PRUEBAS EN MAQUINAS ASINCRONAS

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS - ML - 244 - UNI

I.- INTRODUCCION

Reciben el nombre de maquinas sincronas todos aquellos convertidores electrome-cnicos rotativos capaces de transformar energa elctrica en mecnica.

Los motores sncronos son usados como servo-controladores en aplicaciones como equipos perifricos de computadoras, robticos y como controladores de velocidad ajustables en una variedad de aplicaciones como: bombas de carga, grandes abanicos y compresores.

Estos motores son a menudo referidos como motores "DC sin brocha" o motores con-mutados electrnicamente.

II.- OBJETIVOS DEL LABORATORIO

Los objetivos del presente trabajo son:

Hacer conocer la constitucin electromecnica de los GS.

Familiarizarse con la simbologa y conexionado de los GS de nuestro laboratorio en los ensayos segn las normas IEC y NEMA.

Conexin y puesta en servicio del GS.

Inversin de giro.

Determinar sus prdidas, eficiencia en funcin de la corriente de campo y armadura.

A partir de los ensayos realizados obtener el modelo de la mquina.

Registro de los valores caractersticos y curvas caractersticas de funcionamiento bajo carga de los GS.

Evaluacin de las mediciones realizadas y registradas.

Presentacin del protocolo de pruebas segn normas IEC, NEMA y IEEE.

III.- PRECAUCIONES

Dado las circunstancias del laboratorio y teniendo en cuenta que los equipos son muy valiosos es que debemos tener muy en cuenta lo siguiente:

1. El alumno verificar el dimensionamiento de la instrumentacin a utilizarse, as mismo constatar que sus esquemas estn bien planteados.

2. Para evitar el deterioro y/o avera de los instrumentos y equipos, el alumno no debe accionarlos por ningn motivo, sin la aprobacin previa del profesor.

3. La escala de todos los instrumentos debe ser la mxima.

4. Al operar las cargas, comenzar con una carga mnima y aumentarlo en forma gradual hasta llegar al mximo permisible.

IV.- EQUIPOS Y MAQUINAS ELECTRICAS A UTILIZAR

Fuente DC

Voltmetro y Ampermetros AC y DC

Frecuencimetro y cables de conexin y accesorios.

Banco de cargas resistivas, inductivas y capacitivas.

El presente laboratorio debe facilitar comprobar los conocimientos proporcionados en el curso de teora. Al concluir el presente laboratorio Ud habr aprendido el modo de funcionamiento, operacin y respuesta de las caractersticas de operacin en estado permanente.

As mismo se demostrar las prcticas del control de tensin variando la corriente de excitacin y la velocidad del motor primo.

V.- ENSAYOS NORMALIZADOS (IEC 34 - 2)

1.- CONEXIN DEL MOTOR SINCRONO

MOTOR SINCRONO DE

ANILLOS ROZANTES

GENERADOR TRIFASICO

DE ANILLOS ROZANTES

FRENO

MAGNETICO

TACO - GENERADOR DC TIPO 731 - 09

G

DC

-

A1

A2

PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC GMBH

N S

D T

SPEED

TORQUE

Minut -1

6

N- m

8

3

10

0

2

4

1

2

3

1

2

1

0

0

0.5

3000

START

6000

1500

RAMP.

x 1000

0

1.

2

20

MAN./ EXT

3

10

Nm

70

80

90

100

Mmax. %

60

40

50

30

40

2

10

50

60

0

Nmin %

BRAKE

1.

0

7

9

3

1

5

AUTOM

RESET

OFF

MAN

OUTPUT

TEMP - ALARM

EXTERN

TACHO

OUTPUT

PEN - LIFT

1 10 V

1 10 V

1 10 V

BRAKE

+

_

UNIDAD DE CONTROL TIPO 731 85

DOWN

MONTAJE DE MAQUINAS ELECTRICAS Y EQUIPOS DE MEDICION

GENERADOR - MOTOR TRIFASICO SINCRONO TIPO 732-36

U1 V1 W1

U2 V2 W2

-

W2 U2 V2

F1 F2

> T

PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC GMBH

U1 V1 W1

F1 F2

E E

PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC

BANCO TRIFASICO DE RESISTENCIAS 731 - 69

BANCO REGULABLE TRIFASICO

DE RESISTENCIAS

R1

S2

T1

R2

S2

T2

-

+

SALIDA

LEYBOLT DIDACTIC

380

Vcc.

FUENTE REGULADA DE

CORRIENTE CONTINUA

FIJA

+

-

REGULABLE

E E

GENERADOR - MOTOR TRIFASICO SINCRONO TIPO 732-36

U1 V1 W1

U2 V2 W2

-

W2 U2 V2

F1 F2

> T

PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC GMBH

U1 V1 W1

F1 F2

2.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR

N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 item 4.1)

VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS

VER GUIA DEL GENERADOR SINCRONO

3.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO N0RMALIZADO

(IEEE 112/1978 item 4.1) e (IEEE 43 / 1991)

VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS

4.- PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6)

Unicamente para controlar las prdidas en el ncleo y las prdidas rotacionales.

Manteniendo el circuito de campo con una excita mnima.

5.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 )

Para la prueba con carga se tendr que definir el tipo de motor sncrono a utilizar esto es:

Motor para cargas pesadas.- Potencia activa de ingreso superior a lo escrito en la placa de datos(prdidas + potencia til); mientras que la potencia reactiva depende del nivel de excitacin del campo del motor sncrono pudiendo ser entre factor de potencia 1 05 Inductivo.

Compensador dinmico.- La Potencia activa de ingreso es nicamente la necesaria para mover a la mquina a sus RPM sincronos (escrito en la placa de datos); mien-tras que la potencia reactiva depende del nivel de excitacin del campo del motor sncrono pudiendo ser entre factor de potencia 1.0 capacitivo.

EF = P til / P ingreso

6.- ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 )

VER GUIA DEL GENERADOR SINCRONO

Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. Vs Tiempo. El tiempo mnimo es 04 horas cuando la temperatura comienza a disminuir en 02 grados centgrados durante las dos horas siguientes.

7.- CLASIFICACION DE LOS GENERADORES SINCRONOS

Los motores sincronos presentan las siguientes caractersticas:

El factor de potencia es elevado.

Trabaja a toda carga con f.P. = 1.

La velocidad es constante a toda carga.

No admite variaciones bruscas de carga ya que pierde la velocidad del

sincronismo.

Deben ponerse en marcha con motores asncronos.

No se puede emplear motores sncronos cuando ha de arrancarse en carga.

Gastos de instalacin mas elevados.

Los arranques de los motores sncronos

Para hacer la maniobra de conexin es preciso que se cumplan con exactitud estas tres condiciones:

Llevar el motor sncrono a la velocidad del sincronismo (con un motor auxiliar).

Conectar el motor a la lnea en que la tensin de lnea o fuerza contra electromotriz del motor se encuentren en oposicin.

Cerrar el interruptor de alimentacin del motor una vez cumplida las anteriores condiciones.

Cuando un generador tiene que alimentar una red de gran capacidad, sta le impone la frecuencia y la tensin. En el mismo instante en el que se acople a la red, su frecuencia y su tensin deben coincidir con las de la red; la tensin debe coincidir no solo en lo que respecta a la magnitud, sino tambin en la fase. Esta condicin debe cumplirse en las tres ramas o fases. Implica la exigencia de que la sucesin de las tensiones en las ramas o fases del arrollamiento de la maquina coincida con las de la red.

Ventajas

El factor de potencia se puede variar como sea requerido.

Puede dar velocidad constante en condiciones de vaco a condiciones de plena carga carga parcial.

La Potencia vara linealmente con la tensin.

Desventajas

No tiene aplicaciones donde la velocidad sea variable.

Requiere de excitacin de corriente continua, proveer en algunos casos de una fuente externa.

No puede arrancar bajo carga ya que su par de arranque es cero.

Requiere de anillos colectores y escobillas

Puede salir del sincronismo y parar cuando se sobrecarga.

8.- PARAMETROS NOMINALES DE LOS GENERADORES SINCRONOS

Para poder seleccionar adecuadamente los alternadores es conveniente tener la siguiente informacin en forma clara, precisa y correcta:

a.- Potencia nominal KVA.b.- Factor de potencia cos.

c.- Nmero de polos.d.- Frecuencia (Hz) e.- Temperatura ambiente C. f.- Altitud (msnm) g.- Proteccin trmica. h.- Tensin de armadura (DC). i.- Tipo de excitacin. j.- Grado de proteccin de la mquina.

k.- Tipo de aplicacin.l.- Caractersticas de la carga.

m.- Rango de ajuste de tensin.n.- Tipos de regulacin: V y F ctes.

9.- APLICACIONES INDUSTRIALES

Su aplicacin es muy diversa siendo las ms importantes:

En Centrales Elctricas y en las Subestaciones en paralelo a las barras mejorando el factor de potencia.

Industrias que tienen un elevado nmero de motores de induccin trifsicos para mejorar el factor de potencia.

Al final de algunas lneas de transmisin para controlar la tensin mediante el procedimiento de variar la excitacin para optimizar el factor de potencia.

Como elemento de accionamiento de grandes cargas: molinos de cemento, industria minera, molinos textiles, etc.

Operan en forma continua y velocidad constante tal como bombas centrifugas compresores de aire, grupos motor generador, etc.

10.- CUESTIONARIO

1.- Enumere y defina las caractersticas de funcionamiento nominales del MS.

Tome los datos de placa del motor primo y del M.S. utilizados en sus ensayos.

2.- De los ensayos de vaco graficar tomar datos de las prdidas rotacionales.

Haga una demostracin terica de sus resultados.

3.- Del ensayo con carga graficar las siguientes curvas.

V vs Ia, Pot vs Wm., EF vs Wm, EF vs Pot. , Pot. vs Ia.

4.- Del ensayo con carga graficar Icarga vs Iexcitacin.

5.- Como verificara si el sistema de escobillas est calibrado correctamente haqa un

esquema. En caso de no estar bien calibrado, este efecto, como afectara en el

trabajo normal del GS? Explique detalladamente su respuesta.

6.- Recomendaciones y conclusiones.

PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MOTORES SINCRONOS

DE ANILLOS ROZANTES

TABLA N 1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

DEVANADO

TERMINALES

Raisl. ( M( )

OBSERVACIONES

ROTOR

F1 vs MASA

ESTATOR

U1 - Masa

V1 - Masa

W1 - Masa

TABLA N 2.- RESISTENCIA OHMICA POR FASE

DEVANADO

TERMINALES

R fase

Ohmios

Reactancia Ohmios

Inductancia

Henry

Tamb. ( C )

ROTOR

F1 - F2

ESTATOR

U1 - U2

V1 - V2

W1 - W2

A

A

V

V

SW1

SW2

R

S

T

+

_

ESTATOR

FASE R

FASE S

FASE T

U1

U2

V1

V2

W2

W1

F1

F2

Anillos

rozantes

Juego de escobillas

Wm

V

MOBIL

ROTOR

Q ( MVAR )

Q ( MVAR )

+

-

SISTEMA

MW

SISTEMA

SISTEMA

SISTEMA

MW

+

-

MS

G

P

Q

P

P

P

Q

Q

MS

G

OPERACION

NORMAL

DEL GENERADOR

SINCRONO

OPERACION

ANORMAL

DEL GENERADOR

SINCRONO

OPERACION

NORMAL

DEL MOTOR SINCRONO

COMPENSADOR

DINAMICO

OPERACION

NORMAL

DEL MOTOR

SINCRONO

PARA

CARGAS PESADAS

AQUI

MODELO ELECTRICO DE

UN MOTOR DE ANILLOS

ROZANTES CON LA

EXISRTENCIA DE LA JAULA

DE ARDILLA UBICADA

SOBRE EL PAQUETE

MAGNETICO ROTORICO

OPERACION DINAMICA EN ESTADO

ESTACIONARIO DE LAS MAQUINAS

SINCRONAS PUDIENDO SER:

II COMPENSADOR DINAMICO

III MOTOR PARA CARGAS PESADAS

* * Utilizando un puente Wheatstone. Observaciones :

* Utilizando una bateria, voltmetro y ampermetro.

TABLA N 3.- PRUEBA DE CORTO CIRCUITO

MOTOR DC

GENERADOR SINCRONO TRIFASICO DE ANILLOS ROZANTES

V f

( VOLT )

I f

( AMPER )

I R

(AMP )

I F

( AMP )

S

( VA )

P

VATIOS

Q

( VARS )

COS(

OBSERVACIONES

TABLA N 4.- PRUEBA DE VACIO

MOTOR DC

GENERADOR SINCRONO TRIFASICO DE ANILLOS ROZANTES

V a

( VOLT )

I a

( AMP )

V f

( VOLT )

I f

( AMP )

V RS

( VOLTIOS)

ICAMPO

( AMP)

VELOC.

RPM

OBSERBACIONES

TABLA N 5.- PRUEBA CON CARGA

MOTOR DC

MOTOR SINCRONO TRIFASICO DE ANILLOS ROZANTES

VDC

VOL.

IDC

AMP.

VRS

VOLT.

IR

AMP.

ICAMPO AMP.

PTOTAL

VATIOS

QTOTAL

VARS

S

V - A

VELOC

RPM

COS (

EF

%

PAGE

1

MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M

ENERGIA

ELECTRICA

CURVAS V DE LOS MOTORES SINCRONOS

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

050100150200250300350

CORRIENTE DE EXCITACION If ( p.u. )

CORRIENTES DE CARGA ( p.u. )

I1

I2

I3

I.U.F.P.

F.P

.

UNITARIO

F.P

.

ADELANTO

F.P

.

ATRASO

400

300

200

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

PORCENTAJE DE LA VELOCIDAD SINCRONA ( % )

TORQUE NOMINAL

ROTOR DEVANADO

CON CONTROL

DE RESISTENCIA

EXTERNA

ALTA RESISTENCIA

BAJA RESISTENCIA

ARRANQUE POR MOTOR PRIMO

TORQUE EN ( % )

Carcateristicasdel torquede arranque ( % ) vsvelocidad ( % )

Ws

FUENTE DC

ROTOR + SISTEMA DE ARRANQUE

( MASA MOBIL )

ESTATOR

( MASA FIJA )

ANILLOS

ROZANTES

T

S

R

DEVANADO

TRIFASICO

AMORTIGUADOR

CAMPO

DC

Radj

.

Banco externo

de resistencias

SISTEMA DE ARRANQUE CON DEVANADO AMORTIGUADOR

PARA MOTORES SINCRONOS TRIFASICOS

RED

TRIFASICA

EXTERNA

ESCOBILLAS

ANILLOS

ROZANTES

T

S

R

CAMPO

DC

Radj

.

SISTEMA DE CONTROL CON FUENTE DC ESTATICA

DE ESTADO SOLIDO PARA LOS MOTORES

SINCRONOS TRIFASICOS

RED

TRIFASICA

EXTERNA

CARGA

MECANICA

Supresor de

subidas

Vac

Filtro

Rectificador

TRANSFORMADOR

D

-

Y

ESTATOR DEL

MOTOR SINCRONO

Supresor de

subidas

Vac