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0 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

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Prof. NESTOR FDO. MARTINEZ PEREIRA

1 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

La asignatura se califica de la siguiente forma: Nota del 20%: 5% Por asistencia a clases. Por cada falla de asistencia se descuenta 0,5 en la nota del corte, a menos que la falla haya sido recuperada. 5% Por traer herramientas requeridas para a realización de las practicas. Las herramientas básicas son: hombre solo, llave de expansión (pico de loro), destornillador de para, destornillador de estrella, pinzas, Alicates, Bisturi, Cinta aislante, Cinta para enmascarar. 10 % Por los preinformes asignados por el profesor para cada corte, en los cuales los estudiantes profundizan en los temas que por razones de tiempo no se alcanzan a tratar en clase. Nota del 80%: 30 % Por nota de quices, los cuales se realiza uno por cada corte de notas y están distribuidos asi: primer corte: quiz de reglamento técnico de instalaciones eléctricas, segundo corte quiz de conexiones trifásicas en transformadores de potencia, tercer corte quiz de motores de corriente alterna y corriente continua. 30 % Por nota de trabajos realizados en la casa, los cuales son: primer corte construcción para evaluar el principio de funcionamiento de un timbre, segundo corte construcción para evaluar el principio de funcionamiento de

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2 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

un

rele,

tercer

corte

construcción

para

evaluar

el

principio

de

funcionamiento de un motor de corriente continua. 30 % Por nota de las practicas realizadas en clase de laboratorio, en la que el docente evalua interés del alumno, destrezas en montajes y cumplimiento del trabajo asignado.

La materia se da por perdida para un estudiante, cuando este haya faltado a mas del 20% de la totalidad de las prácticas. Son en total 16 (Dieciséis) prácticas de laboratorio, con duración de cada una de ellas de 4 (Cuatro) horas de clase normal de 45 (Cuarenta y cinco) minutos, lo cual quiere decir que un estudiante que falte a 3 (Tres) clases, da por perdida la materia, sin derecho a reclamo, a menos que recupere las clases a las que haya faltado, sin embargo la práctica a la que se haya faltado se calificará con nota de cero (0.0), de no haberla recuperado.

Los informes de laboratorio serán llevados en un cuaderno por cada banco o en hojas, donde se registrarán los nombres de los estudiantes que trabajan en cada práctica y se califican el mismo dia de la clase. No serán incluidos estudiantes que falten a mas del 50% de la respectiva práctica, o de lo contrario la calificación respectiva tendrá un descuento, el cual penaliza la falta de honradez del grupo de trabajo.

Los estudiantes que no sean incluidos en un informe de laboratorio,

presentarán su informe aparte del resto del grupo y serán calificados por igual. En cada práctica de laboratorio se califican básicamente 4 (Cuatro) puntos, que son: Cálculos teóricos y gráficos elaborados en tiempo extra, antes de entrar a realizar la respectiva práctica de laboratorio (Cuando sean solicitados por el profesor. Datos y medidas tomadas tanto con el Multímetro digital, como con watímetros y otros instrumentos de medida, además de las observaciones I

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especificadas mientras se va desarrollando cada práctica. El estudiante no debe ceñirse solamente al procedimiento que sea indicado por el profesor, sino además desarrollar en cada práctica su capacidad de análisis investigativo, pensando en posibles situaciones que se puedan presentar adicionales a las presentadas en la correspondiente guía de laboratorio y preguntando al profesor o al laboratorista, para aclarar las dudas y realizar otros montajes diferentes a los especificados. Interpretación de los resultados obtenidos, mediante cálculos de los respectivos porcentajes de error, tablas de datos comparativos, etc., a los que haya lugar, para entender si se cumple en cada práctica con los objetivos esperados o no.

Además se debe incluir la solución a los

interrogantes que se planteen al finalizar cada práctica y que están consignados en la misma. Observaciones y conclusiones tomadas de lo que se haya hecho en la práctica y complementando con las observaciones que se hayan hecho tanto por parte del profesor a cargo de la materia teórica, como por el profesor a cargo de la parte práctica. Estas observaciones y conclusiones no pueden ser tan generales, que expresan ideas y pensamientos que no se pueden apreciar en la práctica, ni pueden ser elogios hacia el profesor o hacia los circuitos montados, los cuales carezcan de sentido crítico. Las conclusiones deben ser específicas, sobre los datos obtenidos, haciendo un análisis crítico acerca de los mismos y en el caso de que no funcionen correctamente los circuitos, el estudiante debe especificar las causales de los mismos, especular sobre los posibles daños y sobre las posibles formas de corregir el o los problemas presentados. Una conclusión es una idea con sentido completo, que cualquier persona ajena a la asignatura la lea y sea capaz de entenderla y a su vez le enseñe algo. I

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4 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Además de lo anterior para la calificación de cada práctica se tendrá en cuenta la participación en clase de cada estudiante y el interés mostrado, para ello se harán las respectivas anotaciones cuando sea requerido en el cuaderno de informe de la práctica de laboratorio.

En ningún momento se reconocerá nota adicional a los estudiantes por asistir puntualmente a las clases, ya que es su obligación estar puntuales y preparados.

No se reconocerá nota adicional por presentar los informes teniendo en cuenta todas las especificaciones antes mencionadas, porque la calificación de cada una de las prácticas reflejará el grado de preparación o no que se haya tenido.

Los reclamos a los que haya lugar para subir notas en las prácticas serán basados únicamente en el trabajo realizado por el grupo de laboratorio que presenta la práctica y en los informes presentados. Factores externos o adicionales que no estén en el informe del laboratorio, no serán tenidos en cuenta.

Las explicaciones que se hagan antes o después de la clase, serán realizados en horario adicional, con previo consentimiento de todo el grupo.

Los alumnos por reglamento institucional deben asistir a las practicas sin cachuchas, gorras o similares, no portar relojes, cadenas, o alajas que puedan generar cortocircuitos en las practicas, se deben presentar con pantalón largo y zapatos cerrados, no en camisillas (excepto las damas) y sus camisas deben estar por dentro del pantalón porque en prácticas de motores estas prendas mal portadas ocasionan accidentes que pueden ser mortales para los alumnos.

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5 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

INTRODUCCION Y CONCEPTOS BASICOS, EFECTOS DE LA CORRIENTE SOBRE EL CUERPO HUMANO 1. MEDIDAS PRELIMINARES DEL TRANSFORMADOR. 2. POLARIDAD

Y

RELACIÓN

DE

TRANSFORMACIÓN

DEL

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO Y TRIFASICO 3. GRUPOS Y CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES 4. PRUEBA DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO EN TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS Y TRIFÁSICOS 5. PRUEBA DE REGULACIÓN EN TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS Y TRIFÁSICOS 6. ENSAYOS PRELIMINARES EN MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA 7. CONEXIÓN DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SERIE, PARALELO Y COMPUESTO 8. ENSAYOS PRELIMINARES EN MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA (GENERADOR). 9. CONEXIONES

SERIE

Y

PARALELO

DE

TRANSFORMADORES

MONOFASICOS Y TRIFÁSICOS.

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6 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Una semana

Determinar como están conectados los devanados de un transformador por medio de pruebas de continuidad. Identificar bobinas de alta tensión y de baja tensión en un transformador, por medio de medidas de resistencia Aprender a utilizar el puente de Wheatstone para la medición de resistencias de valores muy bajos. Verificar el correcto estado de los bobinados del transformador basados en los resultados obtenidos en las pruebas de resistencia de aislamiento Confrontar lo aprendido teóricamente con lo realizado en la práctica de laboratorio.

¿Cómo se construye un transformador? I

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7 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

¿Cómo se identifican los devanados de un transformador a partir de medidas de resistencia? ¿Para que sirve la medición de la resistencia de aislamiento en un transformador entre devanados entre sí y devanados con carcasa?. Características del puente de Wheatstone y procedimiento para medir resistencias. Métodos empleados para medir resistencia de aislamiento en un transformador Utilidad y forma de conectar el Megger para la medición de resistencia de aislamiento. Polaridad de la fuente DC utilizada para realizar la prueba de aislamiento.

DAWES, Chester L. Tratado de electricidad. Tomos I y II. DIAZ PRIETO , Luis Alfonso.

Manual de laboratorio de máquinas

eléctricas I. UIS. KOSOW, Irwing L. Maquinas eléctricas y transformadores RAS OLIVA, Enrique. Transformadores de potencia de medida y de protección. Editorial Alfaomega – Marcombo. 1991. RICHARDSON, Donald V. Y CAISSE Arthur J. Máquinas eléctricas rotativas y transformadores. STEPHEN J. Máquinas eléctricas. Tercera edición.

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8 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Elementos disponibles en el laboratorio: Un banco de pruebas Un Multímetro digital Un Multímetro analógico. Quince (15) conectores marca FESTO Un puente de Weatstone. Un transformador monofásico bidevanado Un transformador trifásico. Una fuente de VDC

Elementos que deben traer para la práctica: Diez (10) fusibles de 10 A., para el banco de pruebas (Deben observar su tamaño antes de comprarlos.

1. Seleccione entre los equipos disponibles en el laboratorio un transformador monofásico y uno trifásico para realizar las pruebas respectivas. Traten de utilizar los mismos equipos para todas las prácticas de transformadores que realicen en el transcurso del semestre). 2. Verifique el estado del banco de trabajo, para ello mida el voltaje de salida tanto de VDC como de VAC y haga pruebas de continuidad entre los diferentes bornes disponibles en el banco. Si el voltaje de V DC medido es cero, verifique I

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9 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

el estado de los fusibles que se encuentran localizados en la parte posterior derecha del banco de trabajo y si están defectuosos, reemplácelos por fusibles en buen estado. 3. Mediante pruebas de continuidad realizadas para cada transformador entre cada uno de los bornes disponibles, identifique cuantos devanados o bobinados tiene el transformador, cuáles bornes pertenecen a cada uno de los devanados y cuáles bornes van internamente conectados a la carcasa del mismo. Haga un esquema representativo de cada transformador bajo prueba indicando la posición de cada uno de los bornes con letras o números que ustedes escojan al azar e indique cuáles bornes pertenecen a cada bobina y a sus derivaciones. 4. Mida resistencia en cada uno de los devanados encontrados en cada transformador, seleccionando en el multímetro digital o analógico la escala adecuada y registre el valor en una tabla. nomenclatura utilizada en el dibujo anterior.

Para ello conserve la misma Recuerde que las medidas

tomadas con el Multímetro por debajo del 30% del valor de plena escala, incluyen porcentajes de error muy elevados y por ello se considera que son medidas incorrectas. 5. Observe el puente de Wheatstone y entienda donde está ubicada y cómo se conecta cada resistencia dentro de él. Mida con el multímetro cada una de las resistencias del puente de Wheatstone, para saber si están en buen estado. 6. Ajuste la fuente de VDC para entregar 2 VDC, que es el valor del voltaje de trabajo para el puente de Weatstone, asegúrese que la perilla de corriente de la fuente esté ubicada en un valor bajo diferente de cero (Porque al estar ubicada en cero no entrega corriente ni voltaje).

Alimente el puente de

Wheatstone y proceda a medir la resistencia de los devanados de los dos

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10 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

transformadores, teniendo en cuenta que el valor de las resistencias fijas del puente se deben seleccionar así Si el valor de la resistencia a medir está entre 0 y 100 y R2=1000

o de otro modo R1=1

y R2=100

, entonces R1=10

(Esto depende del tipo de

puente de Weatstone utilizado, lo importante es que conserven la misma relación). Si el valor de la resistencia a medir está entre 100 y 1000 R1=100

y R2=1000

o de otro modo R1=10

y R2=100

, entonces

(Igual que en el

anterior, esto depende del tipo de puente de Weatstone utilizado, lo importante es que conserven la misma relación). Si el valor de la resistencia a medir está por encima de 1000 R1=1000

y R2=1000

o de otro modo R1=100

y R2=100

, entonces

(Igual que en

el anterior, esto depende del tipo de puente de Weatstone utilizado, lo importante es que conserven la misma relación).

R1

R2 GALVANÓMETRO

Rx

R3

FIGURA No. 1.1

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PUENTE DE WHEATSTONE

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11 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

En la figura 1.1 se muestra el esquema de conexión del puente de Wheatstone y el valor de RX puede ser hallado por la fórmula siguiente RX = ( R3 * R1 ) / R2

(1.1) 7. Con el Multímetro analógico registre el valor del voltaje medido en los bornes del banco que indican 220 VDC, tenga en cuenta que la escala utilizada para realizar la medición sea la mas adecuada. 8. Determine el valor de la resistencia interna del voltímetro en la escala utilizada para ello lea el valor de sensibilidad indicada en el tablero del instrumento, indicada en unidades de (

/ V ) y multiplíquelo por el valor de plena escala

de medición de voltaje utilizada en el instrumento.

FIGURA No. 1.2

CIRCUITO UTILIZADO PARA MEDIR EL VALOR DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

9. Conecte el circuito para medir resistencia de aislamiento entre devanados como se indica en la figura 1.2. y registre el valor medido de voltaje del voltímetro, para ello tenga en cuenta que se debe emplear la misma escala del voltímetro utilizada en el numeral siete (7). Calcule el valor de la resistencia de aislamiento empleando la fórmula I

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12 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

(V FUENTE – V VOLTIMETRO ) . R AISLAMIENTO =------------------------------------- * R INTERNA VOLTÍMETRO V VOLTIMETRO . R INTERNA VOLTIMETRO = (Sensibilidad en

(1.2)

/ V) * (Escala de Volt. utilizada).(1.3)

Registre el valor medido de la resistencia entre devanados, para cada uno de los devanados disponibles tanto en el transformador monofásico como en el transformador trifásico.

Recuerde que el mínimo valor aceptable de

resistencia de aislamiento para cualquier equipo es de 1 M

por cada 100 V

aplicados por la fuente de alimentación. 10. Mida el valor de la resistencia de aislamiento entre los devanados y la carcasa, para cada uno de los devanados de los dos transformadores, utilizando el mismo método anterior. 11. Mida el valor de la resistencia de aislamiento utilizando el Megger, para cada uno de los transformadores utilizados NOTAS Cuando se trabaje realizando mediciones de resistencia de aislamiento en ambientes húmedos, se debe conectar adicionalmente el terminal positivo de la fuente de VDC a la tierra de la instalación (para medidas de resistencia de aislamiento entre devanados). Cuando se efectúe la medición de resistencia de aislamiento entre devanados y carcasa, el terminal positivo de la fuente de VDC debe estar conectado a la carcasa del transformador y en lo posible la carcasa del transformador debe estar aterrizada. Esto es debido a que el V DC ayuda a disociar las moléculas de H2O presentes en el medio ambiente y si se conecta el terminal positivo de la fuente a un punto diferente de la tierra de la instalación, hace que se depositen allí átomos de oxígeno, los cuales oxidan el

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13 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

terminal, aislándolo y con ello provocan que la medida de la resistencia sea mucho mas elevada del valor real. Cuando se mide resistencia de aislamiento con fuente de VAC, se debe considerar el valor de la reactancia inductiva de las bobinas, en el valor de la resistencia medida. Cuando se trabaja con el Multímetro en escalas bajas, se debe considerar el efecto de este cambio al utilizar la fórmula para determinar el valor de la resistencia de aislamiento vista anteriormente. Adicionalmente se debe tener en cuenta la relación entre los valores de resistencia interna del voltímetro con la corriente que circula y con el valor de la resistencia de aislamiento medida.

CUESTIONARIO PARA RESOLVER EN LA CASA 1. Basados en las mediciones de resistencias hechas con ayuda del puente de Wheatstone, indique para cada transformador cual o cuales son los devanados de alta tensión y cual o cuales son los devanados de baja tensión.

Indique también sobre un dibujo de los bobinados, la

forma como están distribuidos los taps o derivaciones de cada devanado. Conserve la misma nomenclatura utilizada anteriormente. 2. Deduzca teóricamente la fórmula utilizada para determinar el valor de la resistencia RX, explicando las consideraciones tenidas en cuenta. 3. Deduzca teóricamente la fórmula utilizada para determinar el valor de la resistencia de aislamiento, explicando las consideraciones tenidas en cuenta. 4. Basados en las mediciones hechas de resistencia de aislamiento ¿Se puede concluir que los valores medidos están dentro del rango aceptable?. ¿Cuál es el mínimo valor de resistencia de aislamiento que

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14 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

se puede aceptar para esta prueba, la cual se realizó con un voltaje aplicado por la fuente de 220 VDC? 5. Calcule el porcentaje de error para las medidas de resistencia de los devanados obtenidas con ayuda del Multímetro (Valor medido), con respecto a las obtenidas por medio del puente de Wheatstone (Valor real). Recuerde que el porcentaje de error se halla por la fórmula (VALOR REAL – VALOR MEDIDO) %e = ---------------------------------------------------- * 100% VALOR MEDIDO

(1.4)

6. Explique porqué la prueba de resistencia de aislamiento no se efectúa aplicando voltaje con una fuente de VAC. 7. Explique porqué no se deben utilizar escalas bajas del voltímetro análogo, para efectuar las medidas de resistencia de aislamiento. 8. Porqué los valores de resistencia obtenidos con el Megger, son diferentes a los calculados con ayuda del multímetro análogo?. Influye en el resultado el valor del voltaje aplicado al circuito para efectuar la prueba? 9. Escriba sus propias conclusiones acerca de lo realizado en la práctica.

SISTEMA DE EVALUACIÓN Para la evaluación de la practica anterior se tendrá en cuenta el desarrollo completo de todos los puntos de la anterior guía de laboratorio. Aparte de lo anterior, las conclusiones deben realizarse sobre puntos específicos, en los que se pueda determinar el grado de conocimiento adquirido o asimilado por los estudiantes que la realizaron.

Las

conclusiones no pueden ser tan generalizadas, que no se pueda evaluar lo realizado en la práctica.

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15 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Tener en cuenta al momento de redactar las conclusiones, los aspectos puntuales en los que el profesor haya hecho énfasis especial al momento de realizar la práctica, o los temas propuestos para consultar adicionalmente. Además de lo anterior se tiene en cuenta en el momento de la evaluación el interés demostrado en la clase y todos los aspectos consignados al inicio de este manual, en donde se explica claramente el “procedimiento de evaluación”.

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16 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

DURACIÓN: Una semana

OBJETIVOS ✔ Conocer como se prueba un transformador mediante la aplicación de un voltaje, para determinar cuál es el devanado de alto voltaje y cuál es el devanado de bajo voltaje. ✔ Adquirir destrezas en el manejo del Multímetro digital y analógico, para realizar las pruebas de continuidad y polaridad de los devanados de un transformador. ✔ Confrontar lo aprendido teóricamente con lo realizado en la práctica de laboratorio. ✔ Analizar cómo se aplica la ley de la mano derecha para determinar el correcto sentido de las corrientes y los flujos en un transformador.

TEMAS PARA CONSULTA Características generales de los transformadores. Identificación de los bornes de un transformador, según normas europeas y americanas de estandarización Aplicación de la regla de la mano derecha para determinar el sentido de circulación de la corriente y del flujo magnético creado por dicha corriente IAC Principio de funcionamiento de un transformador.

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17 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Método utilizado para deducir de la polaridad de un transformador. Funcionamiento del autotransformador. Características generales de los transformadores trifásicos. Identificación de los devanados en un transformador trifásico y de su polaridad.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA DAWES, Chester L. Tratado de electricidad. Tomos I y II. DIAZ PRIETO , Luis Alfonso.

Manual de laboratorio de máquinas

eléctricas I. UIS. KOSOW, Irwing L. Maquinas eléctricas y transformadores RAS OLIVA, Enrique. Transformadores de potencia de medida y de protección. Editorial Alfaomega – Marcombo. 1991. RICHARDSON, Donald V. Y CAISSE Arthur J. Máquinas eléctricas rotativas y transformadores. STEPHEN J. Máquinas eléctricas. Tercera edición.

EQUIPOS Y MATERIALES Elementos disponibles en el laboratorio: ✔ Un banco de pruebas ✔ Un Multímetro digital ✔ Un Multímetro analógico. ✔ Quince (15) conectores marca FESTO ✔ Un transformador monofásico bidevanado ✔ Un transformador trifásico. ✔ Un autotransformador

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18 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Elementos que deben traer para la práctica: ✔ Diez (10) fusibles de 10 A., para el banco de pruebas (Deben observar su tamaño antes de comprarlos.

PROCEDIMIENTO TRANSFORMADOR MONOFASICO 1. Seleccione entre los equipos disponibles en el laboratorio un transformador monofásico y uno trifásico para realizar las pruebas siguientes. Traten de utilizar los mismos equipos utilizados en la práctica anterior). 2. Verifique el estado del banco de trabajo, para ello mida el voltaje de salida de VAC trifásico. 3. Identifique sobre un dibujo los devanados que pertenezcan a la misma fase (Que estén montados sobre el mismo núcleo). Para esto se debe conectar un voltaje aproximado de 12 VAC a uno solo de los devanados de alta tensión previamente identificados en la clase anterior y tomar medidas de voltaje en los otros devanados.

Si los otros devanados registran un voltaje de VAC

medido de valor igual al aplicado, se puede concluir que también pertenecen al lado de alta tensión y están ubicados en la misma fase, pero si registran un valor menor al aplicado, se puede concluir que están montados sobre el mismo núcleo y son devanados de baja tensión. 4. Para identificar la polaridad, se utiliza el método del puente, cuyo esquema de conexión se muestra a continuación

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19 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

12 VAC

FIGURA No. 2.1 ESQUEMA PARA DETERMINAR LA POLARIDAD DE UN TRANSFORMADOR

El anterior circuito se debe alimentar por el devanado de alta tensión, que ha sido identificado según las pruebas hechas en el numeral tres (3). El puente ubicado en el inferior del dibujo, se hace conectando un terminal cualquiera del devanado de alta tensión, con un terminal cualquiera del otro devanado que se encuentra bajo prueba (Que puede ser también de alta o de baja tensión). Se debe tener en cuenta que para la prueba con transformador trifásico, se realiza en esta práctica solo entre devanados pertenecientes al mismo núcleo, para cada uno de los tres núcleos del transformador. 5. Registre en una tabla las condiciones de montaje del circuito y los datos obtenidos, como se muestra en la siguiente tabla.

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20 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Terminales entre los que se alimenta el circuito

Terminales puenteados

H1 – H2

H1 – H3

H1 – H2

H1 – H4

H1 – H2

H1 – X1

H1 – H2

H1 – X2

H1 – H2

H1 – X3

H1 – H2

H1 – X4

Voltaje medido con el voltímetro

Tipo de polaridad (aditiva o sustractiva)

Designación de los bornes (de la misma o diferente polaridad)

TABLA No. 2.1 DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA DE POLARIDAD DE TRANSFORMADORES  Si una fase tiene mas de un devanado de alta tensión, repita el mismo procedimiento, pero alimentando el transformador por uno de los devanados de alta tensión, tomando la salida en el otro devanado. Luego

repita

lo

anterior

intercambiándolos entre sí.

con

los

mismos

devanados

pero

Registre los resultados en la misma

tabla.  La prueba hecha entre dos devanados, uno de alta tensión y uno de baja tensión, siempre se hace alimentando por el devanado de alta tensión.

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21 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

TRANSFORMADOR TRIFASICO 6. Identifique sobre un dibujo los devanados que pertenezcan a la misma fase (Que estén montados sobre el mismo núcleo). Para esto se debe conectar un voltaje aproximado de 12 VAC a uno de los devanados de alta tensión previamente identificados en las clases anteriores y tomar medidas de voltaje en los otros devanados de alta tensión y de baja tensión.

De los otros

devanados de alta tensión, el que registre mayor voltaje, corresponde al devanado que se encuentra montado sobre el mismo núcleo, (Por lo tanto pertenece a la misma fase) y van disminuyendo el valor del voltaje inducido a medida que se alejan del núcleo bajo prueba (Están ubicados en diferentes núcleos). Igual sucede con la prueba hecha a los devanados de baja tensión. 7. Realice la misma prueba anterior para el resto de los devanados de alta tensión, registrando para cada prueba los resultados de los voltajes obtenidos en los diferentes devanados de alta y baja tensión. 8. Identificación del devanado que se encuentra sobre el núcleo central:

Se

aplica una tensión reducida a un devanado de alta tensión y se mide la tensión inducida en los devanados de baja tensión. Se deben obtener los siguientes resultados, (Dependiendo de que el transformador utilizado tenga una sola o dos bobinas por cada uno de los devanados de alta o baja tensión disponibles):  Una o dos tensiones iguales, mayores que las demás (Corresponden al devanado de baja tensión ubicado sobre el mismo núcleo del devanado de alta tensión que se está alimentando).  Dos o cuatro tensiones iguales (Correspondientes a los devanados de baja tensión de las otras dos fases) 9. Para identificar la polaridad, se utiliza el método del puente, el cual se trabajó en los primeros puntos de esta practica. Si ya está identificada la polaridad de I

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22 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

cada uno de los devanados del transformador trifásico no tienen necesidad de repetir este procedimiento, de lo contrario deben hacerlo.

CUESTIONARIO PARA RESOLVER EN LA CASA 1. Basados en las mediciones de voltaje, con los datos de polaridad aditiva y sustractiva indique la polaridad del transformador monofásico y la del trifásico. Indique sobre un dibujo la nomenclatura de los bornes, según norma Americana y otro dibujo según norma Europea. 2. Con los datos de voltaje inducido en el transformador halle la relación de transformación entre todos los devanados del transformador trifásico. ¿Esta relación de transformación es válida en vació y en carga? 3. Escriba sus propias conclusiones acerca de lo realizado en la práctica.

SISTEMA DE EVALUACIÓN Para la evaluación de la practica anterior se tendrá en cuenta el desarrollo completo de todos los puntos de la anterior guía de laboratorio. Aparte de lo anterior, las conclusiones deben realizarse sobre puntos específicos, en los que se pueda determinar el grado de conocimiento adquirido o asimilado por los estudiantes que la realizaron.

Las

conclusiones no pueden ser tan generalizadas, que no se pueda evaluar lo realizado en la práctica. Tener en cuenta al momento de redactar las conclusiones, los aspectos puntuales en los que el profesor haya hecho énfasis especial al momento de realizar la práctica, o los temas propuestos para consultar adicionalmente. Además de lo anterior se tiene en cuenta en el momento de la evaluación el interés demostrado en la clase y todos los aspectos consignados al inicio de

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23 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

este manual, en donde se explica claramente el “procedimiento de evaluación”.

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24 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

DURACIÓN: Dos semanas

OBJETIVOS ✔ Conocer los diferentes tipos de conexiones de transformadores de acuerdo a los grupos A, B, C, D y los desfases que cada uno de ellos presentan. ✔ Adquirir destrezas la identificación de cada tipo de conexión, realizando para ello algunas medidas básicas, las cuales son estandarizadas según normas europea y americana. ✔ Confrontar lo aprendido teóricamente con lo realizado en la práctica de laboratorio.

TEMAS PARA CONSULTA Diagramas

vectoriales

para

identificación

del

ángulo

de

fase

en

transformadores. Identificación de los grupos de conexión de los transformadores según normas de estandarización (Grupos de conexión A, B, C, D). Conexiones adicionales, como por ejemplo la conexión Scott, la tipo T, la V abierta, estrella, triángulo, etc., entre otras.

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25 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Conexión de transformadores en paralelo, de acuerdo al tipo de conexión que tengan internamente y a la potencia entregada. Relación entre la producción y atenuación de los armónicos, con los diferentes tipos de conexiones. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA DAWES, Chester L. Tratado de electricidad. Tomos I y II. DIAZ PRIETO , Luis Alfonso.

Manual de laboratorio de máquinas

eléctricas I. UIS. KOSOW, Irwing L. Maquinas eléctricas y transformadores RAS OLIVA, Enrique. Transformadores de potencia de medida y de protección. Editorial Alfaomega – Marcombo. 1991. RICHARDSON, Donald V. Y CAISSE Arthur J. Máquinas eléctricas rotativas y transformadores. STEPHEN J. Máquinas eléctricas. Tercera edición.

EQUIPOS Y MATERIALES Elementos disponibles en el laboratorio: ✔ Un banco de pruebas con conectores de alimentación trifásicos disponibles ✔ Un Multímetro digital ✔ Quince (20) conectores marca FESTO ✔ Un transformador trifásico.

Elementos que deben traer para la práctica: ✔ Diez (10) fusibles de 10 A., para el banco de pruebas (Deben observar su tamaño antes de comprarlos. I

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26 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

PROCEDIMIENTO 1. Seleccione entre los equipos disponibles en el laboratorio un transformador trifásico para probar las diferentes clases de conexiones. Traten de utilizar el mismo equipo utilizado en la práctica anterior). 2. Verifique el estado del banco de trabajo, para ello mida el voltaje de salida de VAC trifásico. 3. Basados en las mediciones para identificar la polaridad del transformador, hechas en la práctica anterior, conecte cada uno de los doce circuitos correspondientes a los diferentes grupos de conexiones normalizadas de transformadores (Grupos A, B, C, D), verificando para cada uno de ellos que se cumplan las condiciones expuestas en la columna denominada "Conexión y medidas". Todo lo anterior se encuentra en las tablas estandarizadas, que se adjuntan con la presente práctica de laboratorio (Tabla 4.1).

Registre los

resultados obtenidos en una tabla. 4. Seleccione dos conexiones, de tipo Dz( X ) o Yz( X ), donde X es el número de la conexión seleccionado y realice el montaje y pruebas respectivas, igual a lo hecho en el punto anterior. Registre los resultados obtenidos en la misma tabla anterior.

CUESTIONARIO PARA RESOLVER EN LA CASA 1. Con los datos obtenidos de comparación del voltaje medido para cada uno de los grupos de conexiones que se han montado en la práctica, qué se puede concluir?. Todas las medidas tomadas son exactas?. 2. Seleccione seis (6) esquemas de conexiones normalizadas y no normalizadas diferentes ( Dz( X ), Yz( X ), Dy( X ), Yd( X ), Dd( X ) y Yy( X ))y explique para cada uno de ellos la conexión de su diagrama fasorial. I

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27 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

3. Escriba sus propias conclusiones acerca de lo realizado en la práctica de laboratorio.

SISTEMA DE EVALUACIÓN Para la evaluación de la practica anterior se tendrá en cuenta el desarrollo completo de todos los puntos de la anterior guía de laboratorio. Aparte de lo anterior, las conclusiones deben realizarse sobre puntos específicos, en los que se pueda determinar el grado de conocimiento adquirido o asimilado por los estudiantes que la realizaron.

Las

conclusiones no pueden ser tan generalizadas, que no se pueda evaluar lo realizado en la práctica. Tener en cuenta al momento de redactar las conclusiones, los aspectos puntuales en los que el profesor haya hecho énfasis especial al momento de realizar la práctica, o los temas propuestos para consultar adicionalmente. Además de lo anterior se tiene en cuenta en el momento de la evaluación el interés demostrado en la clase y todos los aspectos consignados al inicio de este manual, en donde se explica claramente el “procedimiento de evaluación”.

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28 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

DURACIÓN Una semana

OBJETIVOS ✔ Conocer la forma como se realizan las pruebas de vacío y cortocircuito en un transformador monofásico y en uno trifásico. ✔ Conocer como se monta la conexión Arón para medición de potencia trifásica utilizando dos vatímetros monofásicos. ✔ Establecer la diferencia entre pérdidas en el hierro y pérdidas en el cobre en un transformador ✔ Conocer los fundamentos acerca del origen de las pérdidas en el hierro y las pérdidas en el cobre en un transformador. ✔ Definir claramente los valores de voltajes y corrientes utilizados para realizar las pruebas de vacío y de cortocircuito en un transformador. ✔ Confrontar lo aprendido teóricamente con lo realizado en la práctica de laboratorio. ✔ Aprender a deducir por medio de pruebas el modelo equivalente de un transformador.

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29 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

TEMAS PARA CONSULTA Definición de pérdidas en un transformador. Factores que inciden en las pérdidas en el hierro y factores que inciden en las pérdidas en el cobre Definición de pérdidas por efecto Joule, pérdidas por efecto Foucault y pérdidas por histéresis. Modelo equivalente de un transformador y deducción de los parámetros característicos: R1, R2, RM, X1, X2, XM. Utilidad del modelo equivalente del transformador Medición de potencia activa, en transformadores monofásicos y trifásicos Utilidad y forma de empleo de los diagramas fasoriales Diferencia entre valores de voltajes y corrientes de línea con los valores de voltajes y corrientes de fase.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA Dawes, Chester L. Tratado de electricidad. Tomos I y II. DIAZ PRIETO, Luis Alfonso. Manual de laboratorio de máquinas eléctricas I. UIS. KOSOW, Irwing L. Máquinas elécticas y transformadores. RAS OLIVA, Enrique.

Transformadores de potencia, de medida y de

protección. Editorial Alfaomega – Marcombo. 1991. RICHARDSON, Donald V. y CAISSE, Arthur J.

Máquinas eléctricas

rotativas y transformadores. STEPHEN, J. Máquinas eléctricas. Tercera edición.

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30 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

EQUIPOS Y MATERIALES Elementos disponibles en el laboratorio ✔ Un banco de pruebas con conectores de alimentación trifásicos disponibles ✔ Un multímetro digital ✔ Un amperímetro digital ✔ Dos vatímetros monofásicos ✔ Un vatímetro trifásico ✔ Quince (15) conectores marca FESTO ✔ Un transformador trifásico ✔ Un transformador monofásico

Elementos que deben traer para la práctica ✔ Diez (10) fusibles de 10 A., para el banco de pruebas. (Deben observar su tamaño antes de comprarlos).

PROCEDIMIENTO 1. Seleccione entre los equipos disponibles en el laboratorio, un transformador monofásico y uno trifásico

para realizar las pruebas de vacío y de

cortocircuito a cada uno de ellos.

Se recomienda tomar los mismos

transformadores con los que se ha venido trabajando, para agilizar el desarrollo de la práctica. 2. Verifique el estado del banco de trabajo, para ello mida y registre el voltaje de línea disponible en la salida de alimentación trifásica del banco, para verificar su correcto funcionamiento.

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31 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

3. Registre los valores de resistencia medidos con el puente de Wheatstone, para los devanados de alta tensión y de baja tensión, tanto en el transformador monofásico, como en el transformador trifásico. Esta prueba fue hecha en la primera práctica de laboratorio. Además registre con el mismo puente de Wheatstone la resistencia de la bobina de corriente del vatímetro.

Si estos valores no los tienen disponibles, mídanlos

nuevamente. 4. Basados en la explicación del profesor realicen el ensayo de vacío de un transformador monofásico y registren los datos medidos. 5. Realicen el ensayo de cortocircuito de un transformador monofásico y registren los datos medidos. 6. Realicen el ensayo de vacío de un transformador trifásico y registren los datos medidos. 7. Realicen el ensayo de cortocircuito de un transformador trifásico y registren los datos medidos.

CUESTIONARIO PARA RESOLVER EN CASA 1. Con los valores medidos, calcule cada uno de los parámetros necesarios para dibujar el modelo equivalente del transformador monofásico referido al lado de alta tensión y dibújelo. 2. Con los valores medidos, calcule cada uno de los parámetros necesarios para dibujar el modelo equivalente del transformador trifásico referido al lado de alta tensión y dibújelo. 3. En cada una de las pruebas realizadas (Vacío y cortocircuito), cuál es el valor de la potencia de salida en el transformador?. 4. Calcule

tanto

para

el

transformador

monofásico,

como

para

el

transformador trifásico, la corriente de cortocircuito que circularía en cada I

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32 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

devanado del transformador, si accidentalmente se produce un corto entre los bornes del secundario. 5. Explique brevemente a que se deben las pérdidas por efecto Joule, las pérdidas por histéresis y las pérdidas por efecto Foucault. 6. Qué factores influyen en el aumento o disminución de cada una de las pérdidas estudiadas en esta práctica? 7. Qué factores ocasionan la presencia de errores en el desarrollo de la práctica?. 8. Para qué sirven las pruebas que se han hecho en el presente laboratorio? 9. Deduzca sus propias conclusiones de lo realizado en la práctica.

SISTEMA DE EVALUACIÓN Para la evaluación de la practica anterior se tendrá en cuenta el desarrollo completo de todos los puntos de la anterior guía de laboratorio. Aparte de lo anterior, las conclusiones deben realizarse sobre puntos específicos, en los que se pueda determinar el grado de conocimiento adquirido o asimilado por los estudiantes que la realizaron.

Las

conclusiones no pueden ser tan generalizadas, que no se pueda evaluar lo realizado en la práctica. Tener en cuenta al momento de redactar las conclusiones, los aspectos puntuales en los que el profesor haya hecho énfasis especial al momento de realizar la práctica, o los temas propuestos para consultar adicionalmente.

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33 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Además de lo anterior se tiene en cuenta en el momento de la evaluación todos los aspectos consignados al inicio de este manual, en donde se explica claramente el “procedimiento de evaluación”.

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34 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

DURACIÓN Una semana

OBJETIVOS ✔ Conocer la forma como se realizan las pruebas regulación en un transformador monofásico y en uno trifásico y su influencia, cuando se encuentra suministrando energía a los usuarios. ✔ Comprender como se realiza y se lee una gráfica de regulación de un transformador y en general de cualquier elemento o equipo utilizado.

TEMAS PARA CONSULTA Definición de rendimiento en un transformador. Factores que inciden en la caída de la tensión del devanado secundario del transformador. Cálculo de la curva de rendimiento en un transformador Utilidad de la curva de rendimiento del transformador Cálculo de la curva de rendimiento utilizando interpolación.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA Dawes, Chester L. Tratado de electricidad. Tomos I y II.

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35 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

DIAZ PRIETO, Luis Alfonso. Manual de laboratorio de máquinas eléctricas I. UIS. KOSOW, Irwing L. Máquinas elécticas y transformadores. RAS OLIVA, Enrique.

Transformadores de potencia, de medida y de

protección. Editorial Alfaomega – Marcombo. 1991. RICHARDSON, Donald V. y CAISSE, Arthur J.

Máquinas eléctricas

rotativas y transformadores. STEPHEN, J. Máquinas eléctricas. Tercera edición.

EQUIPOS Y MATERIALES Elementos disponibles en el laboratorio ✔ Un banco de pruebas con conectores de alimentación trifásicos disponibles ✔ Un multímetro digital ✔ Un amperímetro ✔ Quince (15) conectores marca FESTO ✔ Un transformador monofásico ✔ Un transformador trifásico ✔ Bombillos de 100 W o de 200W a 120 V.

Elementos que deben traer para la práctica ✔ Diez (10) fusibles de 10 A., para el banco de pruebas. (Deben observar su tamaño antes de comprarlos).

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36 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

PROCEDIMIENTO 1. Seleccione entre los equipos disponibles en el laboratorio, un transformador monofásico y uno trifásico para realizar las pruebas de regulación a cada uno de ellos. Se recomienda tomar los mismos transformadores con los que se ha venido trabajando, para agilizar el desarrollo de la práctica. 2. Verifique el estado del banco de trabajo, para ello mida y registre el voltaje de línea disponible en la salida de alimentación trifásica del banco, para verificar su correcto funcionamiento. 3. Conecte el autotransformador y alimente el transformador bajo prueba, tratando de mantener la tensión del devanado primario siempre constante igual al voltaje nominal del transformador (con mas voltaje del nominal el transformador se puede quemar). El devanado primario para esta prueba puede ser el de alta o baja tensión según lo recomiende su profesor (se recomienda lado de baja tensión) Se debe verificar este valor en las pruebas realizadas, cada vez que se aumente el valor de la carga conectada a la salida. 4. Calcule la corriente nominal de cada transformador en el devanado secundario (Con los datos que aparecen en la placa del transformador) y proceda a colocarle cargas en forma gradual hasta alcanzar la plena carga (Si se puede), registrando en una tabla, los valores de voltaje del primario, voltaje de salida del secundario, corriente nominal del secundario, corriente de salida del secundario, porcentaje de carga y porcentaje de regulación. El porcentaje de carga se calcula con la corriente de carga que circule, respecto a la corriente nominal del devanado secundario del transformador, así: I NOMINAL – I MEDIDA SECUNDARIO %e =

.

* 100 % I NOMINAL I

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37 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

El porcentaje de regulación se calcula con el voltaje medido sin carga, con respecto al voltaje medido con carga, tratando de cargar el transformador poco a poco hasta llegar al valor de plena carga (Si se puede), así: V NO LOAD – I FULL LOAD %R =

.

* 100 % I NO LOAD

CUESTIONARIO PARA RESOLVER EN CASA 1. Con los valores medidos, dibuje la curva de regulación para cada uno de los transformadores bajo prueba (Gráfica de Voltaje de salida VS corriente de carga). Si hay necesidad de interpolar para poder llegar a valores de plena carga, hágalo. 2. ¿Qué forma tiene la curva de regulación?, explique porqué. 3. Según lo que ustedes han observado en el laboratorio ¿Qué información suministra la curva de regulación de un transformador? 4. Si se sigue aumentando carga por encima del valor de plena carga para cada uno de los transformadores, ¿Cómo se espera que sea la forma de la curva?, dibújela. 5. Si se tiene un transformador monofásico con salida en el devanado secundario de 120 VAC y una corriente nominal de 1500 A; ¿se le puede conectar directamente a la salida del secundario un televisor, cuyo consumo de potencia es de 150 W?, explique si se daña o no el televisor y porqué?. 6. En el punto anterior explique si se daña o no el transformador y porqué? 7. Para el mismo transformador anterior con qué carga que se le conecte se puede dañar el transformador? I

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38 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

8. Deduzca sus propias conclusiones de lo realizado en la práctica.

SISTEMA DE EVALUACIÓN Para la evaluación de la practica anterior se tendrá en cuenta el desarrollo completo de todos los puntos de la anterior guía de laboratorio. Aparte de lo anterior, las conclusiones deben realizarse sobre puntos específicos, en los que se pueda determinar el grado de conocimiento adquirido o asimilado por los estudiantes que la realizaron.

Las

conclusiones no pueden ser tan generalizadas, que no se pueda evaluar lo realizado en la práctica. Tener en cuenta al momento de redactar las conclusiones, los aspectos puntuales en los que el profesor haya hecho énfasis especial al momento de realizar la práctica, o los temas propuestos para consultar adicionalmente. Además de lo anterior se tiene en cuenta en el momento de la evaluación todos los aspectos consignados al inicio de este manual, en donde se explica claramente el “procedimiento de evaluación”.

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39 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

DURACIÓN Una semana

OBJETIVOS ✔ Reforzar el conocimiento que se tiene acerca de la medición de la resistencia de un devanado, aplicándolo en las pruebas para conocer el valor de la resistencia del alambre con el que se construyen los diferentes devanados de una máquina de corriente continua. ✔ Poner en práctica lo aprendido respecto a la medición del valor de la resistencia de aislamiento entre devanados en una máquina de corriente continua. ✔ Aplicar la prueba de medición de la resistencia de aislamiento, para conocer el valor de este parámetro, medido entre devanados y carcasa de una máquina de corriente continua. ✔ Analizar en forma crítica si el valor de la resistencia de aislamiento medida está dentro de los límites aceptables. ✔ Aprender a diferenciar cuando una máquina de corriente continua es serie, paralelo o compuesta.

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40 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

TEMAS PARA CONSULTA Definición de resistencia de aislamiento. Factores que inciden en la caída del valor de la resistencia de aislamiento. Medición de resistencias utilizando un multímetro digital y precisión del instrumento. Medición de resistencias utilizando el puente de Wheatstone Diferencia entre máquinas de corriente continua de tipo compuesta, con las de tipo serie y con las de tipo paralelo. Valor característico de las medidas de resistencia de cada una de las máquinas de corriente continua.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA Dawes, Chester L. Tratado de electricidad. Tomos I y II. DIAZ PRIETO, Luis Alfonso. Manual de laboratorio de máquinas eléctricas I. UIS. KOSOW, Irwing L. Máquinas elécticas y transformadores. RAS OLIVA, Enrique.

Transformadores de potencia, de medida y de

protección. Editorial Alfaomega – Marcombo. 1991. RICHARDSON, Donald V. y CAISSE, Arthur J.

Máquinas eléctricas

rotativas y transformadores. STEPHEN, J. Máquinas eléctricas. Tercera edición.

EQUIPOS Y MATERIALES Elementos disponibles en el laboratorio ✔ Un banco de pruebas con conectores de alimentación trifásicos disponibles

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41 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

✔ Un multímetro digital ✔ Quince (15) conectores marca FESTO ✔ Un puente de Wheatstone ✔ Una fuente de VDC ✔ Un Megger ✔ Un multímetro análogo ✔ Una máquina de corriente continua de tipo serie ✔ Una máquina de corriente continua de tipo paralelo o shunt ✔ Una máquina de corriente continua de tipo compuesta o compound

Elementos que deben traer para la práctica 

Diez (10) fusibles de 10 A., para el banco de pruebas. (Deben observar su tamaño antes de comprarlos).

PROCEDIMIENTO 1. Seleccione dentro de las máquinas de corriente continua disponibles dentro del laboratorio, una máquina compuesta o compound y registre las características generales consignadas en placa y su número de serie que la identifica. 2. Con el multímetro digital, mida el valor de la resistencia de cada uno de los devanados y de la armadura en la máquina seleccionada y consigne estos valores en una tabla. Para medir la resistencia de una máquina que ha estado parada, se debe dar varias vueltas al rotor, con el fin de lograr un buen contacto eléctrico con las escobillas de la máquina, ya que con el

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42 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

tiempo pueden haber adquirido óxido o estar sulfatadas, lo cual impide una lectura correcta de los valores que se están registrando. 3. Con el puente de Wheatstone, mida el valor de la resistencia de cada uno de los devanados y de la armadura en la máquina seleccionada y consigne estos valores en una tabla. 4. Realice el montaje del circuito para medir resistencia de aislamiento por el método del multímetro analógico y mida este valor entre los diferentes devanados entre sí y entre devanados y carcasa.

Recuerde que para

realizar esta prueba se deben conectar en corto los extremos de cada uno de los devanados bajo prueba (Revise las explicaciones dadas por su profesor). Consigne en una tabla, para cada una de las pruebas hechas, los valores de voltaje aplicado con la fuente de continua, voltaje medido con el multímetro, valor de sensibilidad del voltímetro utilizado y escala utilizada del voltímetro.

Se debe tener en cuenta la polaridad de la fuente de

alimentación en el momento de efectuar la prueba, igual que lo realizado en la práctica de prueba de aislamiento para transformadores. 5. Mida la resistencia de aislamiento utilizando el Megger, probando devanados entre sí y entre devanados y carcasa. Se debe tener en cuenta la polaridad para efectuar la prueba, igual que en el punto anterior. 6. Seleccione dentro de las máquinas de corriente continua presentes en el laboratorio, una máquina serie y repita las pruebas desde el numeral 1 (Uno) hasta el 5 (Cinco). 7. Seleccione dentro de las máquinas de corriente continua presentes en el laboratorio, una máquina paralelo o shunt y repita las pruebas desde el numeral 1 (Uno) hasta el 5 (Cinco).

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43 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

CUESTIONARIO PARA RESOLVER EN CASA 1. Calcule el valor del porcentaje de error entre las medidas de resistencia tomadas con multímetro (Valor medido) y las medidas de resistencia tomadas con el puente de Wheatstone (Valor real), para las tres máquinas bajo prueba, así: Valor real – Valor medido . %e = * 100 % Valor real 2. Este porcentaje de error indica el grado de error en las medidas tomadas con multímetro. Para qué valores medidos es mas grande el porcentaje de error, ¿Para valores altos o bajo de resistencia? ¿Porqué? 3. Cuáles medidas de resistencia de los devanados son mas exactas y porqué? 4. Calcule el valor de la resistencia de aislamiento entre devanados entre sí para las tres máquinas. ¿Son aceptables las medidas anteriores?, justifique su respuesta 5. Calcule el valor de la resistencia de aislamiento entre devanados y carcasa, para las tres máquinas. ¿Son aceptables las medidas anteriores?, justifique su respuesta. 6. ¿Cómo se hace para diferenciar por medio de mediciones de resistencias, cuando una máquina de corriente continua es serie, paralelo o compuesta? 7. calcule el porcentaje de error para las medidas de resistencia de aislamiento tomadas con Megger (Valor real), con respecto a las medidas de resistencia de aislamiento tomadas con multímetro digital (Valor medido). 8. Cuáles medidas de resistencia de aislamiento son mas exactas y porqué? 9. Cómo debe ser la polaridad de la fuente aplicada para realizar la prueba de resistencia de aislamiento y porqué? I

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44 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

10. Porqué la prueba de resistencia de aislamiento no se hace con fuente de VAC y porqué debe hacerse con fuente de voltaje VDC? 11. Deduzca las fórmulas para medición de resistencias con puente de Wheatstone y para la resistencia de aislamiento utilizando un voltímetro analógico. 12. Deduzca sus propias conclusiones acerca de lo realizado en la práctica de laboratorio.

SISTEMA DE EVALUACIÓN Para la evaluación de la practica anterior se tendrá en cuenta el desarrollo completo de todos los puntos de la anterior guía de laboratorio. Aparte de lo anterior, las conclusiones deben realizarse sobre puntos específicos, en los que se pueda determinar el grado de conocimiento adquirido o asimilado por los estudiantes que la realizaron.

Las

conclusiones no pueden ser tan generalizadas, que no se pueda evaluar lo realizado en la práctica. Tener en cuenta al momento de redactar las conclusiones, los aspectos puntuales en los que el profesor haya hecho énfasis especial al momento de realizar la práctica, o los temas propuestos para consultar adicionalmente. Además de lo anterior se tiene en cuenta en el momento de la evaluación todos los aspectos consignados al inicio de este manual, en donde se explica claramente el “procedimiento de evaluación”.

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45 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

DURACIÓN Una semana

OBJETIVOS ✔ Aprender a arrancar y dejar en marcha las máquinas de corriente continua presentes en el laboratorio (Serie, paralelo o shunt y compuesta o compound). ✔ Aprender a calcular la resistencia utilizada para el arranque de la máquina, con el fin de limitar la corriente y evitar daños en la máquina y en los equipos del laboratorio. ✔ Observar si las escobillas están en la zona neutra geométrica de la máquina o hay necesidad de ajustarlas. ✔ Analizar el momento adecuado para sacar la resistencia adicional que se ha colocado para arrancar la máquina. ✔ Aprender a medir el voltaje y la corriente de arranque en las tres máquinas de corriente continua.

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46 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

✔ Aprender a diferenciar cuando una máquina de corriente continua es serie, paralelo o compuesta.

TEMAS PARA CONSULTA Utilidad de los devanados shunt, devanados serie y devanados auxiliares Diferencia entre máquinas de corriente continua de tipo compuesta, con las de tipo serie y con las de tipo paralelo. Concepto de la zona neutra geométrica en una máquina de corriente continua Cálculo de la corriente de arranque en los diferentes tipos de máquinas de corriente continua. Cálculo de la resistencia de protección para el arranque de las diferentes máquinas de corriente continua. Medición de la corriente y voltaje de arranque de cada una de las máquinas de corriente continua.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA Dawes, Chester L. Tratado de electricidad. Tomos I y II. DIAZ PRIETO, Luis Alfonso. Manual de laboratorio de máquinas eléctricas I. UIS. KOSOW, Irwing L. Máquinas elécticas y transformadores. RAS OLIVA, Enrique.

Transformadores de potencia, de medida y de

protección. Editorial Alfaomega – Marcombo. 1991. RICHARDSON, Donald V. y CAISSE, Arthur J.

Máquinas eléctricas

rotativas y transformadores. STEPHEN, J. Máquinas eléctricas. Tercera edición.

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47 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

EQUIPOS Y MATERIALES Elementos disponibles en el laboratorio ✔ Un banco de pruebas con conectores de alimentación trifásicos disponibles ✔ Un multímetro digital ✔ Un amperímetro de corriente continua ✔ Quince (15) conectores marca FESTO ✔ Reóstatos de potencia ✔ Una máquina de corriente continua de tipo serie ✔ Una máquina de corriente continua de tipo paralelo o shunt ✔ Una máquina de corriente continua de tipo compuesta o compound

Elementos que deben traer para la práctica ✔ Diez (10) fusibles de 10 A., para el banco de pruebas. (Deben observar su tamaño antes de comprarlos).

PROCEDIMIENTO 1. Seleccione dentro de las máquinas de corriente continua disponibles dentro del laboratorio, una máquina compuesta o compound y verifique que sea la misma máquina que se trabajó en la clase anterior. 2. Verifique la correcta posición de la zona neutra geométrica para esta máquina, según pruebas indicadas por su profesor. Para ello se alimenta el devanado de excitación Shunt, con una tensión continua adecuada, se conecta a las escobillas o bornes del inducido un mili voltímetro o tester, con

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48 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

una escala de bajo voltaje.

Luego se abre y cierra la tensión aplicada

(Provocando un VAC) al circuito de excitación en forma repetitiva, para ver que tanta tensión se induce en el devanado de armadura. Si las escobillas están bien ubicadas en la zona neutra geométrica, la tensión leída en el mili voltímetro es cero o de unos cuantos milivoltios, de lo contrario se debe corregir la posición de las escobillas. 3. Calcule la corriente de arranque para la máquina, trabajando a voltaje nominal. 4. Calcule la resistencia del reóstato utilizado para limitar la corriente de la máquina en el momento del arranque a 1,5 veces la corriente nominal. 5. Conecte y arranque la máquina, con voltaje aplicado igual al voltaje nominal y registre el valor de la corriente de trabajo y del voltaje de trabajo. Tenga en cuenta que el reóstato que va a utilizar aguanta la corriente que va a circular por el mismo, o de lo contrario se corre el riesgo de dañarlo, lo cual además de tener que pagarlo, se penaliza en la calificación. 6. Según indicaciones dadas por el profesor arranque la máquina con el eje frenado y mida el valor de la corriente y el voltaje, sin llegar a demorar mas de 5 (Cinco) segundos, para evitar el daño de las máquinas. Mida el valor de la corriente de arranque y del voltaje de arranque, tratando de hacerlo en el menor tiempo posible para evitar el deterioro de los devanados de la máquina. 7. Observe que ocurre cuando la máquina está funcionando a valores nominales y se le disminuye la resistencia del reóstato a cero ohmios (Si la máquina es serie, tenga en cuenta que no se debe dejar embalar mucho porque se corre el riesgo de dañarla).

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49 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

8. Seleccione dentro de las máquinas de corriente continua presentes en el laboratorio, una máquina serie y repita las pruebas desde el numeral 1 (Uno) hasta el 7 (Siete). 13. Seleccione dentro de las máquinas de corriente continua presentes en el laboratorio, una máquina paralelo o shunt y repita las pruebas desde el numeral 1 (Uno) hasta el 7 (Siete).

CUESTIONARIO PARA RESOLVER EN CASA 1. Según los datos obtenidos para cada una de las máquinas bajo prueba, ¿hay necesidad de mover la ubicación de las escobillas?. ¿Porqué? 2. Indique los dos métodos que se pueden utilizar para mover las escobillas a la correcta ubicación de la zona neutra geométrica. 3. En cada una de las máquinas indique que proporción o relación hay entre la corriente de arranque y la corriente nominal (Hacer la división), cuando no se utiliza resistencia variable para limitar la corriente de la máquina. 4. Si las máquinas utilizadas están trabajando sin carga, ¿se les puede quitar la resistencia limitadora de la corriente para el momento del arranque, disminuyéndola hasta un valor de cero ohmios? 5. Los valores de corriente y voltaje de trabajo normales de la máquina son iguales a los nominales?, ¿En cuál máquina son menores? 6. Cuando se realiza la prueba con el eje frenado ¿Qué valores se están midiendo? ¿Qué se observa respecto al voltaje y la corriente? ¿Son iguales a los calculados? ¿Porqué? 7. Con los valores de voltaje medidos con el eje frenado, calcule el valor de la corriente de arranque y compárelo con el valor de la corriente de arranque calculada teóricamente antes de realizar las pruebas (Halle porcentajes de error) I

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50 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

8. Explique claramente cual es el objetivo de frenar el eje de las máquinas? 9. Explique claramente el objetivo de cada uno de los pasos seguidos para medir la zona neutra geométrica de las máquinas bajo prueba. 10. Porqué se acelera la máquina serie cuando se le quita el reóstato y las otras dos máquinas no actúan igual? 11. Si se arranca una máquina de corriente continua sin reóstato, qué puede pasar?, porqué? 12. Saque sus propias conclusiones acerca de lo realizado en la práctica.

SISTEMA DE EVALUACIÓN Para la evaluación de la practica anterior se tendrá en cuenta el desarrollo completo de todos los puntos de la anterior guía de laboratorio. Aparte de lo anterior, las conclusiones deben realizarse sobre puntos específicos, en los que se pueda determinar el grado de conocimiento adquirido o asimilado por los estudiantes que la realizaron.

Las

conclusiones no pueden ser tan generalizadas, que no se pueda evaluar lo realizado en la práctica. Tener en cuenta al momento de redactar las conclusiones, los aspectos puntuales en los que el profesor haya hecho énfasis especial al momento de realizar la práctica, o los temas propuestos para consultar adicionalmente.

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51 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Además de lo anterior se tiene en cuenta en el momento de la evaluación todos los aspectos consignados al inicio de este manual, en donde se explica claramente el “procedimiento de evaluación”.

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52 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

DURACIÓN Una semana

OBJETIVOS ✔ Reforzar el conocimiento que se tiene acerca de la medición de la resistencia de un devanado, aplicándolo en las pruebas para conocer el valor de la resistencia del alambre con el que se construyen los diferentes devanados de un generador de corriente continua. ✔ Poner en práctica lo aprendido respecto a la medición del valor de la resistencia de aislamiento entre devanados en una máquina de corriente continua. ✔ Aplicar la prueba de medición de la resistencia de aislamiento, para conocer el valor de este parámetro, medido entre devanados y carcasa de una máquina de corriente continua. ✔ Analizar en forma crítica si el valor de la resistencia de aislamiento medida está dentro de los límites aceptables. ✔ Aprender a diferenciar cuando una máquina de corriente continua es motor o generador.

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53 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

TEMAS PARA CONSULTA Definición de resistencia de aislamiento. Factores que inciden en la caída del valor de la resistencia de aislamiento. Medición de resistencias utilizando un multímetro digital y precisión del instrumento. Medición de resistencias utilizando el puente de Wheatstone Diferencia entre máquinas de corriente trabajando como motores y como generadores. Valor característico de las medidas de resistencia de cada una de las máquinas de corriente continua.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA Dawes, Chester L. Tratado de electricidad. Tomos I y II. DIAZ PRIETO, Luis Alfonso. Manual de laboratorio de máquinas eléctricas I. UIS. KOSOW, Irwing L. Máquinas elécticas y transformadores. RAS OLIVA, Enrique.

Transformadores de potencia, de medida y de

protección. Editorial Alfaomega – Marcombo. 1991. RICHARDSON, Donald V. y CAISSE, Arthur J.

Máquinas eléctricas

rotativas y transformadores. STEPHEN, J. Máquinas eléctricas. Tercera edición.

EQUIPOS Y MATERIALES Elementos disponibles en el laboratorio

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54 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

✔ Un banco de pruebas con conectores de alimentación trifásicos disponibles ✔ Un multímetro digital ✔ Quince (15) conectores marca FESTO ✔ Una máquina de corriente continua (Generador sincrónico) ✔ Un puente de Wheatstone ✔ Una fuente de DC ✔ Un multímetro analógico ✔ Un Megger

Elementos que deben traer para la práctica ✔ Diez (10) fusibles de 10 A., para el banco de pruebas. (Deben observar su tamaño antes de comprarlos).

PROCEDIMIENTO 1. Seleccione dentro de las máquinas de corriente continua disponibles dentro del laboratorio, un generador sincrónico y registre sus datos de placa de características. 2. Con el multímetro digital, mida el valor de la resistencia de cada uno de los devanados y de la armadura en la máquina seleccionada y consigne estos valores en una tabla. Para medir la resistencia de una máquina que ha estado parada, se debe dar varias vueltas al rotor, con el fin de lograr un buen contacto eléctrico con las escobillas de la máquina, ya que con el tiempo pueden haber adquirido óxido o estar sulfatadas, lo cual impide una lectura correcta de los valores que se están registrando.

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55 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

3. Con el puente de Wheatstone, mida el valor de la resistencia de cada uno de los devanados y de la armadura en la máquina seleccionada y consigne estos valores en una tabla. 8. Realice el montaje del circuito para medir resistencia de aislamiento y mida este valor entre los diferentes devanados entre sí.

Recuerde que para

realizar esta prueba se deben conectar en corto los extremos de cada uno de los devanados bajo prueba (Revise las explicaciones dadas por su profesor). Consigne en una tabla, para cada una de las pruebas hechas, los valores de voltaje aplicado con la fuente de continua, voltaje medido con el multímetro, valor de sensibilidad del voltímetro utilizado y escala utilizada del voltímetro. Se debe tener en cuenta la polaridad de la fuente de alimentación en el momento de efectuar la prueba, igual que lo realizado en la práctica de prueba de aislamiento para transformadores. 4. Realice el montaje del circuito para medir resistencia de aislamiento y mida este valor entre cada uno de los devanados y la carcasa.

Consigne en una

tabla, para cada una de las pruebas hechas, los valores de voltaje aplicado con la fuente de continua, voltaje medido con el multímetro, valor de sensibilidad del voltímetro utilizado y escala utilizada del voltímetro. 5. Seleccione dentro de las máquinas de corriente continua presentes en el laboratorio, un generador asincrónico y repita las pruebas desde el numeral 1 (Uno) hasta el 5 (Cinco).

CUESTIONARIO PARA RESOLVER EN CASA 1. Calcule el valor del porcentaje de error entre las medidas de resistencia tomadas con multímetro (Valor medido) y las medidas de resistencia tomadas con el puente de Wheatstone (Valor real), para las tres máquinas bajo prueba, así: I

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56 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Valor real – Valor medido . %e =

* 100 %

( 9.1 )

Valor real 2. Este porcentaje de error indica el grado de error en las medidas tomadas con multímetro. Para qué valores medidos es mas grande el porcentaje de error, ¿Para valores altos o bajo de resistencia? ¿Porqué? 3. Calcule el valor de la resistencia de aislamiento entre devanados entre sí para las dos máquinas. ¿Son aceptables las medidas anteriores?, justifique su respuesta 4. Calcule el valor de la resistencia de aislamiento entre devanados y carcasa, para las dos máquinas. ¿Son aceptables las medidas anteriores?, justifique su respuesta. 5. ¿Cómo se hace para diferenciar por medio de mediciones de resistencias, cuando una máquina de corriente continua es un generador sincrónico o asincrónico 6. Saque sus propias conclusiones acerca de lo realizado en la práctica de laboratorio. 7. Deduzca las fórmulas para medir resistencia con puente de Wheatstone y resistencia de aislamiento, utilizando los métodos ya conocidos. 8. Cómo debe ser la polaridad de la fuente aplicada para realizar la prueba de resistencia de aislamiento y porqué? 9. Porqué la prueba de resistencia de aislamiento no se hace con fuente de VAC y porqué debe hacerse con fuente de voltaje VDC? 10. Saque sus propias conclusiones acerca de lo realizado en la práctica de laboratorio.

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57 FEBRERO DE 2013 MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

SISTEMA DE EVALUACIÓN Para la evaluación de la practica anterior se tendrá en cuenta el desarrollo completo de todos los puntos de la anterior guía de laboratorio. Aparte de lo anterior, las conclusiones deben realizarse sobre puntos específicos, en los que se pueda determinar el grado de conocimiento adquirido o asimilado por los estudiantes que la realizaron.

Las

conclusiones no pueden ser tan generalizadas, que no se pueda evaluar lo realizado en la práctica. Tener en cuenta al momento de redactar las conclusiones, los aspectos puntuales en los que el profesor haya hecho énfasis especial al momento de realizar la práctica, o los temas propuestos para consultar adicionalmente. Además de lo anterior se tiene en cuenta en el momento de la evaluación todos los aspectos consignados al inicio de este manual, en donde se explica claramente el “procedimiento de evaluación”.

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