Máquinas ACLABORATORIO N° 1 “EL ALTERNADOR TRIFÁSICO" Alumno (os): Gonzalo Arocutipa Medina Profesor : Mario Umire Grupo : “A “ Nota Hernández Semestre : IV Fecha de entrega : 12 09 2017 Hora: Nro. DD-106 Máquinas AC Página 2 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A I. FUNDAMENTOTEORICO: Los generadores síncronos son la fuente de más importante de energía eléctrica. El generador síncrono genera un voltaje alterno cuya frecuencia depende totalmente de la velocidad de rotación. El valor de voltaje generado depende de la velocidad, de la excitación del campo de tensión continua, y el factor de potencia de la carga. El devanado de campo se encuentra en el rotor, y se alimenta con tensión continua, El devanado de armadura se encuentra en el estator Las tres fases del generador están espaciadas mecánicamente a intervalos idénticos unas de otras y, por lo tanto, los voltajes respectivos generados no están en fase sino que están desfasados entres sí en 120 grados eléctricos. El voltaje de salida de un generador síncrono depende básicamente del flujo total que se tenga en el entrehierro. Cuando está en vacío, este flujo establece y determina exclusivamente mediante la excitación de campo de tensión continua. I. OBJETIVOS Observar el funcionamiento del generador síncrono. II. EQUIPOS A UTILIZAR 1 motor DC en derivación. 1 generador síncrono. 4 multímetros. 1 pinza amperimétrica. 2 acople flexible. 1 tacogenerador. 1 interruptor tripolar. 1 reostato de O - 100 0. 3 cargas resistivas (470,1000,1500 ) 3 cargas capacitivas 3 cargas inductivas Nro. DD-106 Máquinas AC Página 3 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A III. PROCEDIMIENTO Advertencia: ¡En esta etapa se manejarán voltajes peligrosos! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!. 1. Datos del generador síncrono Tomar los datos del generador síncrono El devanado de armadura (estator) está indicada en la placa con los bornes (U1-U2, V1-V2, W1-W2/F1-F2) Potencia = 0.3 KW El devanado de campo (rotor) está indicada en la placa con los Voltaje= 100 V bornes Corriente= 0.7 A (U1-U2, V1-V2, w1-W2/F1-F2) Conexión= Y Frecuencia= 60 Hz Nro. DD-106 Máquinas AC Página 4 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A 2. Generación de tensión alterna Armar el siguiente circuito. La potencia mecánica será suministrada por un motor en derivación de tensión continua. El número de revoluciones se medirá con el tacogenerador. Llene las siguientes tablas, manteniendo constante el número de revoluciones. Tabla 1 RPM Uexc Iexc V generado 0 28mA 3.22V 20 78mA 142.2V 40 182mA 234.6V 60 324mA 288.5V 1200 80 423mA 308.4V 100 527mA 323.5V 120 628mA 334.6V 140 713mA 342.7V 150 756mA 346.3V Tabla 2 RPM Uexc Iexc V generado 0 18mA 5.5V 20 123mA 169.4V 1500 40 221mA 284.4V 60 326mA 349V 80 422mA 381V 100 524mA 401V 120 617mA 414.6V Tabla 3 RPM Uexc Iexc V generad o 0 26mA 6.6V 20 130mA 201V 1800 40 230mA 339V 60 330mA 417V 80 429mA 455V 100 529mA 479V Nro. DD-106 Máquinas AC Página 5 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A Graficar el voltaje generado en función de la corriente de excitación, para cada una de las revoluciones (1200,1500 Y 1800 RPM), luego señalar la zona lineal, zona de codo y la zona de saturación. 3. Generador con carga resistiva Arme el circuito como se muestra Regular la velocidad en la máquina prima hasta obtener 60 Hz y el valor de la corriente de excitación en forma tal que se consiga una tensión generada entre líneas de 320 Vac. Nro. DD-106 Máquinas AC Página 6 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A Tabla 4 N=1800 RPM U L-L=320V R/fase(Ω) 1500 1235 1000 750 470 I carga (mA) 113 135 163 202 222 V generado 302 282 265 249 245 (V) S (VA) 34.126 38.07 43.195 50.298 54.39 Grafico comparativo Nro. DD-106 Máquinas AC Página 7 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A 4. Generador con carga inductiva Regular la velocidad en la máquina prima hasta obtener 60 Hz y el valor de la corriente de excitación en forma tal que se consiga una tensión generada entre líneas de 320 Vac. Tabla 5 N=1800 RPM U L-L=320V L/fase(H) 15 10 7.5 5 2.5 I carga (mA) 26 41 53 75 125 V generado (V) 301 292 286 268 230 S (VA) 7.826 11.972 15.158 20.1 28.75 Nro. DD-106 Máquinas AC Página 8 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A 5. Generador con carga capacitiva Arme el circuito como se muestra Regular la velocidad en la máquina prima hasta obtener 60 Hz y el valor de la corriente de excitación en forma tal que se consiga una tensión generada entre líneas de 320 Vac. Tabla 6 N=1800 RPM U L-L=320V C/fase(uF) 8.1 5.4 4.5 3 1.5 I carga (mA) 1035 642 500 301 120 V generado (V) 559 512 488 445 388 S (VA) 578.565 328.704 244 133.945 46.56 Nro. DD-106 Máquinas AC Página 9 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A GRAFICO DE CONPARACIÒN DE LOS VOLTAJES GENERADOS SEGÚN SU CARGA GRAFICO DE CONPARACIÒN DE LOS( VA )PRODUCIDOS SEGÚN LA CARGA Nro. DD-106 Máquinas AC Página 10 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A CUESTIONARIO.- Explique el motivo por el cual al aumentar la corriente de excitación se reduce el número de revoluciones de la máquina motriz. La corriente de excitación de él estator produce un campo magnético que gira en sincronía con el rotor produciendo un determinado voltaje, y así al producirse un acceso de campo magnético hace que la maquina se des sincronice y el rotor gire más lento. ¿Cuál es el comportamiento de la tensión del generador al trabajar con carga? Dependiendo de cuál sea la carga , la tención del generador va a disminuir en diferentes niveles , la cual es causada mayormente por carga inductiva, por lo que opta por una carga capacitiva para compensarla. Diagramas fasoidales CARGA RESISTIVA CARGA INDUCTIVA CARGA CAPACITIVA Nro. DD-106 Máquinas AC Página 11 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A INFORMACION ADICIONAL.- Teoría de generadores síncronos.- También llamados alternadores , son maquinas que transforman la energía mecánica en energía eléctrica ,mediante el principio de la Ley de Faraday y la inducción electromagnética. FUNCIONAMIENTO.- El generados síncrono consta de un rotor y un estator . En el estator , gracias a una corriente directa inyectada del exterior , produce un campo magnético con las bobinas que tiene. Paralelamente una fuerza exterior hace girar el rotor produciendo un campo magnético giratorio, induciendo una fuerza electromotriz alterna en el estator. Pero la velocidad angular del rotor está delimitada por la frecuencia de la corriente alterna requerida y el par de polos como l muestra la formula: El voltaje se genera en el estator dependiendo de la corriente de excitación , mientras que la frecuencia con la que va a salir se debe a la velocidad que gira el rotor. El alternador es una máquina eléctrica rotativa síncrona que necesita de una corriente de excitación en el bobinaje inductor para generar el campo eléctrico y funcionar. Por lo tanto su diagrama de funcionamiento es el siguiente: Nro. DD-106 Máquinas AC Página 12 / 8 Tema : Código : ALTERNADOR TRIFASICO Semestre: IV Grupo : A VENTAJAS FRENTE AL DINAMO.- Puede funcionar a altas velocidades de hasta 7000RPM, que a diferencia el dinamo se calentaría y sufriría gaste severo. Son hasta un 45% más livianos que los dinamos. Trabaja a ambas direcciones sin necesidad de cambios. Su vida útil es superior. Observaciones Se sustituyo la necesidad de una fuerza externa con un freno mecánico para hacer girar el rotor. Se aplicaron cálculos básicos de resistencia , capacitancia e inductancia equivalente para lograr los valores que nos pedía el laboratorio. Antes de cada aprueba se revisaba minuciosamente el circuito para evitar cualquier tipo de percances. Gracias a la revisión de los equipos ante de las pruebas se detecto que algunas resistencias estaban inoperativas lo que hubiera dañado nuestro circuito. Se observó que el generador está conectado en estrella. Conclusiones Con los gráficos mostrados y creados , se concluye que las resistencias también producen una caída de tención al que las bobinas , por lo que también necesitarían un banco de capacitadores. Según el primer experimento se concluye que a mayor corriente de excitación nos proporciona mayor voltaje producido , por lo que se deduce que el volteje que crea en el rotor. Según las gráficas del primer experimento , el crecimiento del volta generado no es constante , más bien toma forma la ecuación "raíz cuadrada". Al aumentar la corriente de excitación , el torque se frenaba lo qua hacia que el RMP del rotor disminuya , con lo que se concluye que la corriente de evitación influye en la velocidad del rotor. Al aumentar la velocidad de giro del rotor aumenta el rango máximo que podría crecer el voltaje generado. Con la formula de rotación angular , se deduce que el generador cuenta con 3 pares de polos internamente.