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PRACTICAS LABORATORIO MAQUINAS ELECTRICAS

PRESENTADO POR: EDWIN ANDRES CORRECHA BRIÑEZ MARIA LIZETH MANDON GUALDRON LISBETH NATALIA ORTIZ GOMEZ CARLOS ADOLFO PABON RODRIGUEZ EDGARD FABIAN SILVA ARDILA

PRESENTADO A: ING. FERNANDO VILLABONA

UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER BUCARAMANGA 2013

CONTENIDO 1. Práctica I: Pruebas eléctricas en un transformador. 2. Práctica II: Pruebas de vacío y de corto circuito. 3. Práctica III: Transformador trifásico: pruebas eléctricas y conexiones. 4. Práctica IV: Motor asíncrono o maquina de inducción. 5. Práctica V: Motor de inducción o asíncrono: Prueba de vacío y rotor bloqueado. 6. Práctica VI: Máquina eléctrica de corriente continúa. 7. Practica VII: Motor Síncrono I. 8. Practica VIII: Motor Síncrono II y motores monofásicos.

PRACTICA I Pruebas eléctricas en un transformador Objetivos: 1. Verificar que el transformador esta en aptas condiciones para su uso. 2. Conocer los elementos necesarios para realizar estas pruebas eléctricas (Puente de Wheatstone, Megger, etc) 3. Verificar que los aislamientos del transformador bajo prueba cumplen con la resistencia mínima soportable para las condiciones de operación a la que será sometido. Resumen: Para los transformadores de potencia existe una rutina de pruebas de mantenimiento predictivo que complementan los análisis fisicoquímicos y de cromatografía de gases que se realizan en el aceite dieléctrico aislante, estas pruebas son de tipo eléctrico y sirven para determinar si el transformador conserva sus características electromecánicas. Estas pruebas se realizan directamente sobre el transformador desenergizado con resultados inmediatos y permiten tomar decisiones sobre la necesidad de programar actividades de mantenimiento preventivo y/o correctivo antes de que ocurra una falla grave. Materiales:        

1 Multímetro 1 Puente de Wheatstone 1 Meguer Fuente DC 1 Voltímetro análogo 1 Pinza Amperimétrica 1 Reóstato (R3) Festos

Procedimiento: 1. Prueba de Continuidad: Con un multímetro se comprueba continuidad de las bobinas, para determinar nuestras bobinas de alta y de baja.

1 4

2

3

Bobina de Alta

5

Bobina de Baja

Figura 1. Los bornes que están encerrados en la elipse presentan continuidad entre ellos 2. Prueba de Resistencia: Esta prueba sirve para comprobar que todas las conexiones internas efectuadas en los devanados fueron sujetadas firmemente, así como para obtener la información para determinar las perdidas en el cobre. A través de esta prueba se identifican falsos contactos y espiras abiertas o en cortocircuito al interior del transformador. 2.1. Método del puente de Wheatstone: Es el más usado por la sencillez de su manejo y por la gran exactitud que nos ofrece; además que la resistencia con la que opera es muy pequeña, por lo cual no se alteran las lecturas por efectos de calentamiento durante la medición.

Figura 2. Diagrama de conexión de un Puente de Wheatstone.  Se conectan los devanados al puente de Wheatstone  R1 = 10Ω ; R2 = 1000 Ω  Variando el reóstato ajustamos el amperímetro a 0

 Según la posición en reóstato calculamos

la

que

haya

quedado

el

Los resultados obtenidos fueron: Bobina Alta: Bornes 1-3 : 1.07 Ω Bobina Baja: Bornes 4-5 : 0.64 Ω Bobina Alta: Bornes 1-2 : 0.55 Ω 2.2. Método de la caída de tensión (Multímetro): Este método se emplea cuando la corriente necesaria para efectuar la medida supera un amperio. La prueba se realiza haciendo circular una corriente directa a través del devanado que no exceda el 15% de la corriente nominal, para evitar posibles errores originados por calentamiento del devanado.  Conectar en serie el amperímetro con el devanado y la fuente de corriente continua.  Aplicar un voltaje de 2V y registrar la corriente obtenida.  Calcular el valor de la resistencia en cada devanado mediante la ley de Ohm. Bobina Alta: Bornes 1-3 : 1.1 Ω Bobina Baja: Bornes 4-5 : 0.8 Ω Bobina Alta: Bornes 1-2 : 0.5 Ω 3. Prueba de Aislamiento: Esta prueba sirve para determinar la cantidad de humedad e impurezas que contienen los aislamientos del transformador. Esta prueba se realiza en transformadores de tipo secos y sumergidos en aceite. La medición de la resistencia de aislamiento se lleva a cabo con un Megger, que aplica tensión continua entre bobinados, bobinados con respecto a tierra, bobinados con respecto a núcleo. Se hace un puente en los terminales de alta y baja tensión, se conectan las puntas del Megger en cada uno de los devanados y posteriormente se oprime el botón del megger para energizar el circuito. Se espera a que se estabilice la lectura y se registran los datos. Alta Tensión – Tierra: 40MΩ Alta Tensión – Tierra: 49MΩ Alta Tensión – Baja Tensión: 40MΩ

4. Prueba de Polaridad: La polaridad de los transformadores indica el sentido relativo instantáneo del flujo de corriente en los terminales de alta tensión con respecto a la dirección del flujo de corriente en los terminales de baja tensión. La polaridad puede ser aditiva o sustractiva. Para determinar la polaridad de un transformador se conectan dos bornes adyacentes de los devanados de alta y baja tensión y se aplica un voltaje reducido a cualquiera de los devanados. La polaridad es aditiva si el voltaje medido entre los otros dos bornes de los devanados es mayor que el voltaje en el devanado de alta tensión. La polaridad es sustractiva si el voltaje medido entre los dos bornes de los devanados es menor que el voltaje del devanado de alta tensión.

+

+

+

+

V1

V2

V1

V2

-

-

-

-

Bornes iguales: V=V1-V2 V=56.7

V

Bornes Diferentes: V=V1+V2 V=192.4

Al medir los voltajes en cada devanado, podemos determinar la relación de transformación, la cual está dada por:

Donde V1 es el devanado de alta y V2 el devanado de baja. Esta prueba tiene como objetivo, determinar la relación del número de vueltas entre el devanado primario y el secundario, es decir si la tensión suministrada puede ser transformada a la tensión deseada.

Glosario: Transformador: Dispositivo eléctrico que consta de uno o más devanados con o sin núcleo magnético, encargado de introducir un acoplamiento mutuo entre circuitos. Tensión nominal de un devanado: Tensión a la cual están referidas las condiciones de operación y funcionamiento. Megger: Instrumento que se utiliza para medir resistencia de aislamiento de cables y bobinados. Esta medición puede ser con respecto a tierra o entre fases. Puente de Wheatstone: Es un instrumento de gran precisión que puede operar en corriente continua o alterna y permite la medida tanto de resistencias óhmicas como de sus equivalentes en circuitos de corriente alterna en los que existen otros elementos como bobinas o condensadores (impedancias). Conclusiones:  Es importante hacerle pruebas a un transformador antes

de ponerlo en funcionamiento con el fin de garantizar el mínimo de fallas durante su operación y que resistiera lo establecido en las especificaciones dadas por el fabricante.  Se debe tener cuidado en la selección de conectores con los que se realizan las pruebas, ya que al manejarse corrientes y tensiones grandes pueden ocasionar lecturas erróneas.  La vida útil de un transformador depende de su sistema de aislamiento, por lo que, con el deterioro de éste, el transformador no estará en condiciones de seguir prestando servicio. De ahí que se debe tener un buen mantenimiento a los transformadores.  Luego de analizar y estudiar las pruebas realizadas a los transformadores, se puede concluir que cada una de estas pruebas son muy importantes para diagnosticar las condiciones en las que se encuentra el transformador, y poder realizar una reparación o desecharlo.

PRACTICA II Pruebas de vacío y de corto circuito Objetivos: 1. Conocer el montaje real de una prueba de vacío y de corto circuito. 2. Determinar las pérdidas de un transformador. 3. Realizar la prueba de vacío del transformador y calcular los parámetros de la rama paralelo del circuito equivalente. 4. Realizar la prueba de cortocircuito del transformador y calcular los parámetros de la rama serie del circuito equivalente. Resumen: Las pérdidas que ocurren en los transformadores reales tienen que explicarse en cualquier modelo confiable de comportamiento de transformadores los detalles principales que deben tenerse en cuenta para la construcción de tal modelo son:  Pérdidas (FR) en el cobre: son pérdidas por resistencias en las bobinas primaria y secundaria del transformador. Ellas son proporcionales al cuadrado de la corriente de dichas bobinas.  Pérdidas de corrientes parásitas: son pérdidas por resistencia en el núcleo del transformador. Ellas son proporcionales al cuadrado del voltaje aplicado al transformador.  Pérdidas por histéresis: están asociadas con los reacomodamientos de los dominios magnéticos en el núcleo durante cada medio ciclo. Ellos son una función compleja, no lineal, del voltaje aplicado al transformador. Materiales:     

Multímetro 1 Voltímetro análogo 1 Pinza Amperimétrica Festos 1 Vatímetro

Procedimiento: 1. Prueba de Cortocircuito: Consiste en aplicar a uno de los arrollamientos del transformador una tensión creciente, manteniendo el otro arrollamiento en cortocircuito, hasta alcanzar la corriente asignada de plena carga de los arrollamientos. Cuando se cortocircuita el secundario, por bajo valor del flujo, la corriente de excitación y las pérdidas en el hierro son despreciables.

Figura 3. Diagrama de conexiones prueba de cortocircuito.  Se corto circuita el secundario.  Se aplica un valor cercano al 10% del voltaje nominal para obtener la corriente nominal.  Se toma el lado de alto voltaje como el primario del transformador. La tensión aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal del secundario, recibe el nombre de tensión de corto circuito. Esta tensión supone un valor bajo con respecto a la tensión nominal aplicada al transformador cuando está en carga. En esta prueba, como las intensidades son nominales, se producen perdidas en el núcleo por efecto Joule. Las perdidas en corto circuito se determinan directamente con el vatímetro conectado al primario, que corresponde a la potencia en corto circuito. Para calcular las constantes de un transformador:

Figura 4. Circuito equivalente del transformador en la prueba de cortocircuito.

Los datos siguientes: P = 70w I = 4.5A V = 215V

tomados

en

el

laboratorio

fueron

los

Realizando los cálculos: Zeq = 47.7 Ω Req = 3.45 Ω Xeq = 47.65 Ω 2. Prueba de Circuito abierto: Consiste en aplicar a uno de los arrollamientos del transformador su tensión asignada, manteniendo el otro arrollamiento en circuito abierto. Las bobinas ofrecen una determinada resistencia al paso de corriente eléctrica, provocando una caída de tensión que se deberá tener en cuenta en ambos bobinados. Cuando se pone en circuito abierto el secundario la potencia activa del circuito es casi igual a las perdidas del hierro y la admitancia de excitación es igual a la admitancia del circuito. La caída de tensión en R1 y Xl1 es despreciable y el voltaje aplicado es aproximadamente la fuerza electromotriz inducida.

Figura 5. Diagrama de conexiones prueba de circuito abierto.  Se abre el circuito secundario.  Se alimenta con voltaje nominal el primario  Se toma el lado de bajo voltaje como el primario del transformador. La prueba de vacío del transformador proporciona, a través de las medidas de tensión, corriente y potencia en el bobinado primario, los valores directos de la potencia perdida en el hierro, y deja abierto el bobinado secundario. Como la componente de pérdidas de la corriente absorbida por el transformador en vacío es mucho menor que la

componente magnetizante, se puede suponer corriente en vacío es totalmente magnetizante.

que

esa

En esta prueba se determina:  Perdidas en el hierro  Relación de transformación  Potencia Aparente  Impedancia Además se puede conocer el valor de eléctricas Rm y Xm. Para calcularlas:

las

constantes

Figura 9. Circuito equivalente del transformador en la prueba de circuito vacio. Los datos siguientes: P = 80w I = 1.03A V = 215V

tomados

en

el

laboratorio

fueron

los

Realizando los cálculos: Rm = 577 Ω Xm = 208 Ω Algunas cuestiones: 1. Tipos de pérdidas en los transformadores:  Por el cobre debido al calentamiento resistivo en el devanado primario y secundario.  Por flujos dispersos que pasan únicamente a través de uno de los devanados.  Por corrientes parasitas debido al calentamiento resistivo en el núcleo del transformador.  Por histéresis que se originan por los reordenamientos de los dominios magnéticos en el núcleo durante cada semiciclo.

2. ¿Por qué la prueba de cortocircuito muestra básicamente las perdidas ? R/ Porque la corriente que fluye por la rama de excitación es despreciable, ya que al cortocircuitar la salida el voltaje de entrada es muy pequeño. 3. ¿Por qué la prueba de circuito abierto muestra básicamente las pérdidas de la excitación? R/ Porque por el devanado secundario no circula corriente. Glosario: Transformador ideal: Aquel en el que no existe ningún tipo de pérdida, ni magnética ni eléctrica. La ausencia de perdida supone la inexistencia de resistencia e inductancia en los bobinados. Perdidas en el hierro: Se producen por las corrientes de Foucault y la histéresis magnética. Corrientes de Foucault: Se producen en cualquier material conductor cuando se encuentra sometido a una variación del flujo magnético. Se les conoce como corrientes parasitas. Histéresis magnética: Es el fenómeno que se produce cuando la imantación de los materiales ferromagnéticos no solo depende del valor del flujo, sino también de los estados magnéticos anteriores. En los transformadores la histéresis produce una pérdida de energía que se justifica en calor. Conclusiones:  Para

analizar circuitos prácticos que contengan transformadores, normalmente es necesario convertir el circuito entero en un circuito equivalente, con un nivel de tensión único.  La prueba de vacio del transformador, tiene como fin determinar la corriente en vacío y la potencia en vacio que representa las pérdidas en el hierro.  En la prueba de vacio no circula corriente por el secundario, por lo tanto no produce flujo de dispersión.  En la prueba de corto circuito, la potencia absorbida por el transformador corresponde aproximadamente a las pérdidas en el cobre y se mide con un vatímetro a la entrada.

PRACTICA III Transformador trifásico: pruebas eléctricas y conexiones Objetivos: 1. Identificar, por medio de mediciones y pruebas eléctricas, la disposición interna de los bobinados del transformador. 2. Hacer un reconocimiento de los bornes del transformador e implementar la conexión de los devanados de alta y baja tensión para su puesta en funcionamiento. 3. Analizar las conexiones de los transformadores y la importancia de realizar los ensayos básicos para su correcto funcionamiento. Resumen: El estudio de los transformadores trifásicos es importancia en el mundo de las maquinas eléctricas.

de

mucha

Un transformador trifásico es una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico trifásico, manteniendo una relación entre sus fases la cual depende del tipo de conexión de este circuito. La tensión trifásica, es esencialmente un sistema de tres tensiones alternas, acopladas, (se producen simultáneamente las 3 en un generador), y desfasadas 120º entre sí (o sea un tercio del Periodo). Estas tensiones se transportan por un sistema de 3 conductores (3 fases), o de cuatro (tres fases + un neutro). Por convención las fases se denominan R, S, T, y N para el conductor neutro si existe. Los sistemas eléctricos de corriente alterna, casi siempre son sistemas trifásicos, tanto para la producción como para el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Materiales:  1 Multímetro  Fuente trifásica  Festos

Procedimiento: 1. Pruebas de Continuidad y Resistencia: 1.1

Prueba de Continuidad: Con un multímetro se determina cada una de las 6 parejas de bornes que presentan continuidad entre sí; con esto se comprueba cuáles parejas de bornes corresponden a una misma bobina, tanto para las de alta y de baja.

Bobinas 1 – 3 – 5 – 1.2

de Alta 2 4 6

Bobinas de Baja 7 - 8 9 - 10 11 - 12

Prueba de Resistencia: Con esta prueba es posible determinar cuáles bobinas son de alta y cuáles de baja. En la práctica se comprueba que las bobinas de alta tienen una impedancia mayor que las bobinas de baja. Se mide resistencia con el multímetro y se obtienen los siguientes datos: Bobina Bobina Bobina Bobina Bobina Bobina

Alta: Alta: Alta: Baja: Baja: Baja:

Bornes Bornes Bornes Bornes Bornes Bornes

1-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12

2.6 2.6 2.6 1.6 1.6 1.6

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

2. Prueba de Bobinas correspondientes: Esta prueba sirve para determinar que bobina de alta y de baja comparten un mismo núcleo. Se alimenta una bobina de alta tensión con una de las fases de la fuente trifásica (Vac=140V). Posteriormente se mide el voltaje en cada una de las bobinas de baja tensión. El proceso se repite para las otras bobinas de alta.

Se registraron los siguientes datos: BOBINA DE ALTA (alimentada con 140Vac)

Bornes 1-2

Bornes 3-4

Bornes 5-6

BOBINAS DE BAJA Bornes Bornes Bornes Bornes Bornes Bornes Bornes Bornes Bornes

7-8 9-10 11-12 7-8 9-10 11-12 7-8 9-10 11-12

VOLTAJE MEDIDO 80V 64,4V 28,5V 44,6V 80V 46V 27,3V 64,4V 80V

Las mediciones hechas comprueban que cada bobina de alta y de baja presentes en un mismo núcleo se comporta como un transformador monofásico, y es por eso que al haber un núcleo de hierro se evidencia una mayor tensión inducida en la respectiva bobina de baja. En el caso de las 2 bobinas de baja restantes, la tensión inducida es menor debido a que el elemento entre estas y la de alta es el aire. Se concluye entonces que las bobinas están ubicadas en un mismo núcleo así: Bobina de alta 1-2 y bobina de baja 7-8 Bobina de alta 3-4 y bobina de baja 9-10 Bobina de alta 5-6 y bobina de baja 11-12 3. Prueba de Polaridad: En los transformadores trifásicos la polaridad correspondiente a cada fase se puede definir y determinar del mismo modo que para los transformadores monofásicos. Como se sabe, la principal finalidad de la determinación de la polaridad de un transformador es para su conexión en paralelo con otro. Pero en el caso de los trifásicos, se deben comparar las tensiones entre las fases de uno y otro transformador, que pueden no corresponder a la misma polaridad y adicionalmente a los desfasamientos de las conexiones mismas. Para determinar la polaridad se supusieron bornes positivos 1, 3 y 5.

Se alimentó una bobina de alta tensión con Vac=140 y se mide el voltaje entre el borne restante de la bobina de alta y cada borne de su bobina de baja. Esto se realizó para cada transformador. Bobina 1-2 (140Vac)

bobina 2-8 = 220V Bobina 2-7 = 60V

El diagrama muestra las polaridades de las bobinas:

4. Conexión del transformador: En nomenclatura abreviada se utilizan las letras mayúsculas para Alta Tensión y minúsculas para baja tensión; para triángulo D, d; estrella Y, y; zigzag Z, z. Según se realice la conexión de los devanados primario y secundario, se obtendrán diferentes tipos de transformadores: a) Estrella-estrella Yy. b) Estrella-triángulo Yd. c) Triángulo-triángulo Dd. d) Triángulo-estrella Dy.

En la práctica se hizo la conexión Yy0 o (Yy12): Significa que el primario y el secundario están en estrella y que el desfase entre ellos es de 0º (ó 360º).

a) Diagrama fasorial

b) Conexión de los devanados

Se comprobaron experimentalmente algunas relaciones entre las medidas que se pueden conocer por el diagrama fasorial: H3H1 > H3X3 H1H2 > X2H2 H3X3 = X2H2

217V > 90V 217V > 91V 91V = 91V

Algunas cuestiones:  ¿A qué se debe el ruido que genera el transformador? R/ Es producido por las chapas, que vibran por la acción del campo magnético.  ¿Se pueden obtener diferentes relaciones de transformación con un transformador trifásico? R/ La relación de transformación de fase no cambia, será siempre N1/N2. Pero como con las conexiones cambian las relaciones entre línea y fase, en un transformador trifásico podremos tener diferentes relaciones de transformación de línea, dependiendo de la conexión.  Luego de haber analizado los transformadores trifásicos se puede resaltar que las principales aplicaciones de estos, hoy en día, son usarse en instalaciones comerciales, contratando el servicio en alta o media tensión, para que el transformador nos de los niveles que necesitamos en media o baja tensión para el consumo.

Glosario: Sistema trifásico: Es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente, valor eficaz) que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas, en torno a 120°, y están dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase. Transformador trifásico: Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían. Conclusiones:  Es importante conocer diferentes maneras de identificar









los devanados del transformador, en el caso de que la placa puesta por el fabricante no se pueda leer bien o, peor aún, que esta no esté presente. Conocer la polaridad de los devanados es crucial para poder conectar transformadores entre sí. Un error en esta prueba se podría traducir en daños en el transformador o en la misma red a la que esté conectado. Todas las conexiones que se pueden realizar en los transformadores son importantes. Cada tipo de conexión tiene distintas ventajas y desventajas, que se deben sopesar en el momento de decidirnos por la opción más conveniente. También debemos tener en cuenta que muchos de los transformadores junto con sus conexiones están construidos para aplicaciones específicas en alta y baja tensión por lo que no tendremos que pensar mucho al momento de elegir. El principal inconveniente de la conexión estrellaestrella es el desequilibrio de tensiones en la línea conectada al primario, que aparece cuando fuertes desequilibrios en la carga secundaria. Un transformador conectado en estrella – triangulo, no dispone de salida de neutro y, por tanto, no tendrá utilidad en redes de distribución a dos tensiones. Por el mismo motivo, tampoco podrá conectarse a tierra el secundario.

PRACTICA IV Motor asíncrono o maquina de inducción Objetivos: 1. Conocer el principio de funcionamiento de la máquina de inducción. 2. Conocer como arrancar e invertir el giro del motor asíncrono. 3. Conocer las características principales de un motor asíncrono y capacitarse para llevar a cabo los distintos ensayos que se suelen realizar habitualmente para determinar el valor de los parámetros de su circuito equivalente. Resumen: Un motor se define como la máquina que transforma la energía eléctrica en mecánica mediante la interacción de dos campos magnéticos. Estos campos son el del inductor (estator) y el del inducido (rotor). En el caso concreto de un motor trifásico, el campo inductor es generado por tres bobinados a los que se les aplica un sistema trifásico equilibrado de tensiones CA. Este campo actúa, a través del entrehierro, sobre los devanados dispuestos en el rotor dando lugar a tensiones inducidas. Si el inducido forma un circuito cerrado, aparecerá una corriente que producirá un flujo magnético opuesto al principal. Los motores asíncronos trifásicos pueden incluirse entre las máquinas eléctricas más fiables que existen; desarrollan su función durante muchos años con intervenciones de mantenimiento muy reducidas y se adaptan a distintas prestaciones en función de las exigencias, cubriendo tanto aplicaciones de producción como de servicio. Los motores se utilizan en los sectores industriales más variados, como por ejemplo las industrias alimentaria, química, metalúrgica, papelera, minera o las instalaciones de tratamiento de aguas. Las aplicaciones incluyen máquinas con piezas móviles a velocidad fija o variable, como por ejemplo los sistemas de elevación, como ascensores o montacargas; de transporte, como las cintas transportadoras; los sistemas de ventilación y climatización, como las unidades de tratamiento del aire; sin olvidar el que es probablemente el uso más común: las bombas y los compresores.

Materiales:     

1 Multímetro Fuente trifásica Festos Pinza Amperimétrica Tacómetro

Procedimiento: 1. Motor Jaula de Ardilla:

Figura 10. Motor jaula de ardilla Los conductores del rotor están igualmente distribuidos por la periferia del rotor. Los extremos de estos conductores están cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexión del devanado del rotor con el exterior. La condición inclinada de las ranura s mejora las propiedades de arranque y disminuye los ruidos.  Identificación de los bornes  Resistencia entre bornes  Aislamiento Para identificar los bornes se mide continuidad entre ellos y se seleccionan tres pares. Se unen tres bornes de pares diferentes y se alimenta con una fuente trifásica, si el arranque es forzado y se produce un zumbido significa que una de las fases esta invertida, si persiste este problema se debe invertir otra fase.

Figura 11. Bornes Identificados Se midió entre bornes para calcular la resistencia la cual arrojaba los siguientes resultados: U1-U2= 6.5 Ω V1-V2= 7 Ω W1-W2= 7 Ω Al medir la resistencia de aislamiento de cada bobina se encontraron los siguientes resultados: Bobina U = 700 MΩ Bobina V = 700 MΩ Bobina W = 700 MΩ Para cambiar el sentido de giro del motor, basta con invertir alguna de las fases. Con la pinza Amperimétrica se midió un valor corriente el cual no es real porque el instante arranque es pequeño y no alcanza a medirla completa.

de de

Corriente de arranque = 0.71 A La corriente real se calcula mediante la ley de ohm:

Un motor asíncrono no puede alcanzar por sí mismo la velocidad de sincronismo. Para medir la relación entre la velocidad de giro del eje del rotor y la velocidad de giro del campo giratoria se utiliza la prueba de deslizamiento. Se utilizaron varios métodos:  Tacómetro  Se coloca un disco con segmentos negros y blancos, el número de segmentos es igual al número de polos. Luego se aplica la formula:

Donde nd*P es el número de veces que pasan segmentos negros por un punto. En el laboratorio el tacómetro arrojo una velocidad de sincronismo de 3572 RPM y se calculo un deslizamiento del 0.77%, para una velocidad de sincronismo de 3600 RPM por ser dos polos.

2. Motor Asíncrono a anillos (Rotor bobinado):

Figura 12. Motor rotor bobinado Los devanados del rotor son similares a los del estator con el que está asociado. El número de fases del rotor no tiene porque ser el mismo que el del estator, lo que si tiene que ser igual es el numero de polos. Los devanados del rotor están conectados a anillos colectores montados sobre el mismo eje. Se realizo:  Identificación de los bornes  Resistencia entre bornes  Aislamiento

Figura 13. Bornes Identificados En el laboratorio se identifico el estator y el rotor y se midió la resistencia entre los bornes del estator. U1-U2= 4.3 Ω V1-V2= 4.3 Ω W1-W2= 4.3 Ω Al medir la resistencia de aislamiento de cada bobina se encontraron los siguientes resultados: Bobina U = 90 MΩ Bobina V = 90 MΩ Bobina W = 100 MΩ Corriente de arranque = 1 A Se calculo la frecuencia observando el número de veces que en un multímetro análogo se movía la aguja durante un minuto.

Luego se calculo el deslizamiento aplicando esta medida:

Se calculo también el deslizamiento usando el tacómetro:

3. Funcionamiento de la máquina de inducción: El Campo magnético giratorio se obtiene con tres devanados desfasados 120º (acoplados en estrella o triángulo) y conectados a un sistema trifásico de c. a. En la figura el punto rojo marca la velocidad Nr.

El motor de inducción tiene un bobinado trifásico balanceado, uniformemente repartido sobre el estator. Cuando una corriente trifásica balanceada recorre el circuito del estator, aparece una fuerza magnetomotriz giratoria que recorre el estator a la velocidad sincrónica, e induce corriente en el rotor. Principio de funcionamiento del motor asíncrono

Campo magnético giratorio en el estator El campo magnético induce f.e.m en el rotor Circulan corrientes por el rotor Fuerzas electromagnéticas entre las corrientes del rotor y el campo magnético del estator Par en el rotor: El rotor gira El rotor gira a una velocidad Nr inferior a la velocidad de sincronismo Ns pues en caso contrario no se induciría f.e.m en el rotor y por lo tanto no habría par motor

La corriente de arranque en la máquina de inducción fue de 2.53 A. Cuando se conecto a 120° de desfase arranco, si se invierta la polaridad en alguno de los polos el motor no gira a menos que se invierta en todos los polos.

Figura 14. Conexión maquina de inducción Algunas cuestiones: 1. ¿Por qué es imposible que un motor de inducción opere a velocidad síncrona? R/ Existe un límite superior finito a la velocidad del motor. Si el rotor del motor de inducción estuviera rotando a la velocidad sincrónica, las barras del rotor serían estacionarias con respecto al campo magnético y no habría voltaje inducido. Si este voltaje fuera igual a cero, no habría corriente en el rotor ni tampoco campo magnético retorico. Sin este campo, el par inducido seria cero y el rotor se frenaría por perdidas por el rozamiento. 2. ¿Por qué es necesario reducir el voltaje a un motor de inducción cuando se reduce la frecuencia eléctrica? R/ Es importante variar la frecuencia y el voltaje rms de salida. Se reduce el voltaje porque al reducirse la frecuencia aparece un incremento en el flujo m agnético, lo cual afecta directamente la flujo de corriente.

Glosario: Rotor jaula de ardilla: Es el motor eléctrico industrial por excelencia. Fuerte, robusto y sencillo, se usa en un gran número de máquinas con un mantenimiento mínimo. Rotor bobinado: El rotor bobinado está compuesto de un devanado polifásico similar al del estator y con el mismo número de polos que él. Los terminales del devanado del rotor se conectan a anillos rozantes aislados, montados sobre el eje, en los que se apoyan escobillas d e carbón, de manera que dichos terminales resultan accesibles desde el exterior. Frecuencia eléctrica en el rotor: Un motor de inducción trabaja induciendo tensiones y corrientes en el rotor de la máquina; por esa razón, a veces se le llama transformador rotante. Como transformador, el primario (estator) induce un voltaje en el secundario (rotor) pero, a diferencia del transformador, la frecuencia secundaria no es necesariamente la misma que la frecuencia primaria. Par inducido en un motor de inducción: El movimiento relativo del rotor con respecto al campo magnético del estator produce voltaje inducido en una barra del rotor. La velocidad de las barras de la parte superior del rotor, con relación al campo magnético, es hacia la derecha, de modo que el voltaje inducido en las barras superiores es hacia fuera de la página, mientras que el voltaje inducido en las barras inferiores es hacia dentro de la página. Esto origina un flujo de corriente hacia fuera en las barras superiores, y hacia dentro en las inferiores. Conclusiones:  Un motor de inducción tiene físicamente el mismo estator

que una máquina sincrónica, pero la construcción del rotor es diferente.  La corriente necesaria para arrancar el motor de inducción siempre será elevada puesto que el deslizamiento genera un torque de arranque que demanda gran cantidad de corriente.  Se comprobó que realizando la conexión a 60° de desfase el motor no giraba.

PRACTICA V Motor de inducción o asíncrono: Prueba de vacío y rotor bloqueado Objetivos: 1. Comprender en qué consisten las pruebas de vacío y rotor bloqueado y obtener datos para llegar a un circuito equivalente simplificado. 2. Determinar los parámetros del circuito equivalente del motor de inducción por medio de los ensayos en vacío y a rotor bloqueado. 3. Conocer el montaje real de una prueba de vacío y de corto circuito. 4. Comparar el motor de inducción con el transformador. 5. Conocer las pérdidas que se presentan en la máquina de inducción. Resumen: La operación usual de la máquina de inducción es como motor, en cuyo caso el funcionamiento básico consiste en alimentar el enrollado del estator desde una fuente trifásica para producir un campo magnético rotatorio. Este campo magnético gira a una velocidad síncrona (ωs) de acuerdo con la frecuencia eléctrica de alimentación e induce corrientes en el rotor mediante el mismo efecto que el transformador (inducción). Gracias a las corrientes de estator y rotor es posible generar torque motriz en el eje de la máquina. Desde el punto de vista práctico, es posible determinar los parámetros del circuito equivalente monofásico de una máquina de inducción real mediante las pruebas de circuito abierto y cortocircuito que, en este caso en particular, se denominan “prueba en vacío” y “prueba de rotor bloqueado”.

Figura 15. Circuito equivalente maquina asíncrona

Materiales:      

1 Multímetro 1 Vatímetro Fuente DC 1 Voltímetro análogo 1 Pinza Amperimétrica Festos

Procedimiento: 1. Prueba de Vacío: Se hace girar el rotor de la máquina a una velocidad angular que sea prácticamente igual a la velocidad sincrónica, de preferencia mediante un accionamiento externo. De esta forma el deslizamiento entre la velocidad angular del campo magnético rotatorio del estator y la velocidad angular mecánica del rotor es nulo. En estas condiciones la fuerza electromotriz inducida en los conductores del rotor es cero y no circula corriente por estos circuitos. La máquina se alimenta a frecuencia y tensión nominal en el estator y se miden con la mayor precisión posible las corrientes por las fases, tensiones de línea y potencia activa de entrada. Se alimenta el motor de inducción a voltaje pleno (nominal) y se deja girar libremente, sin carga en el eje. Se miden la corriente en cada fase (Ir, Is e It), el voltaje de línea (VLo), y la potencia activa trifásica P3Φo. Se halla la corriente promedio Io = (Ir+Is+It)/3; el voltaje de fase VFo = VLo/√3; y P1Φo = P3Φo/3.

El circuito equivalente al que se llega por medio de esta prueba es el siguiente:

Para calcular las pérdidas mecánicas:

En el laboratorio Se arranco el motor asíncrono en a. Delta: Se recolectaron los siguientes datos Vent = 220V P = 400w-200w = 200w IR = 3.10A IS = 2.64A IT = 2.81A Se calculo la corriente promedio:

V entre fases = 224V b. Estrella: Se recolectaron los siguientes datos Vent = 220V P = 160w-20w = 140w IR = 0.97A IS = 0.78A IT = 0.76A Se calculo la corriente promedio:

V entre fases = 224V Rbobinas = 3.4Ω (Estator) Rbobinas = 6.4Ω (Rotor) Con los calcular:

datos

tomados

anteriormente

es

posible

5. Prueba de rotor bloqueado: Cuando el rotor está detenido, el deslizamiento es unitario. El circuito equivalente en estas condiciones de operación es semejante al de un transformador en la condición de cortocircuito. En la máquina de inducción la corriente de rotor bloqueado puede alcanzar entre tres y seis veces la corriente nominal. Durante la prueba de rotor bloqueado la tensión de la rama de magnetización se deprime más o menos a la mitad, y por esta razón la corriente de la máquina durante este ensayo puede alcanzar a ser entre seis y dieciocho veces mayor que la corriente de magnetización. Desde un punto de vista práctico es posible despreciar esta rama en la estimación de los parámetros. Sin embargo la aproximación no es tan precisa como cuando se aplica en el ensayo de cortocircuito de un transformador. Utilizando el mismo montaje anterior, pero alimentando el circuito con una fuente variable, comenzamos a elevar el voltaje DESDE CERO mientras se mantiene trabado mecánicamente el rotor del motor, sin dejar que se mueva. En estas condiciones se va subiendo el voltaje hasta que se alcanza la corriente nominal en cualquiera de las fases (la primera que llegue recalentará menos el motor). En ese punto de operación se miden las corrientes de cada fase (Ia, Ib e Ic), el voltaje de línea (VLcc), y la potencia activa trifásica P3Φcc. Se halla la corriente promedio Icc = (Ia+Ib+Ic)/3; luego el voltaje de fase VFcc = VLcc/√3; y P1Φcc = P3Φcc/3.

Tension de ensayo reducida

Perdidas Fe muy pequeñas

Rfe Despreciable

Corriente por Xm despreciable

Se elimina rama paralelo

Figura 15. Circuito equivalente prueba rotor bloqueado En el laboratorio Se arranco el motor asíncrono en c. Delta: Se recolectaron los siguientes datos P = 40w-10w = 30w I = 2.93A V = 14.72V Voltaje nominal = 24.61V d. Estrella: Se recolectaron los siguientes datos P = 50w-10w = 40w I = 1.26A V = 30V Voltaje nominal = 67.85V Con los calcular:

datos

tomados

anteriormente

es

posible

Algunas cuestiones: 1. ¿Qué información se deduce de una prueba de vacio? R/ La prueba de vacío en un motor de inducción mide las perdidas rotacionales del motor y brinda información sobre su corriente de magnetización. Los vatímetros, voltímetros y amperímetros se conectan al motor de inducción al cual se permite girar libremente, la única carga puesta al rotor es su propio rozamiento o el rozamiento con el aire, de tal manera que la potencia consumida por el motor solo son las perdidas mecánicas y el deslizamiento del motor es muy pequeño. La potencia medida por el vatímetro debe ser igual a las perdidas en el motor, las perdidas en el cobre del rotor son despreciables debido a que la corriente es demasiado pequeña.

2. ¿Qué información se deduce de una prueba de rotor bloqueado? R/ En esta prueba se bloquea el rotor de tal manera que no se pueda mover, se aplica el voltaje al motor y se mide la corriente y la potencia resultante. Casi toda la corriente de ingreso circulara por el motor debido a que se encuentra bloqueado el estator. Glosario: Perdidas mecánicas: Consisten en la fricción en las escobillas y los cojinetes, así como en la potencia requerida para hacer circular el aire a través de la máquina y el sistema de ventilación, si se cuenta con uno, ya sean ventiladores autocontenidos o externos. Las pérdidas por la fricción y el efecto del viento se miden mediante la determinación de la entrada a la máquina mientras funciona a la velocidad apropiada, pero en vacío y no excitada. Perdidas en el núcleo de circuito abierto: En las máquinas de inducción las pérdidas se limitan a gran parte en el hierro del estator. Las pérdidas en el núcleo en circuito abierto se pueden hallar al medir la entrada a la máquina cuando está operando en vacío a la velocidad o frecuencia nominales, y con las condiciones apropiadas de flujo o de voltaje. Conclusiones:  En un motor de inducción, dada la potencia de entrada al

 





motor, se pueden determinar las pérdidas rotatorias de máquinas. Los motores de inducción de rotor bobinado son menos utilizados, debido a su mayor costo y a que requiere de más mantenimiento que los de jaula de ardilla. La prueba de vacio sirve para determinar las pérdidas mecánicas y magnéticas, esto es análogo a la prueba de vacío del transformador. La prueba de rotor bloqueado permite calcular el valor de la resistencia total efectiva, la resistencia del rotor, las pérdidas en los devanados. En la configuración estrella circula el triple de corriente por estar conectado en serie, lo que presenta un pico de corriente peligroso para los amperímetros, teniendo en cuenta esto se conecta en delta para que la corriente se distribuya por las diferentes bobinas.

PRACTICA VI Máquina eléctrica de corriente continúa Objetivos: 1. Conocer el motor de corriente continua y su funcionamiento. 2. Identificar qué tipo de motor de corriente continua utilizaremos en la práctica. 3. Realizar el conexionado de la maquina y medición de los parámetros importantes. 4. Determinar cómo invertir el sentido de giro de un motor corriente continúa. Resumen: El motor de corriente continua es una maquina que convierte la energía eléctrica en mecánica mediante el movimiento rotatorio. Un motor de continua está compuesto de un estator y un rotor. La máquina de CC consta de dos devanados alimentados con CC: uno llamado inductor que está en el estator de la máquina y otro llamado inducido que está en el rotor. En el caso de funcionamiento como motor ambos devanados están alimentados con CC. En el caso de funcionamiento como generador se alimenta con CC el inducido y se obtiene la FEM por el inductor. En este tipo de máquinas existen dos campos: el primero, creado en el estator y que será fijo; y, el segundo, generado por las corrientes que circulan por las espiras del rotor. El objetivo, en el caso del motor, es el de conseguir un campo magnético en el rotor que interaccione con el del estator para producir un valor de par máximo. Para lograr esto se debe cumplir que ambos campos sean perpendiculares entre sí en todo momento. En el caso del generador, se trata de generar de la forma más eficiente posible una tensión continua en bornes del inducido y para ello se mantendrá una velocidad fija en el rotor para que sus espiras y bobinas, al moverse respecto del campo principal del rotor, proporcionen una tensión fija que se rectifica y suma en el exterior de rotor. Ambos objetivos se cumplen gracias a las escobillas y el colector de delgas.

Los componentes básicos de un motor eléctrico de CC incluyen:  Armazón: Estructura externa de la maquina.  Campos: Bobinas montadas en las piezas de polos de los campos magnéticos que generan campo magnético estable.  Interpolos: Bobinas que se encuentran entre las bobinas de campo que se utiliza para evitar el exceso de chispas provenientes de las escobillas.  Protecciones  Sujeciones de las escobillas  Escobillas: Se utilizan para proporcionar CC a la armadura.  Conmutador  Armadura: Parte rotativa de un motor con bobinas Materiales:       

Multímetro 1 Voltímetro análogo 1 Pinza Amperimétrica Festos 1 Vatímetro 2 Reóstatos 2 cuchillas de paso

Procedimiento: 1. Identificación de las bobinas: Consiste en identificar como está constituido el motor CC, tomar un multímetro digital y empezar a medir la resistencia las bobinas para identificar cual es el inducido, el shunt y el serie.  Para identificar cual es la armadura en los bornes del motor se procede a colocar el múltimetro en modo continuidad en cualquiera de los bornes y si al girar el rotor hace un sonido intermitente estos corresponden a la armadura del motor. Esto se produce porque en cada delga hay una ranura y al girar el motor cuando pasa por la delga hay continuidad pero al pasar por la ranura no hay continuidad.  Luego se procese a encontrar la bobina de campo o inducido ya que esta tiene continuidad constantemente.  Para identificar la bobina que va en serie se tiene en cuenta que su resistencia no sea mayor a 8Ω

 El shunt es la bobina de mayor resistencia y se debe tener en cuenta que esta del orden de los 600Ω a 800Ω.  Una vez identificados la armadura como su campo o inducido y haber leído la placa procedemos a realizar las conexiones para el motor DC. El voltaje a utilizar en este caso fue de 214 VDC. Inducido Shunt Serie

Datos obtenidos en las mediciones: Inducido Shunt (paralelo) Serie

: 11.6 Ω : 690 Ω : 1.5 Ω

2. Conexión maquina corriente continua shunt

3. Conexión maquina corriente continua serie

Se llego a la conclusión que el shunt presenta mayor resistencia, cuando se excita el rotor en el inducido este se pone duro, enviándole pulsos desde las cuchillas, observamos

que en el multímetro la aguja se mueve porque se encuentran en el polo principal. Algunas cuestiones 1. ¿Qué función tiene el colector en los motores de corriente continua? R/ Mediante colector se recibe corriente continua desde una fuente exterior y se convierte la correspondiente energía eléctrica en energía mecánica que se entrega a través del eje del motor. En la transformación se pierde un pequeño porcentaje de energía en los carbones del colector, en el cobre de los bobinados, en el hierro (por corrientes parásitas e histéresis), en los rodamientos del eje y la fricción del rotor por el aire. El colector es básicamente un conmutador sincronizado con el rotor, que conmuta sus bobinas provocando que el ángulo relativo entre el campo del rotor y el del estator se mantenga, al margen de si el rotor gira o no, permitiendo de esta forma que el par motor sea independiente de la velocidad de giro de la máquina. Las máquinas de corriente continua tienen corriente continua sólo en su circuito exterior debido a la existencia de un mecanismo que convierte los voltajes internos de corriente alterna en voltajes corriente continua en los terminales. Este mecanismo se llama colector, y por ello las máquinas de corriente continua se conocen también como máquinas con colector. Rectifica la tensión alterna inducida en los devanados del rotor, en continua en el circuito exterior. 2. ¿Cuándo se dice que un generador es de excitación independiente? R/ La energía necesaria para la excitación, la toman de una fuente de energía eléctrica independiente. Al ser el devanado de excitación independiente, el inducido se conecta directamente a los bornes de la máquina. 3. ¿Con qué regla se puede determinar el sentido de paso de la corriente inducida en un generador? R/ Según la regla de la mano derecha. 4. ¿Cuándo se dice que un generador es autoexcitado? R/ Cuando producen por sí mismos la energía necesaria para la excitación

Glosario: Devanado de excitación shunt: Se encuentra localizando en el estator, encima y alrededor del núcleo polar de polos principales. Es el encargado, al energizar, de producir FMM que origina el campo magnético principal. También se le denomina devanado paralelo. Está diseñado para una corriente pequeña. Devanado de excitación serie: Localizado en el sector, encima y alrededor del núcleo polar de los polos principales y como único devanado si se trata de una maquina serie, o junto con el devanado shunt uno al lado del otro. Se encarga de producir el campo magnético principal. Arrollamiento de inducido: Localizado en el rotor y conectado al colector conmutador, al tablero de b ornes a través de las escobillas. Cuando la maquina se usa como generador en este devanado se genera la FEM y en caso de usarse como motor por este devanado circula la corriente de carga, que da lugar al par motor. Es un devanado diseñado para altas corrientes. Conclusiones:  Mientas el motor está en marcha debemos seguir una serie de pasos para poder detenerlo, primero la resistencia variable que está en serie con el shunt debe estar en el mínimo y la resistencia que está en serie con el inducido debe estar al máximo  Si cerramos primero la cuchilla de armadura del motor, este se puede llegar a embalar ya que su velocidad tendería a infinito.  Para invertir el sentido de giro del rotor se invierte la polaridad de uno de los devanados, abriendo las cuchillas y cerrándolas después de invertir el sentido en los devanados.  Para incrementar la velocidad del motor debemos aumentar la resistencia de shunt y disminuir la del inducido.  Los motores y generadores de corriente continua juegan un papel importante en la industria y el hogar, ya sea como un elemento para producir trabajo mecánico o para producir energía eléctrica, aunque vale la pena recalcar que comparándolos con los que trabajan en base a corriente alterna tienen menor demanda en el mercado.

PRACTICA VII Motor síncrono I Objetivos 1. Comprender las diferencias y semejanzas que tienen la máquina de continua y la maquina síncrona 2. Identificar los bornes. 3. Determinar los parámetros básicos de una maquina síncrona. 4. Visualizar y analizar la curva característica de la maquina sincrónica. Resumen: Son maquinas sincrónica, es la velocidad corrientes del

capaces de operar solo a la velocidad decir, a la velocidad mecánica equivalente a de rotación de la FMM producida por las estator.

Las maquinas sincrónicas son maquinas de corriente alterna que se caracterizan por tener una velocidad del eje dependiente directamente con la frecuencia de las variables eléctricas. Pueden trabajar como generador, como motor e incluso como reactor o condensador. Los generadores sínc ronos trifásicos son los más importantes por su aplicación en sistemas eléctricos de potencia; constituyen el dispositivo fundamental en cualquier central generadora. Una característica importante de estos motores es que pueden operar ya sea tomando o entregando potencia reactiva a la red dependiendo del nivel de excitación. Este tipo de maquinas es de doble excitación: los polos del rotor son alimentados con corriente continua mientras que los bobinados del estator están conectados a la red eléctrica. El rotor puede ser cilíndrico o de polos salientes:

a. Rotor Cilíndrico

b. Rotor de polos salientes

El principio de funcionamiento como motor: El rotor gira a la misma velocidad que el campo. Controlando la excitación se consigue que la maquina trabaje con cualquier factor de potencia, puede absorber o ceder Q. ESTATOR: Devanado trifásico distribuido alimentado con un sistema trifásico de tensiones

Campo Magnético giratorio

Rotor: Devanado alimentado con corriente continua que crea un campo magnético fijo

Interacción rotor estator

Par motor y giro de la maquina

El principio de funcionamiento como generador: Para conectar el generador a la red es necesario que gire a la velocidad de sincronismo correspondiente a la frecuencia de dicha red. Controlando la excitación se consigue que la maquina trabaje con cualquier factor de potencia, puede absorber o ceder Q. ESTATOR: Devanado trifásico distribuido conectado a la carga o red que se desea alimentar

Rotor: Devanado alimentado con corriente continua que crea un campo magnético fijo. Se hace girar por un medio externo

El campo creado por el rotor, al girar, induce FEM en el estator y, por tanto, hace circular corriente por la carga

Transformación de energía mecánica en energía eléctrica

Materiales        

Multímetro Pinza Amperimétrica Amperímetro análogo Festos Tacómetro Cuchillas Maquina de continua Computador

Procedimiento: 1. Identificación de bornes: Para identificar los pares del inducido procedemos inicialmente a medir continuidad, luego asignamos la polaridad a cada uno de los pares. En seguida hallamos la resistencia y el voltaje en tre los bornes, en donde la medida del voltaje se realiza sin variar la fuente. Para hallar la polaridad (punto y no punto) hacemos un puente entre dos bornes medimos el voltaje en los bornes no puenteados, si el voltaje de entrada me da como resultado es porque ambos son puntos, y si por el contrario el voltaje me da como resultado aproximadamente el voltaje de entrada es porque el puente está entre punto y no punto. A continuación relaciono los valores obtenidos.

W2-W1=5.7OHM __ 2.08V U2-u1=5.3OHM __ 2.08V V2-V1=5.3OHM __ 2.08V F1-F2=125OHM EXCITACIÓN 2. Identificación de la resistencia de inducción y la resistencia shunt: El shunt es la bobina de mayor resistencia y la inducida es la que posee continuidad constantemente. A continuación relaciono los valores obtenidos. A1-B2=4.1OHM INDUCCION E1-E2=554OHM SHUNT 3. Grafica característica de vacío: Para obtener esta curva de excitación, se cuadraba la velocidad a 3600 RPM, luego se iba variando el voltaje poco a poco y se

tomaban datos de corriente, cuando se llegaba a corriente nominal se empezaba a saturar. En laboratorio se tomaron los siguientes datos I 0 0.08 0.16 0.26 0.33 0.41 0.52 0.64 0.83 1.06 1.36 1.49

la el

V 2.2 20 40 65.2 81.5 101 121 139.6 160.7 180 199.7 206

Conclusiones:  Podemos concluir al observar la curva de vacío que cuando se alcanza la corriente nominal, este presenta una saturación.  La corriente de excitación debe ir de mínimo a máximo, se pudo observar que no es ideal devolver la resistencia para no producir lazos de histéresis que alteren el curso normal de la gráfica característica.  Las maquinas síncronas, es especial los generadores que fueron fruto de estudio en este ensayo son maquinas que brindan una gran ayuda la humanidad por las múltiples ventajas y aplicaciones  Estas maquinas requieren menos mantenimiento y menores costos

PRACTICA VIII Motor síncrono II, Motores monofásicos Objetivos 1. Comprender la prueba de corto circuito que se le realiza a un motor síncrono. 2. Conocer el funcionamiento de algunos motores monofásicos síncronos. 3. Determinar los parámetros básicos de una maquina síncrona. 4. Visualizar y analizar la curva característica de la maquina sincrónica en la prueba de corto circuito. Resumen: La máquina sincrónica es hoy por hoy, la más ampliamente utilizada para convertir grandes cantidades de energía eléctrica y mecánica. Es por lo cual se realiza los estudios respectivos a las pruebas de circuito abierto y cortocircuito a los generadores sincrónicos, están pruebas también son conocidas como ensayo, y sirven para determinar la tensión interna generada por una corriente de campo dada. La prueba en cortocircuito brinda información acerca de las potencialidades de corriente de un generador síncrono. Se lleva a cabo impulsando el generador a su velocidad nominal, con las terminales del devanado de la armadura en cortocircuito. Por otra parte también se hace referencia grafica a los diagramas y circuitos equivalentes de estas dos importantes pruebas que se le realizan a los generadores sincrónicos, como lo son la prueba de cortocircuito y de circuito abierto. Materiales        

Multímetro Pinza Amperimétrica Amperímetro análogo Festos Tacómetro Cuchillas Maquina de continua Motores monofásicos

Procedimiento: 1. Prueba de corto circuito: Como su nombre indica, la prueba de corto circuito se lleva a cabo con los terminales de la máquina de un cortocircuito, consiste en llevar nuevamente la corriente de campo a cero, para luego cortocircuitar los bornes del generador y proseguir a ir incrementando la corriente de campo. El procedimiento de ensayo básico es como sigue:  Establezca el campo actual a cero.  Un cortocircuito en los terminales de la armadura.  Accionar el generador a la velocidad síncrona con el sistema mecánico externo.  Poco a poco aumentar el devanado de campo en curso hasta que la corriente de corto circuito de la armadura alcanza el valor nominal de diseño La prueba en cortocircuito brinda información acerca de las potencialidades de corriente de un generador síncrono. Se lleva a cabo impulsando el generador a su velocidad nominal, con las terminales del devanado de la armadura en cortocircuito. Técnicamente esta prueba se efectúa colocando un amperímetro en serie con una de las tres líneas en cortocircuito. Se incrementa gradualmente la corriente de campo y se registra el valor correspondiente de la corriente a corriente máxima de la armadura en cortocircuito, no debe exceder el doble de la corriente especificada del generador. Con base en los datos registrados se calcula la corriente por fase en el cortocircuito. Cuando esta última se grafica como función de la corriente del campo, la gráfica se llama característica en cortocircuito (CC) de un generador. Al encontrarse el generado sincrónico girando a velocidad nominal con los terminales cortocircuitados, a medida que varía la resistencia de campo R, se toma en forma simultánea, las lecturas de las corrientes de armadura y de la corriente de campo. Normalmente se toman datos para el 25%, 50% 75%, 100% y el 125% de la corriente nominal de armadura. La prueba de corto circuito puede realizarse fácilmente, ya que para su implementación no se necesitan equipos costosos ni de difícil consecución.

2. Grafica característica de corto circuito: Para obtener esta curva de excitación, se cuadraba la velocidad a 3600 RPM, luego se iba variando el voltaje y se iban tomando los datos de la corriente de excitación contra la corriente continúa.

En el laboratorio se tomaron los siguientes datos: Iexc 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Icc 0.03 0.18 0.36 0.47 0.62 0.74 0.86 0.97 1.07 1.12 1.16

El motor síncrono con el que se trabajo en el laboratorio presenta una corriente de corto circuito muy pequeña.

3. Motores síncronos monofásicos.  Motor con condensador de arranque:

Iarranque = 1.7A Ipermanente = 4.16 A Para este motor lo más común en dañarse es: a. Arranque b. Centrifugo c. Condensador  Motor de polos sombreados:

Solo presenta un sentido de giro porque trae unas cuñitas encargadas de producir esto.  Motor universal:

a. Trabaja con corriente continua y corriente alterna. b. Se diferencia del motor de continua porque el núcleo esta laminado.

Algunas cuestiones 1. ¿Cuáles son las ventajas del motor con condensador de arranque? R/ La ventaja del arranque por capacitor es su elevada cupla inicial mientras que el otro mecanismo permite, invirtiendo la forma en que se efectúan las conexiones de las fases a la red, invertir el sentido de giro del rotor. Una vez que el motor está en marcha, la fase auxiliar puede desconectarse o no, el mejor funcionamiento se logra cuando se la desconecta puesto que se deja trabajando solo al campo principal que es el que desarrolla la potencia en el eje. Para desconectar la fase auxiliar puede utilizarse un método manual o bien, lo que es más habitual, un método automático, el sistema automático más utilizado es un interruptor que se acciona por fuerza centrifuga el cual se ajusta de manera tal que sus contactos se abren cuando el rotor alcanza la velocidad adecuada (el 75% de la velocidad nominal), otro sistema automático aprovecha el hecho de que la corriente del estator disminuye a medida que el motor aumenta su velocidad (tal como se describió para el motor trifásico), esta corriente actúa sobre un dispositivo electromecánico (relé o contactor) que es el encargado de desconectar la fase auxiliar. 2. ¿Cuáles son las ventajas del motor con polos sombreados? R/ La gran ventaja de este motor estriba en su extrema simplicidad. Un devanado monofásico de rotor, rotor con jaula de ardilla vaciado y piezas polares especiales. No tiene interruptores centrífugos, capacitores, devanados especiales de arranque ni conmutadores. Tiene tan solo un devanado monofásico inherente de arranque propio. El motor de polos sombreados es robusto, barato, pequeño y necesita muy poco mantenimiento. 3. ¿Cuáles son los usos de un motor de polos sombreados? R/ Proyectores de cine, asadores eléctricos, ventiladores y fuelles pequeños, maquinas expendedoras, sintonizadoras de TV de control remoto. 4. ¿Cuáles son las ventajas del motor universal? R/ Pueden construirse para cualquier velocidad de giro y resulta fácil conseguir grandes velocidades, cosa que no puede conseguirse con otros motores de c.a. Funcionan

con corriente alterna y continua. La velocidad se adapta a la carga. Poseen un elevado par de arranque. 5. ¿Cuáles son las desventajas del motor universal? R/ Contienen elementos delicados que requieren una revisión periódica; es preciso entonces comprobar el desgaste del colector, de las escobillas, el envejecimiento de los muelles que las oprimen contra las delgas del colector, etc. El contacto deslizante entre colector y escobillas produce chispas que pueden perturbar el funcionamiento de los receptores de radio y de televisión que se encuentran en zona próxima al motor. Por causa de la gran velocidad de giro, estos motores son algo ruidosos. Su inducido es de difícil reparación, casi siempre resulta más ventajoso sustituirlo por otro nuevo. Conclusiones:  Los motores eléctricos monofásicos son una alternativa para el uso domestico, pues su aplicación se ve reflejada en la vida cotidiana.  El bobinado de trabajo es fabricado a base de un conductor de cobre grueso aislado y de pocas vueltas.  La mayoría de motores monofásicos son de efecto térmico y sirven de protección contra sobrecalentamientos peligrosos provocados por sobrecargas, fallos en el arranque y temperatura excesiva.  Las aplicaciones de los motores monofásicos hoy son muy amplias, puesto que cada sistema está diseñado con características especificas, sin embargo cada una de las diferentes configuraciones tienen ventajas y desventajas tanto una con respecto de otra, como cada una con respecto a la instalación misma donde será ubicada.  Debido a la importancia de los generadores síncronos en los sistemas de generación de energía eléctrica, es fundamental conocer los parámetros de operación del generador.  Es necesario contar con un protocolo de pruebas para máquinas sincrónicas dada la importancia de estos equipos en la generación eléctrica y por su alto costo.  Es necesario de antemano conocer el producto que se esté adquiriendo, así como desarrollar un programa de mantenimiento durante cierto intervalo de tiempo para conocer el estado real de cada unidad y tener una comparación de un equipo nuevo contra uno usado.