica finalidad didctica.
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Con este circuito se podrn determinar con mucha facilidad las curvas en "V" para la mquina funcionante ya sea como generador que como motor. Fijando, como ya se ha dicho, una cierta potencia activa absorbida o generada con una accin en el restato del motor de c.c. (tambin podra ser una potencia casi igual a cero para las condiciones de paralelo apenas alcanzado), ser suficiente variar la corriente de excitacin para determinar las consecuentes variaciones de corriente absorbida por la mquina sincrnica, o bien erogada. Esta corriente llevada en funcin de la corriente de excitacin torna el clsico desarrollo en "V". La prueba puede ser repetida para varios valores de potencia absorbida o generada. La fig. 1.15, muestra el desarrollo de tales curvas para el motor sincrnico. Los vrtices de las curvas representan los puntos de funcionamiento con cosf igual a uno (corriente mnima absorbida); los valores en sub-excitacin con respecto a dicho lmite representan corrientes absorbidas por el motor en retardo sobre la tensin mientras que los puntos en sobre-excitacin representan corrientes absorbidas en anticipo. En el generador estas funciones se invierten, o sea, en la zona de sub-excitacin la mquina suministrar a la red corriente desplazada en anticipo mientras que en la zona en sobre-excitacin la mquina suministrar corriente en retardo. Hay que notar que en estas pruebas la potencia activa generada por el alternador regresa a la red. Este sistema, denominado de recuperacin de energa, permite un derroche mnimo de trabajo para la ejecucin de la prueba. La seleccin de los instrumentos y de los procedimientos de ejecucin de esta prueba, es confiada a los mismos estudiantes.

fig. 1.15 Determinacin de la curvas en V de un motor sincrnico

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