Lab7_máquinaseléctricas-altamiranosamuelballardorenzo 332l6m

ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

MÁQUINAS ELÉCTRICAS IV CICLO LABORATORIO N°07 Alternador Trifásico INFORME INTEGRANTES DEL EQUIPO Altamirano Loa, Samuel Ballardo Lozano, Renzo

PROFESOR: Cuba Anicama, Carlos

Sección: C5-C

FECHA DE REALIZACIÓN:

19/05/17

FECHA DE ENTREGA:

01/06/17

2017-I 1


ÍNDICE 1. Introducción

3

2. Objetivos

4

2.1. Objetivo general

4

2.2. Objetivos específicos

4

3. Fundamento teórico

5

3.1. Alternador trifásico

5

3.2. Conexiones de un alternador trifásico

7

4. Materiales

9

5. Procedimientos

10

5.1. Alternador trifásico sin carga

10

5.2. Alternador trifásico con carga

14

6. Pruebas de Conocimientos

17

7. Observaciones

20

8. Recomendaciones

21

9. Conclusiones

21

10.

Aplicaciones

22

11.

Referencias

22

12.

Rubrica

24

2


INTRODUCCIÓN

Los motores síncronos son máquinas síncronas que se utilizan para convertir potencia eléctrica en potencia mecánica de rotación. La característica principal de este tipo de motores es que trabajan a velocidad constante que depende solo de la frecuencia de la red y de otros aspectos constructivos de la máquina. En este laboratorio pretendemos aprender acerca de las conexiones y el tipo de funcionamiento que ofrece las maquinas síncronas más específicamente el alternador el cual es una maquina muy utilizada hoy en día. Al final del laboratorio se habrá logrado aprender todo lo planteado además de que esta información se pueda utilizar en las industrias o en lo que se requiera acercándonos cada vez más el campo en donde nos desempeñaremos.

3


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL 

Analizar el comportamiento de alternador trifásico cuando esta con y sin carga.

OBJETIVO ESPECÍFICO 

Analizar la relación entre la intensidad y el voltaje promedio en un alterador sin carga.



Calcular la regulación del alternador con carga resistiva, inductiva y capacitiva.



Analizar la respuesta que ofrece el alternador cuando se le aplica una carga resistiva, inductiva y capacitiva.

4


FUNDAMENTO TEÓRICO Alternador trifásico Imagen1.

Los alternadores son generadores de corriente alterna, cuya característica principal es la relación existente entre su velocidad de giro y la frecuencia de la tensión generada. La fórmula fundamental que relaciona la velocidad de giro del alternador con la frecuencia de la tensión generada y el número de polos magnéticos es:

Siendo f=50 Hz, nos queda:

Siendo: n= Velocidad de giro en r.p.m. p= Número de pares de polos. f= Frecuencia (ciclos por segundo). De tal forma que al efectuar el inductor (rotor) una vuelta, generará en cada una de las bobinas un período de la fuerza electromotriz. Los alternadores trifásicos se caracterizan por tener tres fases y en consecuencia tres bobinas idénticas, desfasadas 120°, (Fig.1). Se generarán tres fuerzas electromotrices ( f.e.m.) del mismo valor y de la misma frecuencia, pero desfasadas entre sí 1/3 del período. Normalmente, las bobinas que corresponden a una misma fase se unen en serie, a fin de que sus f.e.m. se sumen.

5


Imagen2.

Alternador trifásico con tres grupos de bobinas en serie

Como el inductor de un alternador trifásico puede disponer de varios pares de polos, dependiendo del número de éstos, el ángulo de desfase de la bobinas variará, de tal forma que, al aumentar el número de pares de polos, el ángulo de desfase disminuirá. Imagen3.

Alternador trifásico con bobinas cada 60º

Un alternador trifásico de cuatro polos y tres f.e.m. desfasadas 1/3 de período, bastará con que las bobinas estén intercaladas 180/3=60° (Fig.3). No obstante y a efectos de mejorar la utilización del alternador, se puede doblar el número de bobinas del estator, como se indica en la figura 4:

6


Imagen4

Alternador trifásico con tres grupos de bobinas en serie y dos pares de polos Conexiones de un alternador trifásico Los arrollamientos de las fases de un alternador trifásico pueden conectarse bien en estrella bien en triángulo. La conexión en estrella se realiza cuando la tensión nominal de una bobina (fase) se corresponde con la tensión simple del sistema eléctrico que se desea obtener. Imagen4

Conexión estrella Por el contrario si la tensión nominal de una bobina (fase) coincide con la tensión compuesta del sistema eléctrico, se dice que las bobinas o fases están conectadas en triángulo.

7


Imagen5

Conexión triángulo

   

Para identificar las tensiones existentes entre las distintas fases y neutro se han establecido los criterios siguientes: La tensión existente entre las fases se denomina tensión compuesta (UC) o tensión de línea (UL). La tensión existente entre fase y neutro se llama tensión simple (Us) o tensión de fase (UF). La intensidad que recibe cada fase se denomina intensidad simple (IS) o intensidad de fase (IF). La intensidad que parte de cada bobina, hacia el circuito exterior, se denomina intensidad compuesta (IC) o intensidad de línea (IL). Para las dos conexiones estrella y triángulo los valores de las tensiones e intensidades de línea y de fase están relacionadas de la forma presentada en la tabla siguiente:

8


MATERIALES

Fuente de tensión AC 380/220V marca LAV-VOLT

Alternador Sincrónico

Multimetro Digital

Cables conductores

Software de LabVolt

9


PROCEDIMIENTO El alternador trifásico sin carga 1. Siendo nula la excitación de c-d, se midió y se anotó los valores de E1, E2 y E3, con la escala más baja del voltímetro. E1=11,06Vca E2=11,09Vca E3=10,98Vca 2. Explique por qué se genera un voltaje de c-a cuando no hay una excitación en c-d Se genera un voltaje de c-a debido a que el núcleo del estator almacena tensión. Debido a que hay un flujo permanente. 3. Luego de haber prendido el motor se cerró el interruptor S, para excitar el alternador con voltaje continuo. Luego, gradualmente se elevó la corriente Tabla nº1.Promedio de tensiones para cada corriente continua obtenida I1 (A)

E1 (V)

E2 (V)

E3 (V)

E (Promedio)

0,02

11,03

11,07

10,98

11,03

0,1

217,32

218,14

217,02

217,49

0,2

351,68

351,91

350,28

351,29

0,3

438,75

438,63

436,6

437,99

0,4

494,33

494,01

491,64

493,33

0,5

529,75

529,87

527,12

528,91

0,6

557,31

557,36

554,48

556,38

Comentario: Al aumentar la corriente la tensión promedio aumenta. Al inicio de la prueba ya se encontraba con pequeños voltajes, debido al flujo permanente que hay en las bobinas

10


Imagen1. Tabla obtenida de software Lab volt

4. Después de haber hallado las tensiones promedias, se prosiguió a excitar hasta conseguir E1=380 Vcd. E1=380 Vcd. E2=379,8Vcd E3=376,6Vcd 5. Se midió los voltajes generados en cada devanado del estator conectado la estrella. E1 a 4=226,0Vc-a E2 a 5=227,7Vc-a E3 a 6=223,4Vc-a

11


Grafica nº1. Intensidad de corriente vs tensión promedio extraído del software

Grafica nº2. Intensidad de corriente vs tensión promedio extraído de excel

Intensidad de corriente vs tensión promedio 600 500 y = 164.73ln(x) + 633.27 R² = 0.9897

Epromedio(V

400 300 200 100 0 0

-100

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Intensidad(A)

ANALISIS: La mejor tendencia para la gráfica es logarítmica, se justifica debido a que el coeficiente de correlación es casi 1. 12




Comparación de los resultados de (a) y (d) Tensión excitación

de Tensión

en

los Tensión

en

los

devanados del estator devanados

del

(real)

estator (teórico)

E1

380

226

219,39

E2

379,8

227,7

219,27

E3

376,6

223,4

217,43

GraficaNº3. Comparación de los devanados del estator

Tensión en los devanados del estator 230 225 220 215 210 1

2

3

Tensión en los devanados del estator (real) Tensión en los devanados del estator (teórico)

ANÁLISIS Luego de haber realizado las mediciones, se puede notar que hay un error en cada devanado. Al estar conectado en estrella se divide entre raíz de tres.

13


El alternador trifásico con carga CIRCUITO1 1. Lo primero que se hizo fue colocar la perilla en sentido contrario al de las manecillas del reloj (resistencia máxima).

2. Luego se seleccionó la resistencia a un valor de 1100ohm y se ajustó el reóstato del motor de c-d a una velocidad de 1600rpm. Además se mantuvo constante durante todo el laboratorio.

Imagen2. Conexiones del alternador con carga de 1100 ohms

Comentario: Para la experiencia se utilizó un motor cc, motor alternador, cargas resistivas y el interfaz de datos. El reóstato se calibro para tener una velocidad de 1600rpm.

14


3. Después se ajustó la excitación del c-d del alternador obteniendo un voltaje de salida E1=220V c-a y se midió las intensidades 1 y 2 a plena carga I1=0,119A I2=0,155A 4. Luego se abrió las 3 resistencias de las cargas y por ende se trabajó en vacío, y se midió la E1. E1=261,1V Calculo de la regulación del alternador con carga resistiva.   

% de regulación=100%(V en vacio- V a plena carga)/V a plena carga % de regulación=100%(261,1- 220,7)/ 220,7 % de regulación=18,71%

5. Lo siguiente que se hizo fue cambiar las cargas resistivas por inductivas de igual valor(1100ohm), de estas cargas se obtuvo I1 e I2 I1=0,097A c-d I2=0,175A c-d 6. También se halló los valores de E1 a I2 en vacío E1=300,8V I2=0,0176A Calculo de la regulación del alternador con cargas inductivas.   

% de regulación=100%(V en vacio- V a plena carga)/V a plena carga % de regulación=100%(300,8- 219,7)/ 219,7 % de regulación=36,91%

7. Nuevamente se cambiaron las cargas anteriores, ahora por cargas capacitivas con valores de 1100 ohm. En este procedimiento se halló la I1 e I2 a plena carga.

15


I1=0,138A I2=0,039A 8. Seguidamente se calculó los valores en vacío de E1 e I2 E1=94,61V I2=0,039A Calculo de la regulación del alternador con carga capacitiva.   

% de regulación=100%(V en vacío- V a plena carga)/V a plena carga % de regulación=100%(94,61- 221,3)/ 221,3 % de regulación=-57,24%

¿Cómo influye la fuerza electromotriz del estator en la del rotor? ¿Magnetiza el motor o lo desmagnetiza? La fuerza electromotriz hace desmagnetizar al rotor. 9. Con una carga de reactancia capacitiva de 1100 ohm por fase, se conectó a la fuente y se ajustó la velocidad del motor a 1600rev/min. También se ajustó el voltaje de salida a 220V. con todo ello se hizo la siguiente experiencia. 

Se aumentó la carga a 4400 ohm y se observó lo siguiente:

E1=220,7V I2=0,094A I1=0,038A 

Se aumentó la carga a 4400 ohm en paralelo con 2200 ohm y se observó lo siguiente:

E1=322,2V I2=0,094A I1=0,153A 16




Se aumentó la carga a 4400 ohm en paralelo con 2200 ohm y en paralelo con 1100ohm, y se observó lo siguiente:

E1=560,6 I2=0,094A I1=0,579A

CIRCUITO2 

Se ajustó la excitación de c-d del alternador hasta que el voltaje aplicado a la carga de 2200 ohm, E1 sea igual a 220V. Se midió los otros voltajes de fase entre E2 y E3

E2=241,7V E3=237,4V 

Después se conectó los tres voltímetros en los devanados del estator.

E1 a 4=135,2V E2 a 5=143,2V E3 a 6=132,1V

PRUEBA DE CONOCIMIENTOS Prueba de conocimientos 1. a) En la gráfica de la figura 56-3, marque los valores promedio de voltaje en función de los valores de corriente de c-d tomados de la tabla 56-1.

17


b) Trace una curva continua que pase por los puntos marcados.

Intensidad de corriente vs tensión promedio 600 500 y = 164.73ln(x) + 633.27 R² = 0.9897

Epromedio(V

400 300 200 100 0 0

0.1

0.2

-100

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Intensidad(A)

c) hasta qué valor forma una línea más o menos recta la curva del voltaje Hasta los 200v o 0,1A

d) En donde se encuentra el codo de la curve de saturación. Se encuentra en los 220V

e) Explique porque el voltaje aumenta con menor rapidez cuando se incrementa la corriente de c-d. El voltaje empieza a aumentar con menor rapidez debido la maquinas al llegar a ese punto empieza a saturarse. 2. De algunas de las razones por las que no se debe operar un alternador cerca del codo de su curva de saturación. La razón por la cual no se debería operar es porque está en saturación, al estar en este estado causa que la maquina sea menos eficiente adquiriendo así más perdidas.

18


3. Un alternador tiene menos probabilidades de quemarse cuando esta unen un corto circuito permanente, que un generador en derivación de c-d con excitación independiente. Un alternador de corriente continua tiene más posibilidad de quemarse porque el voltaje de excitación esta en paralelo al voltaje que generado por el alternador.

Prueba de conocimiento 2 1. Expliqué porque el voltaje de salida del alternador aumenta con carga capacitiva. Esto se genera debido que al poner una carga capacitiva y este al tener la capacidad de almacenar energía y no solo consumirla como lo hacen las cargas resistivas. 2. Es peligroso conectar un alternador a una línea de transmisión larga, si la línea e comporta como un capacitor. Si es peligroso debido

a que las líneas sin carga se comportan como

capacitores, lo que hace que la tensión al final de la línea aumente peligrosamente, además esta generara una “auto excitación” en el alternador, una condición que genera que el campo de excitación del alternador no funciones y la tensión aumente peligrosamente en estos.. 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. El rotor de un alternador disipa más calor cuando se encuentra con una carga de factor de potencia elevado debido que la maquinas tendrá mayor corriente. 4. Si en la fábrica de un cliente e la compañía de luz y fuerza se conecta a una carga monofásica grande a una línea trifásica de potencia todos los demás s que utilicen la línea tendrán una potencia trifásica desequilibrada, incluso aquellos cuyas cargas estén balanceadas. 19


El incremento en los puntos de ajuste del mecanismo regulador de un generador incrementa la potencia de la máquina y aumenta la frecuencia del sistema. La disminución en los puntos de ajuste del mecanismo regulador en el otro generador disminuye la potencia de la máquina y la frecuencia del sistema. Por lo tanto, para ajustar la repartición de potencia sin cambiar la frecuencia del sistema se deben incrementar los puntos de ajuste del mecanismo regulador del otro generador. De manera similar, para ajustar la frecuencia del sistema sin cambiar la repartición de potencia, se deben incrementar o disminuir simultáneamente ambos puntos de ajuste del mecanismo regulador. Los ajustes a la potencia y voltajes en los terminales funcionan de manera análoga. Para desplazar la repartición de la potencia reactiva sin cambiar VT, se debe incrementar simultáneamente la corriente de campo en el otro. Para cambiar el voltaje en los terminales sin afectar la repartición de potencia reactiva se deben incrementar o disminuir simultáneamente ambas corrientes de campo.

OBSERVACIÓN 

El uso de condensadores como cargas hizo un aumento en la tensión



Al dar inicio al motor este ya se encontraba energizado. Por ende comenzó a rotar sin entregar tensión.



Para poder excitar la maquina mediante la inserción de tensión continua se debe cambiar el swich para que cierre circuito.



Los valores de tensión fueron cambiados de acuerdo a lo que pidió el profesor.

20


RECOMENDACIÓN 

Trabajar de manera limpia y ordenada para evitar cualquier tipo de accidente. Además todo circuito debe ser revisado por el docente de turno para evitar cualquier tipo de fallas.



Para la toma de datos se debe presionar la opción refresh, para que se actualicen los valores que recibe la pc.



Seguir el procedimiento adecuado para las conexiones y así hacer un buen laboratorio.



Antes de tomar los datos en el programa de Lab Volt, se debe eliminar el cuadro de datos que se tenía anteriormente.



Primero se debe alimentar al módulo de adquisición de datos, y luego prender el software, así se tendrá un buen funcionamiento del programa

CONCLUSIONES 

La relación que existe entre la intensidad y el voltaje es de una forma logarítmica. Solo al inicio muestra una forma directamente proporcional pero por un corto periodo.

 Los voltajes de regulación obtenidas con carga resistiva, inductiva y capacitiva son las siguientes : 18,71% con cargas resistivas, 36,91% con cargas inductivas y -57,24% con cargas capacitivas 

Solo cuando se aplica carga capacitiva la tensión aumenta, en otros caso disminuye

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APLICACIONES -EMBARCACIONES El alternador puede ser utilizado en las embarcaciones, pero deben cumplir con el requisito de ser resistentes a la humedad, a las vibraciones, impactos además de contener alambre esmaltado material aislante y barniz de aislamiento que pueda soportar 200 ° C -CAMPO PETROLIFERO El sistema de excitación del alternador ofrece capacidad de sobre carga de intensidad lo que es adecuado para el arranque del motor, así como el normal funcionamiento de la bomba de pozo profundo, bombas sumergibles y otras máquinas en caso de sobre carga. El alternador debe tener un sistema de aislamiento de alto rendimiento para las condiciones exteriores severas y a largo plazo de los campos petrolíferos.

-TRANSPORTES Todos los alternadores tienen una estructura redonda soldada con placa de hacer, y las propiedades mecánicas de alta resistencia obtenidas hacen que los alternadores sean utilizados en severas condiciones de trabajo de equipo de transporte, tales como vibraciones o impactos. -TELECOMUNICACIONES. -MINERIA. -CONSTRUCCION CIVIL. -IRRIGACION HOSPITALES.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

(2017). Retrieved 28 May 2017, https://www.academia.edu/20441623/Maquinas-electricas-Chapman-5taedicion-pdf

from

El Alternador Con Carga(4) - Documents. (2017). Myslide.es. Retrieved 27 May 2017, from http://myslide.es/documents/el-alternador-con-carga4.html

22


Generadores | Wikiteka, apuntes, resúmenes, trabajos y exámenes de Secundaria, Bachiller, Universidad y Selectividad. (2017). Wikiteka.com. Retrieved 27 May 2017, from https://www.wikiteka.com/apuntes/generadores-3/

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