SEP TNMINSTITUTO TECNOLÓGICO DE CD. GUZMÁN INGENIERIA ELECTRICA MAQUINAS SINCRONAS Y DE C.D. Practica “MAQUINA SINCRONA” PRIMERA PARTE: PARTES DE CONFORMAN UNA MAQUINA SINCRONA: ALUMNO:. Nombre del Profesor Ing. Rogelio Guerrero Magaña Cd. Guzmán, Jal., xx de fEBRERO del 2017 INDICE DE PRACTICAS UNIDAD I. Primera parte: Máquina Síncrona.- 1.- Conocimiento físico de la máquina síncrona OBJETIVO: IDENTIFICAR LAS PARTES DE LA MÀQUINA SINCRONA. Materiales y equipos: Máquina Síncrona: Fuente variable de c.a y c.d. Óhmetro. Voltímetro C.D. Amperímetro de C.D. Cables DESARROLLO 1.- Observe una maquina síncrona armada e identifique las partes que sean visibles: Pregunte al instructor sobre los nombres, la utilización, y de que materiales están hechas las partes que esta observando. TOME NOTA: 2.- Repita el procedimiento anterior pero ahora en una maquina desarmada. TOME NOTA: 3.- Verifique en la placa de datos los valores de corriente de los devanados, energícelos Observe, mida y anote. EL ALTERNADOR TRIFASICO OBJETIVOS: 1. Obtener la curva de saturación en vacío del alternador. 2. Obtener las características de corto circuito del alternador. EXPOSICIÓN: Los términos generador de corriente alterna, generador síncrono, alternador síncrono y alternador, a menudo se utilizan indistintamente en libros de ingeniería. Puesto que los generadores síncronos se utilizan mucho más que los generadores de inducción en esta obra, el término alternador se aplica solo a los primeros. Los alternadores son la fuente más importante de energía eléctrica. Los alternadores generan un voltaje de c-a cuya frecuencia depende totalmente de la velocidad de rotación. El valor del voltaje generado depende de la velocidad, de la excitación del campo en c-d y del factor de potencia de la carga. Si se mantiene constante la velocidad de un alternador y se aumenta la excitación de campo c-d, el flujo magnético y, por tanto, el voltaje de salida, aumentaran en proporción directa a la excitación. No obstante, con incrementos progresivos en la corriente de campo de c-d, el flujo alcanzara finalmente un valor lo suficientemente alto para saturar el hierro del alternador. La saturación del hierro significa que, para un incremento dado de la corriente de campo de c-d, se tendrá un incremento menor en el flujo. Para conocer el grado de saturación se puede medir el voltaje generado, ya que este también se relaciona directamente con la intensidad del flujo magnético. Las tres fases del alternador están espaciadas mecánicamente a intervalos idénticos unas de otras y, por lo tanto, los voltajes respectivos generados no están en fase, sino que están defesados entre si en 120 grados eléctricos. Cuando un alternador trabaja produciendo su voltaje nominal de salida se somete repentinamente a un corto circuito, habrá momentáneamente corrientes de gran intensidad. Sin embargo, al subsistir el corto circuito, las corrientes intensas disminuirán rápidamente a valores seguros. INSTRUMENTOSY EQUIPO: Módulo motor/generador síncrono Módulo de motor de inducción de jaula de ardilla Módulo de interruptor de sincronización Módulo de fuente de alimentación (120/208V, 3Φ, 0-120Vc-d) Módulo de medición de c-a (250/250/250V) Módulo de medición de c-a (2.5/25A) Módulo de medición de c-d (0.5/2.5A) Cables de conexión Banda PROCEDIMIETNOS: Advertencia: ¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente este conectada! ¡Lafuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. a) Acople el motor de jaula de ardilla al alternador, mediante la banda. b) Ajuste el reóstato del campo del alternador a su posición extrema moviendo el control en el sentido de las manecillas del reloj (para una resistencia cero). c) Ponga la perilla de control del voltaje de la fuente a su posición extrema haciéndola girar en sentido contrario a las manecillas de reloj (para un voltaje en c-d igual acero). 2. Conecte el circuito ilustrado en la Figura 56-1, usando los Módulos EMS de motor/generador síncrono, motor de jaula de ardilla, fuente de alimentación y medición. El motor de jaula de ardilla se usara para impulsar el motor/generador síncrono como alternador; durante este Experimento de laboratorio, se supondrá que tiene velocidad constante. Observe que el motor de jaula de ardilla esta conectado a la salida fija de 208V 3Φ de la fuente de alimentación, terminales 1, 2 y 3. El rotor del alternador va conectado a la salida variable de 0-120V c-d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N. 3. a) Conecte la fuente de alimentación. El motor debe comenzar a funcionar. b) Siendo nula la excitación de c-d, mida y anote E1, E2 y E3 (use las escalas mas bajas de los voltímetros). ¿ ¿ V c-a E1 =¿ ¿ ¿ ¿ V c-a E2 =¿ ¿ ¿ ¿ V c-a E3 =¿ ¿ c) Explique por que se genera un voltaje de c-a cuando no hay excitación en c-d. 4. a) Si el alternador tiene un interruptor S, ciérrelo al llegar a este paso. b) Aumente gradualmente la excitación de c-d, a partir de 0 hasta 0.1Ac-d. c) Mide anote en la Tabla 56-1, los tres voltajes generados E1, E2 y E3. d) Repita (b) para cada una de las corrientes directas indicadas en la Tabla 56-1. e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 5. Calcule y anote en la Tabla 56-1 el voltaje de salida promedio del alternador, para cada corriente directa indicada. I1 E1 E2 E3 E(prom) (amps) (volts) (volts) (volts) (volts) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Tabla 56-1 6. 7. 8. a) Conecte la fuente de alimentación y ajuste la excitación de c-d hasta que E1 = 208V c-a. Mida y anote E2 y E3. ¿ ¿ ¿ V c-a ¿ E¿ ¿ ¿ ¿ V c-a E2 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ V c-a E3 =¿ ¿ b) Desconecte la fuente de alimentación sin tocar el control de ajuste del voltaje. c) Vuelva a conectar los tres voltímetros de c-a de tal manera que midan los voltajes a través de cada uno de los tres devanados del estator. d) Conecte la fuente de alimentación. Mida y anote los voltajes generados en cada devanado del estator conectado en estrella. ¿ ¿ ¿ V c-a E1 a 4 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ V c-a E2 a 5 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ V c-a E3 a 6 =¿ ¿ e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Compare los resultados de (a) y (d). ¿Coinciden con los que se obtendrían normalmente de una fuente de alimentación trifásica convencional? 9. Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 56-2, con el interruptor de sincronización EMS. Observe que el interruptor esta conectado de tal manera que, al cerrarlo, queden en corto circuito directo los devanados del alternador. 10. a) Abra el interruptor de sincronización. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste la excitación de c-d hasta que E1 = 208V c-a. El motor debe de estar funcionando y las tres lámparas del modulo de sincronización deben estar prendidas. c) Mida y anote la corriente de excitación de c-d I1. ¿ ¿ A c-d I 1 =¿ ¿ d) Cierre el interruptor de sincronización para poner en corto circuito el alternador; observe el comportamiento de la corriente alterna I2. e) ¿Hasta que valor máximo (aproximadamente) aumento I2? ¿ ¿ A c-d I 2 =¿ ¿ f) ¿Cuál es el valor final de estado permanente de I2 e I1? ¿ ¿ ¿ A c-d I 1 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ Ac-d I 2 =¿ ¿ g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. PRUEBA DE CONOCIMIENTOS: 1. a) En la grafica de la Figura 56-3, marque los valores promedio de voltaje en función de los valores de corriente c-d, tomados en la Tabla 56-1. b) Trace una curva continua que pase por los puntos marcados. c) ¿Hasta que valor forma una línea mas o menos recta la curva del voltaje? __________ d) ¿En donde se encuentra el codo de la curva de saturación?________ V c-a. e) Explique porque el voltaje aumenta con menor rapidez cuando se incrementa la corriente de c-d. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. De algunas de las razones por las que no se debe operar cerca del codo de su curva de saturación. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 3. Un alternador tiene menos probabilidades de quemarse cuando esta en un corto circuito permanente, que un generador en derivación de c-d con excitación independiente. Explique esto. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ NOTAS: ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ EL ALTERNADOR CON CARGA OBJETIVOS: 1. Determinar las características de la regulación de voltaje del alternador con carga resistiva, capacitiva e inductiva. 2. Observar el efecto de cargas desbalanceadas en el voltaje de salida. EXPOSICION: El voltaje de salida de un alternador depende básicamente del flujo total que se tenga en el entrehierro. Cuando está en vacío, este flujo se establece y determina exclusivamente mediante la excitación de campo de c-d. Sin embargo, cuando se tiene carga, el flujo en entrehierro queda determinado por los ampere-vueltas del rotor y los ampere-vueltas del estator. Estos últimos pueden sumarse u oponerse a la FMM (fuerza magneto motriz) del rotor, dependiendo del factor de potencia de la carga. Los factores de potencia adelantados magnetizan el rotor mientras los atrasados lo desmagnetizan. Puesto que la fuerza magneto motriz del estator tiene un efecto tan importante en el flujo magnético, la regulación de voltaje de los alternadores es bastante mala y la corriente de campo de c-d se debe regular continuamente para mantener un voltaje constante en condiciones de carga variables. Si una fase de un alternador trifásico tiene una carga grande, su voltaje se reducirá debido a las perdidas por IR e IX., en el devanado del estator. Esta caída de voltaje no se puede compensar modificando la corriente de campo de c-d, debido a que los voltajes de las otras dos fases también variarían. Por consiguiente, es esencial que los alternadores trifásicos no tengan cargas que estén muy des balanceadas. INSTRUMENTOS Y EQUIPO: Modulo de motor/generador síncrono EMS 8241 Modulo de motor/generador de c-d EMS 8211 Modulo de resistencia EMS 8311 Modulo de capacitancia EMS 8331 Modulo de inductancia EMS 8321 Modulo de fuente de alimentación (0-120V c-d, 120V c-d) EMS 8821 Modulo de medición de c-a (2.5 A) EMS 8425 Modulo de medición de c-a (250/250/250V) EMS 8426 Modulo de medición de c-a (2.5 A) EMS 8412 Tacómetro de mano EMS 8920 Cables de conexión EMS 8941 Banda EMS 8942 PROCEDIMIENTOS: Advertencia: ¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente este conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 57-1, usando los Moulos EMS de motor/generador síncrono, motor/generador de c-d, resistencia, fuente de alimentación y medición. Observe que la carga resistiva balanceada esta conectada en estrella a la salida trifásica del alternador. El rotor del alternador esta conectado a la salida variable de 0-120V c-d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N. El devanado del motor en derivación de c-d se conecta a la salida fija de 120V c-d de la fuente de alimentación, terminales 8 y N. 2. a) Acople el motor al alternador mediante la banda. b) Ajuste el reóstato de campo del motor de c-d a su posición extrema haciendo girar su perilla de control en el sentido de las manecillas del reloj (para resistencia mínima). c) Ponga el reóstato de campo del alternador en la otra posición extrema moviendo la perilla en sentido contrario al de las manecillas del reloj (para resistencia máxima). d) Ajuste cada sección de resistencia a un valor de 300 ohms. 3. a) Conecte la fuente de alimentación y, fijándose en el tacómetro de mano, ajuste el reóstato del motor de c-d para una velocidad de 1800 r/min. NOTA: ¡Esta velocidad se debe mantener constante durante el resto de este Experimento de Laboratorio! b) Si el motor síncrono tiene un interruptor S, ciérrelo al llegar a este paso. c) Ajuste la excitación de c-d del alternador hasta que el voltaje de salida E₁ = 280V c-a. Mida y anote I₁ e I₂, de plena carga. I₁ = __________ A c-a, I₂ = _________ A c-d d) Abra los interruptores de las 3 resistencias de carga, para que el alternador trabaje en vacio, y mida y anote E₂ e I₂. Recuerde que debe comprobar la velocidad del motor y ajustarla a 1800 r/min, si fuera necesario. E₁ = ________ V c-a, I₂ = ______ A c-d e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Calcule la regulación del alternador con carga resistiva. volts en vacio−volts a plena carga de regulacion= x 100 volts a plena carga ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ __________________________________________________________ 4. a) Reemplace la carga resistiva con una inductiva, utilizando el Modulo de inductancia EMS. b) Ajuste cada sección de inductancia a una reactancia XL de 300 ohms. c) Repita el Procedimiento 3 y anote los valores a plena carga de I₁ e I₂. I₁ = _______ A c-a, I₂ = ________ A c-d d) Mida y anote los valores de E₁ e I₂ en vacio. E₁ = _______ V c-a, I₂ = _______ A c-d e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Calcule la regulación del alternador con carga inductiva. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________ g) Con carga inductiva, ¿Cómo influye la fuerza magneto motriz del estator en la del rotor?, ¿magnetiza el rotor o lo desmagnetiza? ___________________________________ 5. a) Sustituya la carga inductiva con una capacitiva, utilizando el Modulo EMS de capacitancia. b) Ajuste cada sección de capacitancia a una reactancia de XC de 300 ohms. c) Repita el Procedimiento 3 y anote el valor de I₁ e I₂ a plena carga. I₁ = ______ A c-a, I₂ = ______ A c-d d) Mida y anote los valores en vacio de E₁ e I₂. E₁ = ______ V c-a, I₂ = ______ A c-d e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Calcule la regulación del alternador con carga capacitiva. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________ g) Con carga capacitiva, ¿Cómo influye la fuerza magneto motriz del estator en la del rotor?, ¿Magnetiza el motor o lo desmagnetiza? ___________________ 6. a) Con una carga de reactancia capacitiva de 1200 ohms por fase, conecte la fuente de alimentación y ajuste la velocidad del motor a 1800 r/min. b) Ajuste la excitación de c-d del alternador, hasta que el voltaje de salida E₁ = 208V c-d. c) Aumente la carga capacitiva colocando una reactancia adicional de 600 ohms en paralelo con cada una de las secciones de 1200 ohms, y observe lo que sucede. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ______________________________ d) Aumente la carga capacitiva mas todavía colocando una reactancia adicional de 300 ohms conectada a través de cada sección, y observe lo que sucede. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ______________________________ e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) Explique el fenómeno que acaba de observar. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ______________________________ 7. a) Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 57-2. Observe que solo hay una carga entre dos fases del alternador. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste el reóstato del motor de c-d para una velocidad de 1800 r/min. c) Ajuste la excitación de c-d del alternador hasta que el voltaje aplicado a la carga de 600 ohms, E₁, sea igual a 208V c-a. Mida y anote los otros dos voltajes entre fases E₂ y E₃. E₂ = ________ V c-a, E₃ = _______ V c-d d) Desconecte la fuente de alimentación sin tocar ninguno de los controles variables. e) Vuelva a conectar los tres voltímetros de c-a, de tal manera que midan los voltajes a través de cada uno de los tres devanados del estator. f) Conecte la fuente de alimentación. Mida y anote los voltajes a través de cada devanado del alternador. E₁ ₐ ₄ = ________ V c-a E₂ ₐ ₅ =________ V c-a E₃ ₐ ₆ = _______ V c-a g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. h) ¿Basta una sola carga para producir desequilibrio? ______________________ PRUEBA DE CONOCIMIENTOS: 1. Explique por que el voltaje de salida del alternador aumenta con carga capacitiva. __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ ______________________________________________________ 2. ¿Es peligroso conectar un alternador a una línea de transmisión larga, si la línea se comporta como un capacitor?___________ Explique por que. __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ ______________________________________________________ 3. El rotor de un alternador a potencia nominal, disipa más calor con una carga de un factor de potencia bajo (atrasado) que con una carga de factor de potencia elevado. Explique por qué. __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ ______________________________________________________ 4. Si en la fábrica de un cliente de la compañía de luz y fuerza se conecta una carga monofásica grande a una línea trifásica de potencia, todos los demás usuarios que utilicen esa línea tendrán una potencia trifásica desequilibrada, incluso aquellos cuyas cargas estén balanceadas. Explique por qué. __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________ NOTAS: __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ ____________________________________________________ SINCRONIZACIÓN DEL ALTERNADOR OBJETIVOS: 3. Aprender cómo se sincroniza un alternador al sistema de servicio eléctrico. 4. Entender cómo puede alterarse el proceso de sincronización debido a una secuencia de fase inadecuada. EXPOSICION: La frecuencia de un gran sistema de energía eléctrica esta determinada por la velocidad de rotación de varios alternadores muy potentes, todos ellos conectados mediante diversas líneas de unión a la red general. La inercia colectiva y la potencia de estos generadores son tan enormes que ninguna carga o perturbación puede cambiar su velocidad de rotación. Por lo tanto, la frecuencia de un sistema eléctrico es notablemente estable. Si un alternador ha de producir potencia para un sistema eléctrico existente, debe operar a la misma frecuencia que dicho sistema. Un sistema cuya frecuencia es 60,001 Hz. Tanto uno como otro deben operar exactamente a la misma frecuencia. Esto no es tan difícil de lograr como parece a primera vista, pues cuando un alternador se conecta a un sistema existente, automáticamente entran en juego fuerzas que mantienen constante su frecuencia. La sincronización de un alternador con un gran sistema de alumbrado público llamado a veces circuito u “ómnibus infinito” es como acoplar un engrane pequeño con otro de tamaño gigantesco y de gran potencia. Si los dientes de los dos engranes están debidamente sincronizados en el momento de contacto, el acoplamiento será suave. Sin embargo, si los dientes del engrane pequeño chocan con los dientes del grande en el instante critico, se producirá un choque y es posible que el engrane más pequeño resulte dañado. Para efectuar una sincronización suave de un alternador se requiere primeramente que su frecuencia sea igual a la de la fuente. Además, la secuencia de fases (o rotación) debe ser la misma también. Volviendo al ejemplo de los engranes, a nadie se le ocurriría acoplar dos engranes cuyos dientes de contacto tuvieran velocidades opuestas aunque de igual valor. La siguiente cosa que se debe observar cuando se acoplan dos engranes, es ver que el diente de uno quede dentro de la ranura del otro. En términos eléctricos esto significa que el voltaje de. Un alternador debe estar en fase con el voltaje de la fuente. Por último, cuando se acoplan dos engranes, siempre se escoge un tamaño de diente que sea compatible con el engrane maestro. Desde el punto de vista eléctrico, la amplitud de voltaje de un alternador debe ser idéntica a la amplitud del voltaje de la fuente. Una vez que se satisfacen estas condiciones, el alternador está perfectamente sincronizado con la red, y el interruptor que está entre ambos se puede cerrar. INSTRUMENTOS Y EQUIPO: Modulo de motor/generador síncrono EMS 8241 Modulo de motor/generador de c-d EMS 8211 Modulo de interruptor de sincronización EMS 8621 Modulo de fuente de alimentación (0-120V c-d, 120V c-d) EMS 8821 Modulo de medición de c-a (2.5 A) EMS 8425 Modulo de medición de c-a (250/250/250V) EMS 8426 Tacómetro de mano EMS 8920 Cables de conexión EMS 8941 Banda EMS 8942 PROCEDIMIENTOS: Advertencia: ¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente este conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 8. Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 58-1, usando los Módulos EMS de motor/generador síncrono, motor/generador de c-d, resistencia, fuente de alimentación y medición. Observe que la salida del alternador esta conectada, a través del interruptor de sincronización, a la salida trifásica fija de 208V de la fuente de alimentación, terminales 1, 2 y 3. El rotor del alternador va conectado a la salida fija de 120V c-d de la fuente de alimentación, terminales 8 y N. El motor en derivación de c-d se conecta a la salida variable de 0-120V c-d de la fuente de alimentación 7 y N. 9. a) Acople el motor al alternador mediante la banda. b) Ponga el reóstato de campo del motor de c-d en su posición extrema, haciéndolo girar en el sentido de las manecillas del reloj (para resistencia mínima). c) Cambie el reóstato de campo del alternador a la otra posición extrema, haciéndolo girar en sentido contrario al de las manecillas del reloj (para resistencia máxima). d) Ponga el interruptor de sincronización en posición abierta. e) Si el motor síncrono tiene un interruptor S, ábralo al llegar a este paso. 10. a) Conecte la fuente de alimentación y, fijándose en el tacómetro de mano, ajuste el reóstato del motor de c-d para una velocidad de 1800 r/min. b) Mida el voltaje que proporciona la compañía de luz y fuerza E₂. E₂ = _______V c-a c) Si el motor tiene un interruptor S, ciérrelo al llegar a este paso. d) Ajuste la excitación de c-d del alternador hasta que el voltaje de salida de este, E₁, sea igual al voltaje que proporciona la compañía de luz y fuerza, E₂. NOTA: Estos dos voltajes deben mantenerse iguales durante el resto de este Experimento de Laboratorio. e) Las tres luces de sincronización deben parpadear, encendiéndose y apagándose intermitentemente. 11. a) Ajuste con cuidado la velocidad del motor de c-d hasta que la frecuencia de encendido de las lámparas sea bastante baja. b) ¿Se encienden y se apagan las tres luces al mismo tiempo? ____________ c) Si no todas se oscurecen y abrillantan simultáneamente, la secuencia de fase es incorrecta. Desconecte la fuente de alimentación e intercambia dos de los cables que salen del estator. d) Ajuste con cuidado la velocidad del motor hasta que las tres luces aumenten y disminuyan lentamente. La frecuencia del alternador es muy semejante a la de la compañía de luz y fuerza. e) Cuando los tres focos se hayan apagado por completo, los voltajes del alternador y del sistema estarán en fase. f) Si todos los focos emiten luz continua, los voltajes del alternador y del sistema están desfasados 180 grados. (Esta condición es la de diente-diente y el interruptor de sincronización nunca se debe cerrar en estas condiciones.) g) Verifique si los dos voltajes E₁ y E₂ son iguales. Si no es asi, ajuste de nuevo la excitación de c-d del alternador. 12. a) Cierre el interruptor de sincronización cuando los tres focos estén apagados, y observe que pasa con I₁ en el momento en que cierra el interruptor. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________ b) Cierre el interruptor de sincronización cuando los tres focos estén opacos y observe como varia I₁ en ese momento. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________ c) Cierre el interruptor de sincronización cuando los tres focos tengan una luz tenue y observe las variaciones de I₁ en ese momento. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________ 13. a) Con el interruptor de sincronización abierto ajuste la excitación de c-d al alternador hasta que el voltaje de salida E₁ = 250V c-a. b) Ajuste la velocidad del motor hasta que los tres focos estén sincronizados. c) Cierre el interruptor de sincronización cuando las tres luces estén sumamente bajas y observe el efecto en I₁ en el momento de cierre, y un poco después. I₁ en el momento de cierre = ____________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _________ I₁ después del cierre = ________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _________ d) Abra el interruptor de sincronización. e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 14. a) Invierta la rotación del motor de c-d, intercambiando el campo de derivación. b) Trate de sincronizar el alternador como antes. c) ¿Cómo reaccionaron los focos? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ____________ d) ¿Qué significa esto? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ____________ e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. f) ¿Cómo se puede sincronizar nuevamente el alternador sin invertir el motor de c-d? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ____________ PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 5. ¿Qué condiciones se deben satisfacer para poder sincronizar un alternador a una línea de potencia trifásica existente? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________ 6. Un alternador podría sufrir grandes danos mecánicos durante el proceso de sincronización con la línea de alimentación. ¿En cuales dos condiciones puede suceder esto? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________ 7. Un alternador puede generar un voltaje diferente del de la línea de alimentación y puede no estar exactamente en fase con ella, pero debe satisfacer una condición para que pueda entregarle potencia. ¿Cuál es esta condición? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________ NOTAS: __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ POTENCIA DEL ALTERNADOR OBJETIVOS: 1. Estudiar el efecto que produce la excitación de c-d sobre la potencia entregada por un alternador. 2. Estudiar el efecto de la potencia entregada por un alternador, sobre el par del motor primario. EXPOSICIÓN: Con excepción hecha de los alternadores de c-a portátiles o móviles impulsados por un motor de combustión que se instalan en zonas remotas o para trabajar en casos de emergencia, la mayoría de los generadores de c-a se usan para alimentar grandes redes de distribución eléctrica en las que la frecuencia y el voltaje están establecidos por medio de los otros generadores que operan dentro del sistema. Se dice que los alternadores alimentan un “ómnibus” o “sistema infinito”, porque generalmente, se trata de una red de distribución de tremenda potencia. La frecuencia y el voltaje existente de este “sistema”, no se puede alterar mediante la adición de otro alternador. Este alternador de entrada tendrá un flujo constante en su entrehierro, debido a la frecuencia fija y al voltaje del “sistema” al que se conecta. El flujo se produce normalmente por la corriente de c-d del rotor y/o las corrientes alternas del estator. Si la corriente de c-d es menor que la que se requiere para producir el flujo necesario, entonces el estator debe proporcionar la diferencia tomando potencia reactiva atrasada o inductiva del sistema. Por o contrario, si la corriente del rotor de c-d es mas grande que lo que se requiere, el estator tomara una potencia reactiva adelantada o capacitiva del sistema, y el alternador funcionara como capacitor. Si se varía la excitación de c-d de un alternador “ligado” a un “ómnibus”, lo único que sucede es que el alternador intercambia más o menos potencia reactiva con el sistema. Un alternador solo puede entregar potencia real (watts) a un sistema, cuando fuerza su rotor a adelantarse con respecto a su posición normal en vacío; y a fin de obtener y mantener esta posición de rotor adelantado se debe aplicar un par mecánico. El par multiplicado por la velocidad constituye una medida de la potencia mecánica que recibe el alternador y, por lo tanto, la potencia eléctrica que entrega. Evidentemente, el motor primario debe aplicar el par al rotor. Mientras mayor sea el par aplicado, tanto mayor será la potencia real que entrega el alternador hasta que llega al límite de su capacidad. Un alternador puede pasar suavemente a operar como motor síncrono, cuando el motor primario deje de proporcionarle el par motor. En efecto, un alternador (que funciona como motor síncrono alimentado por el sistema), puede entregar potencia mecánica a su motor primario. Un alternador impulsado por una turbina hidráulica, puede convertirse, de manera similar, en motor síncrono que impulsa la turbina hidráulica como si fuera una bomba de agua. INSTRUMENTOS Y EQUIPO: Módulo de motor/generador síncrono EMS 8241 Módulo de motor/generador de c-d EMS 8211 Módulo de interruptor de sincronización EMS 8621 Módulo de wattímetro trifásico EMS 8441 Módulo de fuente de alimentación (120/208V, 3Φ, 0-120V c-d, 120V c-d) EMS 8821 Módulo de medición de c-a (250) EMS 8426 Módulo de medición de c-a (0.5/2.5A) EMS 8425 Módulo de medición de c-d (0.5/2.5A) EMS 8412 Tacómetro de mano EMS 8920 Cables de conexión EMS 8941 Banda EMS 8942 PROCEDIMIENTOS: Advertencia: ¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 59-1, utilizando los Módulos EMS de motor/generador síncrono de c-d interruptor de sincronización, fuente de alimentación y medición. Observe que la salida del alternador está conectada, a través del wattímetro y el interruptor de sincronización, a la salida trifásica fija de 208V de la fuente de alimentación, terminales 1, 2 y 3. El rotor del alternador va conectado a la salida variable de 0-120V c-d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N. El motor de derivación de c-d se conecta a la salida fija de 120V c-d de la fuente de alimentación, terminales 8 y N. 2. a) Acople el motor de c-d al alternador, mediante la banda. b) Ajuste el reóstato de campo del motor de c-d a su posición extrema haciendo girar la perilla de control en el sentido de las manecillas del reloj (para resistencia mínima). c) Si el motor síncrono no esta equipado con el interruptor S, ajuste el reóstato de campo del motor de cd a su posición extrema haciendo girar la perilla de control en el sentido de las manecillas del reloj (para resistencia máxima). d) Abra el interruptor de sincronización. e) Si el motor síncrono esta equipado con un interruptor S, ábralo al llegar a este paso. 3. a) Conecte la fuente de alimentación y, guiándose por el tacómetro de mano, ajuste el reóstato del motor de c-d para una velocidad de 1800 r/min. b) Si el motor síncrono tiene un interruptor S, ciérrelo al llegar a este paso. c) Ajuste la excitación de c-d del alternador hasta que tenga un voltaje de salida E1 = 208V c-d. d) Sincronice el alternador con la línea de potencia y cierre el interruptor de sincronización. e) Ajuste con cuidado la excitación de c-d del alternador, así como la velocidad del motor, hasta que los dos wattímetros indiquen 0 watts. Mida E1, I1, e I2. ¿ ¿ ¿ V c-a E1 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ A c-a I 1 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ Ac-a I 2 =¿ ¿ El alternador se encuentra ahora “flotando” en la línea de potencia, ni recibe potencia, ni recibe potencia de la línea ni le entrega potencia a ésta. 4. a) Aumente sólo la excitación de c-d del alternador, haciéndolo gradualmente hasta que I1 = 0.33A c-a. Mida W1, W2, E1 e I2. ¿ ¿ ¿ W ¿ W 1 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ W ¿ W 2 =¿ ¿ ¿ ¿ V c-d E1 =¿ ¿ ¿ ¿ A c-d I 2 =¿ ¿ b) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de la alimentación. c) Calcule la potencia aparente y la potencia real entregadas por el alternador. Potencia aparente =___________ VA ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ Potencia real = ______________ W ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ d) Al incrementarse la excitación de c-d ¿ha variado la potencia real o la potencia reactiva entregada por el alternador? ___________________________ 5. a) Repita el Procedimiento 3 hasta que los dos wattímetros den una lectura de cero watts. 6. a) Reduzca solo la excitación de c-d del alternador, haciéndolo gradualmente, hasta que I1 = 0.33A c-d. Mida W1, W2, E1 e I2. ¿ ¿ ¿ W W 1 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ W W 2 =¿ ¿ ¿ E1 =¿ ¿ V c-d ¿ I 2 =¿ ¿ A c-d b) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. c) Calcule las potencias aparente y real entregadas por el alternador. Potencia aparente = _______________VA ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ Potencia real = __________________W ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ d) Con la reducción de la excitación de c-d ¿ha variado la potencia real o la potencia aparente entregada por el alternador? _______________________ e) ¿Fue idéntica la naturaleza (positiva, negativa) de la potencia reactiva en los Procedimientos 4 y 6? ___________ Amplié su respuesta. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 7. Repita el Procedimiento 3 hasta que los dos wattímetros den una lectura de cero watts. 8. a) Reduzca solo la excitación del campo del motor c-d, haciendo que aumente gradualmente su par, hasta que I1 = 0.33A c-a. (La velocidad del motor, que esta ligada con la del alternador, la cual a su vez esta ligada con la frecuencia de la línea de alimentación, no puede aumentar.) Mida W1, W2, E1 y E2. ¿ ¿ ¿ W W 1 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ W W 2 =¿ ¿ ¿ ¿ V c-a E1 =¿ ¿ ¿ ¿ A c-d E2 =¿ ¿ b) Calcule la potencia aparente y real entregada por el alternador. Potencia aparente = ______________VA ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ Potencia real = __________________W ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ d) Con el incremento del par, ¿Qué ha variado más, la potencia real o la potencia activa entregada por el alternador? ____________________________________ 9. Repita el Procedimiento 3 hasta que los dos wattímetros indiquen cero watts. 10. Ajuste la excitación de c-d del alternador y el par del motor c-d, detal manera que el alternador produzca 60 watts de potencia real a un factor de potencia del 50 por ciento. Haga las mediciones utilizando los siguientes métodos: a) Alternador sobreexcitado ¿ ¿ ¿ W W 1 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ W W 2 =¿ ¿ ¿ I 1 =¿ ¿ A c-a ¿ I 2 =¿ ¿ A c-d ¿ ¿ V c-a E1 =¿ ¿ b) Alternador subexcitado: ¿ ¿ ¿ W W 1 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ W W 2 =¿ ¿ ¿ I 1 =¿ ¿ A c-a ¿ I 2 =¿ ¿ A c-d ¿ ¿ V c-a E1 =¿ ¿ 11. Ajuste la excitación de c-d del alternador y el par del motor de c-d, de tal manera que el alternador se comporte como una capacitancia trifásica perfecta, y entregue 120 var. Mida W1, W2, E1, I1 e I2. ¿ ¿ ¿ W W 1 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ W W 2 =¿ ¿ ¿ I 1 =¿ ¿ A c-a ¿ I 2 =¿ ¿ A c-d ¿ ¿ V c-a E1 =¿ ¿ 12. Ajuste la excitación de c-d del alternador y el par del motor de c-d, de manera que el alternador se comporte como una inductancia trifásica perfecta y entregue 120 var. Mida W1, W2, E1, I1 e I2. ¿ ¿ ¿ W W 1 =¿ ¿ ¿ ¿ ¿ W W 2 =¿ ¿ ¿ I 1 =¿ ¿ A c-a ¿ I 2 =¿ ¿ A c-d ¿ ¿ V c-a E1 =¿ ¿ PRUEBA DE CONOCIMIENTOS: 1. Un generador de c-a, impulsado por una turbina hidráulica, produce 10m000 KVA a un factor de potencia de 95%. a) Si la excitación de c-d se reduce, ¿aumentara o disminuirá la potencia aparente? _________________________. b) Si se incrementa la excitación de cd, ¿aumentara o disminuirá la potencia aparente? _________________________. 2. Un motor de c-d que impulsa a un alternador, desarrolla 100 hp. Si la eficiencia del alternador es del 94%, calcule la potencia real que puede entregar a un sistema. Potencia real = ___________________________W ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 3. El factor de potencia de un alternador que esta conectado a un sistema, no depende de los dispositivos electromecánicos que están conectados también al mismo sistema. Explique por qué. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 4. La frecuencia de salida de un alternador unido a un sistema, depende de la frecuencia del mismo. Explique por qué. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ NOTAS: ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________