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U.P.T.C. Facultad Seccional Duitama Escuela de Ingeniería Electromecánica

Área de formación básica profesional Máquinas eléctricas I 54020705-09

PRACTICA DE LABORATORIO 9 ALTERNADOR TRIFASICO

INTRODUCCION Las dinamos de A.C. funcionando como generadores se conocen como alternadores, los alternadores pueden ser monofásicos o polifásicos, pero por lo demás, las características de vacío y con carga son similares, siendo importante el conocimiento de éstas para el aprovechamiento de sus propiedades. 1. OBJETIVOS



Determinar las características en vacío y en cortocircuito para el alternador trifásico.



Determinar el comportamiento de las características con carga para los distintos tipos de esta.

2. GENERALIDADES 2.1 EL ALTERNADOR Es posible construir dinamos síncronas de campo estacionario, así como de campo giratorio. Las dinamos síncronas de campo estacionario tienen una construcción idéntica a las dínamos de D.C. y el devanado de campo se excita mediante una fuente de D.C., mientras que el devanado de armadura se conecta con anillos rozantes, al igual que a un conmutador. Esta dínamo puede funcionar como un generador síncrono de armadura giratoria, así como motor. En la dinamo síncrona de campo rotatorio una fuente de D.C. suministra corriente al devanado de campo mediante dos anillos rozantes, y la armadura se 17

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conecta en forma directa una carga o una fuente polifásica de A.C. Aunque se pueden usar ambos tipos de construcción de un alternador, se prefiere la construcción en la cual la armadura es estacionaria y el campo es rotatorio. 2.1.1 Ventajas de la construcción con armadura estacionaría y campo giratorio. La idea de hacer estacionaría la armadura es un poco confusa ya que lo más normal sería sacar la corriente alterna generada por la armadura en movimiento, a anillos rozantes y la corriente generada por la misma armadura en movimiento a delgas de conmutación. De este modo se tendrían dos dinamos universales que pueden suministrar corriente directa así como corriente alterna o ambas en forma simultánea, de hecho esto se hace en un convertidor síncrono, sin embargo existen varias razones por la cual la idea de una dínamo universal con armadura de AC giratoria no es ventajosa frente a la configuración de una armadura estacionaría, ya que una vez se hace estacionaría la armadura no se necesita el cambio de AC a D.C. mediante conmutación y sólo se genera A.C. Dentro de las ventajas más importantes están: 

Mayor resistencia de los dientes de la armadura.



Menor reactancia de la armadura.



Mejor aislamiento.



Construcción más rígida.



Menor número de anillos aislados.



Menor peso e inercia del rotor.



Ventilación y mejor disipación de calor.

2.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS ALTERNADORES

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2.2.1 Característica en vacío E t  f ( I e ) . Representa la relación entre la tensión generada en función de la corriente de excitación. Esta característica representa la curva de magnetismo de la máquina y es la base para decidir si la máquina está bien diseñada. Figura 1. Característica en vacío del alternador.

2.2.2 Característica en cortocircuito I cc  f ( I e ) . Representa la relación entre la corriente de cortocircuito en función de la corriente de excitación, manteniendo la velocidad constante. Figura 2. Característica en cortocircuito del alternador.

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2.2.3 Característica con carga E t  f ( I c ) . Representa la relación entre la tensión en terminales en función de la corriente de carga, manteniendo la velocidad constante. El ensayo se realiza para diferentes factores de potencia dados por cargas inductivas, capacitivas y resistivas. Figura 3. Característica con carga del alternador

2.3 MÉTODO DE LA IMPEDANCIA SÍNCRONA PARA LA PREDICCIÓN DE LA REGULACIÓN DE VOLTAJE La diferencia entre el voltaje generado y el voltaje en terminales por fase de un alternador es la caída de voltaje por impedancia síncrona: La caída de voltaje por impedancia síncrona siempre es igual a la suma de la caída de voltaje por resistencia efectiva de armadura por fase y a las caídas de voltaje de cuadratura equivalentes que se deben a la reactancia y reacción de la armadura por fase para la misma carga. En alternadores de muy alta potencia, cargarlos eléctricamente para determinar sus características de voltaje y eficiencia es prácticamente imposible ya que se necesitaría una carga tan alta como la de una ciudad muy grande, por tanto se acostumbra probar los 20

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alternadores de muy alta potencia por una técnica convencional que sin carga simula las condiciones de carga, esta técnica se conoce como método de la impedancia síncrona y consiste en pruebas de cortocircuito y circuito abierto, siendo necesarias tres mediciones para conocer la regulación. Las diversas ecuaciones de regulación se presentan en términos de las caídas de voltaje producidas por la resistencia efectiva de armadura por fase (R) y por la reactancia síncrona por fase ( X S ), por tanto la reactancia síncrona es:

X S  Z 2  R2

(Ec. 1)

Donde Z S es la impedancia síncrona por fase y es igual a:

ZS 

E0 I cc

(Ec. 2)

Figura 4 Alternador trifásico.

Localización: Laboratorio de máquinas eléctricas U.P.T.C Duitama.

2.4 PRECAUCIONES Se deben seguir los requisitos de seguridad expuestos en la práctica de laboratorio 1.

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2.5 AUTOEXAMEN

a. ¿Qué hace que una dínamo síncrona de campo estacionario pueda trabajar con generador síncrono o como motor? b. Al aplicar corriente directa a las escobillas de una dínamo síncrona de campo estacionario, ¿trabajará simultáneamente como motor D.C. y como alternador de A.C.? c. Describa las ventas del uso de los alternadores polifásicos frente a los alternadores monofásicos. d. Describa cada una de las ventajas enunciadas en el numeral 2.1.1.

3. MATERIALES Y EQUIPOS Tabla 1. Equipos. Cantidad 1 1 1 1 1

Elemento Fuente de tensión continua Amperímetro Amperímetro Voltímetro Tacómetro

Observación 0-115 V, 50 A 0-5 A A.C. 0-50 A A.C. 0-250 V A.C.

Tabla 1. Materiales. Cantidad Elemento Observación 3.8 kVA, 220/380 V 10/5.8 A, 1800 rpm, 60 Hz 1 Alternador trifásico 3.8 kVA, 220/380 V, 10/5.8 A, 1800 rpm, 60 Hz 1 Motor trifásico 1 Puente de Wheastone 1 Reóstato de excitación 1 Carga resistiva variable 1 Carga inductiva variable 1 Carga capacitiva variable

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4. PROCEDIMIENTO 4.1 CARACTERRISTICA EN VACIO

1)

Monte el circuito de la figura 5 y Revise las conexiones. Con el circuito de excitación desconectado ponga en marcha el conjunto y mida la tensión en terminales. E t .

2)

Cierre el circuito de excitación y por medio del reóstato (R) aumente gradualmente la excitación hasta que la tensión supere en 20 o 25% la excitación nominal. Empiece luego a disminuir la excitación hasta cero, abra el circuito de excitación y tome el valor de la tensión en terminales. Consigne los valores medidos en la tabla 3.

Figura 5. Circuito para la determinación de la característica en vacío.

4.2 CARACTERÍSTICA EN CORTOCIRCUITO 1) Monte el circuito de la figura 6. con la excitación abierta ponga en marcha el conjunto. 2) Cierre el circuito de excitación y aumente lentamente la corriente, teniendo en cuenta que la corriente de cortocircuito no sobrepase 1.5 veces la intensidad nominal. Tome simultáneamente los valores de las corrientes de excitación y de cortocircuito y consigne los valores en la tabla 4.

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4.3 REACTANCIA E IMPEDANCIA SÍNCRONAS

1) Por medio del puente de Wheatstone mida la resistencia de inducido entre dos terminales de éste. Tenga presente la conexión de inducido del alternador (estrella o triángulo).

Figura 6. Circuito para el ensayo en cortocircuito.

4.4 CARACTERÍSTICA CON CARGA

1) Monte el circuito de la figura 7 y revise las conexiones. Con la carga desconectada ponga en marcha el grupo y gradúe la corriente de excitación hasta obtener la tensión nominal. Mantenga la excitación constante. 2) Aumente progresivamente la carga resistiva y tome las lecturas de la tensión en terminales E t , de la velocidad n y de la corriente de carga I c . 3) Repita el procedimiento para las cargas inductivas y capacitivas. Consigne los valores medidos en la tabla 5.

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Nota: La carga debe estar dispuesta en estrella o en triángulo y debe ser balanceada.

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5. TOMA DE DATOS Tabla 3 Característica en vacío. n (rpm)= I e ( A)

E t (V )

Crecient Decreciente e

Tabla 4 Característica en cortocircuito. n (rpm)

I e ( A)

I cc ( A)

Tabla 5 Característica con carga. Carga

n (rpm)

E t (V ) I c ( A)

n (rpm)

E t (V ) I c ( A)

n (rpm)

E t (V ) I c ( A)

Resistiva

Carga

Inductiva

Carga Capacitiv

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a

6. CARACTERISTICAS A OBTENER

1) Dibuje las características en vacío, cortocircuito y con carga. 2) Determine los valores de reactancia e impedancia síncronas a la tensión nominal. 3) Halle la impedancia síncrona para valores comprendidos entre cero y el valor nominal. Dibuje la característica Z S  F ( I e ) .

7. CUESTIONARIO

1. Haga un cuadro comparativo entre las características y las propiedades de un alternador trifásico y monofásico. 2. ¿Cuál es el factor de potencia más adecuado (si existe alguno) para colocarlo como carga al alternador trifásico? 3. Enuncie la ecuación básica el generador para factor de potencia unidad, factor de potencia el retraso y factor de potencia en adelanto. 4. ¿De qué depende la fase de la corriente de armadura (con respecto a voltaje generado por el alternador)? 5. En una dínamo síncrona de campo rotatorio, ¿si la armadura del estator se conecta con una fuente de AC monofásica, la dínamo funcionará como motor síncrono? BIBLIOGRAFIA

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Facultad Seccional Duitama.

Escuela de Ingeniería

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