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Informe Ensayo; Laboratorio Maquinas Eléctricas. (GENERADOR SHUNT DE C.C. EN VACIO)

-Docente Segundo

:

Mena Díaz Enrique

-Alumnos

:

- Diego. Cornejo. J

- Daniel. Huerta. T - Diego. Lobo. D -Curso : -Sección

Maquinas Eléctricas : N° 135

-Fecha :

06/06/2016

EXPERIENCIAS REALIZADAS

1.-

ENSAYO DE UN ALTERNADOR TRIFASICO EN VACIO

1.1

OBJETIVOS GENERALES

a-)

Obtener la curva de saturación en vacío del alternador; E = f (Iexc).

b-)

Comprobar experimentalmente el proceso de puesta en marcha de un alternador.

c-)

Medir: Vdc; Iexc, Ic de la excitatriz. Medir E, Iexc, f (Hz) y RPM en el alternador.

1.2 JUSTIFICACION TEORICA DE LA EXPERIENCIA Los alternadores denominados trifásicos, en los que la corriente inducida sale del alternador por seis cables o hilos que, al tratarse de corriente alterna, se hacen innecesarias las seis salidas, reduciéndose éstas a tres fases, ya que en este tipo de máquinas las polaridades se alternan al haber mayor número de polos y tratarse de este tipo de energía. Partimos de la base de que si un conductor eléctrico corta las líneas de fuerza de un campo magnético, se origina en dicho conductor una corriente eléctrica. La generación de corriente trifásica tiene lugar en los alternadores, en relación con un movimiento giratorio. Según este principio, existen tres arrollamientos iguales independientes entre sí, dispuestos de modo que se encuentran desplazados entre sí 120°. Según el principio, de la inducción, al dar vueltas el motor (imanes polares con devanado de excitación en la parte giratoria) se generan en los arrollamientos tensiones alternas senoidales y respectivamente corrientes alternas, desfasadas también 120° entre sí, por lo cual quedan desfasadas igualmente en cuanto a tiempo. De esa forma tiene lugar un ciclo que se repite constantemente, produciendo la corriente alterna trifásica.Todos los generadores trifásicos utilizan un campo magnético giratorio. Al igual que le ocurre a las dínamos, a veces es preciso acoplar eléctricamente dos o más alternadores. En nuestro caso el de un motor generador y el que nosotros acoplaremos en el laboratorio. El acoplamiento de los alternadores resulta más complejo que el de las dínamos, debido a la presencia de una nueva característica, la frecuencia, cuyo valor debe ser rigurosamente igual para todos los alternadores. El primer dato se toma cuando la corriente de campo que corresponde al valor de la tensión residual. Posteriormente la corriente de campo se va incrementando gradualmente y progresivamente con el reóstato R, tomando lecturas de la corriente de campo y del votaje de armadura hasta llegar al 120% del voltaje nominal. Con esta información se construye la característica de saturación en vacío. Se observa en la curva característica de vacío, la linealidad que se presenta para corrientes de campo bajas, pero a medida que la corriente de campo empieza a aumentar se acerca a la zona de saturación. Entre algunas ventajas que presenta este ensayo se encuentran: la facilidad en su implementación, además de ser una prueba que no ocasiona daños a la máquina.

1.3 MATERIALES E INSTRUMENTOS UTILIZADOS. a-) Conectores b/b (banana/banana): Cable para conducir electricidad desde la fuente hasta el circuito, por ambos lados trae una banana para conectar la fuente al circuito así como también los instrumentos de medida.

b-) Multímetro digital: Está compuesto de una pantalla de cristal líquido, con números grandes, bien legibles, donde el punto decimal se posiciona automáticamente y se tiene un indicador de signo para especificar la polaridad de voltaje o la dirección de la corriente. Esta última característica es automática, por lo cual no es necesario conmutar las puntas de prueba. c-) Megohmetro Análogo: Es un aparato que permite establecer la resistencia de aislamiento existente en un conductor o sistema de tierras. Funciona en base a la generación temporal de una sobrecorriente eléctrica la cual se aplica al sistema hasta que se rompe su aislamiento, al establecerse un arco eléctrico. Este instrumento basa su funcionamiento en una fuente de alta tensión pero poca energía, de forma tal que colocando una resistencia en los bornes de la fuente podemos observar que la tensión en la fuente disminuye, logrando una fracción de la tensión que la fuente es capaz de generar en vacío. Mientras menor es el valor de la resistencia colocada, tanto menor es la tensión suministrada por la fuente. Entonces censando la tensión producida por la fuente y asociándolos a valores de resistencias correspondientes, podemos estimar el valor de la resistencia colocada para su medición. d-) Resistencia: Son componentes pasivos, es decir no genera intensidad ni tensión en un circuito, pero sus propiedades se aplican para controlar una tensión o corriente eléctrica, son echas mayormente de cerámica y la hay de tipo variable. e-) Tacómetro: Se utiliza para efectuar las medidas de revoluciones por minuto de un motor, este efectúa medidas de hasta 100.000 rpm, cumple numerosas funciones, memorias y automatismos para facilitar la toma de información como: - Medida de velocidad de rotación, de velocidad lineal, contador, frecuencia y período. Se puede hacer distintos tipos de medidas ejemplo por contacto, medida sin contacto y medida mediante la entrada externa. f-) Extensión trifásica: Es un trozo de cable flexible, con un enchufe en uno de sus extremos y puede tener una o varias tomas de corriente en él, nosotros utilizamos una extensión con una caja distribuidora con bornes para efectuar las pruebas eléctricas. El término se usa habitualmente para extensiones de cable eléctrico para distintos usos. g-) Motor: Es la parte de una máquina que es capaz de hacer funcionar un sistema, transformando una energía en un tipo de energía mecánica para realizar un trabajo. En este caso trabajamos con un motor eléctrico el cual utiliza la inducción electromagnética que produce la electricidad para producir un movimiento.

h-) Generador: Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura. Sí mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerza electromotriz. (F.E.M.). Un generador está formado por una carcasa, piezas polares, bobinados de campo, casquetes porta escobillas, escobillas, inducido y un núcleo laminado. i-) Alternador: Es una máquina eléctrica capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética. Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa. Un alternador de corriente alterna funciona cambiando constantemente la polaridad para que haya movimiento y genere energía.

1.4 CALIBRES Y UNIDADES UTILIZADAS PARA CADA INSTRUMENTO.

CIRCUITO

Ensayo alternador trifásico en vacío

INSTRUMENTO

UNIDAD

ESCALA

Meghometro

Ohm

500 (V)

Multímetro

Ohm

2 (kΩ)

Multímetro

Ohm

200 (Ω)

Multímetro

ampere

2 (A) CC.

Multímetro

Volt

20 (V) CC.

Multímetro

Volt

20 (V ~)

Multímetro

Volt

1000 (V)

Multímetro

ampere

2 (A)

Tacómetro

RPM

------

OBJETIVO A MEDIR Aislación en la carcasa del motor con los bornes y entre bornes. Medición de las resistencias de trabajo. Resistencia de los bobinados del motor y generador. Medida de la corriente de excitación. Medida de tensión de la excitatriz Medida de tensión de remanencia Tensión en los bornes del motor. Corriente medida en la salida del motor y generador. Medir las revoluciones por minutos que tiene el motor a través de este instrumento.

1.5 PROCEDIMIENTO DE LAS EXPERIENCIAS Y VALORES RESULTANTES.

1.5.1 PROCEDIENTOS GENERALES Antes de realizar la experiencia el docente realizo una explicación acerca de los conceptos generales del circuito, explicando la utilización de los instrumentos y los fenómenos que se desarrollaran una vez energizado el circuito en cuestión. Enseguida detallamos paso a paso los procedimientos realizados de forma frupal, incluyendo a la totalidad del curso para registrar mediciones y lograr los objetivos pedidos: 1.- Registramos los datos de las placas de características del ALTERNADOR, GENERADOR Y MOTOR ASINCRONO:

- Potencia: 5,15 (KW)

ALTERNADOR LEROY (impregnación especial para clima tropical) - Tipo: TA132 / N° de Serie: S 0 / N° Fabricacion: 32998 - Potencia: 2 (KVA)

- Tipos de Conexión: ∆ = 220 (v) / 18,6 (A) ⋌ = 380 (v) / 10,0 (A)

- Tipos de Conexión: ∆ = 220 (v) / 5,25 (A) ⋌ = 380 (v) / 3,03 (A)

- PH = 3

- PH = 3

- f = 50 (Hz)

- f = 50 (Hz)

- Cos fi = 0,84

- Cos fi = 0,8

- RPM = 1450 rev/min

- RPM = 1500 rev/min

- RT (%) = 85

- Exitacion: Sep – 20 – 5

- CV. = 7

- Servicio: S.1.

MOTOR ASINCRONICO LEROY (Maquina Impulsora) - Tipo de Motor: M. Asincrónico

- Proteccion: P.21 - Clase: E

GENERADOR LEROY (Exitatriz) - Vtm = 1500 (v) - Potencia : 2,25 (KW) - Inductores : no legible en la placa / 0,6 (A) - Inducido: 220 (v) / 10 (A) - Clase: F

2.- Se revisaron todos los materiales e instrumentos utilizados para evitar problemas de funcionamiento y conexionado. Las pruebas eléctricas y mediciones de continuidad, aislamiento y resistencia en los devanados, no se realizaron debido a que la actividad incluía a todo el cursoen un solo circuito de trabajo y las maquinas ya habían sido testeadas en experiencias anteriores. a-) RESISTENCIA EN DEVANADOS DEL GENERADOR - ARMADURA (A – B) = 2 (Ω) - SHUNT (C – D) = 197 (Ω) - INTERPOLOS (G – H) = 0.8 (Ω) 3.- Se determino el valor de la resistencia de excitación para variar Iexc. de 0 a 1 (A) para el grupo motor – generador, de acuerdo al esquema dibujado por el profesor en la pizarra y a los materiales existentes en el aula. Para ello utilizamos 2 resistencias variables de 1000 (Ω) conectadas en serie. 4.- Según los datos de la placa del motor (Maquina Impulsora), se determina usar la conexión en Estrella, debido a que era la apropiada para la tensión trifásica que íbamos a utilizar (380 v) según especificaciones técnicas de la polaca del motor.

6.- Se procedió a armar el circuito de trabajo según esquema entregado y a seleccionar los calibres necesarios para tomar las mediciones correspondientes (ver punto 1.4 “calibres y unidades utilizados”), teniendo en cuenta que la alimentación de la fuente se conecta al final; una vez que el circuito y los instrumentos de medición se encontraban todos conectados y solo después de que el docente reviso el conexionado encontrando todo ok, se procedió a energizar y seguidamente se procedio a conectar el motor asincrónico de C.A a la red y se obtuvo su tensión nominal: - V nominal del generador = 240 (v) C.c

8.- Luego se procedio a Cerrar el interruptor de conexión del motor Shunt de CC al generador y se conecto el motor Shunt de CC a través del reóstato de tres bornes a la fuente de CC. El reóstato de excitación debe tener un valor reducido: - Valor de apertura del reóstato de arranque = 260 (mA) - A las 1750 RPM se observó que cae la R de arranque

9.- Se procedio a medir los valores de Tension, Intensidad de excitación y la velocidad del grupo motor generador, los cuales se registraron en la siguiente tabla:

E 240 (v) 232 (v) 233 (v) 232 (v) 232 (v) 233 (v) 233 (v) 233 (v) 233 (v) 233 (v)

Iexcitacion 0,6 (A) 0,55 (A) 0,50 (A) 0,45 (A) 0.40 (A) 0.35 (A) 0.30 (A) 0.25 (A) 0.20 (A) 0.15 (A)

RPM 1486 (rev/min) 1486 (rev/min) 1520 (rev/min) 1552 (rev/min) 1593 (rev/min) 1650 (rev/min) 1720 (rev/min) 1825 (rev/min) 1994 (rev/min) 2250 (rev/min)

10.- Se reguló el valor de la Intensidad de corriente de excitación a 0,45 (A) en el grupo motor - generador para que la velocidad variara hasta 1518 RPM. Con una tensión en A - B = 1,06 (V.c). 11.- Luego se disminuyó la I de excitación del motor CC para poner en frecuencia el alternador y se reguló la I de excitación de la excitatriz del alternador a 0,5 (A) para ponerla en tensión.

12.- Se procedio a regular la corriente de excitación de la rueda polar,de 0,5 en 0,5 (A) hasta 6 (A), para aumentar la E (fem) en el alternador. Se ajusto simultáneamente la velocidad de la rueda polar para mantener la frecuencia en 50 (Hz) y se midieron los valores de E, Iexc, f y RPM, quedando registrados en la tabla a continuación:

Iext (A) 0,5 (A) 1 (A) 1,5 (A) 2 (A) 2,5 (A) 3,0 (A) 3,5 (A) 4,0 (A) 4,5 (A) 5 (A) 5,5 (A)

E (v) 82,4 (V) 147 (V) 183 (V) 210 (V) 228 (V) 242 (V) 251 (V) 258 (V) 265 (V) 270 (V) 277 (V)

RPM 1556 (rev/min) 1556 (rev/min) 1556 (rev/min) 1556 (rev/min) 1556 (rev/min) 1556 (rev/min) 1556 (rev/min) 1556 (rev/min) 1556 (rev/min) 1556 (rev/min) 1556 (rev/min)

F (Hz) 50 (Hz) 50 (Hz) 50 (Hz) 50 (Hz) 50 (Hz) 50 (Hz) 50 (Hz) 50 (Hz) 50 (Hz) 50 (Hz) 50 (Hz)

Valores en la Excitatriz V(Dc) 24 (v)

Iexc. 0,45 (A)

IC 0,5 (A)

Nota: Cabe señalar que las resistencias reguladas en el generador fueron de 33 (Ω) para IC y de 10 (Ω) para IA.

13.- Finalmente se procedio a desconectar el circuito siguiendo el orden decrito en la pauta como se enuncia a continuación: Se Desconecta en primer lugar el motor Shunt de CC., del generador y luego el motor de CA., de la red y con los valores obtenidos, se confecciona la curva característica E = f (Iexc):

n (RPM) 2501

2001

1501

1001

501

1 0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

Iexc. (A)

1.6 PUNTOS RELEVANTES DE LA EXPERIENCIA

0.45

0.5

0.55

0.6

Esta experiencia se realizó con dos grupos de trabajos en la parte de conexionado debido a que solo en terreno nos encontramos con un alternador, las pruebas eléctricas fueron realizadas en conjunto al profesor. En esta experiencia (alternador trifásico en vacío) uno de los objetivos importantes es determinar lo bornes del generador, para poder hacer una correcta conexión. Así también medir el aislamiento entre la carcasa y los devanados. Verificar que los devanados tengan continuidad, así aseguramos que ninguno de ellos este cortado. Posteriormente se conectó el generador a la alimentación en paralelo al motor continuo el cual fue controlado a través de la excitatriz para así acelerar, disminuir y/o mantener la velocidad de la maquina impulsora conectada con el alternador. Apreciamos las variaciones de la RPM y la Tensión, con respecto a la Corriente que se ve afectada por una Resistencia. Se logró apreciar que la resistencia de arranque se abrió al alcanzar una corriente de 260 (mA). Al llegar a las 1750 RPM se observó que cae la R de arranque.

1.7 CONCLUSION. El acoplamiento de un alternador a la red exige la máxima atención por parte del o los operarios encargado de dicha operación. Se pone en marcha el motor de corriente continua que acciona el alternador y seguidamente se maniobra sobre el regulador de velocidad has conseguir que ésta sea lo más aproximada posible a la velocidad síncrona correspondiente a la frecuencia de la red. Para comprobarlo se observa el frecuencímetro conectado a los bornes del generador. Se maniobra el reóstato que regula la intensidad de la corriente de excitación que recorre las bobinas inductoras hasta conseguir que la fuerza electromotriz generada en el bobinado inducido del alternador (medida por su voltímetro V) sea algo superior que la tensión de la red. Efectuadas la maniobras anteriores, es preciso afinar la igualdad de frecuencias y tensiones, al mismo tiempo hay que observar el sincronismo. La corriente que se genera mediante los alternadores descritos más arriba, aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la máquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas, se producirán dos ondas de corriente, una de las cuales estará en su máximo cuando la otra sea cero.

Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifásica. Se puede obtener un número mayor de fases incrementando el número de bobinas en la armadura, pero en la práctica de la ingeniería eléctrica moderna se usa sobre todo la corriente alterna trifásica, con el alternador trifásico, que es la máquina dinamoeléctrica que se emplea normalmente para generar potencia eléctrica. En la experiencia realizada verificamos como poner en marcha o acoplar un alternador en vacio midiendo todos los parámetros observados tales como la frecuencia, rpm,tensiones y corrientes las que en conjunto se deben observar y controlar para la correcta puesta en marcha y acoplamiento del alternador,lo que nos sirve para apreciar las diversas variables y sobreexigir a la maquina sin causarle ningún daño a esta,obteniendo sus curvas características requeridas para este ensayo.