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• Romer Baltazar

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CURVA DE MAGNETIZACION DE LA MAQUINA SINCRONICA (FUNCIONAMIENTO EN VACIO) 1. Objetivos. – Los objetivos del presente laboratorio son:  Tomar conocimiento del desarrollo de la ecuación de la fuerza electromotriz inducida para una maquina sincrónica.  Conocer las regiones de operación de una maquina sincrónica.  Trazar y conocer la curva de magnetización de una maquina sincrónica. 2. Marco teórico. – 2.1. Introducción. – Las máquinas síncronas, como cualquier otro convertidor electromecánico de la energía, están sometidas al principio de reciprocidad electromagnética, pudiendo funcionar tanto en régimen generador como en régimen motor. Sin embargo, en la práctica de las instalaciones eléctricas es más frecuente su empleo como generadores. En un generador síncrono se aplica una corriente de c.c. al devanado del rotor, la cual produce un campo magnético en el rotor. Enseguida, el rotor del generador gira mediante un motor primario, y produce un campo magnético girando dentro de la máquina. Este campo magnético giratorio induce un conjunto de voltajes trifásicos dentro de los devanados del estator del generador. El rotor de un generador síncrono es en esencia un electroimán grande. Los polos magnéticos en el rotor pueden ser tanto salientes como no salientes. El término salientes significa, proyectado hacia afuera o prominente y un polo saliente es un polo magnético proyectado hacia afuera de la superficie del rotor. Por otro lado, un polo no saliente es un polo magnético construido al mismo nivel de la superficie del rotor. 2.2. Principales aspectos constructivos de los devanados. –

Las máquinas síncronas, al igual que los demás tipos de máquinas eléctricas, están constituidas por dos devanados independientes:  Un devanado inductor construido en forma de arrollamiento concentrado o bien distribuido en ranuras, alimentado por corriente continua, que da lugar a los polos de la máquina.  Un devanado inducido distribuido formando un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna. 2.3. Fuerza electromotriz inducida y curva de magnetización. – Al girar el rotor a la velocidad 𝜔, se inducen f.e.m.s. en los arrollamientos de las tres fases del estator, que van desfasadas en el tiempo 120°, que corresponden a la separación espacial (en grados eléctricos) existente entre las bobinas del estator. Si consideramos que las 𝑁 espiras de cada fase están concentradas, y que el flujo concatenado por las mismas varía entre los límites +∅ 𝑦 −∅, el valor medio de la f.e.m. inducida en cada fase, en el transcurso de medio período de la corriente alterna, tendrá la siguiente relación:

Como quiera que el valor eficaz de la f.e.m. es igual al valor medio multiplicado por el coeficiente de forma 𝐾𝑓 de la onda producida, la f.e.m. eficaz 𝐸 tendrá una magnitud: Teniendo en cuenta que las espiras de cada fase están distribuidas sobre la periferia del estator, pudiendo existir al mismo tiempo acortamientos en cada bobina. La f.e.m. resultante vendrá afectada

por los coeficientes de devanado, por lo tanto, se tendrá la siguiente relación: Que es la ecuación general de la f.e.m. inducida en un alternador. Tomando en cuenta que: Se tiene: Esta última ecuación se puede escribir de la siguiente manera:

Así mismo tomando en consideración la Ley de Hopkinsson, se tiene la siguiente relación:

Donde:

Se debe tomar en cuenta que las máquinas síncronas, son máquinas cuya velocidad de rotación 𝑛 (r.p.m.) está vinculada rígidamente con la frecuencia 𝑓 de la red de corriente alterna con la cual trabaja, considerando la siguiente ecuación:

Donde 𝑝 es el número de pares de polos de la máquina. Una característica importante del funcionamiento en vacío de la máquina síncrona, la constituya la curva 𝐸 = 𝑓 (𝐼𝑓), que representa la f.e.m. en bornes de la máquina estando desconectada la carga en función de la corriente de excitación (corriente de campo). La determinación de esta curva se

realiza por vía experimental, para lo cual es necesario hacer girar la máquina a la velocidad de sincronismo por medio del motor primario, y entonces se debe cambiar gradualmente la corriente excitación desde cero hasta un cierto valor máximo correspondiente a la saturación y desde este último nuevamente hasta cero. Las lecturas obtenidas de la f.e.m. 𝐸 en función de la corriente de excitación 𝐼𝑓 se representan mediante dos ramas, una ascendente y otra descendente, de la característica. La característica en vacío representa la curva media entre ambas ramas y tiene la forma del siguiente gráfico:

En el gráfico, se observan las regiones de operación de la máquina síncrona (alternador), las cuales son: AB = Región lineal, denominada región no saturada. BC = Región saturada, denominada región de operación. CD = Región sobresaturada, denominada región de no operación por las altas pérdidas.

3. Equipo e instrumentación para laboratorio. – Para el presente laboratorio, se utilizará el siguiente equipo, instrumental y material:  Una Máquina motriz.  Un dínamo con autoexcitación compuesto acumulativa, que tiene las siguientes características: - Tensión nominal: Vn = 230 (V) - Corriente nominal: In = 19,6 (A) - Velocidad nominal: ωn = 1430 (rpm) - Potencia nominal: Pn = 4,5 (Kw)  Un motor de corriente continua con autoexcitación compuesto acumulativo, que tiene las siguientes características: - Tensión nominal: Vn = 220 (V) - Corriente nominal: In = 31,5 (A) - Velocidad nominal: ωn = 1500 (rpm) - Potencia nominal: Pn = 5,7 (Kw)  Un generador síncrono (alternador), que tiene las siguientes características: - Tensión nominal: Vn = 220/380 (V) - Corriente nominal: In = 9,6 (A) - Velocidad nominal: ωn = 1500 (rpm) - Frecuencia nominal: f = 50 (Hz) - Potencia nominal: Sn = 6,3 (KVA)  Instrumentos de medición: voltímetros, amperímetros.  Un tacómetro.  Cables para conexión. 4. Circuito para el laboratorio. –

5. Descripción del laboratorio. –  Realizar la regulación primaria y secundaria del circuito empleado en el laboratorio.

6. Lecturas obtenidas en el laboratorio. – Regulación primaria: N°

W [rpm]

f [Hz]

1

1145

42.2

2

1231

44.78

3

1328

44.22

4

1457

48.52

5

1498

49.96

6

1500

50

Regulación secundaria: N°

If [A]

1

Efase[V]

Eu-n[V]

Ev-n[V]

Ew-n[V]

0.02

10.4

10.4

10.4

2

0.04

20.15

20.15

20.15

3

0.07

30.09

30.09

30.09

4

0.09

40.45

40.45

40.45

5

0.12

50.22

50.22

50.22

6

0.14

60.47

60.47

60.47

7

0.16

70.20

70.20

70.20

8

0.19

80.40

80.40

80.40

9

0.21

89.00

89.00

89.00

Para la tensión de fase: Como: 𝐸𝑢−𝑛 = 𝐸𝑣−𝑛 = 𝐸𝑤−𝑛 = 𝐸𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 𝐸𝑓𝑎𝑠𝑒 =

𝐸𝑢−𝑛 √3

[𝑉]

En la tabla tendremos:

N°

If [A]

Efase[V]

Elinea[V]

1

0.02

6.00

10.4

2

0.04

11.63

20.15

3

0.07

17.37

30.09

4

0.09

23.35

40.45

5

0.12

28.99

50.22

6

0.14

34.91

60.47

7

0.16

40.53

70.20

8

0.19

46.42

80.40

9

0.21

51.38

89.00

7. Gráficos. – FORMA REAL

Curva de magnetización primaria: 𝑤 = 𝑓(𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎)

CURVA DE MAGNETIZACION PRIMARIA 1600 y = -1.704x2 + 201.58x - 4318.5 R² = 0.9291

1500

W [RPM]

1400 1300 1200 1100 1000 41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

F [HZ]

Curva de magnetización secundaria: 𝐸 = 𝑓(𝐼)

CURVA DE MAGNETIZACION SECUNDARIA E [V]

60 y = 8.0063x2 + 236.5x + 1.4868 R² = 0.9983

50 40 30 20 10

0 0

0.05

0.1

0.15 I [A]

8. Análisis de resultados. –  Para que realizo este ensayo.

0.2

0.25



- Este ensayo lo realizamos con el fin conocer la forma de instalar y poder hacer funcionar un motor ya sea síncrono u asíncrono dado las circunstancias en ello vemos como variamos la tensión, corriente, velocidad, etc., en vacío para poder obtener una tensión por ejemplo adecuada a la carga a la que se utilizara. Porque realizo la curva de la frecuencia en función a la velocidad. - Al realizar esta curva de magnetización primaria vemos cómo es que afecta la frecuencia del sector en función a la velocidad que se la está sometiendo es por ello que los rpm también afectan y es necesario graduar a una velocidad adecuada. También observamos mediante la ecuación:

El n=w por tanto a mayor frecuencia mayor será el número de revoluciones de la máquina.  Para que me sirve la curva de magnetización. - La curva de magnetización secundaria nos sirve para poder efectuar la graduación de la maquina a la que la carga puede necesitar es decir que al hacer las pruebas en vacío graduamos todas sus variantes que una carga en especifica necesita. También argumentando un poco tenemos lo mencionado en la parte del marco teórico que se dividen en tres zonas zona A-B que es la zona donde no se somete ninguna carga a excepción de las variantes, zona B-C es la zona optima de graduación de las variantes de una carga con ello se puede decir que no habrá una sobre carga, en la zona C-D es la zona de la que ninguna carga puede estar sometido ya que existe en esta zona la variación de las variantes de carga no son óptimas y pueden ser un peligro para la carga. 9. Documentos de referencia. – 

Víctor Hugo Flores Arancibia, guía de laboratorio n°6, CURVA DE MAGNETIZACION DE LA MAQUINA SINCRONICA, Https://Docentes.Uto.Edu.Bo/Vfloresa/?Page_Id=36, acceso 1 de abril de 2019, Oruro