PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DE VALPARASOFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA INFORME N3 LABORATORIO DE MQUINAS ELCTRICAS IEE 450

Integrantes: Hugo lvarez J.Patricio Castillo O.Alejandro Miranda A.Mario Miranda A.Nicols Orrego C. Profesor: Ren Sanhueza R.

Segundo semestre 2013NDICE

1 INTRODUCCIN 2 MARCO TERICO 3 OBJETIVOS 4 DESARROLLO

5 CONCLUSIN 6 BIBLIOGRAFA

Pagina

3

4

8

9

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19

Introduccin

Las maquinas elctricas hoy en da se utilizan en toda actividad, ya sea directamente o indirectamente. Se tiene que una mquina, sea cual sea funciona de una determinada manera que hace posible diferenciarla para que sean aptas para diferentes aplicaciones. El presente informe tiene por funcin dar a conocer el procedimiento y los resultados obtenidos de ensayar la maquina sncrona funcionando como generador impulsada por un motor de continua. Los ensayos bsicos se realizaron a diferentes velocidades y a diferentes cargas.

Marco terico

Ensayo de vaco:

Este ensayo sirve para poder obtener la caracterstica de magnetizacin o caracterstica de vaco. Con la relacin entre la tensin generada (Ea) y la corriente de excitacin (If).

Obs: esto a una velocidad del rotor constante.

-Para realizar esto, la maquina se impulsa a velocidad nominal, sin carga.-Se mide la tensin de salida para varios valores de la corriente de excitacin.

Y as se obtiene la curva deseada.

Figura a: caracterstica vaco.

Ensayo de corto circuito:

Es la relacin entre la corriente del inducido (armadura) y la corriente de excitacin (campo), cuando los terminales del generador se cortocircuitan.

Esta relacin es prcticamente lineal.

Figura a.1: caracterstica de cortocircuito.

Obtencin de parmetros:

Con la caracterstica de corto circuito se tiene que:

Ahora si Ra, la corriente de armadura casi atrasa en 90 grados a la tensin inducida Ea, lo que significa que la densidad de flujo neta es muy pequea por lo tanto la mquina no se satura.

Por lo tanto en esta etapa Ea y la caracterstica de corto circuito es lineal.Ahora como Ra es muy pequeo respecto a Xs, se tiene:

Dnde:

Ia: corriente de corto circuito para un valor de If.Ea(oc): voltaje interno generado para una misma If. (Se obtiene de la caracterstica de vaco).

Obs: este es un mtodo aproximado para obtener la reactancia sincrnica no saturada.As, por lo tanto, obtenemos el modelo por fase de un generador sincrnico con sus respectivos parmetros.

Figura a.2: modelo por fase de un generador sincrnico.

Rendimiento:

Para calcular el rendimiento del generador sncrono se ocupara la definicin de eficiencia o rendimiento.

POutput: potencia de salida del generador.

Pinput: potencia de entrada del generador.

Plosses: perdidas del generador.

Figura a.3: relaciones de rendimiento.

Obs: No olvidar que esta expresin va multiplicada por 100%.

Esquemticamente seria as:

Figura a.4: esquema de potencias.

Objetivos

Ensayar la maquina sincrnica como generador. Realizar mediciones de tensin, frecuencia, secuencia y potencia.

Desarrollo

1. Realizar los diagramas de conexin realizados.

Los esquemas mostrados a continuacin en la figura 1, 2 y 3 son los ensayos realizados a la maquina sincrnica.

Figura 1La figura 1 muestra el esquema de conexin de un ensayo con carga de la maquina donde el ampermetro y el voltmetro son equivalentes a el vatmetro utilizado para este ensayo, cabe destacar que se omiti los instrumentos utilizados en la maquina continua ya que el vatmetro iba en la fase de arriba para utilizar el mtodo de los dos vatmetros.

Figura 2La figura 2 muestra la maquina con un esquema de conexin utilizado para el ensayo de cortocircuito de la mquina, se utiliz un ampermetro y un voltmetro.

Figura 3La figura 3 muestra el esquema de conexin de la maquina utilizada para el ensayo de vaco, solo re utilizo un voltmetro como se muestra en la figura 2. 2. Con las mediciones, realizar el modelo por fase con sus respectivos parmetros.

Graficas realizadas a una velocidad, de la mquina, de 1500 RPM.

Grafico 1: caracterstica de vaco de un generador sincrnico.If(A)Vll= Ea(oc)

011,4

0,127,2

0,246

0,367,1

0,485,5

0,5101,4

0,6113,2

0,7129,8

0,8138,1

Tabla 1: datos de corriente de excitacin y tensin de salida en vaco del generador sincrnico.

Grafico 2: caracterstica de corto circuito de un generador sincrnico.If(A)Ia(cc)

00,7

0,10,95

0,21,2

0,31,33

0,41,46

0,51,6

0,61,75

0,71,9

0,82,1

Tabla 2: datos de corriente de excitacin y corriente de corto circuito del generador sincrnico.Ahora con estos datos obtenidos y con lo visto en el marco terico, se puede realizar el clculo de la reactancia sincrnica no saturada por fase. Esta reactancia se visualiza en la siguiente tabla:If00,10,20,30,40,50,60,70,8

Ia(cc)0,70,951,21,331,461,61,751,92,1

Ea(oc)6,5815,7026,5638,7449,3658,5465,3674,9479,73

Xs9,416,5322,1129,1333,8136,5937,3539,4437,96

Tabla 3: parmetros para realizar el modelo por fase de la maquina sincrnica como generador.Obs: todos estos parmetros estn en sus respectivas unidades (las corrientes en amperes, las tensiones en volts y las reactancias en ohm).Ya tiendo todos estos parmetros se puede llegar al siguiente modelo por fase. Donde la resistencia de armadura, al ser muy pequea respecto a la reactancia sincrnica, se desprecia.

Figura 4: modelo por fase del generador ensayado.

3. Cmo ajusta frecuencia, tensin y secuencia?

El circuito ensayado con el motor de corriente continua acoplado al generador sincrnico, constaba de una restato (resistencia auxiliar de 990 ohm). De la forma en que el grupo logr ajustar la frecuencia fue mediante la disminucin o el aumento dependiendo de la frecuencia que se requiera (en esta experiencia fue obtener frecuencia de 50Hz) de la corriente de excitacin del motor DC, de modo de que al disminuir la corriente de excitacin disminuira la frecuencia, en caso contrario ocurrira el proceso inverso.

Otro mtodo utilizado fue mediante la corriente de excitacin esta vez del generador sincrnico (corriente del devanado de campo), para ello se recurri tambin al restato mencionado al principio el cual es de 990 ohm el cual fue variado para mantener la frecuencia mencionada de 50Hz, cabe destacar que se mantena la velocidad de la mquina a la mencionada en la experiencia.

Para el ajuste de la tensin se recurri a que la velocidad corresponda con la frecuencia del sistema cabe destacar que la velocidad depende directamente de la frecuencia (esta velocidad debe corresponder a la que se requiere para tener la frecuencia deseada de 50Hz), la expresin muestra la tensin inducida:

Ufase = 4,44 N f max

Para establecer la tensin se debe aumentar el flujo de excitacin, segn indica la ecuacin, cabe destacar que se para realizar una conexin del generador a una barra se debe poseer la tensin en la salida del generador la que se tenga en la barra, el voltaje debe estar en fase con la frecuencia.

Para el ajuste de la secuencia se cont con dos instrumentos llamados secuenciometros para verificarla y de un modo recurrir a poseer la se secuencia que se requiere (r-s-t a-b-c), para esto realiz la medicin con los instrumentos de la secuencia la cual fue modificada con el intercambio de dos fases del motor ya que la secuencia depende del sentido de giro del motor. Existen otras alternativas para el arreglo de la secuencia pero son econmicamente inviables, siendo la utilizada la ms apropiada.

4. Cmo calculara o medira el rendimiento de la maquina ensayada?

Para poder medir o calcular el rendimiento se debe utilizar lo sealado en el marco terico.

Ahora para poder obtener los parmetros a utilizar, a la maquina sncrona se le realizaron ensayos bajo cargas resistiva, varindola de mayor a menor. Con estas variaciones se midieron en sus terminales los distintos datos que se necesitaran para poder implementar la formula antes mencionada, adems se harn 2 casos, el 1ero es cuando dejamos que la frecuencia vari y el 2do caso manteniendo la frecuencia cte.

Datos del experimento:

Cargas (ampolletas)Vrs(V)F(Hz)Ir(A)W1(w)W2(w)Icampo(A)RPM

0130500000,71500

3126500,0519180,71474

6121481,5336360,71448

9117472,5050490,71420

12111463,2067660,71386

Tabla 4: datos a frecuencia variable.

V entrada(V)I entrada(A)

1503

1504,2

1505,6

1506,8

1508,4

Tabla 5: motor cc, potencia entrada al generador.

Cargas (ampolletas)Vrs(V)F(Hz)Ir(A)W1(w)W2(w)Icampo(A)RPM

0130500000,71500

3130500,0520200,721500

6128501,7040390,721500

9127502,6058590,721500

12124503,6080790,721500

Tabla 6: datos a frecuencia constante.

V entrada(V)I entrada(A)

1503

1504,3

1506

1507,6

1509,8

Tabla 7: motor cc, potencia entrada al generador.

Obs: las potencias medidas tienen que ir multiplicadas por un factor de 5 para obtener la potencia real de la mquina.

Como se quiere calcular el rendimiento de la maquina sncrona, solo se necesitan las potencias de entrada y de salida, resumiendo lo anterior se tiene para los 2 casos lo siguiente:

P entrada(W)P salida(W)

4500

630185

840360

1020495

1260665

Tabla 8: potencias a frecuencia variable.

P entrada(W)P salida(W)

4500

645200

900395

1125585

1470795

Tabla 9: potencias a frecuencia fija.

N ampolletasEficiencia %

00,00

329,37

645,86

948,53

1252,78

Tabla 10: eficiencia a frecuencia variable.

N ampolletasEficiencia %

00,00

331,01

643,89

951,32

1254,08

Tabla 11: eficiencia a frecuencia fija.

Ahora al graficar se pueden apreciar mejor las diferencias de estos 2 tipos de situacin. Para el grafico se ocuparan los siguientes datos:

Tensin de salidaEficiencia %

1300,00

12629,37

12145,86

11748,53

11152,78

Tabla 12: relacin tensin v/s eficiencia a frecuencia variable.

Grafico 3: relacin eficiencia v/s tensin salida a frecuencia variable.

Tensin de salidaEficiencia %

1300,00

13031,01

12843,89

12751,32

12454,08

Tabla 13: relacin tensin v/s eficiencia a frecuencia fija.

Grafico 4: relacin eficiencia v/s tensin salida a frecuencia constante.

Grafico 5: superposicin, frecuencia constante y frecuencia variable.

Se puede observar que al mantener la frecuencia constante el rendimiento del generador es mucho mejor comparado con el generador a frecuencia variable.

5. Observaciones y conclusiones.

Conclusiones

Como se puede apreciar a travs del informe, las experiencias realizadas con el generador sncrono impulsado con el motor de continua revelan claramente que un mtodo de control para poder variar la frecuencia ya sea del motor cd o del generador cd es colocar un restato en serie con el campo.

Tambin se puede lograr llegar a la conclusin de que una forma de mejorar el rendimiento del generador sncrono es mantener la frecuencia constante. Adems, al disminuir la tensin de salida como se puede apreciar en las tablas 12 y 13 se aprecia que cuando se disminuye severamente la tensin generada manteniendo la frecuencia variable, la eficiencia aumenta, pero se obtiene una eficiencia similar cuando se mantiene la frecuencia constante y se disminuye solo un poco la tensin.

Bibliografa

Apuntes conversin electromecnica. Jesus fraile mora, Maquinas elctricas Chapman, maquinas elctricas.2