Protocolo de pruebas para máquinas rotativas de baja potencia

1
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
“PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MÁQUINAS
ROTATIVAS DE BAJA POTENCIA FUNDAMENTADAS
EN NORMAS IEEE”
Tesis previa a la obtención del
Tı́tulo de Ingeniero Eléctrico.
Autor:
Paúl Santiago Ochoa Gutiérrez.
Director:
Ing. Flavio Quizhpi Palomeque.
2011 - 2012
Cuenca – Ecuador
2
Todos los conceptos desarrollados, análisis realizados y las conclusiones vertidas en el siguiente
trabajo, son de exclusiva responsabilidad de los autores
Cuenca, Febrero 07 del 2012.
PAÚL S OCHOA G.
3
Ingeniero FLAVIO QUIZHPI PALOMEQUE Director de Tesis.
CERTIFICA: Que la tesis con el tı́tulo “PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MÁQUINAS
ROTATIVAS DE BAJA POTENCIA FUNDAMENTADAS EN NORMAS IEEE”, ha sido desarrollada por el estudiante Paúl Santiago Ochoa Gutiérrez, ha sido revisada y asesorada de acuerdo a
los requerimientos establecidos en la propuesta inicial y al cronograma definido, por lo que después
de reunir los requisitos estipulados en los Documentos Generales e Instructivos de Graduación de
la Universidad, autorizo su presentación para los fines legales consiguientes.
Cuenca 07 de febrero del 2012.
Ing. Flavio Quizhpi P.
4
DEDICATORIA:
Quisiera dedicar, no solo este trabajo, si no toda esta
experiencia universitaria y las nuevas experiencias por venir a mi familia. Mi papá Luis, mi mamá Rosa y a mis
hermanas Marı́a y Diana. Gracias por todas sus enseñanzas, paciencia y sobre todo por el esfuerzo realizado para
desarrollar este proyecto.
5
RECONOCIMIENTO:
Quisiera dar un importante reconocimiento a todos los
profesores de la universidad por su apoyo y anuencia a
la colaboración en la realización de este proyecto, pero en
especial al profesor Ing. Flavio Quizhpi que sin su invaluable ayuda, apoyo y colaboración nada de esto hubiera sido
posible
“PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MÁQUINAS
ROTATIVAS DE BAJA POTENCIA FUNDAMENTADAS
EN NORMAS IEEE”
PAÚL SANTIAGO OCHOA GUTIÉRREZ
26 de marzo de 2012
1
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.
No existe normalización en el paı́s para realizar ensayos en las
máquinas rotativas de baja potencia, fundamentadas en normas estandarizadas que den como resultado parámetros que permitan determinar el estado funcional de las mismas. El reciente organismo OAE
(Organismo de Acreditación Ecuatoriano) no tiene un certificado de
procesos para ensayos de las máquinas eléctricas.
En la actualidad las máquinas de inducción rotativas están experimentando un cambio revolucionario, con la alta demanda que se tiene
de nuevos servicios y con la necesidad de satisfacer a los usuarios, y
facilitar un protocolo de pruebas en busca de evaluar la infraestructura
existente, con el objeto de adecuarla a nuestras necesidades y determinar el estado de las máquinas rotativas realizando pruebas para
determinar en tiempo real las curvas caracterı́sticas de arranque, par,
transitorios etc. O en su defecto los ensayos propios de laboratorio.
En el Austro no se ha realizado ningún tipo de análisis técnico para
tratar de seguir con un solo lineamiento en la ejecución de los ensayos,
la utilización de equipos y normas para valoración de las pruebas son
introducidas por cada organismo de enseñanza o unidades destinadas
al mantenimiento.
Índice general
I
1.
INTRODUCCIÓN
14
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
1.1. MEDICIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1. ELÉCTRICAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1.1. VALORES RMS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1.2. SUMINISTRO DE ENERGÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1.3. SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1.4. INSTRUMENTOS DE TRANSFORMACIÓN . . . . . . . . . . .
1.1.1.5. VOLTAJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1.6. CORRIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1.7. POTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.2. RESISTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.2.1. RESISTENCIA DE REFERENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.2.2. AMBIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.2.3. CORRECCIÓN PARA ESPECIFICAR LA TEMPERATURA . .
1.1.3. MECÁNICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.3.1. POTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.3.2. VELOCIDAD Y DESLIZAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.4. PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.5. SEGURIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. TIPOS DE PRUEBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1. PERDIDAS EN EL ESTATOR I 2 R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1.1. TEMPERATURA ESPECÍFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2. PÉRDIDAS EN EL ROTOR I 2 R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3. PÉRDIDA EN EL HIERRO, POR FRICCIÓN Y EFECTOS DEL VIENTO
(PRUEBA SIN CARGA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3.1. CORRIENTE SIN CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3.2. PÉRDIDAS SIN CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3.3. SEPARACIÓN DE PÉRDIDA DEL HIERRO DE LAS PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Y EFECTO DEL VIENTO . . . . . . . .
1.2.3.4. FRICCIÓN Y EFECTO DEL VIENTO . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.3.5. PÉRDIDAS EN EL HIERRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.4. PÉRDIDAS PRODUCIDAS EN LA CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.4.1. MEDIDA INDIRECTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.4.2. MEDIDA DIRECTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.4.3. MÉTODO DIRECTO ALTERNO PARA LOS MOTORES DE ROTOR BOBINADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.4.4. PRESUNTAS PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA . . .
1.2.5. PÉRDIDAS EN LOS SOPORTES DE LAS ESCOBILLAS . . . . . . . . .
1.3. DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.2. MÉTODOS DE PRUEBA PARA LA EFICIENCIA. . . . . . . . . . . . . .
1.3.2.1. GUÍA PARA ESCOGER EL MÉTODO DE LA PRUEBA DE EFICIENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3. PRUEBA DEL MÉTODO A - ENTRADA Y SALIDA . . . . . . . . . . . .
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ÍNDICE GENERAL
3
1.3.3.1. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.3.2. FORMA DEL CÁLCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.4. PRUEBA DEL MÉTODO B - ENTRADA Y SALIDA CON SEPARACIÓN
DE LA PÉRDIDAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.4.1. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.4.2. FORMA DEL CÁLCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.4.3. CORRECCIÓN DE LA PÉRDIDA Y DE LA EFICIENCIA TOTALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3.4.4. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR / GENERADOR . . . . . . 29
1.3.5. PRUEBA DEL MÉTODO C - MÁQUINAS DUPLICADAS . . . . . . . . . 30
1.3.5.1. MÉTODO DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3.5.2. PÉRDIDA POR PÉRDIDA EN LA CARGA (MÉTODO INDIRECTO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3.5.3. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR / GENERADOR . . . . . . 31
1.3.6. PRUEBA DEL MÉTODO E O E1- MEDIDA DE POTENCIA ELÉCTRICA
CON LA SEGREGACIÓN DE LAS PÉRDIDAS . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.3.6.1. MÉTODO DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.3.6.2. PÉRDIDAS DEL ESTATOR I 2 R . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.6.3. PÉRDIDAS EN EL ROTOR I 2 R . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.6.4. PÉRDIDAS EN EL HIERRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.6.5. FRICCIÓN Y EFECTOS DEL VIENTO . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.6.6. PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA (MEDICIÓN DIRECTA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.7. PRUEBA DEL MÉTODO F O F1 - CIRCUITO EQUIVALENTE . . . . . 32
1.3.7.1. MÉTODO DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.7.2. FORMA DEL CÁLCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.3.7.3. CÁLCULO DEL TORQUE MÁXIMO . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.3.8. PRUEBA EL MÉTODO C/F, E/F, O E1/F1 - CIRCUITO EQUIVALENTE
CALIBRADO EN UN PUNTO DE CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.3.8.1. PÉRDIDA POR PÉRDIDA EN LA CARGA (MÉTODO INDIRECTO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.3.9. FACTOR DE POTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.3.9.1. OBTENIDO INDIRECTAMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.3.9.2. OBTENIDO DIRECTAMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.3.9.3. CÁLCULO DEL CIRCUITO EQUIVALENTE (F-F1) . . . . . . 38
1.4. OTRAS PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.4.1. VOLTAJE DEL ROTOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.4.2. PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.4.2.1. CORRIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.4.2.2. PAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.4.2.3. POTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.4.3. PRUEBAS PARA LAS CURVAS DE VELOCIDAD-PAR Y VELOCIDADCORRIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.4.3.1. DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.4.3.2. PROCEDIMIENTO DE LA CURVA DE VELOCIDAD-PAR . . . 39
1.4.4. CORRECCIÓN DE LOS DATOS PARA EL FUNCIONAMIENTO DE VELOCIDADPAR, VELOCIDAD-CORRIENTE, Y PRUEBAS DE ROTOR BLOQUEADO EN EL VOLTAJE REDUCIDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.1. PRUEBAS DIVERSAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1. RESISTENCIA DE AISLAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2. PRUEBAS DIELÉCTRICAS Y PARCIALES DE DESCARGA .
2.1.2.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2.2. PREPARACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2.3. MÉTODO 1. PRUEBA DE VOLTAJE ALTERNO A
CUENCIA DE LA ENERGÍA . . . . . . . . . . . . . .
. .
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LA
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FRE. . . .
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43
43
43
43
43
44
ÍNDICE GENERAL
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.1.2.4. MÉTODO 2. PRUEBA DE VOLTAJE DIRECTO EN LAS BOBINAS DEL ESTATOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2.5. MÉTODO 3. PRUEBAS DE BAJA FRECUENCIA EN LAS BOBINAS DEL ESTATOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2.6. MÉTODO 4. PRUEBA PARCIAL DE LA DESCARGA . . . . .
2.1.3. MEDIDAS DE LA RESISTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3.2. CORRECCIÓN A LA TEMPERATURA ESPECÍFICA . . . . . .
2.1.3.3. REFERENCIA DE LA RESISTENCIA DE CAMPO . . . . . . .
2.1.3.4. REFERENCIA DE LA RESISTENCIA DEL CAMPO DESDE
UNA PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO . . . . . . . . . . . . .
2.1.3.5. PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO PARA LA TEMPERATURA
DE LA RESISTENCIA DEL CAMPO . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3.6. EFECTO DE LA CAÍDA DE TENSIÓN EN LAS ESCOBILLAS
PRUEBAS DE CORTOCIRCUITO DE CAMPO GIRATORIO . . . . . . . . . .
2.2.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1.1. MÉTODO 1. CAÍDA DE VOLTAJE DE CORRIENTE CONTINUA
2.2.1.2. MÉTODO 2. CAÍDA DE VOLTAJE EN CORRIENTE ALTERNA
2.2.1.3. MÉTODO 3. RESISTENCIA POR CORRIENTE CONTINUA .
2.2.1.4. MÉTODO 4. EXCITACIÓN DE LA BOBINA PARA ROTORES
CILÍNDRICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1.5. MÉTODO V. DETECCIÓN DE LA FORMA DE ONDA DEL ROTOR PARA ROTORES CILÍNDRICOS . . . . . . . . . . . . . .
PRUEBA DE LA POLARIDAD PARA LOS POLOS DE CAMPO . . . . . . . . .
CORRIENTE DE EJE Y AISLAMIENTO DEL COJINETE . . . . . . . . . . . .
2.4.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.2. MÉTODO 1. A TRAVÉS DE LOS EXTREMO DEL EJES . . . . . . . . .
2.4.3. MÉTODO 2. A TRAVÉS DE UNA PELÍCULA DE ACEITE DEL COJINETE, COJINETES SIN AISLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.4. MÉTODO 3. A TRAVÉS DEL AISLAMIENTO DEL COJINETE . . . . .
2.4.5. MÉTODO 4. AISLAMIENTO DEL COJINETE . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.6. MÉTODO 5. AISLAMIENTO DEL COJINETE . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.7. MÉTODO 6. DOBLE AISLAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SECUENCIA DE FASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.2. MÉTODO 1. INDICADORES DE LA SECUENCIA DE FASE . . . . . . .
2.5.3. MÉTODO 2. INDICACIÓN DEL DIFERENCIAL DE VOLTAJE . . . . .
2.5.4. MÉTODO 3. DIRECCIÓN DE ROTACIÓN PARA MOTORES . . . . . .
FACTOR DE INFLUENCIA TELEFÓNICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.1. FACTOR DE INFLUENCIA TELEFÓNICA . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.2. FACTORES DE PONDERACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.3. CONSIDERACIONES POTENCIALES DEL TRANSFORMADOR . . . .
BALANCE DEL FACTOR DE INFLUENCIA TELEFÓNICA . . . . . . . . . . .
2.7.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.7.1.1. MÉTODO 1. VOLTAJE LÍNEA A LÍNEA . . . . . . . . . . . . .
2.7.1.2. MÉTODO 2. VOLTAJE DE FASE . . . . . . . . . . . . . . . . .
COMPONENTE RESIDUAL DEL FACTOR DE INFLUENCIA TELEFÓNICA .
2.8.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8.2. MÉTODO 1. MÁQUINAS QUE PUEDEN SER CONECTADAS EN DELTA
2.8.3. MÉTODO 2. MÁQUINAS QUE NO PUEDEN CONECTARSE EN DELTA
2.8.4. MÉTODO 3. PRUEBA LÍNEA - NEUTRO . . . . . . . . . . . . . . . . . .
FACTOR DE INFLUENCIA TELEFÓNICA LÍNEA - NEUTRO . . . . . . . . .
2.9.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.9.2. MÉTODO DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.9.3. VERIFICACIÓN DEL BALANCE, RESIDUAL Y EL TIF LÍNEA - NEUTRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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54
54
54
ÍNDICE GENERAL
2.10. DESVIACIÓN DE LA FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE EN LOS TERMINALES DEL ESTATOR Y FACTORES DE DISTORSIÓN . . . . . . . . . . . . . .
2.10.1. PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.11. PRUEBAS DE VELOCIDAD EXCESIVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.11.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.11.2. PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.12. CAPACIDAD DE CARGA DE LÍNEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.12.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.12.2. MÉTODO 1. COMO MOTOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.12.3. MÉTODO 2. COMO GENERADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.12.4. MÉTODO 3. COMO GENERADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.13. RUIDO ACÚSTICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.13.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.13.2. PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14. CURVAS DE LA SATURACIÓN, PÉRDIDAS SEPARADAS, Y EFICIENCIA . .
2.14.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.1.1. EFICIENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.1.2. MÉTODOS DE MEDIDA DE LAS PÉRDIDAS . . . . . . . . . .
2.14.1.3. ELIMINACIÓN DE LA ENTRADA DEL EXCITADOR . . . . .
2.14.1.4. EFECTO DE LA TEMPERATURA Y DE LA PRESIÓN . . . .
2.14.1.5. MÁQUINAS ACOPLADAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.1.6. RECALENTAMIENTO DE LA TURBINA DE VAPOR . . . . .
2.14.1.7. TURBINAS HIDRÁULICAS DE SECADO . . . . . . . . . . . .
2.14.1.8. ARRANQUE ELÉCTRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.2. MÉTODO DE ARRANQUE SEPARADO PARA LAS CURVAS Y LAS
PÉRDIDAS DE SATURACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.2.1. MOTOR IMPULSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.2.2. PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.2.3. DINAMÓMETRO COMO IMPULSOR . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.2.4. ARRANCADOR MECÁNICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.2.5. CURVA DE SATURACIÓN EN CIRCUITO ABIERTO . . . . .
2.14.2.6. LÍNEA DEL ENTREHIERRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.2.7. PÉRDIDA EN EL HIERRO Y PÉRDIDA POR FRICCIÓN Y
EFECTO DEL VIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.2.8. CURVA DE SATURACIÓN EN CORTOCIRCUITO . . . . . . .
2.14.2.9. PÉRDIDA POR CORTOCIRCUITO Y PÉRDIDA POR PÉRDIDA EN LA CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.2.10.CURVA DE SATURACIÓN CON FACTOR DE POTENCIA CERO
2.14.3. MÉTODO DE ENTRADA ELÉCTRICA PARA LAS PÉRDIDAS Y LAS
CURVAS DE SATURACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.3.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.3.2. INSTRUMENTO DE TRANSFORMACIÓN . . . . . . . . . . .
2.14.3.3. TRANSFORMADORES DE CORRIENTE . . . . . . . . . . . .
2.14.3.4. TRANSFORMADORES DE POTENCIAL . . . . . . . . . . . . .
2.14.3.5. VOLTAJE EN LOS INSTRUMENTOS . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.3.6. MEDIDA DE LA POTENCIA DE ENTRADA . . . . . . . . . . .
2.14.3.7. CONEXIONES DE APARATOS DE MEDICIÓN . . . . . . . . .
2.14.3.8. MÉTODO 1. MEDICIÓN DE LA POTENCIA DE ENTRADA .
2.14.3.9. MÉTODO 2. MEDICIÓN DE LA POTENCIA DE ENTRADA .
2.14.3.10.MÉTODO 3. MEDICIÓN DE LA POTENCIA DE ENTRADA .
2.14.3.11.EXACTITUD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.3.12.PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA . . . . . . . . . . .
2.14.3.13.PÉRDIDA EN CIRCUITO ABIERTO . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.3.14.CURVA DE SATURACIÓN EN CIRCUITO ABIERTO . . . . .
2.14.3.15.PÉRDIDAS POR CORTOCIRCUITO Y PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.3.16.CURVA DE LA PÉRDIDA TOTAL . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
54
54
55
55
55
56
56
56
56
56
56
56
56
57
57
57
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57
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58
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59
59
59
60
60
60
60
61
62
62
62
64
64
64
64
64
65
65
65
65
66
66
66
67
67
67
68
68
69
ÍNDICE GENERAL
2.14.3.17.CURVA DE SATURACIÓN EN CORTOCIRCUITO . . . . . . .
2.14.4. MÉTODO DE RETRASO PARA LAS PÉRDIDAS Y LAS CURVAS DE
LA SATURACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.2. PÉRDIDA POR FRICCIÓN Y EFECTO DEL VIENTO . . . . .
2.14.4.3. PÉRDIDA EN EL HIERRO EN CIRCUITO ABIERTO . . . . . .
2.14.4.4. PÉRDIDAS POR CORTOCIRCUITO Y POR PÉRDIDA EN LA
CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.5. EFECTO DEL APARATO CONECTADO . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.6. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.7. CUANDO LA VELOCIDAD EXCESIVA NO PUEDE SER OBTENIDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.8. CUANDO ES BAJA TENSIÓN OMITE EL DISPOSITIVO DE
DISTRIBUCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.9. MÉTODOS PARA MEDIR LA DESACELERACIÓN . . . . . .
2.14.4.10.CURVAS DE SATURACIÓN EN CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.11.DETERMINACIÓN DEL MÉTODO 1. DE J . . . . . . . . . . .
2.14.4.12.MÉTODO 2. DETERMINACIÓN DE J . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.13.MÉTODO 3. DETERMINACIÓN DE J . . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.14.MÉTODO 4. DETERMINACIÓN J . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.4.15.MÉTODO 5. DETERMINACIÓN J . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.5. EFICIENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.6. MÉTODO 1. PÉRDIDAS SEGREGADAS . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.14.7. MÉTODO 2. ENTRADA - SALIDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.15. EXCITACIÓN DE LA CARGA Y REGULACIÓN DE VOLTAJE . . . . . . . . .
2.15.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.15.2. MÉTODOS DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.15.2.1. REACTANCIA DE LA SALIDA DE LA ARMADURA (Xl ) . . .
2.15.2.2. REACTANCIA DE POTIER DESDE LA PRUEBA DE FACTOR
DE POTENCIA CERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.15.2.3. DETERMINACIÓN DE LA REACTANCIA DE POTIER BAJO
OPERACIÓN NORMAL DE LA MÁQUINA . . . . . . . . . . .
2.15.3. MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA EXCITACIÓN DE LA CARGA PARA ESPECIFICAR LAS CONDICIONES DE LOS TERMINALES DE LA
MÁQUINA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.15.3.1. DETERMINACIÓN DE LA EXCITACIÓN DE LA CARGA EN
CONDICIONES ESPECIFICAS DE OPERACIÓN . . . . . . . .
2.15.3.2. TERMINOLOGÍA Y DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . .
2.15.3.3. ANÁLISIS DEL DIAGRAMA FASOR - MÁQUINAS DE POLOS
SALIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.15.3.4. ANÁLISIS DEL DIAGRAMA FASOR PARA MÁQUINAS DE
ROTOR CILÍNDRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.15.3.5. CÁLCULOS GRÁFICOS DE LA EXCITACIÓN USANDO LA
REACTANCIA DE POTIER Y SIN PROTUBERANCIA DE LA
MÁQUINA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.15.4. REGULACIÓN DE VOLTAJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.15.4.1. DEFINICIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.15.4.2. REGULACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.16. PRUEBAS DE TEMPERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.16.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.16.2. MÉTODOS DE CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.16.2.1. MÉTODO 1. CARGA CONVENCIONAL . . . . . . . . . . . . .
2.16.2.2. MÉTODO 2. REGENERACIÓN SÍNCRONA . . . . . . . . . . .
2.16.2.3. MÉTODO 3. FACTOR DE POTENCIA CERO . . . . . . . . . .
2.16.2.4. MÉTODO 4. CARGA EN CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
69
70
70
70
70
70
71
71
72
72
72
76
76
76
76
76
76
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82
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84
87
87
87
88
88
88
88
88
89
92
ÍNDICE GENERAL
7
2.16.3. DURACIÓN DE LA PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.16.3.1. CARGA CONTINUO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.16.3.2. VALORES A CORTO PLAZO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.16.3.3. CARGAS INTERMITENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.16.4. MÉTODOS DE MEDIR TEMPERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.16.4.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.16.4.2. MÉTODO 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.16.4.3. MÉTODO 2. DETECTOR ENCAJADO . . . . . . . . . . . . . . 94
2.16.4.4. MÉTODO 3. RESISTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.16.4.5. MÉTODO 4. DETECTOR DE TEMPERATURA LOCAL . . . . 94
2.17. PRUEBA DEL PAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.17.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.17.2. CORRIENTE Y PAR DE ROTOR BLOQUEADO. . . . . . . . . . . . . . 95
2.17.2.1. GENERAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.17.2.2. DETERMINACIÓN DE LA CORRIENTE DE ROTOR BLOQUEADO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.17.2.3. MÉTODO 1. PAR POR LA ESCALA Y LA VIGA. . . . . . . . 96
2.17.2.4. MÉTODO 2. PAR POR LA ENTRADA ELÉCTRICA. . . . . . 97
2.17.2.5. PAR EN CONDICIONES ESPECÍFICAS. . . . . . . . . . . . . . 97
2.17.2.6. DETERMINACIÓN DE LA CORRIENTE O DEL VOLTAJE INDUCIDO DE CAMPO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.17.3. PRUEBAS DE VELOCIDAD-PAR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.17.3.1. GENERAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
2.17.3.2. MÉTODO 1. MEDIDA A LA SALIDA . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.17.3.3. MÉTODO 2. ACELERACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.17.3.4. PAR EN EL ENTREHIERRO, Tg , A CADA VELOCIDAD SE
CALCULA A PARTIR DE LA ACELERACIÓN USANDO LA
ECUACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
2.17.4. MÉTODO 3. ENTRADA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
2.17.5. MÉTODO 4. MEDIDA DIRECTA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2.17.6. CORRECCIÓN PARA LOS EFECTOS DEL VOLTAJE . . . . . . . . . . 100
2.18. OBTENCIÓN DEL PAR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
2.18.1. MÉTODO 1. MEDIDA DIRECTA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
2.18.2. MÉTODO 2. CÁLCULO DESDE LAS CONSTANTES DE LA MÁQUINA 102
3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.
103
3.1. ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1. VALOR DEL FACTOR DE RIPPLE PARA LAS PRUEBAS DE MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA . . . . . . . . . .
3.1.2. DISEÑO DE LAS PRUEBAS DE LOS MOTORES C.C PARA EL USO
CON FUENTES DE ALIMENTACIÓN RECTIFICADAS. . . . . . . . . .
3.1.3. OTROS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO. . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. PRUEBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1. GENERAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1.1. PRUEBA ESTÁTICA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1.2. PRUEBA COMPLETA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1.3. PRUEBA RUTINARIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2. MÉTODOS ALTERNATIVOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. MEDIDAS Y FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICAS PARA TODOS LOS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1. FACTORES DE LA SELECCIÓN DEL INSTRUMENTO. . . . . . . . . .
3.3.1.1. EN POTENCIA RECTIFICADA. . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1.2. COMPONENTE DE C.A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2. MEDIDA DEL VOLTAJE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.3. MEDIDA DE LA CORRIENTE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.4. MEDIDA DE LA POTENCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
103
103
103
103
103
103
104
104
104
104
104
104
105
105
105
106
106
ÍNDICE GENERAL
3.3.4.1. POTENCIA DE ENTRADA DEL CIRCUITO DE LA ARMADURA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.4.2. POTENCIA DE ENTRADA DEL CAMPO-SHUNT. . . . . . . .
3.3.5. FUENTES DE ENERGÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.5.1. FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA. . . . . . . . . . . . . .
3.3.5.2. FUENTE RECTIFICADA DE CORRIENTE ALTERNA. . . . .
3.4. EXÁMENES PRELIMINARES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1. CONDICIONES DE REFERENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1.1. LOCALIZACIÓN PARA LAS PRUEBAS. . . . . . . . . . . . . .
3.4.1.2. AIRE AMBIENTE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1.3. MARCAS DE TERMINALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1.4. DIRECCIÓN DE LA ROTACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1.5. PROBAR LA CAPACIDAD DE LA MÁQUINA. . . . . . . . . .
3.4.2. MEDIDAS DE LA RESISTENCIA DEL ENROLLAMIENTO. . . . . . . .
3.4.2.1. CORRECCIÓN DE TEMPERATURA DE LAS RESISTENCIAS
DEL ENROLLAMIENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.2.2. MÉTODO DE MEDIDA DE LA RESISTENCIA. . . . . . . . . .
3.4.3. MEDIDAS DEL ENTREHIERRO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.3.1. TOMA DE DATOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.4. POLARIDAD Y CAÍDA DE LA IMPEDANCIA DE LAS BOBINAS DE
CAMPO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.4.1. POLARIDAD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.4.2. CAÍDA DE LA IMPEDANCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.5. VIBRACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.6. CONFIGURACIÓN DE LAS ESCOBILLAS. . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.6.1. DEFINICIÓN DE UN BUEN AJUSTE DE LA ESCOBILLA. . .
3.4.6.2. MÉTODO DE INVERSIÓN DE ROTACIÓN (NEUTRO A PLENA CARGA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.6.3. MOVIMIENTO DE LA ARMADURA A TRAVÉS DE UN PEQUEÑO ÁNGULO (MÉTODO DEL RETROCESO). . . . . . .
3.4.6.4. ARMADURA ESTACIONARIA (MÉTODO DEL RETROCESO)
3.4.7. RESISTENCIA DEL AISLANTE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.8. PRUEBAS DEL ALTO POTENCIAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.8.1. EL VOLTAJE DE LA PRUEBA DEL ALTO-POTENCIAL. . . .
3.4.8.2. TERMINALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5. DETERMINACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1. SATURACIÓN MAGNÉTICA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1.1. ARRANQUE POR SEPARADO. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1.2. AUTOARRANQUE (EXCEPTO LOS MOTORES BOBINADOS
EN SERIE). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.2. CONMUTACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.3. REGULACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.3.1. REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD DE MOTORES. . . . . .
3.5.3.2. REGULACIÓN DE VOLTAJE DE GENERADORES. . . . . . .
3.5.3.3. REGULACIÓN DE VOLTAJE COMBINADA DEL GENERADOR
Y DEL MOTOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.4. EFICIENCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.4.1. CONDICIONES DE REFERENCIA . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.4.2. MÉTODOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.4.3. MEDIDAS DE LA POTENCIA CONTINUA DE ENTRADA Y
SALIDA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.4.4. MÉTODO DEL PUMP-BACK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.4.5. MÉTODO DE LAS PÉRDIDAS SEGREGADO. . . . . . . . . . .
3.5.5. DESCRIPCIÓN DE LAS PÉRDIDAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.5.1. PÉRDIDA DE LA ARMADURA I 2 R. . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.5.2. PÉRDIDA I 2 R DE LAS BOBINAS CONECTADAS EN SERIE.
3.5.5.3. PÉRDIDAS POR CONTACTO DE LAS ESCOBILLAS. . . . . .
8
106
106
106
106
106
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107
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120
120
120
120
120
ÍNDICE GENERAL
3.5.5.4. PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA. . . . . . . . . . .
3.5.5.5. PÉRDIDA I2R DEL CAMPO SHUNT. . . . . . . . . . . . . . .
3.5.5.6. PÉRDIDA DEL REÓSTATO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.5.7. PÉRDIDA EN LA EXCITACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.5.8. PÉRDIDA ROTACIONALES EN LA CARCASA. . . . . . . . .
3.5.5.9. PÉRDIDA POR FRICCIÓN DE LAS ESCOBILLAS. . . . . . . .
3.5.5.10. PÉRDIDA POR FRICCIÓN Y EFECTOS DEL VIENTO. . . . .
3.5.5.11. PÉRDIDAS POR VENTILACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.6. MEDIDA DE PÉRDIDAS ROTATORIAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.6.1. MÉTODO DE ENTRADA DE POTENCIA MECÁNICA. . . . .
3.5.6.2. MÉTODO DE LA POTENCIA ELÉCTRICA DE ENTRADA. . .
3.5.6.3. MÉTODO RETARDADO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.7. PRUEBA DE CARGA DE LOS MOTORES CON CABALLOS DE FUERZA FRACCIONARIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.8. PRUEBA DE CARGA DE LOS MOTORES CON CABALLOS DE FUERZA INTEGRAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.8.1. CARGA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.8.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO. . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.8.3. LECTURAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6. PRUEBAS DE LA TEMPERATURA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1. PROPÓSITO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.2. INSTRUCCIONES GENERALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.2.1. INSTRUMENTACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.3. MÉTODOS DE MEDIDA DE LA TEMPERATURA. . . . . . . . . . . . .
3.6.3.1. MEDIDA DE LA TEMPERATURA POR RESISTENCIA DE LA
BOBINA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.3.2. MEDIDAS DE LA TEMPERATURA DE LOS COMPONENTES
SUPERFICIALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.3.3. MEDIDA DE TEMPERATURAS AMBIENTE. . . . . . . . . . .
3.6.4. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.4.1. MÁQUINAS CON VALORES NO CONTINUOS. . . . . . . . . .
3.6.4.2. MÁQUINAS CON VALORES CONTINUOS. . . . . . . . . . . .
3.6.4.3. EN PRUEBAS CON CARGA CONTINUA. . . . . . . . . . . . .
3.6.4.4. PRECAUCIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.5. DETERMINACIÓN DE TEMPERATURA DE LA ARMADURA A LA PARADA DEL SISTEMA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.5.1. MEDIDAS DE LA RESISTENCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.5.2. MEDIDAS SUPERFICIALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.6. SUBIDA DE TEMPERATURA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7. PRUEBAS MISCELÁNEAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.1. PRUEBA DEL RUIDO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.2. PRUEBA DE INTERFERENCIA ELECTROMAGNÉTICA. . . . . . . . .
3.7.3. FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.3.1. MÉTODO DEL OSCILOSCOPIO O DEL OSCILÓGRAFO. . .
3.7.3.2. MÉTODO DEL VOLTÍMETRO ELECTRÓNICO PARA LA LECTURA DEL PICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.4. MEDIDA A LA RESPUESTA DE LA EXCITACIÓN. . . . . . . . . . . . .
3.7.5. MEDIDA DE LA INDUCTANCIA DEL BOBINADO. . . . . . . . . . . . .
3.7.5.1. PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CIRCUITO DE LA ARMADURA DE LAS MÁQUINAS SHUNT Y DE BOBINADO COMPUESTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.5.2. PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CIRCUITO DE LA ARMADURA DE MÁQUINAS DE EXCITACIÓN EN SERIE (INCLUYENDO EL CAMPO EN SERIE). . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.5.3. PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CAMPO SHUNT. . . . .
3.7.6. CORRIENTE DEL EJE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.6.1. CAUSAS DE LA CORRIENTE DE EJE. . . . . . . . . . . . . . .
9
121
121
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122
122
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125
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126
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132
132
133
133
133
134
134
135
136
ÍNDICE GENERAL
3.7.6.2. PRUEBAS PARA LA CORRIENTE DEL EJE.
3.7.7. MEDIDA DEL MOMENTO DE INERCIA. . . . . . . .
3.7.7.1. MÉTODO DE PRUEBA RETARDADA. . . . .
3.7.7.2. PRUEBA DE OSCILACIÓN ANGULAR. . . .
10
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136
137
137
139
Índice de figuras
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
Resistor con cuatro terminales[2] . . . . .
Determinación de las pérdidas por fricción
Circuito Equivalente[4] . . . . . . . . . . .
Reactancia de la prueba sin carga[4] . . .
.
y
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. . . . . . . . . . .
efecto del viento[4]
. . . . . . . . . . .
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18
22
32
34
2.1. Instrumento de una secuencia de fases[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2. Indicador de secuencia de fase con lámparas de neón [3] . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3. Diagrama de conexión para comparar la secuencia de fases de un generador con el
de un sistema para indicar el voltaje a través de un interruptor de desconexión[3] . 51
2.4. Diagrama de la onda para el factor de la desviación[3] . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.5. Curva de saturación[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.6. Curva de las pérdidas del hierro (perdida de potencia vs voltaje de armadura)[3] . 62
2.7. Curva de pérdida por cortocircuito y pérdidas por pérdida en la carga[3] . . . . . . 63
2.8. Diagrama de las pérdidas por efecto del viento vs temperatura[3] . . . . . . . . . . 63
2.9. Diagrama de conexión. Método de los tres vatı́metros para medir la potencia[3] . . 66
2.10. Diagrama de conexión. Método de los dos vatı́metros para medir la potencia[3] . . 66
2.11. Curva de saturación en circuito abierto y perdidas en el hierro por el método de
entrada eléctrica[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.12. Construcción de la curva para extrapolar la curva de pérdida del método de la
entrada eléctrica [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.13. Curva del método entrada eléctrica[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.14. Curva tı́pica de retraso[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
2.15. Medición de la velocidad para un generador DC[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.16. Determinación del voltaje de la reactancia de Potier[3] . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.17. Calculo de la magnitud de Ep − Ea [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.18. Diagrama Fasor para el cálculo del voltaje generado no saturado EGU para las
máquinas de polos salientes.Notación del Generador[3] . . . . . . . . . . . . . . . . 83
2.19. Diagrama Fasor para el cálculo del voltaje generado no saturado EGU para las
máquinas de polos salientes.Notación del Motor[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
2.20. Tı́pica curva de saturación en circuito abierto para un generador de 2400 KVA[3] . 84
2.21. Diagrama para el voltaje posterior de la reactancia de Potier de un generador
sı́ncrono[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.22. Determinación de la corriente de campo de la carga de un motor o generador en
operación sobreexcitada[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.23. Determinación de la corriente de campo de la carga de un motor o generador en
operación de excitación baja[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.24. Diagrama tı́pico de la subida de temperatura del bobinado del inducido vs la corriente ajustada de la armadura [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.25. Tı́pica curva de la temperatura de campo vs potencia de campo[3] . . . . . . . . . 91
2.26. Circuito de la bobina de campo para 2.16.2.4, carga en circuito abierto y cortocircuito[3] 93
2.27. Caracterı́sticas del par con rotor bloqueado[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.28. Corrección de los efectos del voltaje[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.1. Diagrama Esquemático de conexiónes para la prueba Pump-Back[1] . . . . . . . . 119
3.2. Diagrama de la armadura Tiempo vs Temperatura[1] . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
11
ÍNDICE DE FIGURAS
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
Respuesta Nominal de la excitación[1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Prueba circuital para la medida de la inductancia del campo shunt[1] . . .
Pasos en la derivación del momento de inercia por el método de retraso[1]
Prueba de la Oscilación Angular wk 2 [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
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133
135
138
139
Índice de cuadros
1.1. Temperatura especifica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. PRESUNTAS PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA . . . . . . . . . . . .
20
25
2.1. Clasificación de varias pruebas de Par . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
3.1. Tabla de compresión para motores de C.C . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Método para las pérdidas según los HP . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4. Valor de la constante k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Lecturas que se deben tomar en cada uno de los seis puntos de carga
3.5. Método de las Pérdidas Segregadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6. Constante Relacionada al Tipo de Escobilla . . . . . . . . . . . . . .
3.7. Valor de la constante k por unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.8. Valor de la constante c según el sistema de medida utilizado . . . .
3.9. Valor de Tiempo para tomar la primera temperatura . . . . . . . .
3.10. Valor de la constante c según el sistema de medida utilizado . . . . .
3.11. Valor de la constante c según el sistema de unidades usado . . . . .
13
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138
139
Parte I
INTRODUCCIÓN
14
15
PRUEBAS GENERALES DE LAS MÁQUINAS
TIPO DE PRUEBAS Normalmente las máquinas eléctricas rotativas están sujetas a pruebas de rutinaria, pero puede también estar sujeta a pruebas adicionales. Una forma caracterı́stica
para describir datos de una prueba de rutina y caracterı́sticas para describir una forma caracterı́stica de pruebas adicionales para las maquinas rotativas se muestra más adelante en el transcurso del
texto.
SELECCIÓN DE LAS PRUEBAS Una completa lista de pruebas cubierta por estas normas describe métodos alternos para realizar muchas de las pruebas convenientes para los diferentes
tamaños y tipos de máquinas en condiciones diferentes. El programa de pruebas de laboratorio que
se pueden requerir está normalmente detallado por las normas aplicadas.
USO DE ESTAS NORMAS Después de que el método para la prueba es escogido, todos los
datos necesarios pueden obtenerse siguiendo las instrucciones y precauciones dadas en subcláusulas
que describe la prueba. Muchos de estas subcláusulas incluyen los métodos alternos para obtener
los datos necesarios. A menos que por otra parte especifica, el fabricante puede escoger el mejor
método que satisface a los medios disponibles. Se prevé que el desarrollo de prácticas mejoradas y
de nuevos equipos, como los dispositivos electrónicos y automáticos, resultarı́an un mejor método
para llevar a cabo el procedimiento de pruebas.
PRUEBAS CON CARGA Las pruebas con carga es una forma para determinar la eficacia,
factor de potencia, velocidad, corriente, y elevación de temperatura. Para todas las pruebas con
carga, la máquina debe estar propiamente alineada y sujetada firmemente. Para que las lecturas
sean utilizadas en base al rendimiento del funcionamiento, la subida de temperatura de la máquina
será un cierto valor entre el 50 % y 100 % de la subida de temperatura clasificada. El procedimiento
generalmente es tomar lecturas con cargas más altas primero y en seguida seguir con las lecturas
con cargas más bajas.
PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO Debe reconocerse que las pruebas de las máquinas de inducción bajo las condiciones de rotor bloqueado con potencia polifásica involucran altas
tensiones mecánicas y altas probabilidades de calentarse. Por consiguiente, es necesario que: a)
Los medios mecánicos de rotor bloqueado sean los adecuados para prevenir posibles lesiones al
personal o dañar los equipos. b) La dirección de rotación está establecida en la prueba anterior.
c) La máquina debe estar a una temperatura ambiente aproximadamente antes de empezar con la
prueba.
Se tomarán los valores de corriente y par tan rápidamente como sea posible; y para obtener
valores representativos, de la maquina no debe exceder la elevación de temperatura tasado en más
de 40°C. Se tomarán las lecturas para cualquier punto dentro de 5seg., después de que el voltaje
sea aplicado.
PRECAUCIONES La actuación de una máquina de inducción no sólo depende del valor
de voltaje y frecuencia sino también de la forma de onda y el equilibrio en la magnitud y ángulo
de la fase de los voltajes, los datos correctos pueden ser obtenidos solo por la medida cuidadosa y
empleando una fuente conveniente de poder.
AVISO Muchas de las pruebas descritas en estos procedimientos sujetas a máquinas térmicas
y/o mecánicas más allá de los lı́mites normales de operación, es minimizar el riesgo de daño a la
máquina, se recomienda que todas las pruebas se realicen bajo la vigilancia del fabricante o de
acuerdo con las recomendaciones del fabricante.
Capı́tulo 1
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
1.1.
MEDICIONES.
1.1.1.
ELÉCTRICAS.
1.1.1.1.
VALORES RMS.
Todos los valores medidos de voltaje y corriente son valores rms a menos que por otra parte se
indique.
1.1.1.2.
SUMINISTRO DE ENERGÍA
El suministro de energı́a debe proveer voltajes estrechos de fase balanceados que se asemejen
a una onda sinusoidal. La desviación de la forma de onda de voltaje no debe exceder el 10 %. La
frecuencia deberı́a ser mantenida dentro de ±0.5 % del valor requerido para esta prueba a menos
que por otra parte se indique. Cualquier desviación de la frecuencia supuesta afectara la eficiencia
obtenida por los métodos A y B (ver 1.3.3 y 1.3.4). Cuando se usa este método la frecuencia debe
estar en un promedio de ±0.10 % del valor especificado.
1.1.1.2.1 ESTABILIDAD DE LA FRECUENCIA No pueden tolerarse cambios rápidos en
la frecuencia durante la prueba, porque cada variación no solo afecta a la máquina sino que también
al rendimiento de los dispositivos de medición. Variaciones en la frecuencia durante la prueba no
deberı́an exceder 0.33 % de la frecuencia promedio.
1.1.1.3.
SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS
Deberán usarse instrumentación y equipos con accesorios de calibrado preciso. Los factores que
alteran la precisión, particularmente con instrumentos analógicos no electrónicos, son:
a) Indicación de la fuente
b) Adelanto de la calibración
c) Rango, condición y calibración del instrumento.
Ya que la calibración del instrumento generalmente es expresado como un porcentaje completo
de escala (clase del instrumento), el rango del instrumento escogido deberá ser cercano al valor a
medir en la práctica.
El instrumento indicando debe llevar un registro de calibración, dentro de 12 meses de prueba,
indicando lı́mites de error no mayor que ±0.5 % de la escala para la comprobación general o no
mayor que ±0.2 % de la escala que se requiere por el Método B de la Prueba de Eficiencia para
mantener la exactitud y la repetitividad de los resultados de la prueba. Cuando se conectan varios
instrumentos simultáneamente en el circuito, las correcciones adicionales de los instrumentos de
indicación pueden ser requeridas en función del instrumento de menor clase.
Los instrumentos electrónicos son generalmente más versátiles y tienen mucha más alta impedancia pasiva de entrada que los instrumentos no electrónicos. La alta impedancia de entrada
reduce la necesidad de hacer las correcciones para la corriente mostrada por el instrumento. Sin
16
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
17
embargo, los instrumentos de alta impedancia de entrada son más susceptibles al ruido. Las fuentes
comunes de ruido son:
1. a) Inductividad o acoplamiento electrostático de la señal que tiene los sistemas de potencia.
2. b) Impedancia común acoplada a la conexión a tierra.
3. c) El rechazo inadecuado del modo común, aplicado a los ingresos de los amplificadores
operacionales.
4. d) Interferencia conducida a través de la lı́nea.
Una buena práctica requiere el uso de pares torcidos protegidos para las señales conducidas, mientras se conectan a tierra en un solo punto, y manteniendo los cables de señal tan lejos como sea
posible de los cables de poder.
Deben conectarse a tierra, todas las partes de metal expuestas de estos instrumentos, por
seguridad. Los requisitos de calibración de instrumento son similares a aquéllos instrumentos no
electrónicos. Cuando existen sistemas de adquisición de datos automáticos o registradores de gran
velocidad, estos pueden usarse. Con respecto al uso de instrumentos está en IEEE Std 120-1989.
(apartado 5)
1.1.1.4.
INSTRUMENTOS DE TRANSFORMACIÓN
Cuando se usan instrumentos de transformación de corriente y voltaje, se deben hacer las
correcciones de relación para los errores de voltaje y corriente ası́ como los errores de ángulo de fase
en las medidas de potencia. Los errores de los transformadores usados no serán mayores que 0.5 %
para la prueba general o no mayor que ±0.3 % que se requiere por el Método de Prueba de Eficacia
B para mantener la exactitud y repetividad de resultados de la prueba. Cuando los instrumentos
de transformación e instrumentos para medir voltaje, corriente, o potencia son calibrados para un
sistema, los errores del sistema no serán mayores que ±0.2 % de la escala que se requiere para
el Método de Prueba de Eficacia B para mantener la exactitud y repetividad de resultados de la
prueba.
1.1.1.5.
VOLTAJE
Los voltajes de lı́nea deben ser medidos con la señal de entrada conectada a los terminales de
la máquina. Si las condiciones locales no permiten tales conexiones el error presentado debe ser
evaluado y la lectura debe ser corregida. La prueba puede ser realizada donde el desequilibrio del
voltaje no exceda 0.5 %. El porcentaje de desequilibrio de voltaje es igual a 100 veces el desvı́o
máximo de voltaje promedio dividido para el voltaje promedio.
1.1.1.6.
CORRIENTE
Las corrientes de lı́nea en cada fase del motor deberı́an ser medidas y el valor de la media
aritmética debe ser usado en el cálculo del rendimiento de la máquina desde los datos de la prueba.
1.1.1.7.
POTENCIA
La potencia de ingreso para una máquina de tres fases puede ser medida por: el método de
los dos vatı́metros, utilizando un vatı́metro polifásico, también se puede utilizar tres vatı́metros
monofásicos. La exactitud de la lectura de la potencia determinará las pérdidas en las máquinas.
1.1.2.
RESISTENCIA
1.1.2.1.
RESISTENCIA DE REFERENCIA
Para obtener la medida de la resistencia del estator (rotor, en el caso de máquinas de rotor
bobinado) el procedimiento está en IEEE Std 118-1978.
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
18
1.1.2.1.1 MEDIDAS DE LA RESISTENCIA DE BAJO VALOR En una medición de
resistencia de bajo valor, las resistencias de contacto pueden limitar su exactitud; sin embargo,
sus efectos pueden ser reducidos considerablemente usando el resistor con cuatro terminales. Un
resistor de este tipo se demuestra en 1.1. La resistencia de cuatro terminales es la resistencia entre
la unión interna de J1 y J2 y se define como:
Rx =
Ecd
Iab
(1.1)
Donde Iab es la corriente entre el terminal A y la salida del terminal B Ecd es el potencial entre
el terminal C y D (y por lo tanto entre la unión J1 y J2)
Figura 1.1: Resistor con cuatro terminales[2]
Una caracterı́stica muy útil de un resistor de cuatro terminales, es que la resistencia de cuatro
terminales es incambiable si los dos terminales potenciales (CD) se utilizan como terminales de
corriente mientras que los dos terminales de corriente (AB) se utilizan como terminales potenciales.
Es decir:
Ecd
Eab
=
= Rx
Iab
Icd
(1.2)
Este principio asume que los efectos de calentamiento, sı́ son significativos, siguen siendo iguales
cuando se invierten los terminales corriente y potencia. Esto no es siempre válido cuando se utilizan
altas corrientes y ocurre un calentamiento significativo en los terminales de las resistencias Ra, Rb,
Rc, y Rd.
Algunos instrumentos y técnicas de medida de la resistencia de cuatro terminales miden R(x)
casi independiente de los valores en los terminales de las resistencias Ra, Rb, Rc, y Rd. Otros
instrumentos y técnicas de medida reducen solamente el efecto de estas resistencias pero poniéndolas en serie con resistencias en el circuito de medición cuyos valores son más altos que R(x) o
conectándolo con otras partes menos sensibles del circuito de medición.
El efecto de contacto de las cuatro resistencias puede ser eliminado o ser reducido su resistencia
eficientemente.
1.1.2.2.
AMBIENTE
Toda la ejecución de las pruebas debe ser ajustada para una temperatura ambiente de 25º C.
1.1.2.3.
CORRECCIÓN PARA ESPECIFICAR LA TEMPERATURA
Cuando la resistencia, Rt de la bobina es determinada por la prueba a una temperatura tt , la
resistencia puede ser corregida para una temperatura especı́fica, ts , por la siguiente ecuación:
Rs =
donde:
Rt (ts + k)
(tt + k)
(1.3)
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
19
Rs .- Es la resistencia de la bobina, corregida a la temperatura especı́fica, ts en Ω.
ts .- Es la temperatura especı́fica para la corrección de la resistencia, en °C.
Rt .- Es el valor de la prueba de resistencia en la bobina, en Ω a temperatura tt .
tt .- Es la temperatura de la bobina cuando fue medida la resistencia en ºC.
k.- Es 234.5 para el cobre, 100 % de la conductividad del IACS (International Annealed Copper
Standard), o 225 para el aluminio, basado en una conductividad del volumen del 62 %.
1.1.3.
MECÁNICO
1.1.3.1.
POTENCIA
Las medidas de la energı́a mecánica serán tomadas con cuidado y exactitud. Si se va a utilizar
un freno mecánico, las pérdidas, será compensadas para determinar el valor real. Si las medidas
de la salida del dinamómetro son utilizadas, el acoplamiento, más las pérdidas de fricción del
cojinete deben ser compensados. Los dinamómetros a utilizar deben cumplir la condición tal que
el acoplamiento, la fricción, y las pérdidas en la bobina medida por el dinamómetro a la velocidad
clasificada de la máquina no deben ser mayores del 15 % del valor de la salida de la máquina; y
deben ser sensibles a un cambio de esfuerzo del par de 0.25 % del esfuerzo del valor del par.
NOTA: Se define el dinamómetro como un dispositivo de prueba para aplicar el esfuerzo de
torsión al rotor de la máquina. Este equipo tiene los medios para indicar el esfuerzo de torsión y la
velocidad. Un transductor en lı́nea con el esfuerzo de torsión se puede utilizar para proporcionar
una medida directa del esfuerzo de torsión en el eje de la máquina.
Según lo requerido por el método B de la prueba de eficacia es mantener exactitud y la capacidad
de repetición de los resultados de la prueba, los errores de la instrumentación usada para medir el
esfuerzo de torsión mecánico no serán mayores del ±0.2 %. Al usar un dinamómetro, la energı́a del
eje del dinamómetro, en vatios, se obtiene de la ecuación siguiente:
P otencia (W ) = ωT =
T ·n
k
(1.4)
donde:
T .- Es el par.
n.- es la velocidad de rotación en r/min.
k.- Es 9.549 si T está en N · m
k.- Es 7.043 si T está en lbf · pies
1.1.3.2.
VELOCIDAD Y DESLIZAMIENTO
1.1.3.2.1 INSTRUMENTOS Los tacómetros o los contadores analógicos de velocidad no son
suficientemente exactos para medir el deslizamiento. Por lo tanto, se recomienda el método estroboscópico o tacómetros digitales. Cuando se utiliza un estroboscopio, la fuente de alimentación
para el estroboscópio debe tener la misma frecuencia que la fuente de alimentación del motor.
La instrumentación usada para medir velocidad no debe tener un error mayor que ±1.0 r/min
de la lectura, determinada por la prueba del método B de eficacia, para mantener exactitud y la
capacidad de repetición de los resultados de la prueba.
La velocidad del deslizamiento es la diferencia entre la velocidad sı́ncrona y la velocidad medida
en r/min, pero el deslizamiento se expresa generalmente en valores por unidad.
S=
velocidad medida (r/min)
velocidad sı́ncrona(r/min)
(1.5)
1.1.3.2.2 CORRECCIÓN DEL DESLIZAMIENTO POR LA TEMPERATURA Las
medidas del deslizamiento se deben corregir a la temperatura especı́fica del estator como sigue:
Ss =
St (ts + k)
(tt + k)
donde:
Ss .- Es el deslizamiento corregido a temperatura especı́fica del estator, ts .
St .- Es el deslizamiento medido en la bobina del estator a la temperatura,tt .
(1.6)
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
20
ts .- Es la temperatura especı́fica para la corrección de la resistencia, en el ºC.
tt .- Es la temperatura observada de la bobina del estator durante la prueba con carga, en °C.
k.- Es 234.5 para el cobre, 100 % de la conductividad del IACS o 225 para el aluminio, basado
en una conductividad del volumen del 62 % (basado en el material del conductor del rotor).
1.1.4.
PROCEDIMIENTO
Siempre que se dé una serie de crecimiento o decrecimiento de las lecturas de datos, cada caso
se debe tomar con cuidado para que no se altere el ajuste deseado.
1.1.5.
SEGURIDAD
Las medidas de seguridad deben ser tomadas en cada uno de los procedimientos considerando
que las corrientes, los voltajes, y las fuerzas encontradas, en cada proceso son peligrosas. Sin embargo, este estándar incluye las medidas de seguridad especiales aplicables a las pruebas particulares
descritas. Todas las pruebas se deben realizar por personal bien informado y experimentado.
1.2.
1.2.1.
TIPOS DE PRUEBAS
PERDIDAS EN EL ESTATOR I 2 R
Las pérdidas en el estator I 2 R en (W) es igual a 1.5 I 2 R para máquinas trifásicas.
I.- Es la corriente rms medida o calculada en el terminal de la lı́nea con carga especı́fica.
R.- Es la resistencia entre cualquiera de los dos terminales de la lı́nea corregidos a la temperatura
especı́fica (véase 1.1.2.3)
1.5.- Considerando la conexión estrella y la medición realizada con los tres terminales.
1.2.1.1.
TEMPERATURA ESPECÍFICA
La temperatura especı́fica usada en la corrección de la resistencia, se debe determinar por una
de las siguientes razones:
a) La medida de la subida de temperatura por el valor de la resistencia de carga en la prueba
de la temperatura especificada 25°C. La carga es un dato identificado en la placa de fabricación en
factor de servicios 1.0.
b) Medición de la subida de temperatura en la máquina duplicada conforme al inciso a).
Nota: La máquina duplicada debe ser una de la misma construcción y diseño eléctrico.
c) Cuando la subida de temperatura de la carga no se ha medido, la resistencia de las bobinas se
debe corregir a la temperatura demostrada en el cuadro1.1
Clases de Aislamiento del sistema
A
B
F
H
Temperatura en ºC
75
95
115
130
Cuadro 1.1: Temperatura especifica
Esta temperatura de referencia se debe utilizar para determinar pérdidas de I 2 R en todas
las cargas. Si el valor del incremento de la temperatura es especificada como la de una clase de
aislamiento más baja que la del sistema usada en la construcción, la temperatura para la corrección
de la resistencia debe ser la de la clase de aislamiento más baja.
CAPÍTULO 1.
1.2.2.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
21
PÉRDIDAS EN EL ROTOR I 2 R
La pérdida del rotor I 2 R, incluyendo las pérdidas por el contacto de las escobillas para las
máquinas de rotor bobinado, debe ser determinada con el deslizamiento s por unidad, siempre que
el deslizamiento sea exactamente determinado, usando las ecuaciones 1.7 y 1.8 como sigue:
mot. I 2 R = (pot. de ingr. med. en el est.−pérd. del est. I 2 R − per. en el hierro) · s
(1.7)
gen. I 2 R = (pot. de sal. med. en el est. + pérd. del est. I 2 R +pérd. en el hierro) · s
(1.8)
1.2.3.
PÉRDIDA EN EL HIERRO, POR FRICCIÓN Y EFECTOS DEL
VIENTO (PRUEBA SIN CARGA)
La prueba se realiza haciendo funcionar la máquina como un motor con en el voltaje y la
frecuencia clasificados sin carga conectada. Para asegurarse de que el valor correcto de la pérdida
de fricción es obtenido, la máquina debe funcionar hasta que la entrada se haya estabilizado.
1.2.3.1.
CORRIENTE SIN CARGA
Es la corriente promedio de las corrientes medidas en cada lı́nea sin carga.
1.2.3.2.
PÉRDIDAS SIN CARGA
La lectura de la potencia de entrada es el total de las pérdidas en el motor sin carga. Reste la
pérdida de estator I 2 R (a la temperatura de esta prueba) dando la suma de pérdidas de entrada
por fricción (incluyendo las pérdida en las escobillas en los motores del rotor bobinado), efecto del
viento, y de pérdidas del hierro.
1.2.3.3.
SEPARACIÓN DE PÉRDIDA DEL HIERRO DE LAS PÉRDIDAS POR
FRICCIÓN Y EFECTO DEL VIENTO
La separación de la pérdida del hierro de las pérdidas de fricción y efecto del viento se puede
obtener por la lectura del voltaje, corriente, y la potencia de entrada, a valores de frecuencia y
rangos bajos de voltajes a partir del 125 % del voltaje nominal a tal punto donde la reducción
adicional del voltaje aumenta la corriente.
1.2.3.4.
FRICCIÓN Y EFECTO DEL VIENTO
La potencia de entrada menos la pérdida de estator I 2 R es inversamente proporcional al voltaje,
y la curva de voltaje que se obtiene tiende a cero. La intercepción con el eje cero del voltaje es la
pérdida de la fricción y efecto del viento. La interceptación se puede determinar más exactamente
si la perdida mı́nima de entrada del estator I 2 R se traza vs el voltaje ajustado para los valores en
una gama de tensión inferior. Un ejemplo es la curva rayada demostrada en la Fig. 1.2.
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
22
Figura 1.2: Determinación de las pérdidas por fricción y efecto del viento[4]
1.2.3.5.
PÉRDIDAS EN EL HIERRO
La pérdida del hierro sin carga y el valor de voltaje se obtienen restando el valor de la pérdida
por fricción y por efecto del viento (obtenida de 1.2.3.4) de la suma de la pérdida por fricción y
por efecto del viento con la pérdida en el hierro (obtenida de 1.2.3.2).
1.2.4.
PÉRDIDAS PRODUCIDAS EN LA CARGA
Las pérdidas producidas en la carga son proporcionales a la pérdida total en una máquina sin
considerar: la suma de las pérdidas por fricción y efecto del viento, pérdida del estator I 2 R, pérdida
del rotor I 2 R, y la pérdida en el hierro.
1.2.4.1.
MEDIDA INDIRECTA
Las pérdidas por pérdida en la carga se determinan midiendo las pérdidas totales, y restando
la suma de las pérdidas por fricción y efecto del viento, pérdida en el hierro, pérdida del estator
I 2 R, y pérdida del rotor I 2 R. La medición indirecta es usada en los métodos B, C, y C/F de la
eficiencia (véase 1.3.4, 1.3.5, y 1.3.8).
El procedimiento para determinar la pérdida por pérdidas en la carga (el método B) se
describe en 1.3.4.2.6.
El procedimiento para determinar la pérdida por pérdidas en la carga (el método C) se
describe en 1.3.5.2.
El procedimiento para determinar la pérdida por pérdidas en la carga (el método C/F) se
describe en 1.3.8.1.
1.2.4.2.
MEDIDA DIRECTA
La medida directa se utiliza en los métodos E, F, y E/F de la eficiencia (véase 1.3.6, 1.3.7, y
1.3.8).
1.2.4.2.1 COMPONENTE DE PÉRDIDA DEL ESTATOR POR PÉRDIDAS EN LA
CARGA. La pérdida por pérdidas en la carga a una frecuencia fundamental se determinan,
aplicando voltajes equilibrados polifásicos a los terminales de la bobina del estator sin el rotor.
La potencia de entrada menos la pérdida del estator I 2 R a la temperatura de la prueba da como
resultado la pérdida por pérdidas en la carga a la frecuencia fundamental. Durante esta prueba, el
soporte de los cojinetes y otras piezas estructurales en los cuales la corriente puede ser inducida
debe estar en su lugar. Las corrientes usadas en esta prueba y que se describen en 1.2.4.2.2 se deben
identificar como It deben tener valores establecidos por la ecuación 1.9 para las magnitudes que
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
23
cubren los valores de cargas a partir de la carga determinada para 1/4 o 1-1/2, según lo indicado
por el método de prueba apropiado.
q
It = (I 2 − I02 )
(1.9)
donde:
It .- Es el valor de la corriente en la bobina del estator durante la prueba de pérdida por pérdidas
en la carga.
I0 .- Es el valor de la corriente sin carga (vea 1.2.3.1).
I.- Es el valor de corriente de lı́nea para el funcionamiento del estator por lo cual la pérdida
por pérdidas en la carga debe ser determinada.
1.2.4.2.2 MÉTODO PARA LA PRUEBA DE ROTACIÓN INVERSA La pérdida por
pérdida en la carga ocurre con altas frecuencias, determinada por una prueba de rotación inversa.
Con el motor montado totalmente, se aplica el voltaje polifásico equilibrado con la frecuencia
especificada en los terminales de la bobina del estator. El rotor es conducido por medios externos
a la velocidad sı́ncrona en la dirección opuesta a la del campo del estator. (La velocidad correcta
se puede determinar fácilmente por el método estroboscópio o por un tacómetro digital.) Midiendo
la potencia de entrada en la bobina del estator.
La potencia mecánica requerida para que gire el rotor se mide con y sin la corriente en la bobina
del estator. La magnitud de la corriente será los mismos valores según lo utilizado en 2.2.4.2.1.
Para motores de rotor bobinado, los terminales del rotor deben estar cortocircuitados.
1.2.4.2.3 MÉTODO DIRECTO PARA EL CÁLCULO DE PÉRDIDA POR PÉRDIDAS EN LA CARGA La pérdida por pérdida en la carga WLL se calcula como sigue:
WLL = LLs + LLr
(1.10)
En la Ecu. 1.10, los valores de LLs y LLr se calculan con los mismos valores de la corriente de
lı́nea It .
donde:
LLss = Ws – perdidas en el estator I 2 R = frecuencia fundamental de pérdidas por pérdida en
la carga.
La pérdida en la bobina del estator I 2 R del estator será el producto del número de fases,It2 R
y r1, tomados en cada punto de carga.
LLr =(Pr − Pf ) − (Wr –LLs – perdidas en el estator I 2 R) = frecuencia alta de pérdidas por
pérdida en la carga.
La pérdida en la bobina del estator I 2 R del estator será el producto del número de fases, It2 R
y r1, tomados en cada punto de carga.
r1 .- Es la resistencia de la fase del estator (para una máquina trifásica, esto es tomado como la
mitad de la resistencia entre los terminales).
Pr .- Es la potencia mecánica requerida para impulsar el rotor con el voltaje aplicado en los
terminales de la bobina del estator.
Pf .- Es la potencia mecánica requerida para impulsar el rotor sin el voltaje aplicado en los
terminales de la bobina del estator.
Ws .- Es la entrada eléctrica a la bobina del estator sin el rotor.
Wr .- Es la entrada eléctrica a la bobina del estator durante la prueba de rotación inversa.
1.2.4.2.4 ANÁLISIS DE LOS DATOS DE LA PRUEBA Analizar los valores de la prueba,
de(Pr –Pf ),Ws y Wr es usar un análisis anterior de la potencia vs el registro de la corriente.
(Pr − Pf ) = A1 (It )
N1
(1.11)
Ws = A2 (It )N 2
(1.12)
Wr = A3 (It )N 3
(1.13)
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
24
donde:
A.- Es la intercepción dey en un diagrama con abscisas y ordenadas logarı́tmicas (una constante)
N .- Es la inclinación en un diagrama con abscisas y ordenadas logarı́tmicas (aproximadamente
2)
I.- Es la corriente de lı́nea observada durante la prueba de pérdidas por perdidas en la carga.
Si los datos son exactos, cada curva se ajustará a una relación de variación cuadrática entre
la potencia y la corriente. Ası́, el factor de correlación anterior y el exponente para cada curva
servirán como indicadores de datos exactos.
NOTA: Los bajos factores de potencia encontrados durante las pruebas especificadas en 1.2.4.2.1 y 1.2.4.2.2 hacen imprescindible que la corrección del error de fase
sea aplicado a todas las lecturas del vatı́metro. Referir a IEEE Std 120-1989.
1.2.4.2.5 CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR PÉRDIDAS EN LA CARGA EN UN
PUNTO ESPECÍFICO Determinar un valor de aproximación de corriente I2 en el rotor corresponde al valor dado de corriente de lı́nea, I del estator, como:
0
1
I2 = (I 2 − I02 ) 2
(1.14)
donde:
I.- Es el valor dado de corriente de lı́nea del estator
I0 .- Es el valor de la corriente sin carga del estator
Para el valor de la corriente del rotorI2’ , se calcula un valor de pérdidas por perdida en la carga
W ’LL para las máquinas trifásicas. como sigue:
W 0 LL = A1 Ö(I20 )N 1 + 2A2 Ö(I20 )N 2 − A3 Ö(I20 )N 3 − 3Ö(I20 )2 Ö(2Ör1s − r1r )
(1.15)
donde:
W ’LL .- Es el valor de pérdidas por pérdida en la carga por el valor de corriente aproximado del
rotor que corresponde a la carga dada.
I’2 .- Es el valor aproximado de la corriente del rotor correspondiente a la carga dada de la Ecu.
1.14.
r1s .- Es la resistencia del estator por fase durante la prueba sin rotor a la temperatura de la
prueba (véase 1.2.4.2.1).
r1r .- Es la resistencia del estator por fase durante prueba de rotación inversa la temperatura
de la prueba (véase 1.2.4.2.2)
El valor de las pérdidas por pérdida en la carga, dados corresponde a un valor de I ’2 calculado
usando la Ecu. 1.14.
WLL = W 0 LL (
I2 2
0 )
I2
(1.16)
donde:
I2 .- Es el valor de la corriente del rotor apropiado en el punto de carga para el cual las pérdidas
por pérdida en la carga es determinada.
El valor de la corriente del rotor se calculada como:
q
(1.17)
I2 = (I 2 − I02 )
donde:
I.- Es el valor de la corriente de lı́nea para el funcionamiento del estator para el cual las pérdidas
por pérdida en la carga debe ser determinada.
I0 .- Es el valor de la corriente sin carga.
CAPÍTULO 1.
1.2.4.3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
25
MÉTODO DIRECTO ALTERNO PARA LOS MOTORES DE ROTOR BOBINADO
Este método se utiliza con los métodos de eficiencia E, F, y E/F (véase 1.3.6, 1.3.7, y 1.3.8). En
este método, el rotor se excita con corriente continua, y los terminales de la bobina del estator se
cortocircuitan, incluyendo un amperı́metro para medir la corriente del estator. El rotor es excitado
por medios externos a la velocidad sı́ncrona. Se ajusta la excitación del rotor hasta que la circulación
de corriente en la bobina del estator tenga el valor para poder determinar las pérdidas por pérdida
en la carga. La potencia mecánica requerida para girar el rotor, con la excitación, (Pr ), y sin la
excitación, (Pf ), se puedan medir.
WLL = Pr − Pf − perdidas en el estator I 2 R a la temperatura durante la prueba
(1.18)
Si se utilizan seis puntos de carga, la exactitud puede ser mejorada trazando las pérdidas por
pérdida en la carga vs la corriente en el estator y siguiendo un procedimiento similar a ( véase
1.2.4.2.4).
1.2.4.4.
PRESUNTAS PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA
Esta medida se utiliza con los métodos de eficiencia E1, F1, y E1/F1 (véase 1.3.6, 1.3.7, y
1.3.8). Si las pérdidas por pérdida en la carga no se miden, y es aceptada por estándares aplicados
o por especificaciones del fabricante, el valor de las pérdidas por pérdida en la carga, este valor de
la carga se puede asumir por el valor dado en 1.2.
Valores de la maquina
1-125 hp
126-500 hp
501-2499 hp
2500 hp en adelante
1-90 kW
91-375 kW
376-1850 kW
1851 kW en adelante
% del valor de salida de perdidas
por perdida en la carga
1.8 %
1.5 %
1.2 %
0.9 %
Cuadro 1.2: PRESUNTAS PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA
Para otros valores de carga dada,se debe asumir que las pérdidas por pérdida en la carga, WLL ,
es proporcional al cuadrado de la corriente del rotor, i.e. ,
0
WLL = W LL (
I2 2
0 )
I2
(1.19)
donde:
0
WLL .- Es el valor de pérdidas por pérdida en la carga correspondiente al valor de corriente del
rotor I2’.
I2 .- Es el valor de la corriente del rotor apropiado en el punto de carga para el cual las pérdidas
por pérdida en la carga es determinada.
I ’2 .- Es el valor de la corriente del rotor correspondiente a la carga dada.
1.2.5.
PÉRDIDAS EN LOS SOPORTES DE LAS ESCOBILLAS
Esta medida se utiliza en los métodos de eficiencia F y F1 (véase 1.3.7). Para las máquinas de
rotor bobinado, las pérdidas en los soportes de las escobillas se debe determinar por el cálculo del
producto de la caı́da de voltaje y la corriente secundaria. La caı́da de voltaje en todas las escobillas
de la misma fase (entre los anillos en una máquina trifásica) se puede asumir 1.0 V para el carbón
o las escobillas de grafito, y 0.3 V para los escobillas de metal-carbón.
CAPÍTULO 1.
1.3.
1.3.1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
26
DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA
GENERAL
La eficiencia es el cociente de la potencia de salida por la potencia de entrada total. La potencia
de salida es igual a la energı́a de entrada menos las pérdidas. Por lo tanto, si dos de las tres variables
(salida, entrada, o pérdidas) se saben, la eficiencia se puede determinar por una de las ecuaciones
siguientes:
Para motores
(potencia de salida)
(potencia de entrada)
(1.20)
ef iciencia =
(potencia de entrada -pérdidas)
(potencia de entrada)
(1.21)
ef iciencia =
(potencia de salida)
(potencia de salida +pérdidas)
(1.22)
ef iciencia =
Para generadores
Salvo que se especifique lo contrario, la eficiencia debe ser resuelta para el voltaje y la frecuencia
determinados. La eficiencia se puede determinar lo más exactamente posible con los resultados de
la prueba cuando el voltaje no se desvı́a perceptiblemente de voltaje determinado y el desequilibrio
del voltaje no excede el 0.5 % (véase 1.1.1.5). Cuando en un punto de la carga se tiene otro valor
del voltaje clasificado, puede ser combinado con el circuito equivalente (métodos F y F1) para
calcular el funcionamiento a valor de voltaje determinado (véase 1.3.8).
1.3.2.
MÉTODOS DE PRUEBA PARA LA EFICIENCIA.
Los varios métodos para la determinación de la eficiencia y las pérdidas, se identifican como
sigue:
a) Método A: A la entrada y salida
b) Método B: A la entrada y salida, con la separación de las pérdidas y la medida indirecta de
las pérdidas por pérdida en la carga.
c) Método C: Máquinas duplicados, con la separación de las pérdidas y la medida indirecta de
las pérdidas por pérdida en la carga.
d) Método E: Medida de la energı́a eléctrica, bajo carga con la separación de las pérdidas y la
medida directa de las pérdidas por pérdida en la carga.
e) Método E1: Medida de la energı́a eléctrica bajo carga con la separación de pérdidas y el valor
presunto de la pérdidas por pérdida en la carga.
f) Método F: Circuito equivalente, con la medida directa de las pérdidas por pérdida en la
carga.
g) Método F1: Circuito equivalente con el presunto valor de las pérdidas por pérdida en la
carga.
h) Método C/F: Circuito equivalente ajustado al método C en un punto de carga con la medida
indirecta de las pérdidas por pérdida en la carga.
i) Método E/F: Circuito equivalente ajustado al método E en un punto de carga con la medida
directa de las pérdidas por pérdida en la carga.
j) Método E1/F1: Circuito equivalente ajustado al método E en un punto de carga con el
presunto valor de las pérdidas por pérdida en la carga.
1.3.2.1.
GUÍA PARA ESCOGER EL MÉTODO DE LA PRUEBA DE EFICIENCIA
Generalmente el método de entrada y salida (método A) se debe limitar a las máquinas con
caballos de potencia fraccionarios.
Salvo que de lo contrario se especifiquen, motores horizontales, polifásicos, jaula de ardilla con
valores de 1-250 Hp, (1-190 kilovatios) se deben probar por el método de entrada y salida con
la separación de las pérdidas (método B). El método B se debe seleccionar cuando el valor para
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
27
cada uno de los componentes de las pérdidas en el motor está dada o cuando la precisión y la
capacidad de repetición de este método se requiere, por ejemplo por el programa de EEM (NIST
Handbook 150-10. Efficiency of Electric Motors). Los motores verticales en el rango de 1-250 Hp,
(1-190 kilovatios) se deben también probar por el Método B. Si por la construcción de los cojinetes
no se permite los motores verticales en este rango de Hp se pueden probar por Método E, E1, F,
o F1. Los motores polifásicos en gran parte son de 250 Hp, (190 kilovatios) se pueden probar por
Método B, C, E, E1, F, o F1 dependiendo de la disponibilidad y la facilidad de prueba requerida.
1.3.3.
PRUEBA DEL MÉTODO A - ENTRADA Y SALIDA
Para este método, la eficiencia se calcula con el valor de la potencia de salida medida y la
potencia de entrada medida, después de la corrección de la temperatura y del dinamómetro (si
fuera aplicable).
1.3.3.1.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
La máquina es colocada por medio de un freno o de un dinamómetro mecánico (véase 1.1.3.1).
Las lecturas de la potencia, corriente, voltaje, frecuencia, deslizamiento, par, temperatura ambiente, y de la temperatura de la bobina del estator o de la resistencia de la bobina del estator
serán obtenidas para cuatro puntos de carga aproximadamente equidistantes entre no menos que
el 25 % incluyendo la carga del 100 %, y dos puntos de carga elegidos convenientemente sobre la
carga del 100 % pero no exceder la carga el 150 %. Para la carga de la máquina, comenzar en el
valor más alto de la carga y moverse en orden decreciente al más bajo.
1.3.3.2.
FORMA DEL CÁLCULO
El funcionamiento se calcula según las indicaciones de la forma A. La corrección del dinamómetro se debe hacer, si fuera aplicable, según lo explicado. La pérdida del estator debe ser corregida
para la temperatura según lo indicado.
La corrección del dinamómetro se debe hacer con la misma dirección de rotación que se utiliza
durante la prueba con carga.
1.3.4.
PRUEBA DEL MÉTODO B - ENTRADA Y SALIDA CON SEPARACIÓN DE LA PÉRDIDAS
Este método consiste en varios pasos. Todos los datos se toman con la máquina en funcionamiento como motor o como generador, dependiendo de la región de operación para la cual se
requieren los datos de la eficiencia.
La pérdida total evidente (entrada menos salida) esta separada en varios componentes, con la
pérdida por pérdida en la carga definida como la diferencia entre la pérdida total evidente y la
suma de las pérdidas convencionales (pérdida del estator y del rotor, pérdida en el hierro, y pérdida
de fricción y por efecto del viento). Ası́ el valor de la pérdida por pérdida en la carga determinado
es trazado vs el cuadro del par, y una regresión lineal se utiliza para reducir el efecto de errores
al azar, en las medidas de la prueba. Los datos tomados de la pérdida por pérdida en la carga se
utilizan para calcular el valor final de la pérdidas totales y de la eficiencia.
1.3.4.1.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
Las pruebas secundarias que componen el procedimiento de prueba del método B deben ser
realizados en el orden enumerado. No es necesario que los pruebas secundarias sean realizadas
sucesivas inmediatamente después la anterior.
Las pruebas secundarias pueden ser realizadas individualmente si la temperatura de funcionamiento del motor se establece cerca de su temperatura de funcionamiento normal a la carga
determinada para obtener los datos de prueba.
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
28
1.3.4.1.1 PRUEBA DE TEMPERATURA A LA CARGA DETERMINADA
La
máquina se acopla a un dinamómetro y funciona a la carga determinada. Esta prueba no se
requiere cuando una prueba a la temperatura de la carga determinada se ha realizado previamente
en una máquina similar.
1.3.4.1.2 PRUEBA BAJO CARGA La máquina es cargada por un dinamómetro, ver 1.1.3.1.
La temperatura de la bobina del estator estará dentro de 10°C de la lectura de temperatura más
caliente registrada durante la prueba de temperatura a la carga determinada. El método de prueba
de 1.3.3.1 se utiliza, en esta prueba siendo realizada lo más rápidamente posible para reducir al
mı́nimo cambios de temperatura en la máquina durante la prueba. La corrección del dinamómetro
deberá ser hecha en ala misma dirección de rotación que es usada durante la prueba con carga.
1.3.4.1.3 PRUEBA SIN CARGA Ver 1.2.3 incluyendo 1.2.3.3, la separación de las pérdida en
el hierro, fricción y la pérdida por el viento. Antes de hacer esta prueba, la máquina debe funcionar
sin carga hasta que la temperatura y los valores de entrada se hayan estabilizado.
1.3.4.2.
FORMA DEL CÁLCULO
Para calcular el funcionamiento del motor o del generador se usa la forma B, que incluye la
corrección de temperatura y la separación de las pérdidas. El valor para la pérdida por pérdidas
en la carga es determinado por el método indirecto.
1.3.4.2.1 FRICCIÓN Y PÉRDIDAS POR EL VIENTO
1.3.4.2.2 PÉRDIDA EN EL HIERRO
Ver 1.2.3.4.
Ver 1.2.3.5.
1.3.4.2.3 PÉRDIDA DEL ESTATOR I 2 R Ver 1.2.1.
Si la resistencia del estator no se mide directamente durante la prueba, la resistencia para cada
punto de carga será determinada según la 1.4.2.3 con el valor para la temperatura especificada y
fijada a la de la temperatura medida durante la prueba en cada punto de carga.
1.3.4.2.4 PÉRDIDA DEL ROTOR I 2 R
Ver 1.2.2.
1.3.4.2.5 PÉRDIDA APARENTE TOTAL La pérdida total evidente será calculada por
separado para cada punto de carga restando la medida de salida en vatios de la medida de entrada
en vatios.
1.3.4.2.6 DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA
(MÉTODO INDIRECTO) Las pérdidas por pérdida en la carga serán calculada por separado
para cada punto de carga restando la pérdida total evidente, la pérdida del estator a la temperatura
de la prueba, la pérdida en el hierro, la pérdida por fricción y del viento, y la pérdida del rotor que
corresponde al valor medido del deslizamiento. La pérdida por pérdida en la carga será calculada
para cada uno de los seis puntos de carga aproximadamente espaciados equitativamente (véase
1.3.3.1).
1.3.4.2.7 ALISAMIENTO DE LAS PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA
Los datos alisados de la pérdida por pérdida en la carga usando un análisis de regresión linear
basado en la expresión de la pérdida por pérdida en la carga en función del cuadro del esfuerzo de
torsión de la carga.
WLL = AT 2 + B
(1.23)
donde:
WLL .- Es la pérdida por pérdida en la carga según lo trazado con el esfuerzo de torsión ajustado.
T .- Es el par
A.- Es la inclinación
B.- Es la intercepción con la lı́nea cero del esfuerzo de torsión.
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
29
Si la inclinación es negativa, o si el factor de correlación,r, es menor a 0.9, suprima el punto peor
y repita la regresión. Si esto aumentar a 0.9 o más, utilice la segunda regresión; si la inclinación
sigue siendo negativa, la prueba es insatisfactoria. Si los errores en las lecturas de la instrumentación
o de la prueba, se indican, la fuente del error debe ser investigada y ser corregida, y la prueba debe
ser repetida.
Los errores por la fricción del cojinete o del dinamómetro, pueden hacer que las lecturas del
esfuerzo de torsión sean diferentes para el mismo valor de la potencia, dependiendo de si la carga
es cada vez mayor o decreciente antes de la lectura.
Cuando el factor de correlación, r, es menor de 0.9, este se obtiene después en el segundo
cálculo, se debe hacer un promedio de dos sistemas de lecturas. El primer sistema debe ser tomado
mientras gradualmente aumenta la carga, el segundo sistema mientras disminuye la carga. Las
curvas del esfuerzo de torsión vs la potencia se deben trazar para cada sistema de lecturas, y el
valor promedio de A basado en las dos curvas es el que debe usarse.
1.3.4.3.
CORRECCIÓN DE LA PÉRDIDA Y DE LA EFICIENCIA TOTALES.
1.3.4.3.1 CORRECCIÓN DE LAS PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA
valor corregido de la pérdida por pérdida en la carga es:
WLL AT 2
El
(1.24)
1.3.4.3.2 CORRECCIÓN DE LA TEMPERATURA AMBIENTE PARA LA PÉRDIDA EN EL ESTATOR I 2 R Una pérdida corregida del estator para cada uno de los seis puntos
de carga se calcula usar el valor común de la resistencia del estator obtenido de la prueba de temperatura a carga determinada corregida a un ambiente de 25°C. En 1.1.2.3, la resistencia Rt es
la resistencia medida en conclusión con la prueba de la temperatura a carga clasificada; tt es la
temperatura más caliente de la bobina medida durante la prueba de temperatura, y ts es igual al
tt corregido a un ambiente de 25°C.
1.3.4.3.3 CORRECCIÓN DE LA TEMPERATURA AMBIENTE PARA LA PÉRDIDA EN EL ROTOR I 2 R Una pérdida corregida del rotor I 2 R para cada uno de los seis puntos
de carga se calcula según lo dado 1.2.2 usando el valor del deslizamiento para cada uno de los puntos corregidos a un ambiente de 25°C y usando el valor corregido del ambiente de la pérdida del
estatorI 2 R para cada punto de carga. En 1.1.3.2.2, el deslizamiento st es la medida del deslizamiento para el punto particular de carga, tt es la temperatura más caliente de la bobina medida
para el punto particular; y ts es la temperatura más caliente de la bobina durante la prueba de
temperatura corregida a un ambiente de 25°C.
1.3.4.3.4 CORRECCIÓN DE LAS PÉRDIDAS TOTALES Una pérdida total corregida
para cada uno de los seis puntos de carga se determina por la suma de la pérdida de la fricción
y del viento (véase 1.3.4.2.1), la pérdida del hierro (véase 1.3.4.2.2), la pérdida corregida para la
pérdida en la carga (véase 1.3.4.3.1), la pérdida con temperatura corregida del estatorI 2 R (véase
1.3.4.3.2), y la pérdida con temperatura corregida del rotor I 2 R (véase 1.3.4.3.3).
1.3.4.3.5 CORRECCIÓN DE LA POTENCIA MECÁNICA La energı́a mecánica corregida para cada uno de los seis puntos de carga es igual a la diferencia entre la potencia de entrada
medida y la pérdida total corregida para un motor. La potencia de entrada corregida es igual a la
suma de la potencia de salida y la suma de la pérdida total corregida para un generador.
1.3.4.3.6 EFICIENCIA
corregida de 1.3.4.3.5.
1.3.4.4.
Ver 2.3.1. Utilizar la corriente eléctrica medida y la energı́a mecánica
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR / GENERADOR
Calcular el funcionamiento del motor o del generador, que incluye la corrección de temperatura.
CAPÍTULO 1.
1.3.5.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
30
PRUEBA DEL MÉTODO C - MÁQUINAS DUPLICADAS
Este método para determinar la eficiencia puede ser utilizado cuando las máquinas disponibles
son duplicadas. Las dos máquinas se juntan y se conectan eléctricamente con dos fuentes de energı́a,
la frecuencia debe ser ajustada.
1.3.5.1.
MÉTODO DE PRUEBA
1.3.5.1.1 PRUEBAS SIN CARGA DE LAS DOS MÁQUINAS
Ver 1.2.3.
1.3.5.1.2 PRUEBA BAJO CARGA Una máquina funciona como motor a voltaje y frecuencia
determinados, y la otra es dada como generador a valores de voltaje y frecuencia determinados,
para condiciones de frecuencias menores para alcanzar la carga deseada. Las lecturas se deben
tomar a la entrada y la salida eléctrica, además de la temperatura de la bobina del estator o
resistencia de la bobina del estator y el deslizamiento de cada máquina.
La prueba se debe repetir con la dirección del flujo de energı́a invertida. La frecuencia de la
primera máquina sigue estando sin cambios mientras que la del segundo se eleva para producir la
carga deseada. La localización de los instrumentos y los transformadores no deben ser cambiados.
Por esta anulación del flujo de energı́a, los errores ordinarios de calibración de todos los instrumentos son reducidos al mı́nimo. Los errores del ángulo de fase de los transformadores son acumulativos
para las pruebas de motores y generadores. Es importante hacer las correcciones exactas para los
errores del ángulo de fase, porque harán que las pérdidas aparezcan más pequeñas que el valor
verdadero (véase 1.1.1.4).
1.3.5.2.
PÉRDIDA POR PÉRDIDA EN LA CARGA (MÉTODO INDIRECTO)
Se obtiene las pérdidas por pérdida en la carga como sigue:
Las pérdidas en el estator I 2 R a la temperatura de la prueba es calculada por cada máquina
usando la corriente observada.
Las pérdidas en el rotor del motor I 2 R es:
desliz. motor · (poten. de ingre. motor − pérd. del estator I 2 R − pérd. en el hierro)
(1.25)
Usando el deslizamiento del motor observado en por unidad a la velocidad sı́ncrona.
Las pérdida combinada por pérdida en la carga es determinada restando de la pérdida medida
total (diferencia entre la entrada y la salida) la suma de las pérdidas del estator I 2 R, pérdidas
del rotor I 2 R, pérdidas en el hierro, y pérdidas por fricción y del viento de las dos máquinas.
Las pérdidas por pérdida en la carga se asumen para ser proporcionales al cuadrado de la
corriente del rotor. Se toman las pérdidas por pérdida en la carga como:
pérd. carga mot. = pérd. est. I 2 R
(pérd. carga combinada)
(pérd. rotor mot. I 2 R + pérd. rotor gen. I 2 R)
perd. carga gene = (pérd. carga combinada) − (pérd. carga motor)
(1.26)
(1.27)
El promedio de los resultados obtenidos con las dos direcciones del flujo de energı́a (motor y
generador) se toma como el valor medio de las pérdidas por pérdida en la carga.
1.3.5.2.1 DATOS DE LAS PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA USANDO
UN ANÁLISIS DE REGRESIÓN LINEAR
WL Lave = A(I2ave )2 + B
(1.28)
donde:
WLLave .- Es el valor medio de las pérdidas por pérdida en la carga según lo trazado vs la
corriente aproximada del rotor.
A.- es el deslizamiento
B.- Es la intercepción con la lı́nea actual cero.
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
31
I2ave .- Es el valor medio de la corriente del rotor.
El valor de la corriente del rotor, I2 , para cada dirección del flujo de potencia (motor y generador) se toma como:
q
(1.29)
I2 = (I 2 − I02 )
donde:
I.- Es el valor de la corriente de lı́nea observado del estator (motor o generador) para el cual
las pérdidas por pérdida en la carga es determinada.
I0 .- Es el valor de la corriente sin carga.
El valor corregido de las pérdidas por pérdida en la carga es:
WLLc = A(I2 )2
1.3.5.3.
(1.30)
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR / GENERADOR
Calcular el funcionamiento del motor o del generador la cual incluyendo la corrección de temperatura. Determinar WLLc basado en el deslizamiento, A, y el valor de la corriente del rotor, I2 ,
apropiada para el punto de carga para el cual las pérdidas por pérdida en la carga es determinada.
El valor de la corriente del rotor para cada punto de carga se calcula como:
q
(1.31)
I2 = (I 2 − I02 )
donde:
I.- Es el valor de operación de la corriente de lı́nea del estator para el cual las pérdidas por
pérdida en la carga es determinada.
I0 .- Es el valor de la corriente sin carga.
1.3.6.
PRUEBA DEL MÉTODO E O E1- MEDIDA DE POTENCIA
ELÉCTRICA CON LA SEGREGACIÓN DE LAS PÉRDIDAS
La entrada se debe medir según lo resumido después. La salida debe ser determinada restando
el total de las pérdidas de entrada. Las pérdidas totales son iguales a la suma de las pérdidas del
estator y del rotor corregidas a la temperatura especı́fica para la corrección de la resistencia, la
pérdida del hierro, la pérdida de fricción y del viento, y las pérdidas por pérdida en la carga.
1.3.6.1.
MÉTODO DE PRUEBA
1.3.6.1.1 PRUEBA SIN CARGA
Ver 1.2.3.
1.3.6.1.2 PRUEBA BAJO CARGA Para obtener los datos requeridos, es necesario juntar,
ceñir, o engranar la máquina a una carga variable. El mismo arreglo que se utiliza para la prueba
de la temperatura puede ser empleado. Para cada uno de seis puntos aproximadamente espaciados
equitativamente, las lecturas de la potencia, corriente, voltaje, deslizamiento, temperatura ambiente, y resistencia de la bobina del estator deben ser registradas. La resistencia de la bobina del
estator para cada punto de carga puede ser calculada comparando la subida de temperatura medida por un detector de temperatura, un sensor de temperatura situado en el extremo de bobina del
estator, o la subida de temperatura al aire libre, con las medidas correspondientes de la subida de
temperatura obtenidas como valores en estado estacionario durante una prueba de la temperatura.
1.3.6.1.3 PRUEBA DE LAS PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA
1.3.6.1.3.1 PRUEBA DEL MÉTODO E
1.3.6.1.3.2 PRUEBA DEL MÉTODO E1
Ver 1.2.4.2 o 1.2.4.3.
Ver 1.2.4.4.
CAPÍTULO 1.
1.3.6.2.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
32
PÉRDIDAS DEL ESTATOR I 2 R
Ver 1.2.1.
1.3.6.3.
PÉRDIDAS EN EL ROTOR I 2 R
Ver 1.2.2.
1.3.6.4.
PÉRDIDAS EN EL HIERRO
Ver 1.2.3.5
1.3.6.5.
FRICCIÓN Y EFECTOS DEL VIENTO
Ver 1.2.3.4
1.3.6.6.
PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA (MEDICIÓN DIRECTA)
1.3.6.6.1 CORRIENTE DEL ROTOR I 2
como:
0
I2 =
El valor de la corriente del rotor debe ser calculado
q
(I 2 − I02 )
(1.32)
donde:
I.- Es el valor de operación de la corriente de lı́nea del estator para el cual las pérdidas por
pérdida en la carga es determinada.
I0 .- Es el valor de la corriente sin carga.
El valor de las pérdidas por pérdida en la carga, W ’LL , corresponderá a un valor de la corriente del rotor, I2’ , según lo calculado de la Ecu. 32 para un valor de I que corresponde al valor
determinado de la corriente de lı́nea del estator.
1.3.7.
PRUEBA DEL MÉTODO F O F1 - CIRCUITO EQUIVALENTE
Cuando las pruebas bajo carga no se hacen, las caracterı́sticas de funcionamiento (eficacia, factor
de energı́a, esfuerzo de torsión, etc.) se calculan basadas sobre el circuito equivalente demostrado
en el Fig. 1.3. Los parámetros de la máquina en el circuito equivalente se derivan de los datos de
prueba registrados durante una prueba sin carga y una prueba de impedancia. La predicción exacta
de las caracterı́sticas de la máquina en el rango de operación normal dependerá sobre todo de la
proximidad por la cual r2 representa la resistencia real del rotor a corrientes de baja frecuencia y,
x2 representa la reactancia real de la salida del rotor a corrientes de baja frecuencia.
1.3.7.1.
MÉTODO DE PRUEBA
1.3.7.1.1 PRUEBA SIN CARGA
Ver 1.2.3
1.3.7.1.2 PRUEBA DE LA IMPEDANCIA Las lecturas del voltaje, corriente, potencia de
entrada, y de la resistencia del estator o de la temperatura de la bobina del estator deben ser
tomadas en uno o más frecuencias, voltajes, y/o cargas. Si la máquina que es probada tiene un
rotor bobinado, el rotor debe estar cortocircuitado para la prueba.
Figura 1.3: Circuito Equivalente[4]
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
33
La reactancia será medida con la corriente de la carga determinada. Es importante que el valor
de la reactancia usado en el cálculo del circuito equivalente sea un valor correcto de saturación y
del efecto de la barra; si no, el factor de potencia calculado serı́a un valor más alto que el valor
verdadero.
Los datos de la impedancia serán resueltos a partir del uno de los métodos siguientes:
Método 1.- Prueba de impedancia trifásica de rotor bloqueado a máximo 25 % de frecuencia
y corriente determinada., ver 1.3.7.1.2.1
Método 2.- Prueba de impedancia trifásica de rotor bloqueado a frecuencia, aproximadamente
50 % de la frecuencia determinada, y en un máximo de 25 % de frecuencia determinada, todo
con corriente determinada. Las curvas deben ser desarrolladas desde estos tres puntos de prueba
utilizados para determinar los valores de la reactancia total y la resistencia del rotor requerida
para reducir la frecuencia., ver 1.3.7.1.2.1
Método 3.- Para una prueba de la impedancia sobre la velocidad del punto de ruptura próxima a la velocidad de deslizamiento debe reducir la frecuencia del rotor. Este método, se hace con
el motor desacoplado o se acopla a una carga reducida, y el voltaje se reduce para dar aproximadamente una carga completa de deslizamiento. El deslizamiento será medido cuidadosamente. Ver
1.3.7.1.2.2
Método 4.- Cuando ninguno de los métodos antes dicho son prácticos, la prueba siguiente
puede ser utilizada: trifásico, prueba de la impedancia de rotor bloqueado a voltaje reducido y
frecuencia determinada dando por resultado una corriente aproximada y una prueba bajo carga.
Ver 1.3.7.1.2.3.
1.3.7.1.2.1 PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (MÉTODO 1 Y MÉTODO 2) El
rotor de un motor jaula de ardilla es una bobina simétrica de la barra; por lo tanto, la impedancia
del motor es prácticamente igual para cualquier posición del rotor relativa al estator.
La impedancia de un motor de rotor bobinado varı́a con la posición del rotor concerniente
al estator. Es por lo tanto necesario realizar una prueba de la impedancia de rotor bloqueado
para determinar la posición del rotor que resulta de un valor medio de la impedancia. Antes
de tomar lecturas en las máquinas del rotor bobinado, el rotor deberı́a estar cortocircuitado. La
distancia angular con la cual es necesario observar la variación de la corriente debe ser determinada,
permitiendo que el rotor gire lentamente y observando la corriente del estator, observando la
distancia el rotor que deben moverse para que la corriente del estator termine un ciclo. Para las
máquinas que tienen un número integral de ranuras por polo, por fase en el rotor y estator, esta
distancia debe ser igual a dos tercios de un polo para las máquinas trifásicas. Para las máquinas
que tienen ranuras para bobinas fraccionarias, la distancia angular puede ser tanto como un polo
completo.
El rotor debe ser bloqueado de modo que no pueda moverse; y la diferencia de voltaje será aumentado gradualmente hasta obtener una corriente de valor especificado. El voltaje y la corriente
en todas las fases serán leı́dos y registrados, y el voltaje en las diversas fases debe ser equilibrado.
Con el mismo voltaje, el rotor debe ser girado lentamente y los valores máximos y mı́nimos de
la corriente durante un ciclo completo serán registrados. El rotor entonces será bloqueado para
la prueba de la impedancia en la posición que da una corriente igual al promedio de los valores
máximos y mı́nimos registrados previamente.
a) Tomar las lecturas simultáneas de voltaje y corriente en todas las fases y la potencia de
entrada en varios niveles de voltaje para establecer el valor con cuidado de la corriente a plena
carga. La temperatura de la bobina del estator o la resistencia de la bobina del estator también
será registrada. Se debe tener cuidado para no recalentar las bobinas. Tomar los registros más
elevados primero y luego las lecturas más bajas ayudarán a mantener la temperatura.
b) Trazar las curvas usando los voltios como abscisas y los amperios y la suma algebraica de
las lecturas del vatı́metro como ordenadas. La curva de amperios contra voltios es generalmente
una lı́nea recta, curvando levemente hacia arriba en los valores más altos. En los rotores de ranura
cerrada, sin embargo, hay también una curva distinta hacia arriba en baja tensión. Derivar el valor
de voltaje y la potencia de entrada para determinar la reactancia total y la resistencia del rotor en
el nivel requerido de corriente.
c) Determinar la resistencia del rotor,r2 , y la reactancia total de salida, X1 + X2 , de estos
datos. Al usar el método 2 en 1.3.7.1.2, las curvas de los valores de la resistencia del rotor y de
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
34
la reactancia total de la salida vs la frecuencia se deben utilizar para determinar el valor en la
frecuencia de funcionamiento deseada.
1.3.7.1.2.2 PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO PARA VER LA IMPEDANCIA A
VOLTAJE REDUCIDO, CARGA REDUCIDA (MÉTODO 3) La resistencia del rotor,
r2 , y la reactancia de la salida, X2 , a la frecuencia reducida se pueden obtener las lecturas (voltios,
vatios, amperios, deslizamiento, temperatura de la bobina del estator, o resistencia de la bobina del
estator) a una velocidad y deslizamiento que se aproxime a la frecuencia reducida deseada del rotor.
En este método, se hace funcionar la máquina desacoplada o se acopla a una carga reducida y a
un voltaje que dé la velocidad y el deslizamiento deseado. El deslizamiento será medido utilizando
el procedimiento siguiente.
Cuando los datos de la prueba de saturación sin carga están disponibles (véase 1.2.3), la reactancia total por fase para cada punto de prueba debe ser calculada y la curva de la reactancia total
por fase vs voltios sin carga por fase debe ser dibujada (véase el ejemplo en Fig. 1.4). El punto
más alto en esta curva se debe utilizar como la reactancia total por fase sin carga, X1 + Xm , en el
cálculo del deslizamiento en baja tensión.
Cuando una prueba completa sin carga no se ha realizado, la reactancia total por fase al voltaje
determinado y sin carga se puede utilizar como la reactancia sin carga total por fase, X1 + Xm , en
cálculos de la prueba de deslizamiento de baja tensión. De los datos de prueba de baja tensión del
resbalón, calcular la impedancia por fase, Z, la resistencia por fase, R, y la reactancia por la fase,
X.
Si los detalles del diseño están disponibles, utilizar el cociente calculado X1 /X2 .
X1 = X ·
X1 /X2
1 + X1 /X2
(1.33)
Utilizando de la reactancia total sin carga, X1 + Xm , determinada anteriormente el valor de la
reactancia de magnetización, Xm , puede ser aproximadamente:
X1 = (X1 + Xm ) − X1
(1.34)
Figura 1.4: Reactancia de la prueba sin carga[4]
A.- Es valor de voltaje.
B.- Es voltaje en la prueba del deslizamiento en baja tensión.
CDE.- Es la curva de la reactancia total en la prueba sin carga.
F.- Es la reactancia que correspondiente al punto más alto, D, en la prueba de la curva CDE.
Este valor se utiliza como la reactancia total, X1 + Xm , en el cálculo de la prueba de deslizamiento
de baja tensión.
G.- Es la reactancia total, X1 + Xm , para ser utilizado en la determinación de Xm para el uso
en los cálculos del circuito equivalente después de X1 , X2 , y R2 son resueltos de los cálculos de la
prueba de deslizamiento en baja tensión.
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
35
De los datos obtenidos de la prueba de deslizamiento en baja tensión, calculamos:
v2 = [V1 − I1 X1 sin θ1 ±R1 cos θ1 ]2 + [I1 − X1 cos θ1 mR1 sin θ1 ]2
θ2 = arctan
I1 (X1· cos θ1 mR1 sin θ1 )
V1 − I1 (X1 sin θ1 ± R1 cos θ1 )
(1.37)
V22
(Wn /m)
(1.38)
1
rf e
(1.39)
(Wn /m)
V2
(1.40)
gf e =
If e =
(1.36)
V2
Xm
Ie =
rf e =
(1.35)
Calculamos:
I2 = [(I1 cos θ1 + Ie sin θ2 mIf e cos θ2 )2 + (I1 sin θ1 − Ie cos θ1 ± Ie cos θ2 ± If e sin θ2 )2 ]1/2 (1.41)
NOTAS:
1. Para inducción del generador, utilizamos alternadamente las ecuaciones 1.351.361.41 y 50.
2. R1 corregida a la temperatura durante prueba.
3. cos θ1 igual al factor de potencia durante la prueba del motor o generador.
X2 =
(V1 I1 sin θ1 − I12 X1 − I0 V2 )
I2 2
X = X1 + X2
(1.42)
(1.43)
Repetir las ecuaciones 1.33 a 1.43 usando el cociente inicial de X1 /X2 de la ecuación 1.33 y
el nuevo valor de X de la ecuación 1.40hasta alcanzar los valores estables para X1 yX2 dentro de
0.1 %.
X1 = X ·
X1 /X2
1 + X1 /X2
X2 = X − X1
Z2 =
V2
I2
q
R2 = s (Z22 − X22 )
(1.44)
(1.45)
(1.46)
(1.47)
Entonces, del punto de prueba sin carga a voltaje determinado, calcular:
Xm = X − X1
− bm =
1
Xm
1/2
v2 = [V1 − I1 X1 sin θ1 ± R1 cos θ1 ]2 + [I1 (X1 cos θ1 mR1 sin θ1 )]2
(1.48)
(1.49)
(1.50)
Wn
(1.51)
(mV22 )
Los valores obtenidos en las ecuaciones, 1.451.44, 1.49 y 1.51 son usados en el cálculo del circuito
equivalente la resistencia del rotor, R2 , de la ecuación 1.47 y la resistencia del estator, R1 , deberı́a
ser corregida para una temperatura especı́fica.
gf e =
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
36
1.3.7.1.2.3 PRUEBA EN UN PUNTO DE CARGA CON ROTOR BLOQUEADO
(MÉTODO 4) Los valores de X1 , X2 , Xm , y Rf e pueden ser determinados de las pruebas sin
carga y de rotor bloqueado a frecuencia determinada después del procedimiento en 1.3.7.1.2.1. El
valor de R2 a la frecuencia reducida se puede obtener de las lecturas (voltios, vatios, amperios,
deslizamiento, resistencia de la bobina del estator, o temperatura de la bobina del estator) en un
punto de carga usando el voltaje determinado o menor. El deslizamiento debe ser medido cuidadosamente. R2 puede ser obtenido por el procedimiento siguiente después de que otros parámetros
del motor se hayan determinado de las pruebas sin carga y de rotor bloqueado. Para este método,
se hace funcionar la máquina desacoplada (o acoplada a una cierta carga reducida), el voltaje es
reducido para tener un deslizamiento aproximadamente a plena carga, y el deslizamiento. Después
X1 , tiene que ser determinado de las pruebas de impedancia de rotor bloqueado (véase 1.3.7.1.2),
el valor se obtiene como sigue:
a) Calcular V2 con la ecuación 1.35.
b) Calcular θ2 con la ecuación 1.36.
c) Calcular If e y Ie con las ecuaciones 1.37 y 1.40.
d) Calcular I2 con la ecuación 1.41.
e) Calcular la impedancia del rotor, Z2 con la ecuación 1.46.
f) Calcular R2 con la ecuación 1.47:
q
R2
= (Z22 − X22 )
s
g) Obtener R2 por la multiplicación de X1 /s por el valor medido del deslizamiento por unidad
a velocidad sı́ncrona. Corregir R2 a la temperatura determinada.
1.3.7.1.3 PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA (MÉTODO DIRECTO).
1.3.7.1.3.1 PRUEBA DEL MÉTODO F
1.3.7.1.3.2 PRUEBA DEL MÉTODO F1
1.3.7.2.
Ver 1.2.4.2 o 1.2.4.3.
Ver 2.2.4.4.
FORMA DEL CÁLCULO
La forma F-F1 se utiliza para determinar el valor de la reactancia total de la resistencia del
rotor (a menos que si la prueba alternativa en 2.3.7.1.2.3 sea realizada) basada en los valores de
voltaje, corriente, y la potencia de entrada obtenida de las pruebas de impedancia sin carga y
de rotor bloqueado. Esto se arregla en base a y permaneciendo constante a través del rango de
operación de la máquina. Si la curva de la corriente de rotor bloqueado vs voltaje sale de una lı́nea
recta en el rango de corrientes consideradas, cada columna de cálculos debe utilizar los valores
de la reactancia obtenidos de esta curva para el valor de cálculo en la columna. Los resultados
del cálculo se pueden trazar en forma de curva, de la cual el resumen de caracterı́sticas puede ser
resuelto, o los cálculos iterativos se pueden hacer para determinar el deslizamiento que corresponde
a los puntos de carga deseados.
1.3.7.3.
CÁLCULO DEL TORQUE MÁXIMO
El par máximo o la averı́a en un motor son determinados usando el siguiente valor de deslizamiento:
R2
s= p
R1 + (X1 + X2 )2
1.3.8.
(1.52)
PRUEBA EL MÉTODO C/F, E/F, O E1/F1 - CIRCUITO EQUIVALENTE CALIBRADO EN UN PUNTO DE CARGA
Cuando un punto de corriente el deslizamiento bajo carga con una temperatura de la bobina
del estator tt está disponible, del método F o del método F1 puede ser utilizada para determinar
las caracterı́sticas de la máquina con otras cargas. En tales casos, R2 , no es resuelto de la prueba
de impedancia a baja frecuencia. Se utiliza el procedimiento siguiente:
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
37
1. Utilizar la Forma F3, pero comenzar con la lı́nea 2 con un valor presunto de R2 /s para del
punto de carga de la prueba y el valor de R1 basado en la temperatura de la bobina del
estator tt , comprobar el valor calculado de la corriente de entrada y la potencia de entrada
vs los valores medidos de la corriente de entrada y de la energı́a de entrada.
2. AjustarR2 /s y, Xm e iterar hasta el valor calculado de la potencia de entrada y la corriente de
entrada ambas deben concordar con el valor medido de la corriente de entrada y la potencia
de entrada dentro del 1 %. Otros parámetros del circuito no deben ser ajustados. (La potencia
de entrada es sobre todo una función de R2 /s)
3. Obtener R2 multiplicando el valor presunto final de R2 /s por del valor medido del deslizamiento por unidad a velocidad sı́ncrona. Este procedimiento establece el valor de R2 (sin la
corrección de temperatura) que se utilizará en el cálculo de las caracterı́sticas de funcionamiento de la carga.
4. Corregir R1 y R2 a la temperatura determinada, ts , de acuerdo con 1.2.1.1, y determinar el
funcionamiento en los puntos de carga deseados.
1.3.8.1.
PÉRDIDA POR PÉRDIDA EN LA CARGA (MÉTODO INDIRECTO)
1.3.8.1.1 MÉTODO DE PRUEBA
se determina como:
Para el método C/F, las pérdidas por pérdida en la carga
1. Para el punto de carga del motor y del generador, determinar el valor promedio de las pérdidas
por pérdida en la carga, WLLave , después del procedimiento en 1.3.5.2, los pasos 1 a 5.
2. Para el punto de carga del motor y del generador, determinar el valor promedio de la corriente
del rotor, I2ave usando la ecuación 1.26.
3. El valor de las pérdidas por pérdida en la carga, para cualquier punto de carga se calcula
como:
2
0
I2
(1.53)
WL L = W LL
0
I2
donde:
W ’LL .- Es el valor promedio de las pérdidas por pérdida en la carga, WLL del paso 1).
I2 .- Es la corriente del rotor determinada por la solución del circuito equivalente para el punto
de carga apropiado.
0
I2 .- Es el valor promedio de la corriente del rotor I2ave , del paso 2.
0
El valor de las pérdidas por pérdida en la carga W ’LL , debe corresponder al valor de I2 , igual
al valor promedio de la corriente del rotor determinada en el paso 2.
1.3.8.1.2 PRUEBA DEL MÉTODO E/F
Ver 1.2.4.2 o 1.2.4.3
1.3.8.1.3 PRUEBA DEL MÉTODO E1/F1
1.3.9.
FACTOR DE POTENCIA
1.3.9.1.
OBTENIDO INDIRECTAMENTE
Ver 1.2.4.4
El factor de potencia es el cociente de vatios para voltamperios. Para las máquinas trifásicas
factor de potencia = √
potencia
3voltaje linea a lineacorriente de linea
(1.54)
CAPÍTULO 1.
1.3.9.2.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
38
OBTENIDO DIRECTAMENTE
Para máquinas trifásicas, el factor de potencia se puede comprobar por la ecuación 1.55 cuando
se utiliza el método del dos-vatı́metro.
factor de potencia = r
1+3
1
W1 −W2
W1 +W2
(1.55)
2
donde:
W1 .- Es la lectura más alta
W2 .- Es la lectura más baja
Si W2 da una lectura negativa, debe ser considerado una cantidad negativa.
Si se utiliza un vatı́metro polifásico, los valores de las lecturas monofásicas del vatı́metro pueden
ser obtenidos por separado abriendo cada uno de los circuitos de la bobina de voltaje del vatı́metro
polifásico. Con las cargas pulsantes, el factor de potencia obtenido por el método directo puede ser
más alto que la obtenida por el método indirecto. El valor más alto será tomado como la lectura
correcta. La diferencia es debido a la inclusión en los voltamperios de la componente de la corriente
de pulsación, que está en función de la carga. El factor de potencia determinado del cociente de
las lecturas del vatı́metro no es afectado por la presencia de corriente de pulsación.
1.3.9.3.
CÁLCULO DEL CIRCUITO EQUIVALENTE (F-F1)
El factor de potencia puede ser resuelto del circuito equivalente dividiendo la resistencia total
por la impedancia total. Esta determinación se demuestra en la forma F-F1.
1.4.
1.4.1.
OTRAS PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
VOLTAJE DEL ROTOR
En las máquinas rotor bobinado, los voltajes serán medidos entre todos los terminales del
rotor, con el rotor bloqueado y sus bobinas en circuito abierto y con el voltaje especificado que es
aplicado al estator. Eventualmente el desequilibrio es detectado, esta es una práctica generalmente
para tomar lecturas determinando un promedio con varias posiciones del rotor.
1.4.2.
PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO
1.4.2.1.
CORRIENTE
Esta prueba se puede realizar para comprobar y para saber si hay calidad o para determinar
el funcionamiento. Cuando son posibles, las lecturas serán tomadas en el voltaje y la frecuencia
especificados puesto que la corriente no es directamente proporcional al voltaje debido a cambios
en la reactancia causada por la saturación de las trayectorias de la salida. Cuando la prueba se
hace para comprobar la calidad de las máquinas jaula de ardilla, es posible omitir los medios
mecánicos para bloquear el rotor aplicando potencia monofásica a valores de voltaje y frecuencia
especificados a cualquiera de las dos terminales de lı́nea de la máquina de una máquina trifásica.
Con una máquina trifásica, la corriente de lı́nea será aproximadamente 86 % y la entrada de potencia
será aproximadamente 50 % de los valores correspondientes obtenidos con potencia polifásica. Los
valores ası́ obtenidos pueden ser comparados con los medidos en una duplicada unidad que debe
estar sujetado a una prueba completa.
1.4.2.2.
PAR
El esfuerzo de par de rotor bloqueado se toma como el esfuerzo de par mı́nimo desarrollado por
la máquina detenida en todas las posiciones angulares del rotor. El esfuerzo de torsión se puede
medir con una cuerda y una polea, o con un freno o una viga. Los motores del rotor bobinado
están siempre conforme a variaciones en el esfuerzo de torsión del rotor bloqueado, dependiendo de
la posición angular del rotor con respecto al estator. Para los motores jaula de ardilla, es práctica
usual trabar el rotor en cualquier posición conveniente.
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
39
Si el esfuerzo de torsión a rotor bloqueado no se mide directamente según lo mencionado
anteriormente, el esfuerzo de par aproximado de rotor bloqueado puede ser calculado como sigue:
T =
k · (Psi − Pcu − Pc ) · C1
ns
(1.56)
donde:
Psi .- Es la potencia de entrada del estator en W.
Pcu .- Es la pérdida en el estator I2 R en W, a la corriente de prueba (ver 2.2.1)
Pc .- Es la pérdida en el hierro en W, al voltaje de prueba ver (2.2.3.5)
ns .- Es la velocidad sı́ncrona en r/min.
C1 .- Es el factor de reducción (variando entre 0.9 y 1.0) para explicar pérdidas no fundamentales.
k.- Es 9.549 para T , en N · m
k.- Es 7.043 para T , en lbf · f t
1.4.2.3.
POTENCIA
Las lecturas de la potencia de entrada serán tomadas simultáneamente con las de la corriente
y del par.
1.4.3.
PRUEBAS PARA LAS CURVAS DE VELOCIDAD-PAR Y VELOCIDADCORRIENTE
1.4.3.1.
DEFINICIONES
1.4.3.1.1 CARACTERÍSTICA DEL VELOCIDAD-PAR La caracterı́stica de la velocidadpar es la relación entre el esfuerzo de torsión y la velocidad, abarcando un rango a partir de cero
a la velocidad sı́ncrona para un motor y desde la velocidad sı́ncrona a la velocidad extraı́ble para
un generador de inducción.
Para los motores del rotor bobinado, el esfuerzo de torsión y la corriente serán medidos entre
la velocidad sı́ncrona y la velocidad a las cuales el esfuerzo de torsión máximo ocurre. Los anillos
colectores deberı́an estar cortocircuitos para esta prueba.
1.4.3.1.2 CARACTERÍSTICA VELOCIDAD-CORRIENTE La caracterı́stica velocidadcorriente es la relación entre la corriente y la velocidad. (Esta curva se traza generalmente en la
misma hoja que la curva de velocidad-par, usando una escala común de velocidad para las dos
curvas.)
1.4.3.2.
PROCEDIMIENTO DE LA CURVA DE VELOCIDAD-PAR
De los métodos siguientes se puede utilizar para obtener los datos para una curva de velocidadpar. La selección del método dependerá del tamaño y de las caracterı́sticas de velocidad-par de la
máquina y de las instalaciones de prueba.
En los cuatro métodos, los suficientes puntos de prueba se deben registrar para asegurarse
de que las curvas sean confiables, incluyendo irregularidades, se pueden extraer en las regiones
de interés de los datos de prueba. Es importante que la frecuencia de la fuente de alimentación
sea constante manteniéndose a través de la prueba en un valor especı́fico para el motor. Para los
motores del rotor bobinado, los anillos colectores deben estar cortocircuitos para esta prueba.
Los métodos 1 y 4 requieren el mantenimiento de la velocidad constante para cada lectura.
Por lo tanto, no pueden ser utilizados en las regiones donde el esfuerzo de torsión de la máquina
aumenta con más velocidad que el dispositivo de carga.
De los resultados de las pruebas siguientes, ajustados al voltaje especificado, las curvas del par
y la corriente se deben trazar vs la velocidad.
1.4.3.2.1 MÉTODO 1. MEDIDA DE SALIDA Un generador de la C.C. que ha tenido sus
pérdidas determinadas previamente se junta al motor que es probado.
Una fuente de corriente alterna de frecuencia especificada está conectada con los terminales
del motor. El voltaje debe ser tan alto como pueda creando una diferencia de potencial sobre los
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
40
terminales del motor sin el calentamiento excesivo, por lo menos el 50 % de voltaje especificado, si
es posible.
La velocidad del motor para cada punto de prueba es controlada variando la carga en el generador.
En esta prueba, las lecturas se toman a las velocidades entre aproximadamente 1/3 de la
velocidad sı́ncrona y la velocidad máxima obtenible. La velocidad debe ser constante cuando se
toman las lecturas, de modo que la potencia de aceleración o de desaceleración no afecte a los
resultados. En cada ajuste de la velocidad, las lecturas del voltaje, la corriente, y la velocidad se
toma para el motor de inducción, y las lecturas del voltaje y de la corriente de la armadura y la
corriente de campo se toman para el generador de C.C. Se debe tener cuidado para no recalentar
el motor.
La exactitud de la medida de la velocidad es particularmente importante en bajo deslizamiento.
El aparato de medición de la velocidad debe ser ajustado o ser calibrado exactamente. Todos los
puntos se deben leer tan pronto como los medidores se hayan colocado. La salida de potencia total
del motor es la suma de la salida y de las pérdidas del generador de la C.C.
El par, T, a cada velocidad se calcula usando la Ecu. 1.57como sigue:
T =
k(PGO + PGL )
n
(1.57)
donde:
PGO .- Es la potencia de salida del generador DC en W.
PGL .- Es la pérdida del generador DC (incluyendo por la fricción y el efecto del viento) en W
n.- Es la prueba de velocidad del motor en r/min.
k.- Es 9.549 para T , en N · m
k.- Es 7.043 paraT , en lbf · f t
A la velocidad para el punto de prueba, los valores del par y la corriente son valores a voltaje
especificado, V, según lo descrito en 1.4.4.
1.4.3.2.2 MÉTODO 2. ACELERACIÓN En el método de la aceleración, el motor se enciende
sin carga, y el valor de la aceleración es determinado a varias velocidades. El esfuerzo de torsión
a cada velocidad es determinado de la aceleración de las piezas totales de rotación. Las medidas
exactas de la velocidad y de la aceleración son un requisito esencial de este método. El motor debe
funcionar desde una fuente especificada de la corriente alterna y de la frecuencia.
La aceleración que se utilizará y, por lo tanto, la duración de la prueba son determinadas por el
tipo de instrumentos que se utilicen para hacer las medidas. En todo caso, el tiempo de aceleración
debe ser suficientemente largo de modo que los efectos transitorios eléctricos en los instrumentos
y en el motor no dañen la curva de velocidad-par. El tiempo de aceleración debe también ser
suficientemente largo para permitir registrar el número necesario de medidas mecánicas y eléctricas
con la suficiente exactitud para trazar las curvas requeridas (véase 1.4.3.2).
Al registrar manualmente los datos en cada punto, el tiempo de aceleración puede ser aumentado
usando un voltaje aplicado más bajo o juntando una inercia conveniente al eje del motor.
Mientras que el motor acelera a la velocidad sı́ncrona cercana, las lecturas simultáneas se toman
del voltaje de lı́nea a lı́nea por un fase, corrientes de lı́nea fase, velocidad, y tiempo en segundos.
Un mı́nimo de cinco sistemas de lecturas se debe tomar durante el perı́odo de aceleración; sin
embargo, más lecturas deben ser tomadas si es posible.
Si la fricción del motor es alta, o si se desea datos más exactos en la gama de velocidad cero,
el motor puede comenzar a rotar en dirección contraria antes de la aplicación de la potencia para
la aceleración en la cual las medidas deben ser tomadas.
Si se ve el método 3 (véase 1.4.3.2.3) a ser utilizado como verificación, la potencia de lı́nea se
debe tomar con un vatı́metro polifásico o dos vatı́metros monofásicos a cada velocidad señalada
donde se registran los datos.
Puede a veces ser necesario tomar más de una funcionado en diversos voltajes para conseguir
lecturas satisfactorias a través de la curva, especialmente cuando hay cambios de signo apreciables
en las caracterı́sticas de velocidad-par.
El par, T, a cada velocidad se calcula de la aceleración usando la Ecu. 1.58 como sigue:
T =
J dn
k dt
(1.58)
CAPÍTULO 1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
41
donde (en unidades habituales US)
T .- Es el par lbf · f t
J.- Es el momento de inercia de las partes rotativas en lbf · f t2
dn/dt.- Es la aceleración a cada velocidad en revoluciones por minuto y por segundo.
k.- Es 307.2
donde (en unidades SI):
T .- Es el par N · m
J.- Es el momento de inercia de las partes rotativas en Kg · m2
dn/dt.- Es la aceleración a cada velocidad en revoluciones por minuto y por segundo.
k.- Es 9.549
1.4.3.2.3 MÉTODO 3. ENTRADA En este método, el esfuerzo de torsión es determinado
restando las pérdidas en la máquina de la potencia de entrada. Es una verificación valiosa en los
otros métodos, y es particularmente útil cuando la máquina no se puede descargar para determinar
el esfuerzo de torsión por la aceleración. En la práctica, el método es aproximado porque las pérdidas
del estator no pueden ser fácilmente resueltas para las condiciones de funcionamiento reales y, por
lo tanto, no deben ser aproximadas. Este método está también conforme a errores en el caso de
las máquinas especiales que pueden tener esfuerzos de torsiones armónicas positivas o negativos
substanciales que no se evalúan fácilmente.
La máquina se enciende según lo descrito en 1.4.3.2.2, salvo que no tiene que ser descargada.
Las lecturas de la entrada pedidas en 1.4.3.2.2 se trazan vs las lecturas de la velocidad. El voltaje
de lı́nea, la corriente de lı́nea, la potencia, y la velocidad se deben trazar vs tiempo. Los valores
medios de las lecturas cero de la velocidad de la prueba de rotor bloqueado, según lo descrito en
1.4.2.2, ajustado al voltaje en el cual las otras lecturas fueron tomadas, deben ser incluidos.
El par, T, a cada velocidad es resuelto de la potencia de entrada usando la ecuación 1.59.
" "
0,5 ##
n
k
Psi − Pcu − Pc − LLs − LLr ·
− Tf w
(1.59)
T =
n
ns
donde:
Psi .- Es la potencia de entrada del estator en W.
Pcu .- Es la pérdida en el estatorI 2 R en W, a la corriente de prueba (ver 1.2.1)
Pc .- Es la pérdida en el hierro en W, al voltaje de prueba ver (1.2.3.5)
LLs .- Es la frecuencia fundamental de las pérdidas por pérdida en la carga en W, a la corriente
de prueba (ver 1.2.4.2.3)
Nota.- Si el componente de LLs de la pérdida por pérdida en la carga no está disponible,
puede ser asumido que la pérdida por pérdida en la carga es igual a LLr . Si la pérdida por pérdida
en la carga (LLs + LLr ) se ha determinado de una prueba de dinamómetro, el valor total de la
pérdida por pérdida en la carga se puede utilizar como el valor de LLr ; o, el valor de LLs se puede
determinar por el método dado en 1.2.4.2, y LLr se puede determinar como el valor de la pérdida
por pérdida en la carga menos el valor de LLs .
LLs .- Es la frecuencia más alta de las pérdidas por pérdida en la carga en W a la corriente de
prueba (ver 1.2.4.2.3)
n.- Es la prueba de velocidad en r/min.
ns .- Es velocidad sı́ncrona en r/min.
k.- Es 9.549 para T, en N · m
k.- Es 7.043 para T, en lbf · f t
Tf w .- Es el par de fricción y efecto del viento del motor a la velocidad de prueba, en (lbf · f t o
en N · m )
1.4.3.2.4 MÉTODO 4. MEDIDA DIRECTA Se miden el par y la corriente mientras la
máquina se carga a varias velocidades con un freno del dinamómetro. A cada velocidad, las lecturas
simultáneas del voltaje, la corriente, la velocidad, y el par se toman. La prueba se debe tomar con
voltaje especificado cercano a la práctica, pero, si se utiliza un voltaje reducido, el par del motor
y la corriente se debe corregir al voltaje especificado según lo descrito en 1.4.4.
CAPÍTULO 1.
1.4.4.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCIÓN.
42
CORRECCIÓN DE LOS DATOS PARA EL FUNCIONAMIENTO DE VELOCIDAD-PAR, VELOCIDAD-CORRIENTE, Y PRUEBAS DE ROTOR BLOQUEADO EN EL VOLTAJE REDUCIDO
Cuando es necesario establecer los valores de la corriente y del par en el voltaje especificado,
basados en las pruebas realizadas a voltaje reducido, debe ser reconocido que, debido a la saturación
de las trayectorias del flujo de la salida, la corriente puede aumentar en un cociente algo mayor que
la primera medida de corriente a voltaje especificado; y el esfuerzo de torsión puede aumentar en un
cociente algo mayor que el cuadrado del voltaje. La relación varı́a con el diseño; sin embargo, como
primera aproximación, la corriente se calcula variando el voltaje directo, y el par con el cuadrado
del voltaje.
Un método más exacto de prueba requiere la determinación del ı́ndice de cambio de la corriente y
del par con el voltaje estableciendo las curvas velocidad-par y velocidad-corriente por lo menos dos,
y preferiblemente para tres o más, los valores del voltaje. Los puntos de prueba de voltaje reducido
se deben trazar en el papel con abscisas y ordenadas logarı́tmicas y corregir al voltaje especificado
usando un ajuste de medios cuadráticos para la exactitud máxima. En las curvas velocidad-par
y velocidad-corriente, varios puntos a varias velocidades se deben corregir para proporcionar la
representación verdadera de la curva sobre la gama de velocidad completa.
Capı́tulo 2
MÁQUINAS ROTATIVAS
SÍNCRONAS
2.1.
2.1.1.
PRUEBAS DIVERSAS
RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
Los métodos recomendados para probar resistencia de aislamiento se dan en IEEE Std 43-1974.
El ı́ndice de la polarización y los efectos de la temperatura, humedad, y de la aplicación de voltaje
durante la prueba también se dan en IEEE Std 43-1974.
El valor demasiado bajo de la resistencia de aislamiento puede indicar la presencia de humedad
en el aislamiento. En este caso, la máquina debe ser secada antes de que se hagan las pruebas
dieléctricas o antes de que la máquina esté en funcionamiento. Ver los métodos de secado en IEEE
Std 43-1974 o IEEE Std 1095-1989.
2.1.2.
PRUEBAS DIELÉCTRICAS Y PARCIALES DE DESCARGA
2.1.2.1.
GENERAL
La prueba del alto-voltaje generalmente se aplica pero no necesariamente después de que se
hayan terminado el resto de las pruebas. La magnitud, la frecuencia, la forma de onda, y la duración
del voltaje de la prueba se dan en ANSI C50.10-1977 y ANSI/NEMA MG1-1978.
PRECAUCIÓN: Debido al alto voltaje usado, que podrı́a causar serios daños corporales o
muerte, las pruebas del alto-voltaje se deben efectuar solamente por personal experimentado, y
las medidas de seguridad adecuadas se deben tomar en cuenta para evitar lesiones al personal o
daño a los bienes. Para los procedimientos recomendados, referirse a IEEE Std 4-1978 y a IEEE
Std 62-1978.
La prueba de voltaje se debe aplicar a cada circuito eléctrico (incluyendo a cada fase de las
bobinas polifásicas si internamente no están conectadas) con el resto de circuitos eléctricos y de las
piezas de metal puestos a tierra. Los terminales de cada bobina o fase se deben conectar juntos, si
la bobina esta puesta a tierra.
2.1.2.2.
PREPARACIÓN
Durante la prueba de los devanados inductores de máquinas grandes, las escobillas se deben
levantar y aislar eléctricamente de los anillos del colector de modo que no se imponga ninguna
tensión de voltaje excesiva en el devanado inductor si se cae una parte de las escobillas o fallan
los terminales. Los terminales y la estación de escobillas se deben probar por separado. Si se desea
probar las escobillas de una máquina al mismo tiempo, los terminales del excitador deben ser
desconectados a menos que prueben al excitador simultáneamente. En todo caso, los terminales
permanentes de la instrumentación deben ser desconectada. Pueden ser probados por separado.
Durante la prueba de los devanados inductores de las máquinas sin escobillas, los terminales
de excitación de la C.C. deben ser totalmente desconectados del excitador a menos que prueben
el excitador y los componentes asociados simultáneamente. En cualquier caso, los componentes de
43
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
44
circuito sin escobillas (diodos, tiristores, etc.) se deben cortocircuitar (no puesto a tierra) durante
la prueba.
Los métodos, los procedimientos, y las precauciones adicionales se dan en ANSI C50.10-1977 y
nema MG1-1978, partes 3, 21, y 22.
2.1.2.3.
MÉTODO 1. PRUEBA DE VOLTAJE ALTERNO A LA FRECUENCIA
DE LA ENERGÍA
Para un voltaje alterno a la frecuencia de la potencia aplicada en la prueba de la bobina. Los
dos métodos estandarizados son:
a) El transformador-voltı́metro
b) El entrehierro de la esfera
Estos métodos son fundamentalmente de diferente clase y cada uno puede ser comprobado
fácilmente a través del otro.
El método del transformador-voltı́metro se basa sobre el uso de los transformadores potenciales
diseñados para el uso de instrumentos que determinan exactamente ı́ndices del voltaje.
El método del entrehierro de la esfera se basa en una calibración extensa de la ruptura del aire
como el dieléctrico entre las esferas de tamaños y espacios especı́ficos. Toda precaución se debe
tomar en cuenta para las oscilaciones de la sobretensión debido a las descargas del entrehierro
de la esfera. El entrehierro de la esfera se utiliza solamente con frecuencia para la protección de
sobretensión.
Los métodos del divisor de voltaje de la resistencia están también disponibles, y se deben
considerar en caso pertinente.
Durante el uso, de la prueba de voltaje se debe aumentar suavemente y puntualmente la tensión.
Para el perı́odo de prueba (normalmente un minuto) y entonces puntualmente reducir suavemente
la tensión a cero.
2.1.2.4.
MÉTODO 2. PRUEBA DE VOLTAJE DIRECTO EN LAS BOBINAS DEL
ESTATOR
Un voltaje directo es igual a 1.7 veces el valor del rms del voltaje especificado en la prueba
(valor eficaz) se aplica a la bobina probada. Para el método de la prueba, ver IEEE Std 4-1995 e
IEEE Std 95-1977.
El método de la resistencia amperométrica es el método estándar para las medidas de voltaje
directo.
PRECAUCIÓN.- Siguiendo una prueba de alto-voltaje directo, la bobina probada debe ser
puesta a tierra. El grado de aislamiento de la bobina y el nivel de la prueba del voltaje aplicado
determinan el periodo de tiempo requerido para disipar la carga. En muchos casos, la tierra se
debe mantener por varias horas para disipar la carga y evitar el peligro al personal.
2.1.2.5.
MÉTODO 3. PRUEBAS DE BAJA FRECUENCIA EN LAS BOBINAS
DEL ESTATOR
Un voltaje de baja frecuencia (VLF) (frecuencia que está en el rango de 0.1 hertzios) con la
cresta igual a 1.63 veces el valor del rms del voltaje especificado por la prueba de frecuencia (valor
eficaz) aplicada a la bobina. La prueba del VLF es ventajosa en las máquinas grandes con alta
capacitancia de la bobina donde puede dar lugar a escala reducida del equipo de prueba requerido.
Para el método de prueba, ver IEEE Std 433-1974.
2.1.2.6.
MÉTODO 4. PRUEBA PARCIAL DE LA DESCARGA
El mantenimiento del aislamiento, para la prueba de la ranura de descarga, y la prueba del
efecto corona se describe en IEEE Std 56-1977. Además, la cláusula 7.1.2 de IEEE Std 62-1978
describe medidas parciales de la descarga en las máquinas de rotación. Ha habido un aumento muy
grande en la investigación y el uso de las técnicas parciales para la descarga usando los detectores
permanentemente y temporalmente montados. El uso de tales técnicas en las máquinas cubiertas
por este estándar es cada vez más amplio y rinde información valiosa para el mantenimiento y el
diagnóstico de los problemas de las bobinas.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.1.3.
MEDIDAS DE LA RESISTENCIA
2.1.3.1.
GENERAL
45
Para obtener medidas continuas de la resistencia de la armadura y de los devanados inductores,
los procedimientos están dados en IEEE Std 118-1978. Los subcláusulas siguientes dan consideraciones especiales referentes a la medida de la resistencia de la bobina. Por ejemplo donde son
inaccesibles se utilizan en los terminales generadores de campo cuando están sin escobillas los excitadores, puede no ser posible medir la resistencia del campo a menos que estén disponibles con
la instrumentación y procedimientos especiales.
2.1.3.2.
CORRECCIÓN A LA TEMPERATURA ESPECÍFICA
Cuando la resistencia, Rt , de una bobina ha sido determinada a una temperatura de prueba tt ,
la resistencia se puede corregir a una temperaturats , especificados por la ecuación siguiente:
ts + k
Rs = Rt
[Ω]
(2.1)
tt + k
Rs .- Es la resistencia de la bobina, corregida a la temperatura especı́fica, ts (ohmios).
ts .- Es la temperatura especı́fica, °C.
Rt .- Es el valor de la prueba de la resistencia de la bobina (ohmios).
tt .- Es la temperatura de la bobina cuando la resistencia fue medida, °C.
k.- Es la constante caracterı́stica del material de la bobina (véase 2.5.3.4.4).
2.1.3.3.
REFERENCIA DE LA RESISTENCIA DE CAMPO
La resistencia es medida comúnmente en estado estacionario para obtener un valor de referencia
(Rb ) desde el cual se determinar la temperatura de campo durante las pruebas de funcionamiento
por el método de 2.5.3.4.4. Con este fin, el rotor permite ser expuesto a una temperatura ambiente
esencialmente constante por un tiempo suficientemente largo para que el rotor alcance la temperatura ambiente. Es importante que el método de medida no altere la temperatura de la bobina.
Cuando se utiliza un puente rectificador, la corriente a través de la bobina no es suficientemente
grande para producir un cambio en la temperatura.
Cuando la resistencia de campo es medida por la caı́da de tensión, un valor relativamente bajo
de la corriente debe ser utilizado de modo que la pérdida resultante de I 2 R no cause un cambio
significativo en temperatura durante el uso. El uso de la corriente no debe ser tan largo, debe ser lo
necesario para que la corriente momentánea eléctrica debido a la inductancia de campo se pierda
y dar descanso a los instrumentos.
Si la resistencia del campo es medida por la caı́da de tensión, la corriente debe ser aplicada
a través de los anillos de fijación o de otros dispositivos equivalentes para evitar daño a la superficie activa del colector. La temperatura del campo se puede medir por los termómetros o par
termoeléctrico.
2.1.3.4.
REFERENCIA DE LA RESISTENCIA DEL CAMPO DESDE UNA PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO
Aunque sea preferible obtener el valor de referencia de la resistencia campo en estado estacionario, porque la resistencia y la temperatura se pueden determinar exactamente, es a menudo
ventajoso obtener o verificar el valor de referencia por una prueba hecha a la velocidad casi normal
usando el método de la caı́da de tensión. Para los rotores con conductores frı́os, la temperatura
de la bobina puede cambiar demasiado rápido por hacer esto. La adopción o el relevo de repetir
los cortocircuitos en el devanado inductor pueden hacer que la resistencia medida del circuito de
campo sea substancialmente diferente del valor en estado estacionario, proporcionando ası́ una
presencia fortuita posible de cortocircuitos (véase 2.5.1.4).
Inmediatamente después que la máquina ha obtenido su velocidad, comenzando con el rotor en
una temperatura uniforme sabida, corriente continua se aplica al campo en un valor tan pequeño
que permita medir la corriente y el voltaje exacto. Tan pronto como la corriente haya llegado a
ser constante, la caı́da de voltaje a través de los anillos de colector debe ser medida. Puesto que la
caı́da de voltaje de las escobillas normales puede ser una fracción substancial de caı́da de voltaje, es
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
46
esencial que la caı́da en la escobillas esté eliminada de la medida del voltaje, o reducida al mı́nimo
por métodos especiales de medida del voltaje o de métodos de prueba especiales (véase 2.5.1.3.6).
2.1.3.5.
PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO PARA LA TEMPERATURA DE LA
RESISTENCIA DEL CAMPO
Para determinar la temperatura del campo bajo condiciones de carga especificadas o deseadas,
la resistencia del campo se debe medir por el método de la caı́da de tensión después de que la
máquina haya funcionado con la corriente de campo requerida y cercana a las condiciones de
carga requeridas durante bastante tiempo para que la temperatura uniforme sea alcanzada. La
temperatura del devanado inductor entonces se determina de acuerdo con 2.5.3.4.4. La resistencia
obtenida de esta prueba se debe llamar Rt .
Incluyendo la caı́da de voltaje en las escobillas, el voltaje medido del campo puede introducir
un error substancial en la determinación de temperatura, y por lo tanto, se desea eliminar o reducir
al mı́nimo su efecto en esta prueba (véase 2.5.1.3.6).
Al medir la resistencia del campo en la máquina con carga, el regulador de voltaje debe ser
desconectado y la lectura del voltaje, la corriente y la potencia de la armadura deben ser realizadas
simultáneamente con las lecturas de la corriente y del voltaje de campo para asegurarse de que la
resistencia está medida bajo condiciones uniformes.
2.1.3.6.
EFECTO DE LA CAÍDA DE TENSIÓN EN LAS ESCOBILLAS
Para determinar la resistencia del campo exactamente de una máquina en funcionamiento, es
necesario obtener la caı́da de voltaje a través del devanado inductor sin incluir la caı́da de voltaje
en las escobillas que suministran la corriente de campo. Esto es muy importante cuando la corriente
de campo es muy pequeña, o cuando se determina el valor de la resistencia de referencia (véase
2.5.1.3.4). Con este fin se desea medir la caı́da de voltaje directo a través de los anillos del colector,
usando las escobillas especiales que están en contacto con los anillos de colector solamente durante
la medida del voltaje. Con este fin, es posible utilizar:
a) Láminas especiales de cobre o de bronce en las escobillas directamente conectadas en los
anillos de colector.
b) Escobillas aisladas que no tienen una superficie esmaltada.
c) Escobillas especiales aislados de carbón o de grafito compuestos con materiales altos en
conductividad para reducir su resistencia.
A menos que una caı́da de voltaje muy pequeña ocurra a través de esta medición en las escobillas, nos puede dar un error.
Cuando estos métodos especiales de medida de voltaje no están disponibles, necesariamente
la medida del voltaje incluye la caı́da de voltaje a través de las escobillas. En tales casos, se
debe reducir su efecto todo lo posible. Puesto que la caı́da de voltaje a través de las escobillas
sigue siendo razonablemente constante con la variación de la corriente, la resistencia eficaz de las
escobillas es reducida aumentando la densidad de corriente. Esto se puede lograr reduciendo el
número o la sección representativa de las escobillas usadas durante la prueba, particularmente
para las corrientes de campo bajas. Cuando la información está disponible considerando la caı́da
de voltaje prevista a través de las escobillas, los resultados obtenidos pueden ser más exactos
restando la caı́da de voltaje de las escobillas medido antes de calcular la resistencia, pero los
resultados obtenidos se deben utilizar con precaución.
En las máquinas cuyos colectores tienen alta velocidad periférica, se debe tener cuidado al
hacer esto para evitar dañar la condición superficial del colector por los dispositivos de medición
de voltaje.
2.2.
2.2.1.
PRUEBAS DE CORTOCIRCUITO DE CAMPO GIRATORIO
GENERAL
El objeto de estas pruebas es detectar las bobinas de campo giratorio que están cortocircuitadas,
el número incorrecto de vueltas, o tamaño incorrecto del conductor. No todos las bobinas de
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
47
campo giratorias cortocircuitadas son evidentes, en estado estacionario y una prueba a la velocidad
determinada puede ser requerida.
2.2.1.1.
MÉTODO 1. CAÍDA DE VOLTAJE DE CORRIENTE CONTINUA
Este método se puede utilizar para detectar vueltas cortocircuitadas solamente cuando las
conexiones entre las bobinas son accesibles. La prueba es hecha, con el rotor parado, pasando una
corriente continua constante por el devanado inductor. La caı́da de voltaje de cada bobina o pares
de bobinas se mide por medio de un voltı́metro. Si estas lecturas varı́an más que el ±2 % del
promedio, es una indicación que puede haber vueltas cortocircuitos en la bobina, o que la bobina
este enrollada con el número incorrecto de vueltas.
2.2.1.2.
MÉTODO 2. CAÍDA DE VOLTAJE EN CORRIENTE ALTERNA
Una prueba más sensible para ver las espiras cortocircuitadas es pasando corriente alterna de
amplitud constante por el devanado inductor. Si hay acceso a las conexiones entre las bobinas,
con el rotor parado, el voltaje a través de cada bobina o los pares de bobinas debe ser medido. El
voltaje a través de una bobina que tiene una vuelta cortocircuitada será substancialmente menor
que el voltaje a través de una bobina en buen estado. El voltaje a través de una bobina en buen
estado adyacente a la bobina con una vuelta cortocircuitada será algo menor que a través de otras
bobinas en buen estado debido al flujo reducido en la bobina cortocircuitada. La comparación de
los voltajes medidos establecerá fácilmente cualquier bobina que esté defectuosa.
Si las conexiones entre las bobinas no son accesibles, la corriente y la caı́da de voltaje (a través
de la bobina entera) deben ser medidas. La impedancia de un solo circuito de la bobina tiene
una vuelta cortocircuitada será reducida aproximadamente (m − 1)/m valor de tiempo a través
de una bobina en buen estado, donde m es el número de vueltas en la bobina. Esta prueba es
útil para detectar máquinas que tenga una vuelta cortocircuitada solamente al funcionar. Si se
varı́a la velocidad mientras la corriente alterna es aplicada, una discontinuidad en las lecturas de
la corriente o del voltaje debe indicar el retiro de la espira cortocircuitada.
La sensibilidad de este método de prueba es mucho menor para los rotores cilı́ndricos en los
cuales el devanado inductor no especifica las ranuras, especialmente para los rotores de acero sólido.
La sensibilidad varı́a dependiendo de qué bobina tenga una vuelta cortocircuitada. Los ensayos de
fábrica en los cuales los cortocircuitos temporales son aplicados pueden servir como la base para el
análisis futuro cuando se sospechan vueltas cortocircuitadas. Para las máquinas de rotor cilı́ndrico,
el método 3, 4, o 5 puede ser usado.
2.2.1.3.
MÉTODO 3. RESISTENCIA POR CORRIENTE CONTINUA
En este método, se hace una comparación entre la resistencia de campo y un valor obtenido
previamente por una prueba o el cálculo. Después de que el rotor se haya expuesto a una temperatura ambiente por un perı́odo bastante largo para que la bobina del rotor este en la temperatura
ambiente, la resistencia de campo es medida por un puente doble y la temperatura del rotor es
medida por varios termómetros o termopares situados en los puntos convenientes. La resistencia
entonces se corrige a una temperatura en la cual la resistencia ha sido determinada previamente
por una prueba similar (o por el cálculo en el caso de una nueva máquina). Si el valor corregido
de la resistencia obtenida es perceptiblemente más bajo que el valor de referencia, puede que estén
cortocircuitadas las espiras.
2.2.1.4.
MÉTODO 4. EXCITACIÓN DE LA BOBINA PARA ROTORES CILÍNDRICOS
Este método utiliza un dispositivo de prueba que tiene una base en forma de ”U” capaz de
puntear sobre una ranura de la bobina de un rotor cilı́ndrico, teniendo una bobina excitada enrollada en carcasa. La prueba es hecha poniendo el dispositivo sucesivamente a través de cada ranura
de la bobina de campo y pasando corriente alterna (normalmente a la frecuencia de la energı́a) a
través de la bobina de excitación. El voltaje a través del devanado inductor o de la impedancia de
la bobina excitada debe ser realizado para cada ranura. Cuando el dispositivo atraviesa un lado
de la bobina cortocircuitada, el voltaje del devanado inductor o de la impedancia de la bobina
será más bajo que para una ranura que contiene una bobina en buen estado.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.2.1.5.
48
MÉTODO V. DETECCIÓN DE LA FORMA DE ONDA DEL ROTOR PARA ROTORES CILÍNDRICOS
Este método utiliza un transductor o una bobina de captación para determinar la forma de
onda del campo magnético del rotor. El captador magnético debe ser montado en el estator, en
el entrehierro en gran proximidad al rotor, según las recomendaciones del fabricante, y conectar
con el osciloscopio u otro dispositivo conveniente de grabación. Con el rotor girando y el devanado
inductor excitado, en las espiras cortocircuitadas se puede detectar a menudo discontinuidad o
asimetrı́a en el valor registrado (véase IEEE Std 67-1990).
2.3.
PRUEBA DE LA POLARIDAD PARA LOS POLOS
DE CAMPO
La polaridad de los polos del campo se puede comprobar por medio de un pequeño imán
permanente montado de modo que pueda girar e invertir su dirección libremente. El devanado
inductor se debe energizar con el 5 % a 10 % de la corriente dada. El imán indica la dirección de
polaridad apropiada contraria mientras se pasa de polo a polo. El imán debe ser comprobado para
asegurarse de que no se ha perdido su magnetismo ni su polaridad invertida, por el flujo del campo.
2.4.
2.4.1.
CORRIENTE DE EJE Y AISLAMIENTO DEL COJINETE
GENERAL
Las irregularidades en el circuito magnético pueden crear una pequeña cantidad de flujo ligado
al eje, resultando que una fuerza electromotriz se genere entre los extremos del eje. Esta fuerza
electromotriz puede crear una corriente que atraviesa el eje, los cojinetes, los soportes de los
cojinetes, y al otro extremo del eje con la carcasa de la máquina, a menos que el circuito este
aislado.
NOTA.- Mientras que otras causas pueden producir un voltaje en el eje que no implica una
diferencia en potencial a partir de un extremo del eje al otro, esta prueba no proporciona efectos
resultantes porque cada uno de estas fuentes requiere métodos especialmente adaptados de prueba,
esencialmente de una investigación natural del investigador. Para los métodos 1 al 4, la máquina
debe funcionar a la velocidad determinada y al valor de voltaje de excitación de la armadura en
circuito abierto, a menos que se especifiquen otras condiciones de funcionamiento.
2.4.2.
MÉTODO 1. A TRAVÉS DE LOS EXTREMO DEL EJES
La presencia de voltaje del eje puede ser determinada midiendo el voltaje de extremo a extremo
del eje con un voltı́metro de alta impedancia.
2.4.3.
MÉTODO 2. A TRAVÉS DE UNA PELÍCULA DE ACEITE
DEL COJINETE, COJINETES SIN AISLAR
Este método requiere que las caracterı́sticas aislantes de la pelı́cula de aceite del cojinete sean
adecuadas para soportar el voltaje del eje sin dañarse. La presencia de voltaje o de corriente en el
eje puede ser determinada haciendo funcionar la máquina a la velocidad y voltaje determinados, y
conectando un conductor de baja resistencia desde el eje a la carcasa de la máquina, a un cojinete, y
un voltı́metro de CA de rango bajo (o un amperı́metro de la CA de escala alta) con una resistencia
baja llevada desde la carcasa al cojinete. La desviación del instrumento indica la presencia de un
voltaje que puede producir corrientes en el eje. Si el instrumento no se desvı́a, hay un presente
escaso de voltaje y la pelı́cula de aceite del cojinete no está actuando como un adecuado aislante.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.4.4.
49
MÉTODO 3. A TRAVÉS DEL AISLAMIENTO DEL COJINETE
Muchas máquinas tienen uno o más cojinetes aislados, para eliminar las corrientes del eje. Para
estos métodos según lo descrito en las subcláusulas 2.5.1.6.5 a 2.5.1.6.7, se asume que el aislamiento
está situado entre el cojinete y la carcasa de la máquina. Para determinar que se presente un voltaje
que produzca corrientes en eje de la máquina, un conductor de resistencia baja se conecta desde
el eje hasta el cojinete sin aislar cortocircuitándolo, la pelı́cula de aceite, y un voltı́metro de CA
de baja escala (o un amperı́metro de CA de alta escala) está conectado entre el eje y la carcasa
sucesivamente en cada cojinete aislado. La desviación del instrumento indica la presencia de voltaje
que produce corrientes en el eje, si no está presente el aislamiento del cojinete.
2.4.5.
MÉTODO 4. AISLAMIENTO DEL COJINETE
El aislamiento puede ser probado conectando un voltı́metro de corriente alterna de escala baja
(o un amperı́metro de corriente alterna de escala alta) a través del aislamiento. Un conductor de
baja resistencia puede ser aplicado desde el eje a cada cojinete cortocircuitado aislado con una
pelı́cula de aceite. La desviación del instrumento, en este caso, es evidencia que el aislamiento es
por lo menos parcialmente eficaz. Si no hay desviación del instrumento, el aislamiento es defectuoso
o no hay presencia de voltaje en el eje.
2.4.6.
MÉTODO 5. AISLAMIENTO DEL COJINETE
Una capa de papel pesado se coloca alrededor del eje para aislar los cojinetes sin aislar. El
acoplador de impulso o las unidades que impulsan debe ser desunido si no están aisladas. Entonces,
desde una fuente de 110 V-125 V, con una lámpara de filamento conveniente para el voltaje del
circuito o un voltı́metro de aproximadamente 150 V con una resistencia en un rango de 100Ω /V 300Ω/V puesto en serie con la fuente del voltaje, se deben utilizar dos terminales, uno al cojinete
aislado y el otro a la carcasa (a través del aislamiento). Si no brilla intensamente el filamento
de la lámpara (o si la lectura del voltı́metro no excede 60 V) el aislamiento se puede considerar
satisfactorio.
Un megger de 500 V puede también ser utilizado. Esto es mucho más sensible que el método
antes dicho y puede tender a dañar el aislamiento que es adecuado para evitar caı́das de voltaje
en el eje causando corrientes perjudiciales.
2.4.7.
MÉTODO 6. DOBLE AISLAMIENTO
En algunas máquinas, los cojinetes están provistos de dos capas de aislamiento con un separador
metálico entre ellas. La prueba del método 5 es aplicada entre el separador metálico y la carcasa de
la máquina. Esta prueba se debe realizar en cada uno de las varias trayectorias múltiples entre el eje
y la carcasa donde se utilizan los cojinetes aislados (por ejemplo, los tubos del termómetro, control
de los tubos de instalación para una turbina hidráulica, los sellos de hidrógeno, y los acopladores
aislados). Esta prueba se puede hacer con la máquina inmóvil o en funcionamiento. La prueba se
debe complementar con una inspección visual cuidadosa para asegurar que no haya trayectorias
paralelas posibles que no estén aisladas.
2.5.
2.5.1.
SECUENCIA DE FASE
GENERAL
La prueba de secuencia de fase se hace para comprobar el acuerdo de la máquina con los
terminales marcados y la rotación de fase especı́fica, o con los requisitos de nema MG1-1978. Los
resultados se utilizan cuando los terminales de la lı́nea se conectan con los terminales de la armadura
para obtener una correcta puesta de fase de un generador, o la dirección correcta de rotación para
los motores. La secuencia de fase en las máquinas trifásicas puede ser invertida intercambiando las
conexiones de la lı́nea con cualquiera de los dos terminales de la armadura. La secuencia de fase
en las máquinas bifásicas puede ser invertida intercambiando los dos terminales de cualquier fase.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.5.2.
50
MÉTODO 1. INDICADORES DE LA SECUENCIA DE FASE
La secuencia de fase se determina haciendo funcionar la máquina como generador en la dirección
de la rotación para la cual fue diseñada y conectando los terminales a un indicador de secuencia
de fase o a un motor de inducción, cuya dirección de la rotación se sabe cuándo una secuencia de
fase dada se aplica a sus terminales.
La Fig. 2.1 es un diagrama de un tipo de indicador de secuencia de fase que consiste en bobinas
puestas en una base de hierro laminada, con una barra de acero montada en el centro. Los terminales
de la máquina probada, es trifásico o bifásico, se deben conectar con los terminales correspondientes
del indicador. El indicador demostrado en el cuadro 1.1 funcionará a la derecha si la secuencia de
fase es 1, 2, 3, y a la izquierda si la secuencia de fase es 1, 3, 2.
Figura 2.1: Instrumento de una secuencia de fases[3]
Un tipo de indicador de secuencia de fase sin piezas móviles está también disponible para
las máquinas trifásicas y se demuestra esquemáticamente en el Fig. 2.2. El indicador hace uso
de un pequeño condensador y de dos lámparas de neón conectados en Y a través del circuito
trifásico que se probará. Para la secuencia de fase 1, 2, 3, la lámpara conectada con el terminal
1 brillará intensamente. Para la secuencia de fase 1, 3, 2, la lámpara conectada con el terminal 3
brillará intensamente. Para comprobar el indicador, el interruptor en el Fig.2.2 debe ser cerrado.
Si funcionan correctamente, ambas lámparas brillarán intensamente con igual intensidad. Cuando
es necesario conectar un indicador de secuencia de fase con los terminales de la máquina a través
de los transformadores de potencia, el cuidado debe ser extremo en la observación de las marcas de
polaridad de los transformadores de potencia que convienen. (Véase ANSI C57.13-1978, cláusula
4.8.1.)
2.5.3.
MÉTODO 2. INDICACIÓN DEL DIFERENCIAL DE VOLTAJE
Cuatro transformadores potenciales están conectados según las indicaciones de la Fig. 2.3para
las máquinas trifásicas. Es necesario tener un gran cuidado para mantener una polaridad correcta
de las conexiones del transformador. Los asteriscos muestran los terminales correspondientes de las
bobinas primarias y secundarias. Esta conexión tiene luces indicadoras a través de los interruptores
de desconexión entre el generador y el sistema. El generador debe tener una velocidad y una excitación correspondiente, aplicada al voltaje normal. Cuando está cerca de la velocidad sı́ncrona, las
lámparas conectadas con los secundarios del transformador de potencia se aclararán o amortiguan
simultáneamente si el generador tiene la misma secuencia de fase que el sistema, mientras que se
aclararán o amortiguan primero uno después el otro si la secuencia de fase son opuestas.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
51
Figura 2.2: Indicador de secuencia de fase con lámparas de neón [3]
Figura 2.3: Diagrama de conexión para comparar la secuencia de fases de un generador con el de
un sistema para indicar el voltaje a través de un interruptor de desconexión[3]
2.5.4.
MÉTODO 3. DIRECCIÓN DE ROTACIÓN PARA MOTORES
En el caso de un motor, la secuencia de fase puede ser comprobada comenzando desde su
fuente normal de energı́a y observando su dirección de rotación. Si resulta un daño por la rotación
incorrecta, el motor debe ser desconectado del aparato que puede ser dañado. En algunos casos,
el aparato tal como un trinquete irreversible no puede ser desconectado. En este caso, una tensión
suficientemente baja se debe utilizar para no dañar el aparato, u otro procedimiento tal como
método1 o una adaptación del método 2 debe ser utilizado.
2.6.
2.6.1.
FACTOR DE INFLUENCIA TELEFÓNICA
FACTOR DE INFLUENCIA TELEFÓNICA
El factor de influencia telefónica (TIF) para la máquina sı́ncrona solamente se mide normalmente cuando su excitación rectificada ha sido substituida por una fuente de ondulación libre y
los transformadores de energı́a se han quitado de la lı́nea. Se obtiene como el cociente de un valor
fundamental cargado rms y los armónicos de una onda de voltaje, y el valor de la raı́z cuadrada
de la onda. Esto puede ser realizado analı́ticamente con los datos tomados por el análisis armónico
en conjunto con los factores de ponderación usando las ecuaciones siguientes:
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
T IF =
T IF =
TT IF
3E rms
qX
(Tn En ) 2
52
(2.2)
(2.3)
ET IF .- Es el valor de la onda del voltaje ponderado rms, usando los factores de ponderación
Tn .
Tn .- Es el factor de ponderación del TIF para el n armónicos.
En .- Es el valor del rms de los n componentes armónicos del voltaje (componente la componente
fundamental de voltaje) en las mismas unidades que ET IF .
Erms .- Es el valor de la onda del voltaje rms, en las mismas unidades que ET IF
El factor de ponderación, Tn , usado antes, es igual al solo al factor de influencia telefónica,
T IFf , correspondiendo a la n frecuencia armónica.
2.6.2.
FACTORES DE PONDERACIÓN
Para que los factores de ponderación sean utilizados en el cálculo del TIF, ver ANSI C50.13-1989
o a nema MG1-1978.
2.6.3.
CONSIDERACIONES POTENCIALES DEL TRANSFORMADOR
Si un transformador potencial está conectado entre la máquina y el instrumento, debe estar
establecido que el contenido armónico del voltaje de la máquina no sea afectado por la presencia
del transformador. Para realizar tal verificación, un divisor de voltaje resistente (aproximadamente
300 Ω/V y diseñado para producir el voltaje deseado para un analizador armónico) se debe poner a
través de los terminales de la máquina con el transformador potencial desconectado, y el contenido
armónico del voltaje de la máquina debe ser obtenido. El transformador de potencia se debe colocar
a través de los terminales de la máquina y repetir el análisis armónico, usando el divisor de voltaje.
Una segunda verificación puede ser hecho haciendo un análisis armónico usando el secundario del
transformador de potencia. Si los tres análisis del contenido armónico del voltaje de la máquina
son convenientes, el transformador se puede considerar satisfactorio para el uso en otras máquinas
similares.
2.7.
2.7.1.
BALANCE DEL FACTOR DE INFLUENCIA TELEFÓNICA
GENERAL
Para la definición de equilibrio de influencia telefónica, ver IEEE Std 100-1992.
2.7.1.1.
MÉTODO 1. VOLTAJE LÍNEA A LÍNEA
Para una máquina trifásica conectada en Y, la Ecu. 2.2 se puede utilizar, basado en el voltaje
de lı́nea a lı́nea. El valor de ET IF para una máquina conectada en Y se puede medir por medio
de un medidor TIF, o se puede obtener a través de un análisis armónico de voltaje de lı́nea a
lı́nea usando la Ecu. 2.3. Las lecturas se toman con el funcionamiento de la máquina a voltaje y
velocidad determinados, sin carga.
2.7.1.2.
MÉTODO 2. VOLTAJE DE FASE
El balance del factor de la influencia telefónica de una máquina trifásica conectada en Y se
pueden obtener usando las ecuaciones 2.2 y 2.3 basados en un análisis armónico del voltaje lı́nea
a neutro, pero omitiendo el tercer armónico y los múltiplos del cómputo de ETIF. Las lecturas se
toman con el funcionamiento de la máquina a voltaje y velocidad determinados, sin carga.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.8.
2.8.1.
53
COMPONENTE RESIDUAL DEL FACTOR DE INFLUENCIA TELEFÓNICA
GENERAL
Para la definición de la componente residual del factor de influencia telefónica ver IEEE Std
100-1992.
2.8.2.
MÉTODO 1. MÁQUINAS QUE PUEDEN SER CONECTADAS
EN DELTA
El componente residual del factor de influencia telefónica de una máquina trifásica puede ser
obtenido conectando la máquina en delta con una esquina abierta y con el funcionamiento de
la máquina a la velocidad normal y sin carga, con la excitación correspondiente para el voltaje
de circuito abierto dado. Un instrumento TIF o un analizador armónico se coloca a través de la
esquina abierta del delta. La ecuación 2.4 se debe utilizar para evaluar el TIF residual de este
método.
residual T IF =
TT IF
3E rms
(2.4)
donde:
ET IF .- Es el voltaje cargado de la raı́z cuadrática tomado a través de una esquina abierta del
delta. Puede ser obtenido de la lectura de un instrumento (TIF) o se calcula los datos analizados
en el armónico usando la Ecu. 2.3
Erms .- Es el voltaje a través de una fase del delta, en las mismas unidades que ET IF . Esto se
puede tomar como el promedio de los voltajes de las tres fases.
Se debe tener precaución a realizar la prueba delta abierto en las máquinas de alto voltaje. El
voltaje que se medirá es una fracción muy pequeña del voltaje de un lado del delta. Por lo tanto un
transformador de potencia de bajo cociente (de 1:1 a 10: 1) se puede utilizar incluso en las máquinas
de alto voltaje. Sin embargo, un lado del delta podrı́a accidentalmente convertirse totalmente o
parcialmente en un cortocircuito durante la prueba, el voltaje a través del instrumento del TIF o
el analizador armónico saltarı́a muchas veces (a partir 10 a 100 veces) el voltaje del instrumento
antes del cortocircuito accidental. Este nuevo voltaje podrı́a igualar aproximadamente el voltaje que
existió entre los dos puntos de cortocircuito dividido por el cociente del transformador de potencia.
Para un transformador del 1:1, esto podı́a igualar el voltaje lı́nea a neutro normal completo de la
máquina.
Para eliminar el peligro asociado a un cortocircuito accidental, es necesario que en las máquinas
de alto voltaje se aı́sle del personal los instrumentos y los circuitos, o utilizar protectores en el
entrehierro y fusibles para conectar a tierra el instrumento y para aislarlo de la máquina en caso
de sobretensión. La duración de la excitación durante la prueba debe ser mı́nima.
2.8.3.
MÉTODO 2. MÁQUINAS QUE NO PUEDEN CONECTARSE
EN DELTA
En esos casos donde la máquina no se puede conectar convenientemente en delta, el TIF de la
componente residual puede ser obtenido conectando tres transformadores de potencia idénticos en
Y con los terminales de la máquina y conectando los secundarios en delta con una esquina abierta.
El neutro del transformador de potencia primero debe ser conectado con el neutro de la máquina.
Las medidas entonces pueden se hechas en el secundario del transformador de potencia de manera
semejante como se tomaron directamente en la máquina en el método 1. Cuando se utiliza este
método, debe ser reconocido que con valores bajos del TIF, la exactitud se puede afectar por el
efecto exagerado de variaciones leves entre los transformadores.
2.8.4.
MÉTODO 3. PRUEBA LÍNEA - NEUTRO
En el caso de una máquina trifásica donde están equilibrados los voltajes de fase (caso general),
la componente residual del factor de influencia telefónica se puede calcular usando las Ecu. 2.2 y
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
54
2.3 de un análisis armónico del voltaje lı́nea - neutro, considerando solamente el tercer armónico
y los múltiplos de este. Las lecturas se toman con el funcionamiento de la máquina a voltaje y
velocidad determinados, sin carga.
2.9.
2.9.1.
FACTOR DE INFLUENCIA TELEFÓNICA LÍNEA NEUTRO
GENERAL
El factor de influencia telefónica lı́nea - neutro de una máquina trifásica se calcula con la Ecu.
2.2 basado en el voltaje sin carga lı́nea - neutro de la máquina (considerando todos los armónicos).
Esto tiene significado solamente para una máquina conectada en Y, y este valor sobre todo se debe
comprobar (véase 3.9.3).
2.9.2.
MÉTODO DE PRUEBA
El TIF lı́nea-a-neutro se puede medir con un transformador potencial conectado de lı́nea neutro a través de una fase de la máquina en funcionamiento con voltaje y velocidad determinados,
sin carga. El valor cargado de la media cuadrática, ET IF , del voltaje a través del secundario del
transformador es obtenido por el instrumento del TIF o por el análisis armónico usando la Ecu.
2.3 El TIF se obtiene de la Ecu. 2.2.
2.9.3.
VERIFICACIÓN DEL BALANCE, RESIDUAL Y EL TIF LÍNEA
- NEUTRO
Un chequeo útil de los valores equilibrados, residual, y de lı́nea-a-neutro del factor de influencia
telefónica se obtiene de la relación siguiente:
p
(2.5)
TIFlı́nea-neutro = (balance TIF)2 + (residual TIF)2
2.10.
DESVIACIÓN DE LA FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE EN LOS TERMINALES DEL ESTATOR Y
FACTORES DE DISTORSIÓN
2.10.1.
PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA
Para la definición del factor de desviación y distorsión, ver IEEE Std 100-1992. La forma de
onda del voltaje en la prueba es registrada usando un oscilógrafo ajustado para producir una
desviación amplia, y operando a alta velocidad para poder subdividir el intervalo de tiempo de
un semiciclo en una serie de intervalos iguales. Para permitir un análisis adecuado, la amplitud
máxima de la onda a partir de cero debe ser por lo menos 3.2 cm, y la distancia para un semiciclo
por lo menos 4 cm.
La Fig. 2.4 muestra el trazo de una onda exagerada para ser analizada, en coordenadas rectangulares. También, la onda equivalente del seno está trazada en la misma figura, localizada que la
desviación máxima de la onda que es analizada desde un mı́nimo de la onda seno. La amplitud de
la onda seno equivalente, se puede determinar por el método descrito más adelante.
Los diagramas de la onda en coordenadas polares pueden también ser utilizados.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
55
Figura 2.4: Diagrama de la onda para el factor de la desviación[3]
2.11.
PRUEBAS DE VELOCIDAD EXCESIVA
2.11.1.
GENERAL
Se hacen las pruebas de velocidad excesiva solamente cuando están especificadas. Se especifican
generalmente para los generadores sı́ncronos conectados con turbinas u otro equipo mecánico que
puede estar sujeto a velocidad excesiva por pérdida de carga u otra causa.
2.11.2.
PROCEDIMIENTO
Antes de hacer una prueba de velocidad excesiva, la máquina se debe examinar cuidadosamente,
cerciorándose de que todos los pernos de sujeción y piezas de rotación estén apretados y en buenas
condiciones. El rotor debe tener un buen equilibrio mecánico como sea posible antes de comenzar la
prueba. Se debe tomar cada precaución para proteger la vida y las caracterı́sticas de la prueba en
caso de cualquier desgracia. La velocidad se debe leer con un tacómetro eléctrico u otro dispositivo
que indique la velocidad.
Al hacer la prueba, la máquina debe estar funcionando a la velocidad determinada por un
largo periodo para que las lecturas de vibración sean revisadas y estabilizadas, y comprobar que la
máquina está funcionando satisfactoriamente. Entonces la máquina se debe acelerar con presteza
razonable a la velocidad excesiva especificada. Las pruebas a velocidades mayor de 115 % de la
velocidad determinada, se debe hacer pausadamente, la variación de la velocidad durante la aceleración es para comprobar las condiciones de funcionamiento tales como la vibración, el alcance del
eje de rotor, y el comportamiento del aceite en los cojinetes. Las lecturas de la vibración se deben
también hacer a la velocidad determinada siguiendo la comparación y referencia de la prueba.
Normalmente, la prueba de velocidad excesiva se hace con la máquina sin excitación. Si la
máquina es excitada, se debe tener cuidado al reducir la excitación durante la prueba de modo que
el voltaje no exceda de 105 % del voltaje clasificado.
Siguiendo con la operación especı́fica a la velocidad excesiva por un tiempo especificado, la
máquina se debe regresar puntualmente y suavemente de nuevo a la velocidad determinada.
Si la velocidad excesiva ha estado aplicada durante un perı́odo prolongado, los cojinetes estarán
substancialmente a temperaturas más altas que las normales y la viscosidad del aceite mucho más
bajo que el normal. Por lo tanto la máquina se debe volver a la velocidad normal hasta que las
temperaturas del cojinete vuelvan a lo normal, o debe ser apagado rápidamente y no comenzar
con la prueba hasta que las temperaturas del cojinete se refresquen a condiciones normales. La
máquina se debe examinar cuidadosamente después de la prueba.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.12.
CAPACIDAD DE CARGA DE LÍNEA
2.12.1.
GENERAL
56
La capacidad de carga de lı́nea de una máquina sı́ncrona es su energı́a reactiva en kilovoltamperios al funcionar sı́ncronamente con el factor de potencia cero, voltaje determinado, y
con la corriente de campo reducida a cero. (Esta cantidad no tiene ninguna relación inherente a la
capacidad térmica de la máquina, por lo tanto se observa la precaución en 3.12.4.)
2.12.2.
MÉTODO 1. COMO MOTOR
La máquina funciona como motor sı́ncrono sin carga, desacoplada preferiblemente, y con voltaje
y frecuencia determinados, con la excitación reducida a cero. Porque las pérdidas de la máquina se
suministran desde las unidades de accionamiento, la capacidad de la carga de lı́nea es aproximadamente la entrada de energı́a reactiva en kilo-voltamperios. Si la máquina se junta a una turbina
de vapor de condensación, debe ser desacoplada para prevenir el recalentamiento de la turbina.
2.12.3.
MÉTODO 2. COMO GENERADOR
La máquina en esta prueba se conduce a la velocidad normal y está conectada a una carga que
consiste en el funcionamiento lento y sobreexcitado de la máquina sı́ncrona, o con un valor que
se pueda considerar como fuente de voltaje de capacidad infinita, con voltaje determinado en el
generador a la frecuencia determinada, y con su excitación reducida a cero. La capacidad de carga
de lı́nea es aproximadamente la entrada de energı́a reactiva en kilo-voltamperios.
2.12.4.
MÉTODO 3. COMO GENERADOR
La máquina funciona a la velocidad normal y está conectada con las secciones de la lı́nea de
transmisión, usando suficientes secciones para dar el voltaje determinado cuando la excitación del
generador se reduce aproximadamente a cero. La capacidad de la carga es la entrada de energı́a
reactiva en kilo-voltamperios. Porque una lı́nea de transmisión requiere por lo menos una pequeña
fuente sı́ncrona de excitación, no es posible hacer la prueba con excitación cero. Por lo tanto, una
serie de pruebas con valores sucesivamente más pequeños de excitación se puede utilizar como base
para extrapolar la energı́a reactiva a excitación cero.
PRECAUCIÓN.- Observe que el lı́mite para la reducción de la corriente de campo de las
máquinas de rotor cilı́ndrico en el voltaje determinado puede ser establecido por el fabricante
para evitar calentamiento local en la armadura. Si existe tal lı́mite, los datos se pueden tomar en
varios valores mayores de la corriente de campo (a voltaje determinado y factor de potencia cero)
y extrapolado para obtener un valor de potencia reactiva en la excitación cero (véase IEEE Std
67-1990).
Si la corriente de la armadura es superior a la corriente determinada, los datos se pueden tomar
en varios valores de corriente reducida (y del voltaje) y extrapolar para obtener un valor de potencia
reactiva en el voltaje determinado.
2.13.
RUIDO ACÚSTICO
2.13.1.
GENERAL
Los métodos de prueba para el ruido aerotransportado se describen en el IEEE Std 85-1973
y ANSI Std C50.12-1982. La palabra “ruido” refiere a cualquier sonido indeseado. La duración
para las horas permitidas máximas de exposición para los varios niveles de ruidos es fijada en los
EE.UU. por la Occupational Safety and Health Administration (OSHA).
2.13.2.
PROCEDIMIENTO
Un instrumento de nivel de sonido es un micrófono omnidireccional con un amplificador, filtros
cargados, procesadores electrónicos y un dial de indicación. Los filtros permiten la selección de las
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
57
caracterı́sticas de respuesta de frecuencia del ANSI “A”, “B”, o “C”. Más detalles sobre pruebas,
cargas relativas, y ambientes de prueba se describen en IEEE Std 85-1973.
Un instrumento de nivel de sonido proporciona un número en decibelios (dB) para todo el
sonido dentro de la gama de frecuencia de audio, pero no da ninguna indicación del contenido de
la frecuencia. Una cierta indicación de la importancia de los componentes bajo 600 hertzios puede
ser obtenida cambiando de una A a una C curva cargada. Un análisis del sonido en el dominio de
frecuencia, llamado análisis de espectro, puede proporcionar información valiosa para la supresión
y el control del ruido.
2.14.
CURVAS DE LA SATURACIÓN, PÉRDIDAS SEPARADAS, Y EFICIENCIA
2.14.1.
GENERAL
2.14.1.1.
EFICIENCIA
La eficiencia verdadera de una máquina es el cociente de la potencia de salida por la potencia
de entrada bajo condiciones especı́ficas. En las pequeñas máquinas, éstos se pueden medir directo.
En un equipo más grande donde la potencia mecánica no puede ser medida exactamente, se utiliza
una eficiencia convencional, basado en pérdidas segregadas (véase 2.3.1).
Las pérdidas que se utilizarán en la determinación de la eficiencia convencional de una máquina
sı́ncrona y de su método de evaluación se prescriben en los estándares aplicables Los métodos de
prueba para determinar las pérdidas individuales siguientes se dan en los subcláusulas subsecuentes:
a) Pérdida de la fricción y del viento
b) Pérdida del hierro (circuito abierto)
c) Pérdidas por pérdida en la carga (cortocircuito)
d) Pérdida de la armadura I2 R a usar la corriente de la armadura a la carga especı́fica y la
resistencia de armadura en C.C. corregidas a una temperatura especı́fica (véase 2.1.1 y 2.1.2).
e) Colocar I2 R usando la corriente de campo y la resistencia de campo corregida a una temperatura especı́fica (véase 2.1.3).
2.14.1.2.
MÉTODOS DE MEDIDA DE LAS PÉRDIDAS
Hay cuatro métodos disponibles para medir las pérdidas de una máquina sı́ncrona:
a) Método de impulsión separada (véase 2.14.2)
b) Método de entrada eléctrica (véase 2.14.3)
c) Método del retraso (véase 2.14.4)
d) Método de la transferencia térmica (véase 2.14.5)
Es conveniente obtener los datos para las curvas de saturación de circuito abierto y cortocircuito
durante las pruebas para la determinación de las pérdidas, si uno de los tres primeros métodos se
utiliza. Cada uno de los tres primeros métodos que determinan las pérdidas, requiere la máquina
para ser operada para dos series de funcionamiento para simular las condiciones de carga, una
con los terminales de la armadura en circuito abierto y otro con estos en cortocircuito. Para el
método de la transferencia térmica, la máquina puede funcionar con la carga o en condiciones de
carga simuladas en cuanto a los primeros tres métodos. Si los terminales de la armadura están
en circuito abierto, la pérdida total incluye la fricción y pérdidas por el viento de todo el aparato
mecánicamente conectado y de la pérdida de la carcasa en circuito abierto que corresponde al
voltaje y a la frecuencia de la armadura. Si los terminales de la armadura están en cortocircuito,
las pérdidas totales incluyen la fricción y pérdidas por el viento de todo el aparato mecánicamente
conectado y de la pérdida del cobre de la armadura y de las pérdidas por pérdida en la carga que
corresponde a la corriente y a la frecuencia de la armadura.
2.14.1.3.
ELIMINACIÓN DE LA ENTRADA DEL EXCITADOR
Si una conexión directa o un excitador es usado para la excitación durante las pruebas de
pérdidas, la potencia de entrada deberı́a ser deducida de la entrada total al determinar las pérdidas
por fricción y del viento, pérdida en el hierro, y pérdida por pérdida en la carga (véase 2.14.2.9).
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.14.1.4.
58
EFECTO DE LA TEMPERATURA Y DE LA PRESIÓN
La temperatura del cojinete debe ser constante como sea posible durante la prueba porque
afecta a la viscosidad del aceite y por lo tanto, a la pérdida por fricción. Por lo tanto, la máquina
debe funcionar a la velocidad determinada hasta que la temperatura del cojinete o las pérdidas de
la fricción y del viento lleguen a ser constantes antes de comenzar las medidas de las pérdidas.
Temperatura del refrigerante, presión barométrica, humedad, pureza del gas afectan la densidad
del gas, y por lo tanto, la pérdida por el viento. Para las máquinas en las cuales esta pérdida es de
significación importante, la corrección para los cambios en la densidad del gas puede ser necesaria
para armonizar las pruebas hechas bajo diversas condiciones. Estos efectos deben ser considerados
en el establecimiento de condiciones de las pruebas para las pérdidas para esas máquinas donde la
temperatura puede ser ajustada.
2.14.1.5.
MÁQUINAS ACOPLADAS
La condición preferida para la prueba de la pérdida por fricción y del viento serı́a con la máquina
desacoplada. Es frecuentemente necesario probar una máquina acoplada a otro aparato para el cual
la pérdida de la fricción y del viento no se puede determinar experimentalmente. Los cojinetes no
se pueden diseñar para permitir el funcionamiento desacoplado, o las circunstancias pueden hacerlo
desaconsejable desacoplarlo para la prueba y volver a emparejar y realinear después de la prueba.
Cuando la prueba de pérdida por la fricción y el viento se realiza a varias máquinas, esta deberı́a
ser hecha en proporción con las mejores estimaciones disponibles de los valores previstos para cada
una. El cojinete de empuje de una unidad vertical se incluye generalmente con el generador (o
el motor). Sin embargo, solamente la pérdida del cojinete de empuje debido al peso del rotor del
generador se considera una pérdida del generador. Cuando se prueba la máquina acoplada a otro
aparato, hay una pérdida adicional del cojinete de empuje debido al peso del aparato conectado.
Una estimación de esta pérdida adicional se puede obtener del fabricante del generador.
2.14.1.6.
RECALENTAMIENTO DE LA TURBINA DE VAPOR
De vez en cuando, los generadores conducidos con una turbina de vapor se prueban para las
pérdidas sin vapor en las láminas de la turbina. Durante tales pruebas, se deben tomar precauciones
para evitar el recalentamiento severo de las piezas de la turbina. Debido a los muchos factores
implicados y las diferencias entre las máquinas.
2.14.1.7.
TURBINAS HIDRÁULICAS DE SECADO
Un generador arrancado con una turbina hidráulica se debe probar con su turbina seca totalmente y el sello del corredor agua de enfriamiento se debe cerrar si los valores exactos de las
pérdidas del generador se quieren obtener (véase ASME PTC 18-1949). Un término alternativo
aceptable a la “desecación” es el uso del término “unwatering.”
La desecación de la turbina se debe hacer de acuerdo con las instrucciones del fabricante de la
turbina. Las turbinas de impulso pueden ser desecadas generalmente mientras que el motor está a
la velocidad normal. Las turbinas de propulsor Francis se deben desecar generalmente en la parada,
pero hay excepciones. Sus envolturas de las cajas deben estar vacı́as para eliminar incluso el efecto
de salida de una fuga menor a través del bloqueo de las puertas. A menos que haya una válvula
delante de la envoltura de la caja que requiera el drenaje de la compuerta, que es una operación
desperdiciadora de tiempo. Si el corredor se fija sobre la coladera, la expresión apropiada a través
de la válvula de aire de la turbina permitirá que el agua drene por el tubo. Cuando el corredor
no está suficientemente arriba sobre la coladera, la coladera en el tubo de se puede presionar por
el aire comprimido o bombeando. El agua en los sellos de turbina produce pérdidas apreciables.
Por esta razón, es preferible funcione sin el sello de agua para las pruebas de pérdidas. Se debe
tener la aprobación del fabricante de la turbina para hacer esto puesto que algunos tipos de sellos
no pueden funcionar sin agua. Debe ser reconocido que los valores inexactos de la prueba pueden
darse si las pruebas de funcionamiento son hechas con el sello de agua.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.14.1.8.
59
ARRANQUE ELÉCTRICO
Cuando no es factible poner la máquina a su velocidad por medios mecánicos, es necesario
arrancar eléctricamente.
De vez en cuando, el generador (o el motor) es conveniente arrancar a partir de una fuente de
energı́a a voltaje y frecuencia determinada. Si la fuente de energı́a es adecuada, éste es el método
simple de arranque.
Si la de corriente actual o la calefacción de la bobina del amortiguamiento es excesiva en el
arranque, es de vez en cuando factible realizar el arranque con el voltaje reducido. Esto requiere
una fuente de alimentación cuyo voltaje se pueda reducir a un valor conveniente. Para las máquinas
grandes, es generalmente necesario que una segunda máquina de tamaño conveniente esté disponible, para ser conectada solamente con la máquina que es probada, para la operación del voltaje
variable.
La mayorı́a de los generadores no tienen bobinas del amortiguamiento capaces de encender
la máquina en la frecuencia completa y de acelerarla a la velocidad completa. En tales casos, es
necesario que otra máquina del tamaño conveniente y capaz de operar a la velocidad variable
esté disponibles para arrancar la maquina a ser probado.
Para arrancar sincrónicamente, el arranque de las armaduras y el arranque de las máquinas
están conectadas juntas eléctricamente mientras las máquinas están paradas. Bajo ciertas condiciones, el arranque sı́ncrono se puede iniciar de acuerdo con la recomendación del fabricante mientras
que ambas máquinas están siendo impulsadas por el giro de sus engranajes. Las fuentes separadas
de excitación para ambas máquinas deben estar disponibles, sin embargo, una sola fuente de excitación que alimenta ambos campos en serie puede ser utilizada. Utilizan el excitador de una tercera
máquina sı́ncrona a veces. Aproximadamente la corriente de campo sin carga a pleno voltaje se
aplica al arranque de la máquina y aproximadamente 80 % de la corriente de campo sin carga
a pleno voltaje se aplica al funcionamiento de la máquina. El primer movimiento del arranque
de la máquina es cuando comienza a encenderse lentamente y las dos máquinas eléctricamente
conectadas están alcanzando la velocidad deseada.
Con la máquina de arranque funcionando en una frecuencia recomendada una suficiente excitación se aplica a la máquina de arranque para producir el valor recomendado de voltaje y frecuencia
en el terminal de la máquina bajo prueba. El campo de la máquina bajo la prueba es cortocircuitado a través de un resistor de arranque. Cuando el funcionamiento de la máquina se acerca al
sincronismo con la máquina de impulso, aproximadamente 80 % de la excitación normal sin carga
a pleno voltaje es aplicada al funcionamiento de la máquina y la excitación normal sin carga a
pleno voltaje se aplica a la máquina de impulso para que este entre en sincronismo y para traerlo
hasta la velocidad deseada.
2.14.2.
MÉTODO DE ARRANQUE SEPARADO PARA LAS CURVAS
Y LAS PÉRDIDAS DE SATURACIÓN
2.14.2.1.
MOTOR IMPULSOR
La máquina bajo prueba es arrancada generalmente por un motor, directamente o a través de
una correa o de un engranaje. El motor debe ser una derivación de motor continuo (preferiblemente
el de tipo polo conmutado), un motor de inducción, un motor sı́ncrono, o el excitador de conexión
directa (si es bastante grande). Preferiblemente, la capacidad del motor impulsor debe ser tal que
funcionará en no menos del 15 % al 20 % de su valor al suministrar pérdidas por fricción y efecto
del viento de la máquina impulsada; y no más que 125 % de su valor al suministrar fricción, efecto
del viento, y la pérdida del hierro a voltaje determinado; o fricción, efecto del viento, a valor de
corriente del estator I2 Ra , y pérdidas por pérdida en la carga. Esto permite al motor funcionar
completamente en la curva de eficiencia y a menudo puede no ser necesario corregir el cambio en
la eficiencia. Las pérdidas sin carga del motor impulsor deben ser conocidas donde se requiere una
exactitud extrema, una curva de pérdidas de entrada debe estar disponible.
El motor impulsor debe ser capaz de poner a la máquina conducida a su velocidad determinada.
Al usar una impulsión del motor de inducción, es necesario proporcionar una fuente de frecuencia
ajustable por el declive en las variaciones con el cambio de las pérdidas en la máquina que es
probada. Un motor sı́ncrono tiene una decidida ventaja donde todas las pruebas son hechas a la
velocidad determinada; sin embargo, cualquier motor sı́ncrono debe tener una frecuencia variable
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
60
para comenzar o debe tener el suficiente esfuerzo de torsión y capacidad térmica para encender
y acelerar la máquina bajo la prueba. Esto simplifica la determinación de las pérdidas del motor
impulsado si la lı́nea voltaje de un motor impulsor sı́ncrono o de inducción se lleva a cabo a
través del funcionamiento constante. El campo de un motor de derivación puede ser excitado
por una fuente separada para que la corriente de campo pueda ser constante para simplificar la
determinación de estas pérdidas.
Cuando una máquina que no requiere un servicio de impulsión es transmitida por una correa
de impulsión para la prueba, la tensión de la correa se debe mantener tan baja como posible para
que la fricción en los cojinetes no sea perjudicial y no aumente la pérdida por fricción. La correa
debe ser de anchura y peso mı́nimo para tener una carga adicional.
Cuando se utiliza un engranaje de impulsión, las pérdidas del engranaje deberı́an ser conocidas
bajo condiciones de prueba.
El método de motor impulsado dará resultados erróneos si las máquinas son de aceleración o
de desaceleración. Por lo tanto, las lecturas deben ser tomadas solamente cuando la velocidad es
constante en el valor correcto según lo medido por un tacómetro confiable o un estroboscopio.
2.14.2.2.
PROCEDIMIENTO
El procedimiento generalmente para la prueba es llevar la máquina a su velocidad determinada
hasta que los cojinetes alcancen una temperatura constante y la pérdida por fricción llegue a ser
constante; esto puede ser determinado observando cuando la entrada del motor impulsor llega a
ser constante. La entrada del motor impulsor menos las pérdidas del motor impulsor (correa o
engranaje) igual a la entrada o las pérdidas de la máquina probada (véase 2.14.1.3).
2.14.2.3.
DINAMÓMETRO COMO IMPULSOR
Puede ser deseable utilizar un dinamómetro como motor impulsor, en este caso solamente las
lecturas del par y de la velocidad son requeridas para determinar la potencia de entrada de la
máquina que es probada. La potencia de entrada en kilovatios para la máquina bajo prueba se
obtiene de la ecuación siguiente:
potencia (kW ) =
nT
k
(2.6)
donde:
n.- Es la velocidad de rotación r/min
T .- Es el par
k.- Es 9549 si T está en N · m
k.- Es 7043 si T está en lbf · f t
2.14.2.4.
ARRANCADOR MECÁNICO
La máquina se puede impulsar por sı́ mismo u otro aparato mecánico tal como una turbina o
un motor. Puesto que no es generalmente factible obtener una medida exacta de la potencia de
entrada de la máquina probada, este método se puede utilizar raramente para obtener pérdidas
pero es satisfactorio para determinar las curvas de saturación si la velocidad se puede controlar
constante y exactamente en el valor deseado.
2.14.2.5.
CURVA DE SATURACIÓN EN CIRCUITO ABIERTO
La curva de saturación en circuito abierto es obtenida conduciendo la máquina que es probada
a la velocidad determinada, en circuito abierto, y registrando su voltaje en los terminales de la
armadura, corriente de campo y frecuencia, o velocidad del eje. Para obtener los datos útiles para la
derivación del modelo del generador estas lecturas deben ser distribuidas aproximadamente como
sigue:
a) Seis lecturas debajo del 60 % del voltaje determinado (1 a excitación cero)
b) A partir del 60 % a 110 %, por lo menos cada incremento del 5 % en los terminales de voltaje
(mı́nimo de 10 puntos). Esta área es un rango crı́tico y una tentativa que deberı́a hacerse para
obtener tantos puntos como la resolución del control de la excitación permitirá
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
61
c) Sobre 110 %, por lo menos dos puntos, incluyendo un punto en aproximadamente 120 % del
valor de la corriente de campo sin carga (o en el valor máximo recomendado por el fabricante).
d) En el valor de voltaje, las lecturas se deben tomar de los terminales de voltaje (lı́nea a
lı́nea) de las tres fases para comprobar el balance de la fase. Estas lecturas se deben hacer bajo
condiciones constantes de excitación y de velocidad, y con el mismo voltı́metro.
PRECAUCIÓN.- Para las máquinas cilı́ndricas se recomienda consultar al fabricante para
determinar la indicación máxima, que debe ser utilizada en la obtención de la curva de saturación
en circuito abierto, reconociendo la capacidad de la máquina al funcionar por el tiempo requerido
en cada punto de prueba. La prueba no se debe hacer con un transformador en la lı́nea a menos
que el fabricante del transformador haya aprobado la operación en las sobretensiones previstas.
Las lecturas para esta curva se deben tomar siempre con el aumento de la excitación. Este
método permite una energización inicial segura del generador. Si llega a ser necesario disminuir
la corriente de campo, esta será reducida a cero y después aumentada cuidadosamente al valor
deseado, para quitar los efectos de la histéresis en los resultados.
Las máquinas deben funcionar por varios minutos en cada punto del voltaje para permitir que
la velocidad se estabilice en el valor determinado para no causar ningún error por la variación en
velocidad y excitaciones, a excepción de los dos puntos sobre 110 % del voltaje determinado, donde
las recomendaciones del fabricante deben ser seguidas.
Los resultados deben ser corregir para la velocidad y se pueden trazar como en la Fig. 2.5. El
voltaje de una monofásico (lı́nea a lı́nea) o del promedio de los voltajes de las fases, en cada valor
de la excitación puede ser usado.
Figura 2.5: Curva de saturación[3]
En unidades hidráulicas, es posible tener la unidad de funcionamiento a una velocidad más baja
para obtener una corriente de campo de excitación alta sin exceder el lı́mite absoluto de voltaje en
el terminal. Una vez corregido para la velocidad, esto produce una alta curva de saturación en el
punto final del circuito abierto. Los niveles del flujo deben ser respetados al usar este planteamiento.
2.14.2.6.
LÍNEA DEL ENTREHIERRO
La lı́nea del entrehierro es la distancia obtenida de la curva de saturación de circuito abierto
por la extensión de la lı́nea recta más baja Fig. 2.5. Si la porción más baja no es linear, la lı́nea
del entrehierro se dibuja como lı́nea recta de inclinación máxima posible desde el origen, tangente
a la curva de saturación.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.14.2.7.
62
PÉRDIDA EN EL HIERRO Y PÉRDIDA POR FRICCIÓN Y EFECTO
DEL VIENTO
La pérdida del hierro y la pérdida por fricción y efecto del viento pueden ser determinadas de
las lecturas adicionales tomadas usando la misma disposición de la prueba usada para la curva
de saturación en circuito abierto. En cada valor del voltaje en el terminal, la potencia de entrada
al motor impulsor es medida. Si se utiliza un motor de C.C., esto puede ser realizado tomando
lecturas de corriente de armadura y de voltaje (el producto de estas es la potencia de entrada) y
la corriente de campo del motor impulsor. Si se utiliza un motor de CA, la potencia de entrada se
puede medir directo con un vatı́metro. La potencia de entrada de la máquina que es probada es
obtenida restando las pérdidas del motor impulsor de la potencia de entrada del motor impulsor
(véase 2.14.1.3). Las pérdida por fricción y efecto del viento es obtenida como la potencia de entrada
de la máquina que es probada, con la excitación cero (véase 2.14.2.9). El voltaje en los terminales
de la máquina debe ser comprobado y si eventualmente el voltaje residual apreciable aparece, el
campo debe ser desmagnetizado aplicando la corriente de campo en direcciones alternas con una
magnitud sucesivamente más pequeña.
La pérdida del hierro en cada valor del voltaje de la armadura es determinada restando la
pérdida por fricción y efecto del viento de la potencia de entrada total de la máquina que es
probada. La pérdida del hierro se puede trazar como en Fig. 2.6 en función del voltaje.
Figura 2.6: Curva de las pérdidas del hierro (perdida de potencia vs voltaje de armadura)[3]
2.14.2.8.
CURVA DE SATURACIÓN EN CORTOCIRCUITO
La curva de saturación en cortocircuito es obtenida conduciendo la máquina que es probada
a la velocidad determinada, armadura cortocircuitada, y registrando las corrientes de armadura y
de campo. Normalmente, las lecturas se deben registrar para las corrientes de armadura cerca del
125 %, 100 %, 75 %, 50 %, y 25 % de la corriente determinada. El valor de la prueba de corriente
máxima, fijado tradicionalmente en 125 %, se debe obtener del fabricante puesto que, para algunos tipos de máquinas, el enfriamiento del estator no permitirá la operación superior a corriente
clasificada del 100 % sin el riesgo de daño.
En la corriente determinada, las lecturas se deben tomar de la corriente en las tres fases para
comprobar el equilibrio de las corrientes. Si hay más de una lı́nea o terminal neutral por fase, el
equilibrio actual entre los terminales separados se debe comprobar para cada fase.
Las lecturas de la corriente se deben tomar con la excitación disminuida al arranque con el
valor que producirá una corriente de armadura igual al máxima permitida. El punto actual más
alto debe ser tomado primero de modo que la temperatura de la bobina sea casi constante como
sea posible durante el funcionamiento. Los resultados se pueden trazar como en la Fig. 2.5
2.14.2.9.
PÉRDIDA POR CORTOCIRCUITO Y PÉRDIDA POR PÉRDIDA EN
LA CARGA
La pérdida por pérdida en la carga puede ser determinada de las lecturas adicionales tomadas
cuando se hace la curva de la saturación de cortocircuito (véase 2.14.2.8). En cada valor de la
corriente de armadura, la potencia de entrada al motor impulsor se mide según lo descrito en
2.14.2.7. La pérdida del motor impulsor se debe restar de la potencia de entrada medida para
obtener la pérdida de la máquina que es probada. (Véase también 2.14.1.3.) La pérdida por fricción
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
63
y efecto del viento, determinada en 2.14.2.7 se resta de la pérdida de la máquina para obtener la
pérdida de cortocircuito.
La temperatura del bobinado del inducido se debe tomar por los termómetros situados en
varios lugares al final de las bobinas, o por los detectores acoplados en máquinas equipadas. Para
las máquinas con arrollamiento de armadura con conductor fresco, la temperatura de la bobina
puede ser determinada por el promedio de las temperaturas del enfriador a las entradas y salidas
de las bobinas.
La pérdida por cortocircuito incluye la pérdida por pérdida en la carga más la pérdida de la
armadura I2 Ra , donde Ra es el valor de la resistencia de la armadura. La pérdida por pérdida en la
carga es obtenida restando la pérdida de la armadura I2 Ra , calculada para los valores de corriente
medidos y con la resistencia continua corregida a la temperatura media de la bobina durante la
prueba. Para las máquinas de alto voltaje refrescadas con hidrógeno puede haber una diferencia
apreciable entre la temperatura de los conductores de la armadura y los valores medidos. Si tal es
el caso, una corrección a la temperatura medida se puede utilizar para mejorar la exactitud para
determinar la pérdida de la armadura I2 Ra . La pérdida por pérdida en la carga se puede trazar
como en la Fig. 2.7.
Figura 2.7: Curva de pérdida por cortocircuito y pérdidas por pérdida en la carga[3]
Las pérdidas por fricción y efecto del viento se deben medir antes y después de los funcionamientos descritos en 2.14.2.7. Esto proporciona una verificación en la pérdida por fricción y efecto
del viento a través de cada funcionada. Si no hay una diferencia del 5 % entre las dos lecturas de las
perdidas por fricción y por efecto del viento, el valor medio se debe utilizar como el valor durante
cada funcionamiento. Cuando la diferencia está entre el 5 % y el 10 %, el cambio en la fricción y
efecto del viento se debe proporcionar uniformemente del principio al final del funcionamiento. Un
funcionamiento debe ser repetido si la diferencia correspondiente en pérdida por fricción y efecto
del viento está sobre el 10 %. Un método alternativo es medir la perdida de potencia y la temperatura del lı́quido refrigerador de la máquina para cada arranque y para trazar las pérdidas por
fricción y efecto del viento como en la Fig. 2.8. Las pérdidas por fricción y efecto del viento para
los funcionamientos descritos en 2.14.2.7 se asocian a la temperatura medida del lı́quido refrigerador durante cada arranque. En algunas máquinas, una diferencia del 10 % en pérdida por efecto
del viento y la fricción se puede experimentar con una variación en la temperatura del lı́quido
refrigerador de 4ºC.
Figura 2.8: Diagrama de las pérdidas por efecto del viento vs temperatura[3]
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.14.2.10.
64
CURVA DE SATURACIÓN CON FACTOR DE POTENCIA CERO
La curva de saturación con factor de potencia cero puede ser obtenida por sobre excitación
de la máquina que es probada mientras está conectada a una carga consistente de funcionamiento
lento, baja excitación, máquinas sı́ncronas. Para el ajuste apropiado de la excitación de la máquina
que es probada y de la de su carga, el voltaje en los terminales puede ser variado mientras que la
corriente de armadura de la máquina que es probada debe ser constante en el valor especificado. La
curva de saturación con factor de potencia cero, de la máquina que es probada, es el diagrama del
voltaje en los terminales vs la corriente de campo según las indicaciones la Fig. 2.5 para la corriente
constante de armadura. Esta caracterı́stica se utiliza para obtener la reactancia de Potier (véase
2.15.2.2). Con este fin, el punto en el voltaje especificado y corriente especificada es a menudo
suficiente. En el caso de una máquina grande en una central eléctrica, la prueba deseada se puede
obtener generalmente por la redistribución de la potencia y la carga reactiva en kilovoltamperios
entre otras máquinas en el mismo sistema.
2.14.3.
MÉTODO DE ENTRADA ELÉCTRICA PARA LAS PÉRDIDAS Y LAS CURVAS DE SATURACIÓN
2.14.3.1.
GENERAL
La máquina se hace funcionar como motor sı́ncrono sin carga desde una fuente de alimentación
de voltaje ajustable y frecuencia constante iguales a la frecuencia especificada de la máquina que
es probada. La potencia de entrada es medida por los vatı́metros o los medidores vatio-hora bajo
varias condiciones de voltaje y corriente, para obtener las pérdidas.
Puede haber una tendencia para que la potencia de entrada sea pulsante debido a una acción
de oscilación entre el generador de conducción y la máquina bajo prueba. Esto dará lugar a una
dificultad en la obtención de las lecturas correctas de la potencia de entrada. El uso de un generador
de conducción que tenga una bobina amortiguadora y que es apreciablemente más pequeña que la
de la máquina conducida puede ser provechoso.
En la prueba para las pérdidas de circuito abierto, la máquina bajo prueba es puesta en funcionamiento en aproximadamente el factor de potencia unitario ajustada según la corriente mı́nima
de la armadura. Si hay una diferencia en la forma de onda del generador de conducción y de la
máquina bajo prueba, los armónicos estarán presentes en la corriente de entrada. Los armónicos
pueden causar que la potencia de entrada exceda la potencia activa de entrada prácticamente en
todos los voltajes. La importancia de este efecto puede ser resuelta por los oscilogramas de la
corriente y del voltaje en los terminales de la máquina que es probada.
2.14.3.2.
INSTRUMENTO DE TRANSFORMACIÓN
Los instrumentos de transformación usados se deben aislar para voltajes altos aplicados en la
prueba. La longitud y el tamaño de los terminales secundarios y de los valores de las otras cargas
secundarias se deben indicar claramente para los propósitos de calibración.
2.14.3.3.
TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
El valor de corriente primaria de los transformadores de corriente usados para las pruebas para
las caracterı́sticas de circuito abierto debe ser aproximadamente 5 % de la corriente especificada a
plena carga de la máquina bajo prueba. Por lo tanto, los transformadores de corriente se deben
conectar a través de un sistema de interruptores de desconexión en los terminales de la máquina,
que se mantienen cerrados durante el ajuste de los voltajes y hasta la oscilación de la máquina de
modo que siga habiendo el valor de la corriente dentro de los transformadores. Los transformadores
permanentes proporcionados para el propósito de medida y control se pueden utilizar para hacer
los ajustes de imperfectos. Los transformadores corrientes usados para las caracterı́sticas de la
prueba de circuito abierto se pueden también utilizar para uno o dos puntos de baja intensidad en
la curva de pérdidas por pérdida en la carga. Los transformadores de corrientes permanentes o los
transformadores para las pruebas especiales con valores de corriente aproximadamente 125 % del
valor de corriente de la máquina se pueden utilizar para los puntos e corriente más altos en esta
curva.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.14.3.4.
65
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
El valor de voltaje primario de los transformadores potenciales para la caracterı́stica de la
prueba en circuito abierto debe ser mayor que el voltaje lı́nea a lı́nea especificada del estator. Debe
ser observado que la exactitud del transformador potencial sea lineal hasta el 10 % sobre su valor
de voltaje identificado en la placa. Una alternativa es conectar el transformador potencial con el
neutro.
El transformador potencial debe tener una clase de estándar de exactitud de 0.3, ası́ que el
lı́mite de corrección del cociente está entre 0.997 y 1.003. Para las caracterı́sticas de la pérdida por
cortocircuito y de la pérdida por pérdida en la carga los cocientes potenciales del transformador
deben estar en el cociente posible más bajo (véase 2.14.3.15). Puesto que la prueba se hace cerca
de factor de potencia cero, los transformadores potenciales de alta carga se deben utilizar para
reducir al mı́nimo los errores del ángulo de fase en bajas cargas para los instrumentos digitales de
alta exactitud.
2.14.3.5.
VOLTAJE EN LOS INSTRUMENTOS
Para los puntos de baja tensión y los puntos en voltaje casi normal para las caracterı́sticas
de la prueba de circuito abierto, los transformadores potenciales usados deben tener valores de
voltaje tales que el voltaje cree una diferencia de potencial en los vatı́metros o los medidores de
vatio-hora no sea menos del 70 % del valor de voltaje de las bobinas potenciales de los aparatos de
medición. Los voltajes menores del 70 % se pueden utilizar para los puntos intermedios, pues estos
puntos se pueden comprobar por la curva a través de los puntos tomados en los valores de voltaje
recomendados del 70 % o mayores.
2.14.3.6.
MEDIDA DE LA POTENCIA DE ENTRADA
La medida de la potencia de entrada es un artı́culo muy importante en el uso de este método
de la prueba, y hay tres métodos de medida que pueden ser utilizados (véase 2.14.3.8, 2.14.3.9, y
2.14.3.10). El uno para utilizarse para cualquier prueba particular que dependerá de las condiciones
de prueba. Mientras que es más difı́cil aplicar, el método 1, cuando es usado con las precauciones
apropiadas, es capaz de dar los resultados más exactos. A veces el método 1 y los métodos 2 o 3
se utilizan simultáneamente para obtener verificación en las lecturas.
2.14.3.7.
CONEXIONES DE APARATOS DE MEDICIÓN
Las conexiones que se utilizan para la lectura de la potencia de entrada dependen de las conexiones de la máquina. El neutro de la máquina se conecta con el sistema durante la prueba, la
conexión de los tres vatı́metros como en la Fig. 2.9 debe ser utilizada. Si el neutro de la máquina
no está conectado al sistema durante la prueba, se utiliza la conexión de los tres vatı́metros, Fig.
2.9, o la conexión de dos vatı́metros para medir potencia trifásica, la Fig. 2.10, puede ser utilizada.
El método de los tres vatı́metros produce un cálculo más simple y correcto de correcciones en los
errores del cociente y del ángulo de fase de los instrumentos de transformación y para las correcciones de la escala de los vatı́metros o de los errores de registro de los medidores de vatio-hora si se
requieren tales correcciones. Si el neutro de la máquina de prueba no está disponible, es necesario
que se utilice el método del dos vatı́metro, Fig. 2.10, o tres vatı́metros idénticos conectados en
estrella, para medir la potencia en las tres fases. Un punto de cada circuito secundario se debe
conectar siempre con una tierra común según las indicaciones de las Fig. 2.9 y 2.10. Un vatı́metro
polifásico puede también ser utilizado.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
66
Figura 2.9: Diagrama de conexión. Método de los tres vatı́metros para medir la potencia[3]
Figura 2.10: Diagrama de conexión. Método de los dos vatı́metros para medir la potencia[3]
2.14.3.8.
MÉTODO 1. MEDICIÓN DE LA POTENCIA DE ENTRADA
Los instrumentos están conectados según los requisitos según lo dado en la cláusula precedente.
Todas las lecturas se deben tomar simultáneamente. Bajo algunas condiciones de prueba, habrá oscilaciones relativamente anchas en el indicador del instrumento. En tales casos, el indicador del
amperı́metro debe permanecer en un valor mı́nimo por una mitad de un segundo, o más largo para
indicar que condiciones estables se han llevado a cabo para un suficiente tiempo para permitir
que las lecturas exactas del vatı́metro sean obtenidas. El vatı́metro se debe leer simultáneamente
observando la señal del amperı́metro. Un número de lecturas para cada punto en la curva se deben
ser tomadas, y los valores medios utilizar para trazar los puntos.
2.14.3.9.
MÉTODO 2. MEDICIÓN DE LA POTENCIA DE ENTRADA
Los medidores estándar vatio-hora están conectados según los requisitos dados en 2.14.3.7. En
la medición de la potencia durante un corto perı́odo de tiempo, generalmente será encontrado
preferible al encender y apagar todos los instrumentos juntos, usando un perı́odo por lo menos
de tres minutos para las pequeñas máquinas y de cinco minutos para las máquinas grandes. Las
precauciones convenientes deben ser tomadas de modo que los errores en la medida del tiempo no
sean apreciables. Para obtener buenos resultados, es importante que las variaciones en condiciones
de funcionamiento estén reducidas al mı́nimo.
2.14.3.10.
MÉTODO 3. MEDICIÓN DE LA POTENCIA DE ENTRADA
En algunos casos, puede ser conveniente utilizar los medidores ordinarios vatio-hora en vez de
los medidores estándar portables vatio-hora (como en el método 2). Las lecturas se pueden tomar
lo más satisfactoriamente posible midiendo el tiempo de un número conveniente de revoluciones
completas de los discos del instrumento al ver su parada.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.14.3.11.
67
EXACTITUD
Normalmente, las correcciones se requieren para la marcar la escala de los instrumentos. Para
esas pruebas donde se requiere orden alto de exactitud, las correcciones se deben hacer para la
relación de transformación y el error del ángulo de fase de los instrumentos de transformación, el
error del ángulo de fase de los vatı́metros, y los errores del medidor vatio-hora.
2.14.3.12.
PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA
El método de la entrada eléctrica se puede utilizar para determinar pérdidas en circuito abierto,
la curva de saturación en circuito abierto, y la curva de saturación en cortocircuito con suficiente
exactitud usando los instrumentos y los procedimientos normales. Los procedimientos y los instrumentos especiales descritos más abajo son necesarios para obtener la medida satisfactoria de las
pérdidas por pérdida en la carga.
Puesto que el factor de potencia en las medidas para las pérdidas por pérdida en la carga es bajo
y las medidas también incluyen dos pérdidas relativamente grandes (fricción y efecto del viento
más las pérdidas de I2 R para el campo y la armadura), es necesario hacer las correcciones para los
errores de la relación de transformación y del ángulo de fase de los instrumentos de transformación
y para las correcciones de la escala para los vatı́metros o el error de los medidores vatio-hora. Estas
correcciones se pueden aplicar más fácilmente al método de los tres vatı́metros de medida, pues
las tres lecturas son aproximadamente iguales y están en el mismo factor de potencia. Los factores
de potencia bajas también requiere el uso de los vatı́metros que tengan el factor de potencia de
acuerdo o cerca con el factor de potencia de los circuitos en los cuales se utilizan.
2.14.3.13.
PÉRDIDA EN CIRCUITO ABIERTO
La máquina probada se hace funcionar como motor sı́ncrono en aproximadamente con un factor
de potencia uno y en tanto los voltajes enumerados en 2.14.2.4 como sea posible. Las lecturas se
deben tomar de la potencia de entrada, del voltaje de la armadura, y de la corriente de campo.
Una suficiente exactitud será obtenida en cualquier factor de potencia entre 0.95 sobreexcitado
y 0.95 excitación baja. Una verificación para el factor de potencia uno se puede obtener por el
uso de un vatı́metro monofásico conectado con la bobina de corriente en una lı́nea y la bobina de
voltaje conectada a través de las otras dos fases, y ajustando el campo de la máquina probada
para obtener una lectura cero de este vatı́metro. Las condiciones del factor de potencia uno, al
usar el método del dos vatı́metro para medir potencia trifásica, pueden también ser comprobadas
obteniendo lecturas iguales en los dos vatı́metros o medidores vatio-hora.
La pérdida del hierro en circuito abierto en cada punto es igual a la entrada de energı́a menos
la pérdida por fricción y efecto del viento y la pérdida de la armadura I2 Ra (véase 2.14.1.3). Los
resultados se pueden trazar según las indicaciones de la Fig. 2.6.
Será generalmente imposible utilizar menos del 30 % del voltaje sin que la máquina bajo prueba
caiga en sincronismo. Los datos de la pérdida de una prueba tı́pica se demuestran en la Fig. 2.11.
Si los datos se podrı́an llevar a voltaje cero, la intercepción en la parte inferior serı́a la pérdida de
la fricción y efecto del viento. Para encontrar esta intercepción, una curva, según las indicaciones
de la Fig. 2.12, se traza con el voltaje como la ordenada y la potencia de entrada como abscisa.
Para los valores bajos de saturación, la pérdida en el hierro varı́a aproximadamente como el voltaje
dibujado. Por lo tanto, la parte más inferior de la curva del voltaje ajustada vs perdida de potencia
es una lı́nea recta y se puede extender fácilmente para dar la intercepción en el eje horizontal.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
68
Figura 2.11: Curva de saturación en circuito abierto y perdidas en el hierro por el método de
entrada eléctrica[3]
Figura 2.12: Construcción de la curva para extrapolar la curva de pérdida del método de la entrada
eléctrica [3]
2.14.3.14.
CURVA DE SATURACIÓN EN CIRCUITO ABIERTO
La curva de saturación en circuito abierto se puede trazar de las lecturas del voltaje de armadura
y de la corriente de campo tomados de la prueba de pérdida en circuito abierto. Puesto que el voltaje
de armadura no puede caer debajo del 30 % del valor especificado durante esta prueba, la porción
más baja de la curva de saturación tendrá que ser extrapolada al voltaje cero según las indicaciones
de la Fig.2.11.
2.14.3.15.
PÉRDIDAS POR CORTOCIRCUITO Y PÉRDIDAS POR PÉRDIDA
EN LA CARGA
La máquina funciona como un motor sı́ncrono a una tensión fija, preferiblemente cerca de
1/3 del valor normal o en el valor más bajo para la cual se obtiene una operación estable. La
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
69
corriente de la armadura es variada por el control de la corriente de campo. La corriente de la
armadura debe variar alrededor de seis pasos entre 125 % y el 25 % de la corriente especificada y
debe incluir uno o dos puntos de muy poca intensidad. El valor máximo de corriente en la prueba,
tradicionalmente fijado en 125 %, se debe obtener del fabricante debido a que el enfriamiento del
estator no permitirá a veces la operación superior a la corriente especificada del 100 % sin daño.
Los registros más elevados se deben tomar primero para asegurar las temperaturas uniformes
de la bobina del estator durante la prueba. Las lecturas de la potencia de entrada, corriente de
armadura, voltaje de armadura, y de la corriente de campo deben ser tomadas. La temperatura de
los conductores del estator se debe tomar por los termómetros situados en varios lugares al final
de las bobinas, o por los detectores acoplados en máquinas (véase 2.14.2.8).
2.14.3.16.
CURVA DE LA PÉRDIDA TOTAL
La Fig. 2.1317 demuestra datos de una prueba tı́pica usando el método de la entrada eléctrica.
La curva de la pérdida total se compone de la fricción y efecto del viento, hierro, y las pérdidas de
cortocircuito. Esto se puede extrapolar (lı́nea punteada) a la corriente cero por el primer trazado
por separado de la pérdida total vs la corriente de armadura y extrapolando esta curva separada
a la corriente cero según las indicaciones de la Fig.2.12. La pérdida total a corriente cero es la
suma de pérdidas en el hierro más pérdida por fricción y efecto del viento. Restando esta suma de
pérdidas totales para cualquier corriente de armadura, se obtiene la pérdida de cortocircuito para
esa corriente de armadura. La pérdida de cortocircuito es la suma de las pérdidas de I2 Ra y de las
pérdidas por pérdida en la carga. Las pérdidas por pérdida en la carga entonces es determinada
restando la pérdida de la armadura I2 Ra calculada para la temperatura de la bobina durante la
prueba.
Figura 2.13: Curva del método entrada eléctrica[3]
2.14.3.17.
CURVA DE SATURACIÓN EN CORTOCIRCUITO
Es la curva resultante del trazado de la corriente de armadura vs corriente de campo según lo
obtenido en 2.14.3.15 y 5.6.3.16 es la parte sobreexcitada de una curva V con factor de potencia
cero. Esta curva, extendida a la corriente cero de la armadura, debe dar la misma corriente de
campo que la curva sin carga de saturación en el voltaje en el cual la prueba fue hecha. Una lı́nea
recta que pasa por el origen, paralelo a esta parte de la curva V, es aproximadamente igual que la
curva de saturación de cortocircuito.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
70
2.14.4.
MÉTODO DE RETRASO PARA LAS PÉRDIDAS Y LAS CURVAS DE LA SATURACIÓN
2.14.4.1.
GENERAL
El método de retraso para la determinación de las pérdida fue desarrollado con respecto a la
prueba de generadores hidráulico accionados por turbinas grandes después de la instalación (véase
IEEE Std 492-1974). La disponibilidad de contadores electrónicos hace aplicable a otras máquinas.
Es también útil en pruebas de fábrica donde no es práctico o conveniente el uso de un motor
impulsor separado. El método se basa en la relación entre el ı́ndice de desaceleración total del giro,
su peso y radio de giro, y la pérdida de potencia que tiende a desacelerarlo. Las pérdidas de la
máquina se obtienen de las pruebas de retraso hechas bajo condiciones tales que la potencia que
tiende a desacelerar la máquina es la pérdida que se determinará. Las tolerancias serán hechas
para cualquier aparato conectado con la máquina durante estas pruebas. Sabiendo el ı́ndice de
desaceleración, la pérdida se puede determinar por la ecuación siguiente:
pérdidas en (kW ) =
π
1
dn
2
Jn ·
30
1000
dt
(2.7)
donde:
(π/30).- Es la conversión de las RP M a rad/s.
n.- Es la velocidad de rotación en r/min
dn/dt.- Es el ı́ndice de desaceleración según lo determinado por el deslizamiento de la curva de
velocidad-tiempo en n, (r/min)/s.
J.- Es el momento de inercia de las piezas de rotación, kg · m2 .
Los procedimientos serán dados para obtener curvas de velocidad-tiempo y determinar ı́ndices
de la desaceleración, y para obtener el momento de inercia (J) de las piezas de rotación.
2.14.4.2.
PÉRDIDA POR FRICCIÓN Y EFECTO DEL VIENTO
Cuando en un generador (o motor) está permitido para desacelerar sin ninguna excitación y
con sus terminales en circuito abierto, la potencia tiende a desacelerarla es la pérdida por fricción
y efecto del viento. El voltaje en los terminales de la máquina debe primero ser comprobado y
eventualmente el voltaje residual apreciable aparece, el campo debe ser desmagnetizado aplicando
la corriente de campo en direcciones alternas con una magnitud sucesivamente más pequeña.
2.14.4.3.
PÉRDIDA EN EL HIERRO EN CIRCUITO ABIERTO
Las pérdidas totales en circuito abierto son obtenidas proveyendo de excitación constante durante una prueba de retraso a los terminales de la armadura en circuito abierto. Esta prueba se
debe hacer en varios valores de excitación para hacer un diagrama de pérdida del hierro en circuito
abierto vs el voltaje a la velocidad especificada. Restando la pérdida por fricción y efecto del viento
(véase 2.14.4.2) de la pérdida total en circuito abierto para cada prueba, se obtiene la pérdida en
el hierro en circuito abierto.
2.14.4.4.
PÉRDIDAS POR CORTOCIRCUITO Y POR PÉRDIDA EN LA CARGA
La pérdida por cortocircuito más la pérdida por fricción y efecto del viento es obtenida proveyendo de excitación constante durante una prueba de retraso a los terminales de la armadura
cortocircuitos. Esta prueba se debe hacer en varios valores de excitación para hacer un diagrama
de pérdida de cortocircuito y de pérdidas por pérdida en la carga vs la corriente de la armadura
a la velocidad especificada. Restando la pérdida por fricción y efecto del viento (véase 2.14.4.2) se
obtiene la pérdida de cortocircuito para cada prueba. Restando la pérdida I2 Ra (calculada en la
temperatura de la bobina) de la pérdida de cortocircuito para cada prueba, se obtiene la pérdida
por pérdida en la carga.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.14.4.5.
71
EFECTO DEL APARATO CONECTADO
Cualquier aparato conectado mecánicamente a la máquina bajo prueba puede afectar eléctricamente los resultados, lo cual debe ser considerado. Algunas circunstancias comúnmente encontradas
se comentan en las siguientes subcláusulas.
2.14.4.5.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA
La máquina debe ser desconectada de sus transformadores de potencia durante la prueba, o las
pérdidas del transformador deben ser evaluadas para las condiciones de prueba y ser consideradas
correctamente al determinar las pérdidas de la máquina bajo prueba. La medición de las pérdidas
del transformador es difı́cil porque la corriente o el voltaje son muy bajos, y el factor de potencia es
muy bajo. Los valores de la pérdida del transformador se pueden obtener a menudo del fabricante
del transformador, de una prueba particular o de las pruebas similares. El método preferido de
prueba es desconectar el transformador siempre que sea posible, particularmente para la prueba
de cortocircuito.
2.14.4.5.2 EXCITADORES
Es preferible que la máquina bajo esta prueba sea excitada por una fuente separada porque
ésta elimina la necesidad de corregir los resultados para la pérdida del excitador y el problema de
mantener la excitación constante durante la desaceleración. Si un excitador conectado directo es
utilizado, debe ser ajustado continuamente para mantener la excitación constante en la máquina
bajo prueba, y su entrada de energı́a debe ser deducida los resultados del cálculo.
2.14.4.5.3 OTRO APARATO CONECTADO MECÁNICAMENTE
La inercia J del motor y de cualquier otro aparato conectado mecánicamente se debe agregar
al de la máquina bajo prueba cuando se calcula las pérdidas. Si el aparato está conectado a través
de un engranaje o de una correa de modo que su velocidad sea diferente de la de la máquina bajo
prueba, su inercia J se debe multiplicar por el cuadrado del cociente de su velocidad a la velocidad
de la máquina antes de agregarla a la inercia de la máquina.
2.14.4.6.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
Puesto que la pérdida a la velocidad especificada es de interés principal, se obtienen los datos
que permitirán la determinación del ı́ndice de desaceleración a la velocidad especificada. La máquina bajo la prueba se enciende y funciona a la velocidad aproximadamente especificada hasta que
la temperatura del cojinete sea constante. Si la unidad es un generador arrancada por una turbina
hidráulico, su turbina debe ser desacoplada, pero si esto no es posible debe ser desecada (véase
2.14.1.7 y 2.14.1.8). La unidad entonces se pone a una velocidad excesiva aproximadamente 10 %,
y se desconecta de su fuente de energı́a que permite desacelerar. Durante el perı́odo de la desaceleración, las condiciones de la armadura y de los devanados inductores de la máquina bajo prueba
se establecen para adaptarse a la prueba de las pérdidas. Se mide el ı́ndice de la desaceleración de
modo que pueda ser determinada a la velocidad especificada.
Al probar los generadores arrancados por una turbina hidráulica, es común que la máquina bajo
prueba está arrancada eléctricamente por otra unidad. Puesto que varias ejecuciones de pruebas
se deben hacer para obtener varios puntos en las pérdidas en el hierro y curvas de las pérdidas por
pérdida en la carga ası́ como varias medidas por la fricción y efecto del viento, se puede ahorrar
mucho tiempo en la prueba puede desarrollando una secuencia de operación eficiente. Tan pronto
como la máquina bajo prueba se separe de la máquina de conducción, el campo en la máquina
de conducción se reduce prácticamente a cero y la máquina de conducción baja aproximadamente
al 75 % de la velocidad, donde. Cuando la máquina bajo prueba se acerca a la velocidad de la
máquina de conducción, su campo se reduce esencialmente a cero. Las dos máquinas entonces
están conectadas juntas sin la excitación, y el campo se aumenta gradualmente en la unidad de
conducción. Mientras que las máquinas comienzan a entrar en sincronismo, el campo en la máquina
bajo prueba debe ser aumentado.
Ambas unidades se pueden entonces llevar hasta la velocidad excesiva deseada para otro funcionamiento de prueba. Para lograr esta resincronización, la máquina de conducción debe funcionar
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
72
con una frecuencia más baja que la máquina bajo prueba cuando las dos máquinas están conectadas juntas. Las modificaciones de este procedimiento se pueden utilizar dependiendo de las
caracterı́sticas de la máquina y de la experiencia de las personas implicadas en esta prueba.
Después de que en la prueba de la máquina se deje de desacelerar, un procedimiento bien
pensado se desea, especialmente para los funcionamientos en cortocircuitos donde es necesario
quitar la excitación de la máquina probada, cerrar los interruptores de cortocircuito de la armadura,
y aplicar el valor apropiado de corriente de campo antes de que la velocidad haya disminuido
demasiado.
2.14.4.7.
CUANDO LA VELOCIDAD EXCESIVA NO PUEDE SER OBTENIDA
Las curvas de retraso se deben tomar debajo de velocidad especificada, es decir, si la máquina es
llevada hasta velocidad con una frecuencia normal de una fuente de corriente alterna, las pérdidas
se deben calcular a varias velocidades debajo de la normal hasta tan cerca de la normal como sea
posible para cada condición de excitación, y las curvas de la pérdida vs velocidad se deben trazar
y extrapolar a la velocidad normal para conseguir un valor de aproximación de la pérdida a la
velocidad normal.
2.14.4.8.
CUANDO ES BAJA TENSIÓN OMITE EL DISPOSITIVO DE DISTRIBUCIÓN
En algunos ordenamientos de la estación de conmutación, se omite el dispositivo de distribución
de baja tensión y la única conexión de baja tensión posible entre las máquinas con la desconexión de
los interruptores en la transferencia de baja tensión. En tal disposición, es posible hacer pruebas
de retraso según lo contorneado anteriormente trayendo la máquina hasta la velocidad excesiva
aproximadamente del 15 %, abriendo ambos interruptores de campo, y después de dar un tiempo
conveniente (5 a 10 seg.) para el decaimiento del campo, abriendo los interruptores de desconexión
y cerrando el campo en la máquina bajo prueba con el voltaje de campo ajustado para dar la
corriente de campo requerida. La suficiente velocidad excesiva debe permitir que la corriente de
campo se eleve a su valor constante antes de que caiga la máquina hasta la velocidad excesiva
del 10 %. Este tiempo es más largo cuando la medición de pérdidas es en circuito abierto que las
medidas de las pérdidas en cortocircuito, debido al efecto de la diferencia entre el tiempo constante
de circuito abierto y de cortocircuito en tiempo requerido para aumentar la excitación para la
prueba. Sin embargo, puesto que la conmutación adicional se requiere para cerrar el cortocircuito
en la máquina para las pérdidas de cortocircuito, la velocidad excesiva inicial requerida para ambas
condiciones es casi igual. El efecto de la acumulación de campo es absolutamente sensible en la
porción inicial de la curva de retraso y las lecturas de esta parte no se deben utilizar para determinar
pérdidas.
2.14.4.9.
MÉTODOS PARA MEDIR LA DESACELERACIÓN
Tres métodos para medir la desaceleración se cubren en este estándar: velocidad-tiempo, generador de C.C., y contador electrónico.
2.14.4.9.1 MÉTODO 1. VELOCIDAD-TIEMPO
El método de velocidad-tiempo consiste en obtener los datos para una curva de velocidad de
la máquina vs tiempo. Los tres procedimientos siguientes se pueden utilizar para las relaciones de
registros velocidad-tiempo.
a) Tacómetro.- Este método es especialmente aplicable a las máquinas de inercia grande. Las
lecturas simultáneas de un tacómetro exacto y de un cronómetro son registradas. Puesto que el
cronómetro se puede leer con mayor exactitud que el tacómetro, la señal de leer el cronómetro se
debe dar en intervalos completos convenientes en la escala del tacómetro.
b) Registrador de la velocidad.- Una pluma actuada cerda de un tacómetro que se utiliza
para hacer un diagrama automático de velocidad vs tiempo en una carta que se mueva a una
velocidad constante. Un botón se debe proporcionar para hacer hincapié en el trazo de las r/min
e indicar la hora de comienzo, tiempo de detención, y cualquier lectura intermedia deseada.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
73
c) Vı́deo/Fotográfico.- Continuamente un reloj de funcionamiento y un tacómetro eléctrico
son registrados simultáneamente por una cámara de vı́deo cinematográfica o. (Véase ASME PTC
18-1949, para los detalles adicionales.)
Una serie de curvas de velocidad-tiempo se debe trazar de los datos de la prueba. Fig. 2.14.
Para cada curva, la pérdida a cualquier velocidad se puede calcular por medio de la Ecu. 2.8.
Figura 2.14: Curva tı́pica de retraso[3]
La pérdida puede ser resuelta desde varios puntos en la curva de velocidad-tiempo y la inclinación de una tangente en cada punto usando la Ecu. 2.8. Los valores de la pérdida se pueden
entonces trazar vs la velocidad y una curva lisa dibujada a través de estos puntos. Entonces la
pérdida a la velocidad especificada se lee directo en esta curva.
Puede ser conveniente determinar la inclinación de la curva de velocidad-tiempo en cada uno
de los varios puntos espaciados a lo largo de la curva, sobre y debajo de la velocidad especificada.
Estas inclinaciones entonces se trazan en función de la velocidad, y la mejor curva lisa se dibuja
a través de ellas. La inclinación a la velocidad especificada se lee en esta curva y se utiliza en
la Ecu. 2.7 para calcular la pérdida a la velocidad especificada. Si la curva de velocidad-tiempo
se dibuja cuidadosamente y si los puntos imaginarios en una curva lisa, hallan la inclinación a la
velocidad especificada y usando la Ecu. 2.7 se pueden dar resultados satisfactorios.
Otro método para obtener la pérdida de una curva velocidad-tiempo es elegir las velocidades n1
y n2 , sobre los cuales A es las revoluciones por minuto respectivamente bajo la velocidad especificada, ns (donden1 = ns + A, y n2 = A − ns). La curva velocidad-tiempo debe ser razonablemente
recta entre las velocidadesn1 y el n2 . Los valores del tiempot1 y t2 en segundos, se leen en la curva
velocidad-tiempo respectivamente en n1 y el n2 . La pérdida entonces se calcula usando la Ecu. 2.8.
pérdidas (kW ) =
π 2 1
2A
Jns ·
30
1000
t2 − t1
(2.8)
donde:
(π/30).- Es la conversión de las RP M a rad/s.
ns.- Es la velocidad de rotación en r/min
A.- Es el incremento de la velocidad sobre y debajo de ns , r/min
t2 − t1.- Es el tiempo en segundos según lo determinado por la curva velocidad-tiempo para
desaceleración de (ns + A) a(ns − A).
J.- Es el momento de inercia de las piezas de rotación, kg · m2 .
2.14.4.9.2 MÉTODO 2. GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA
Este método es un refinamiento del método 1, en el cual se obtiene una determinación más
exacta de la velocidad. Si la máquina bajo prueba tiene un excitador conectado directo, puede ser
utilizada para proporcionar la indicación de la velocidad. Si no hay excitador conectado directo,
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
74
un pequeño generador continuo se debe fijar y juntar o ceñir al eje del generador. Acoplándolo
es preferible pues evita la incertidumbre del deslizamiento de la correa. Si una correa debe ser
utilizada, la verificación descrita más adelante se debe utilizar para cerciorarse de que ningunos
errores están ocurriendo por el deslizamiento de la correa. La máquina de C.C. debe ser excitada
con una baterı́a de voltaje constante (No. 1). Las conexiones convenientes del cableado deben ser
hechas de modo que el voltaje del generador continuo sea opuesto al voltaje de una segunda baterı́a
(No. 2). (Véase la Fig. 2.15 para un diagrama de conexiones tı́pico.)
Figura 2.15: Medición de la velocidad para un generador DC[3]
La baterı́a número 1 debe tener un voltaje de salida cerca de 1/10 o menos del voltaje especificado del circuito de campo del generador continuo ası́ que la pérdida de I2 R en el campo por
separado excitado no cambiará materialmente la temperatura y por lo tanto la resistencia de eso.
Dos voltı́metros deberı́an ser elegidos uno para leer el voltaje de la baterı́a número 2 aproximadamente a la escala completa y el otro, alrededor de 1/5 de este rango, para leer la diferencia entre
los voltajes de la baterı́a número 2 y la corriente directa del generador. El voltaje de la baterı́a
número 2 debe ser tal que el voltaje diferenciado entre él y la corriente continua sea aproximadamente cero al 10 % bajo la velocidad especificada de la máquina bajo prueba. El voltaje del
voltı́metro diferencial por lo tanto será aproximadamente completo en la velocidad excesiva del
10 %. La velocidad es proporcional a la suma de las baterı́as y del voltaje diferencial. El ı́ndice de
desaceleración se deriva como sigue:
donde:
K.- Factor de proporcionalidad que relaciona la velocidad con el voltaje (no es realmente
necesario evaluar K)
EB .- Voltaje de la baterı́a número 2
ED .- Voltaje diferencial
nC .- Velocidad sabida (en r/min) en el cual las pérdidas pueden ser determinada (generalmente
a velocidad especificada).
EDC .- Voltaje diferencial determinado a la velocidad nc .
nc = K(EDC + EB ) o K =
nc
DDC + EB
n = K(ED + EB )velocidad en un punto de prueba
Kd · ED
nc
dED
dn
=
=
·
dt
dt
ED C + EB
dt
dED
= ı́ndice o disminución del voltaje diferencial, V /s
dt
dn
= indice de desaceleracion (r/min)/s
dt
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
75
La velocidad nC a la cual la pérdida es pretendida (velocidad generalmente especificada) se debe
comprobar bajo condiciones constantes por la comparación con la frecuencia conocida del sistema
o por un tacómetro o un medidor de frecuencia exacto. El valor EDC del voltaje diferenciado a esta
velocidad debe ser registrado. Entonces la velocidad se debe estar al 10 % de la velocidad excesiva
aproximadamente, a las condiciones de prueba establecidas en la máquina, y a la lectura del ED
tomada en los intervalos de tiempo iguales durante el retraso. El uso uniforme de los intervalos de
tiempo ayuda al trazado y comprobación de los resultados. El valor del ED vs tiempo en segundos
deberı́a ser trazado y una curva recta se debe dibujar a través de los puntos. La inclinación de esta
curva (dED /dt) en el punto donde ED = EDC es usada para determinar la pérdida. La pérdida
entonces se calcula usando la Ecu. 2.9 como sigue:
pérdidas en (kW ) =
π 2 1
(n2c )
dE D
J
30
1000 (EDC − EB ) dt
(2.9)
donde:
(π/30).- Es la conversión de las RPM a rad/s.
J.- Es el momento de inercia de las piezas de rotación, kg · m2 .
El voltaje de la baterı́a número 2 y el voltaje diferenciado EDC a la velocidad nc se deben
comprobar por lo menos una vez cada hora para asegurarse de que un cambio de temperatura
ambiente o la descarga de la baterı́a no ha cambiado sus valores. Una verificación útil después de
realizar la prueba de circuito abierto de la pérdida en el hierro (véase 2.14.4.3) es trazar el ED
vs el voltaje del generador de corriente alterna. Esta curva debe ser una lı́nea recta. El valor del
voltaje diferenciado ED debe ser (- EB ) cuando la curva se proyecta a voltaje cero del generador de
corriente alterna. Esta verificación se debe hacer siempre que se utilizan un excitador con correa o
un generador de corriente continua con correa, para asegurarse de que la velocidad de la máquina
con correa es proporcional a la de la máquina bajo prueba. En caso contrario, la lı́nea proyectada
no corresponderá a (- EB ) en el voltaje cero del generador de corriente alterna.
Ası́ mismo, el voltı́metro diferencial debe ser verificado cuidadosamente con la baterı́a del
voltı́metro o resultara la misma condición.
2.14.4.9.3 MÉTODO 3. CONTADOR ELECTRÓNICO
Los contadores de intervalos electrónicos de alta velocidad permiten registrar el intervalo de
tiempo requerido para que el rotor haga un número predeterminado de revoluciones. Una variedad
de contadores están disponibles, cada uno de los cuales requiere un procedimiento apropiado para
su uso y para el análisis de la velocidad y el ı́ndice de desaceleración. En el ejemplo siguiente, se
asume que un contador mide el intervalo de tiempo t1 , requerido para nr revoluciones, después un
segundo grupo de revoluciones nr , el contador mide el intervalo de tiempo t3 requerido para un
tercer grupo de revoluciones nr , etc. El contador continúa midiendo la duración del tiempo de los
grupos alternos de revoluciones nr del rotor de la máquina que es probada. Entonces de una sola
prueba de retraso, una lista de intervalos, t1 , t3 , t5 , t7 , etc., deberı́a ser obtenida. La velocidad
media n para los intervalos de tiempo t1 y t3 por ejemplo, y el ı́ndice medio de la desaceleración
dn/dt son calculados por las Ecu. 2.10 y 2.11.
30nr · (t1 + t3 )
t1 t3
(2.10)
dn
60nr (t3 − t1 )
=
dt
t1 t3 (t1 + t3 )
(2.11)
n=
donde:
n.- Es la velocidad en r/min
dn/dt.- Es la desaceleración angular, (r/min)/s
t1 .- Es el tiempo para el primer grupo de nr revoluciones del rotor, segundos
t3 .- Es el tiempo para el tercer grupo de nr revoluciones del rotor, segundos.
nr .- Es el número de revoluciones del rotor en cada uno de los intervalos t1 , t3 , y en el intervalo
de intervención.
La velocidad promedio, n, y el ı́ndice promedio de la desaceleración, dn/dt, para cualquier de
los dos intervalos, tal como ts y t7 , serı́an obtenidos substituyendo ts y t7 para t1 , y t3 en las Ecu.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
76
2.10 y 2.11. Trazando la desaceleración en función de la velocidad, el valor se puede obtener por
la interpolación para cualquier velocidad deseada. La substitución de n y de dn/dt en la Ecu. 2.8
se determina las pérdidas.
2.14.4.10.
CURVAS DE SATURACIÓN EN CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO
Las curvas de la saturación deben ser obtenidas mientras funciona la unidad a la velocidad
especificada si es posible (véase 2.14.2.4, 2.14.2.7, 2.14.3.12, y 2.14.3.13). La curva de situación en
circuito abierto se puede comprobar por los datos de las pruebas de retraso en circuito abierto,
2.14.4.3, usando las lecturas del voltaje de la armadura, de la corriente de campo, y de la velocidad.
Las lecturas del voltaje para cada prueba se trazan vs la velocidad. El valor del voltaje a la velocidad
especificada constituye un punto en la curva de saturación cuando está trazado vs la corriente de
campo correspondiente. La curva de saturación en cortocircuito se puede comprobar además por
datos de las pruebas de retraso en cortocircuito (véase 2.14.4.4); pero en esta prueba será hallará que
la corriente de la armadura es prácticamente constante a través de un considerable rango de
sobre velocidad y baja velocidad especificada, eliminando la necesidad de corregir las corrientes de
armadura a los valores de velocidad especificada para el uso en la curva de saturación.
2.14.4.11.
DETERMINACIÓN DEL MÉTODO 1. DE J
El valor del momento de inercia (J) del rotor se obtiene acostumbradamente del fabricante,
quien puede calcular el valor.
2.14.4.12.
MÉTODO 2. DETERMINACIÓN DE J
La pérdida por fricción y efecto del viento se debe determinar primero por el método del
arranque del motor por separado (véase 2.14.2.7). El valor de J se calcula de la curva de retraso de
la máquina inexcitada y del valor conocido de la pérdida por fricción y efecto del viento, usando
la ecuación 2.8.
2.14.4.13.
MÉTODO 3. DETERMINACIÓN DE J
La máquina se hace funcionar como motor sı́ncrono sin carga a la velocidad normal en aproximadamente el factor de potencia de la unidad (véase 2.14.3.11). Se mide la potencia de entrada;
esto incluye las pérdidas por fricción y efecto de viento, hierro, y en el cobre. La pérdida en el cobre
se debe restar para obtener la pérdida que estará presente en una prueba de retraso de circuito
abierto a la misma corriente de campo. Una prueba de retraso a la misma corriente de campo con
la armadura en circuito abierto entonces dará las datos necesarios para ser substituida en la Ecu.
2.14 con las pérdidas sabidas, para obtener J.
2.14.4.14.
MÉTODO 4. DETERMINACIÓN J
El valor de J se puede determinado experimentalmente tomando del funcionamiento retardado
con la máquina inexcitada, y otro funcionamiento con la máquina inexcitada, pero con el excitador
conectado directo cargado en un resistor variable, manteniendo una salida de potencia constante.
De la carga medida y de las pérdidas sabidas del excitador, el valor de J se puede calcular de las
dos curvas de retraso.
2.14.4.15.
MÉTODO 5. DETERMINACIÓN J
Cuando el valor de J debe ser utilizado para la determinación de las pérdidas (véase 2.14.4) o
la determinación del par, el método del péndulo fı́sico descrito más abajo se debe utilizar para el
incremento en la exactitud. Es posible determinar el valor de J por el procedimiento siguiente: el
rotor se apoya libremente colocado en cojinetes horizontales con un soporte de dos o tres veces más
grandes que el diámetro del gorrón. En caso de que los dos gorrones no estén del mismo diámetro,
es necesario equipar el gorrón más pequeño de un buje ajustado para construirlo hasta el tamaño
del más grande. El rotor debe ser desplazado y permitido oscilar libremente en los cojinetes y el
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
77
tiempo requeridos para hacer varias oscilaciones se debe medir exactamente con un cronómetro. El
radio de giro (k) en el SI de unidades se puede entonces calcular por medio de la ecuación siguiente:
s
gr2
k = R2
−1
(2.12)
2
4π (R1 − R2 )
donde:
k.- Es el radio de giro en metros.
R1 .- Es el radio de cojinetes en metros.
R2 .- Es el radio de gorrones en metros.
t.- Es el tiempo de un ciclo de oscilación, en segundos.
g.- Es la aceleración debido a la gravedad = 9.807 m/s2 .
entonces:
J = M k2
(2.13)
donde:
M .- Es la masa del rotor en kg.
Alternativamente, un rotor equilibrado de peso conocido, soportado por su eje que descansa
sobre dos carriles horizontales de una manera tal que su eje sea nivelado, se convierte en un péndulo
fı́sico (compuesto) cuando un desequilibrio esta rı́gidamente unido a su perı́metro.
En caso de que los dos gorrones no sean del mismo diámetro, es necesario equipar el pequeño
gorrón de un buje ajustado para construirlo hasta el tamaño del más grande. Cuando la geometrı́a,
la masa, y la posición de tal desequilibrio se saben, el perı́odo de oscilación debe ser medido
exactamente y el momento de inercia J se puede entonces calcular por medio de la ecuación
siguiente:
J=
g 2
t U b − M a2 − U (b − a)2
4π 2
(2.14)
donde:
J.- Es el momento de inercia (gravedad) de las piezas de rotación, kg ˆm2 .
g.- Es la aceleración debido a la gravedad, 9.807 m/s2 .
a.- Es el radio del rodamiento autolubrificante, m.
b.- Es la distancia del eje del rotor al centro de gravedad de desequilibrio, en metros.
U .- Es la masa de desequilibrio agregado, en kg.
M .- Es la masa del rotor equilibrado, kg.
t.- Es el tiempo de un ciclo de oscilación, s.
2.14.5.
EFICIENCIA
2.14.6.
MÉTODO 1. PÉRDIDAS SEGREGADAS
La eficacia convencional se relaciona con la suma de las pérdidas segregadas como sigue:
Para un generador:
ef iciencia ( %) = 100 −
(perdidas · 100)
(salida + perdidas)
(2.15)
(perdidas · 100)
(salida)
(2.16)
Para motor:
ef iciencia ( %) = 100 −
En las ecuaciones antes dichas, la potencia, de entrada, y las pérdidas están en las mismas
unidades. Las pérdidas que serán incluidas y cómo evaluarlas se especifican en la serie estándar de
aplicación ANSI C50 y NEMA MG1-1978
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.14.7.
78
MÉTODO 2. ENTRADA - SALIDA
La eficiencia del método de la entrada-salida se determina como sigue:
salida
· 100
(2.17)
entrada
La entrada y la salida están en la misma unidad.
El método preferible de medición de entrada a un generador o salida de un motor es utilizar
un dinamómetro. La entrada o la salida de potencia se obtienen de la ecuación siguiente:
ef iciencia ( %) =
P otencia(kW ) =
(nT )
k
(2.18)
donde:
n.- Es la velocidad de rotación,r/min.
T .- Es el par.
k.- Es 9549 si T está en pulgadas · m
K.- Es 7043 si T está en lbf · pie
Para la corrección del dinamómetro, acoplado al efecto del viento, y la pérdida del cojinete ver
IEEE Std 112-1991, forma B.
La entrada eléctrica al motor o la salida del generador debe ser medida cuidadosamente. Los
terminales de los transformadores potenciales deben ser conectados con los terminales de la máquina
bajo prueba, eliminando de tal modo la posibilidad de incluir caı́da de voltaje en el cable externo.
Las lecturas de los instrumentos se deben corregir para los errores de escala, y para los errores en
el ángulo de fase de la corriente y el voltaje de los transformadores.
Si un dinamómetro no está disponible, la prueba de la máquina se puede hacer funcionar
cargada por una corriente alterna o un motor o un generador de la corriente continua. La curva de
eficiencia de tal máquina debe estar disponible y su exactitud probada antes de que la máquina se
pueda utilizar en pruebas de la entrada-salida.
2.15.
EXCITACIÓN DE LA CARGA Y REGULACIÓN
DE VOLTAJE
2.15.1.
GENERAL
La corriente o la excitación de campo requerida para funcionar una máquina sı́ncrona bajo varias
condiciones de carga de estado estacionario de potencia aparente, factor de potencia, y voltaje se
puede obtener por los métodos descritos más abajo. Para hacer estos cómputos se requiere la
información siguiente de la máquina: curva de saturación en circuito abierto, resistencia de la
armadura, reactancia directa no saturada del eje, reactancia no saturada del eje en cuadratura,
y la reactancia de salida de Potier. Los métodos para determinar la reactancia de Potier o de
salida se describen en las cláusulas siguientes. El fabricante puede suministrar en algunos casos los
constantes de la máquina y la curva de saturación en circuito abierto.
2.15.2.
MÉTODOS DE PRUEBA
a) Curva de saturación en circuito abierto (véase 2.14.2.5)
b) Resistencia de la armadura (Ra)
c) Reactancia sı́ncrona no saturada del eje directo (Xdu)
d) Reactancia sı́ncrona no saturada del eje en cuadratura (Xqu)
Algunos de estos métodos siguientes son parte de los requisitos del parámetro para los cálculos
de la excitación, y se describen más completamente en otras secciones o cláusulas.
2.15.2.1.
REACTANCIA DE LA SALIDA DE LA ARMADURA (Xl )
No hay pruebas especı́ficas para determinar directamente Xl . La reactancia de la salida se
deriva del cálculo de la inductancia de la salida (véase IEEE Std 100-1992). Se compone de varios
elementos:
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
79
a) Ranura de salida
b) Terminal de la conexión de salida
c) Salida del entrehierro.
Las salidas del entrehierro son clasificadas a veces por los diseñadores de la máquina como
salida en “zigzag” y de la “correa”. Puesto que los flujos asociados a las salidas del entrehierro
están en aire, estas inductancias y reactancias en una máquina bajo carga son casi constantes. Los
flujos de salida de la ranura atraviesan las trayectorias en el hierro y el aire. Si el hierro que rodea
la ranura se satura, la fuerza magnetomotriz (f.m.m) asociada a la trayectoria del hierro puede
llegar a ser significativa. Ası́, la reactancia de salida puede no ser constante para la gama entera de
corrientes de la armadura, especialmente para las corrientes de cortocircuito. Porque la reactancia
de salida es resuelta de los detalles geométricos y fı́sicos generalmente solamente disponibles para
el diseñador, el fabricante es el que puede proporcionar el valor de la reactancia de la salida.
2.15.2.2.
REACTANCIA DE POTIER DESDE LA PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA CERO
La reactancia de Potier es determinada de la curva de saturación en circuito abierto y del valor
de corriente en la curva sobreexcitada de saturación con factor de potencia cero (véase 2.14.2.4 y
2.14.2.10). Las curvas tı́picas se trazan en la Fig. 2.16 La intersección de la curva de saturación
en factor de potencia cero con la ordenada del valor de voltaje localiza el punto d, según las
indicaciones de la Fig. 2.16. A la izquierda de d en la ordenada del valor de voltaje, se anuncia la
longitud ad es igual a la corriente de campo (IF SI ) para el voltaje cero en la curva de saturación
con factor de potencia cero. Este valor de la corriente de campo también corresponde a que se
requiere para el valor de la corriente de la armadura bajo condiciones continuas de cortocircuito.
Esto es igual a la lı́nea a-d en la Fig. 2.16.
A través de a la lı́nea ab es dibujada paralelamente a la lı́nea del entrehierro. La intersección de
esta lı́nea con la curva de saturación sin carga real localiza en el punto b. La distancia vertical bc
desde el punto b a la ordenada del valor de voltaje, expresada en por unidad, es igual al producto de
la reactancia de Potier en por unidad, Xp , y por la corriente de armadura en por unidad. Cuando
la corriente de la armadura es 1.0 p.u., entonces el valor, por unidad de bc es igual a Xp en por
unidad.
Si la curva de saturación con factor de potencia cero para una corriente substancialmente
diferente del valor de la corriente utilizada, el valor de aproximación de Xp puede ser encontrado
además dividiendo el voltajebc. En por unidad por el valor de la corriente de armadura (en por
unidad del valor de la corriente), para la cual se dibuja la curva.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
80
Figura 2.16: Determinación del voltaje de la reactancia de Potier[3]
2.15.2.3.
DETERMINACIÓN DE LA REACTANCIA DE POTIER BAJO OPERACIÓN NORMAL DE LA MÁQUINA
Este método es el más aplicable cuando una prueba se lleva a cabo con la máquina funcionando
cerca de la plena carga y en condiciones terminales con el factor de potencia unidad o sobreexcitado.
Las lecturas se toman de voltaje y corriente de armadura, los kilovatios y los kilovars (o los
megavatios y los megavars), y corriente de campo. Los pasos siguientes resumen el procedimiento
para determinar en por unidad Xp . La impedancia sı́ncrona no saturada del eje directo (Xdu ) se
debe conocer, tan bien como la curva de saturación en circuito abierto. Para las máquinas de polos
salientes, la reactancia sı́ncrona del eje en cuadratura Xqu debe también ser conocida.
a) Calcular un valor de la excitación en p.u. o el valor de corriente de campo en p.u. (IF U )
según lo descrito en 2.15.3.3 o 2.15.3.4.
b) Determinar el valor de la corriente de campo medida IF en p.u. dividiendo la corriente para
el valor base de la corriente de campo que corresponde al voltaje en el terminal 1.0 por unidad en
el entrehierro dada en la curva de saturación en circuito abierto. Este valor base se refiere como
IF G (véase la Fig. 2.20).
c) Determinar IF S = IF = IF U .
d) Usar cualquier proceso deseado y apropiado, determinar el valor en p.u. de Ep (el voltaje
detrás de la reactancia de Potier) en la ordenada, por ejemplo, la Fig. 2.20. Esto demuestra una
curva de saturación en circuito abierto e incluye la lı́nea del entrehierro.
Usando la diferencia (IF S ) entre un valor del voltaje en la curva de saturación en circuito abierto
y el mismo valor del voltaje en la lı́nea del entrehierro, la magnitud real del Ep, correspondiendo
a esta condición de medida para determinar el IF S ,. Es representada por una lı́nea paralela al eje
x (o a la abscisa).
e) La posición del fasor de Ep relativa a Ea no se sabe; sin embargo, la Fig. 2.17 indica la relación
real de la fase entre Ea en por unidad y Ia en por unidad. El ángulo del factor de potencia, φ,
también se muestra. La magnitud de Ep está determinada en el paso d.
f) La magnitud del fasor Ep − Ea en unidad puede ahora ser determinado por la siguiente
ecuación:
p
(2.19)
|Ep − Ea | = Ea2 − (Ea cos φIa R1 )2 − Ea sin φ
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
81
NOTA.- El fasor Ia R1 se descuida casi siempre en este cálculo. Si está utilizado, el signo (+)
es para la operación de generador, y el signo (-) es para la operación de motor.
Entonces:
Xp =
|Ep − Ea |
Ia
(2.20)
donde:
Ia .- Es el valor en p.u. de la corriente del estator usada en el paso e)
NOTAS:
1. En realidad, el término de Ia Xp en la figura debe ser una caı́da de voltaje en la impedancia.
Sin embargo, en máquinas grandes de 100-200 kilovatios, el término de la resistencia son
generalmente bastante pequeños que puede ser descuidado. Según lo observado en 2.14.2.10,
la reactancia de Potier puede ser resuelta a partir de un punto: la corriente de campo requerida
para la corriente determinada de la armadura en el voltaje determinado cuando la máquina
está en condición sobreexcitada con factor de potencia cero. Cuando la corriente de campo
excede lo correspondiente al factor de potencia por unidad en la prueba e voltaje, la máquina
se considera estar sobreexcitada. Inversamente, cuando la corriente de campo es menos que
la correspondiente al factor de potencia unidad, la máquina esta en excitación baja.
2. Para las condiciones sobreexcitadas en un generador la corriente de la armadura (Ia ) se
retrasa el voltaje el terminal (Ea) en fase, y φ, el ángulo del factor de potencia, es negativo.
Al contrario es verdad para un motor sı́ncrono sobreexcitado (el φ es positivo), eIa tiene el
voltaje del terminal (Ea ) en fase. Referirse a la fig. 2.182.19. La convención para el ángulo
positivo en estos diagramas de fasor es que la rotación de fase es contada a la derecha.
Figura 2.17: Calculo de la magnitud de Ep − Ea [3]
Teóricamente, la salida y las reactancias de Potier deben ser del mismo valor. Sin embargo,
debido al fenómeno de la saturación, diferencian a menudo. El anexo 5A proporciona una cierta
información de fondo en la exactitud de usar la salida o la reactancia de Potier en el cómputo del
componente de la saturación de la corriente de campo de la excitación en cualquier condición de
carga.
Puesto que el cómputo de la eficiencia de una máquina sı́ncrona se puede afectar por el método
usado en la computación de la corriente de campo y, puesto que la eficiencia es a menudo una
importante garantı́a, del cliente y del fabricante debe convenir qué la reactancia (Potier o salida)
será utilizado para computar la corriente de campo adicional para compensar la saturación en la
máquina.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.15.3.
82
MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA EXCITACIÓN DE LA CARGA PARA ESPECIFICAR LAS CONDICIONES DE LOS TERMINALES DE LA MÁQUINA
La corriente de campo para una especı́fica corriente de armadura, voltaje, y un factor de
potencia de una máquina sı́ncrona se puede obtener por de varios métodos de cálculo.
2.15.3.1.
DETERMINACIÓN DE LA EXCITACIÓN DE LA CARGA EN CONDICIONES ESPECIFICAS DE OPERACIÓN
La corriente de campo para una especı́fica corriente de armadura, factor de potencia, y un
voltaje puede ser obtenida directamente cargando la máquina en las condiciones especificadas y
midiendo la corriente de campo requerida. Este método no es generalmente aplicable a las pruebas
de fábrica, particularmente en máquinas grandes, sino se puede emplear a veces después de la
instalación. Cuando dos máquinas similares están disponibles, el método sı́ncrono de reacción de
la carga se puede utilizar en la prueba de fábrica.
2.15.3.2.
TERMINOLOGÍA Y DEFINICIONES
La terminologı́a siguiente se utiliza en 2.15.3.3 y 2.15.3.4, que describen los pasos en el análisis
del diagrama fasor:
Ea .- Voltaje en el terminal de la máquina (o kilovoltios), en por unidad.
Ia .- Corriente de la armadura de la máquina en por unidad.
EQD .- Localización de un fasor en reacción con Ea , definiendo al eje magnético de cuadratura de
la máquina, y por lo tanto al desplazamiento de la fase δ relativa con Ea. El sı́mbolo, δ generalmente
se calcula en grados eléctricos y es positivo para un generador y negativo para un motor sı́ncrono
(EQD del motor sı́ncrono es también una voltaje ficticio posterior de Xqu ).
EGU .- Voltaje generado posterior de Xdu , en por unidad.
IF U .- Corriente de campo (generalmente en amperios o a veces en por unidad) requerida para
inducir un voltaje EGU en el entrehierro. (Véase Fig. 2.20)
Ep .- Voltaje posterior de la reactancia de Potier, Xp , en por unidad.
R1 .- Resistencia de secuencia positiva. Esto se asume generalmente para ser igual a Ra , la
resistencia del estator por fase.
IF G .- 1.0 en por unidad de los amperios de campo correspondientes a 1.0 por unidad de Ea en
el entrehierro.
2.15.3.3.
ANÁLISIS DEL DIAGRAMA FASOR - MÁQUINAS DE POLOS SALIENTE
La excitación de la corriente de campo para el voltaje de la armadura, la corriente, y el factor
de potencia especificados se puede computar usando uno de los diagramas de fasor en la Fig.
2.182.19. Los procedimientos siguientes se utilizan para las máquinas de polos saliente (generadores
y motores).
NOTA.- Para la notación del generador el signo “+” debe ser utilizado cuando un “±” se
encuentra; inversamente el signo “-” se debe utilizar para los motores).
Los pasos siguientes se indican para determinar la magnitud y fase de EGU y de IF U . El ángulo
del factor de potencia φ es positivo cuando Ia adelanta a Ea , y negativa cuando Ia se retrasa de
Ea . En la expresión siguiente, se asume una notación del generador. Para la notación del motor,
el signo mas se convierten en signos menos, y el un signo menos abajo se cambia a un signo más.
−1
δ = tan
(|Ia |Ra sin φ + |Ia |Xqu cos φ)
(|Ea | + |Ia | cos φ − |Ia |Xqu sin φ)
Id =
|Ia | · sin(δ − φ)
(δ − 90)
(2.21)
(2.22)
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
83
Figura 2.18: Diagrama Fasor para el cálculo del voltaje generado no saturado EGU para las máquinas de polos salientes.Notación del Generador[3]
Figura 2.19: Diagrama Fasor para el cálculo del voltaje generado no saturado EGU para las máquinas de polos salientes.Notación del Motor[3]
Iq = |Ia | cos(δ − φ)/δ
(2.23)
NOTA.- Los ángulos deId eIq se muestran relativos al fasor Ea para el modo de generador.
La notación del generador se demuestra en las ecuaciones siguientes del fasor:
EGU = Ea + Ia Ra + jIq Xqu + jId Xdu
(2.24)
Determinar IF U localizando EGU en la lı́nea del entrehierro (la Fig. 2.20 ).
Calcular el voltaje posterior deEp .
Ep = Ea + Ia Ra + jIa Xp
(2.25)
Para la notación del motor, todos los signos (+) en las Ecu. 2.242.25se convierte signos menos.
Encontrar el incremento de la saturación, IF S , la diferencia entre el valor de la corriente de
campo requerido para inducir Ep en el entrehierro, y ese valor de la corriente de campo que
corresponde a Ep en la curva de saturación de circuito abierto (véase Fig 2.20).
IF , la corriente de campo total, incluyendo los efectos de la saturación, es igual aIF U + IF S .
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.15.3.4.
84
ANÁLISIS DEL DIAGRAMA FASOR PARA MÁQUINAS DE ROTOR
CILÍNDRICO
El procedimiento es más simple desde Xqu = Xdu . La notación del generador se asume otra
vez.
a) Calcular el voltaje generado no saturado.
EGU = Ea + Ia Ra + jIa Xdu
(2.26)
b) Encontrar IF U paraEGU de la lı́nea del entrehierro de la curva de saturación en circuito
abierto.
c) Calcular el voltaje posterior de la reactancia de Potier.
Ep = Ea + Ia Ra + jI a · Xp
(2.27)
d) Encontrar la corriente incremental de campo, IF S para explicar la saturación (véase Fig.
2.20).
e) Calcular la corriente de campo total, como en 2.15.3.3, es igual a la suma total de IF U y de
IF S .
Figura 2.20: Tı́pica curva de saturación en circuito abierto para un generador de 2400 KVA[3]
2.15.3.5.
CÁLCULOS GRÁFICOS DE LA EXCITACIÓN USANDO LA REACTANCIA DE POTIER Y SIN PROTUBERANCIA DE LA MÁQUINA
La excitación de la carga primero se calcula de datos de prueba usando la reactancia de Potier.
Este método consiste en determinar del voltaje, Ep , posterior de la reactancia de Potier según las
indicaciones de la Ecu. 2.28 y de la Fig. 2.21 donde:
Ea .- Es el voltaje especı́fico en el terminal.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
85
Ia .- Es la corriente especı́fica de la armadura
R1 .- Es la resistencia de la secuencia positiva
Xp .- Es la reactancia de Potier.
Los valores se pueden presentar por la escala, poniendo Ia R1 a la derecha para un generador y
a la izquierda para un motor, y poniendo Ia Xp verticalmente hacia arriba como se muestra. Para
una máquina sobreexcitada, el ángulo del factor de potencia φ, es positivo y dibujado sobre la
horizontal. Para una máquina de excitación baja,φes negativo y dibujada debajo de la horizontal.
Para este análisis, la corriente y el voltaje de armadura están en por unidad mientras que la
corriente de campo está en amperios o por unidad.
q
(2.28)
Ep = (Ea cos φ ± Ia R1 )2 + (Ea sin φ + Ia Xp )2 p.u
donde:
Xp .- Es la reactancia de Potier, por unidad
Ea .- Es el voltaje especificado en el terminal de la armadura, por unidad
Ia .- Es la corriente especificada de la armadura, por unidad
R1 .- Es la resistencia de secuencia positiva por unidad. Ra puede ser usada si los datos de R1
son inasequibles.
φ.- Es el ángulo del factor de potencia, positivo para la operación sobreexcitada, negativo para
la operación de excitación baja.
Ia R1 .- Es positivo para un generador y negativo para un motor
NOTA.- La convención del signo para el ángulo del factor de potencia, φ según lo utilizado en
Ecu. 2.28 y 2.29 es opuesta a la usada en el análisis del diagrama del fasor en 2.15.3.3. El uso en
2.15.3.3 es común en el análisis de la estabilidad y de la excitación de máquinas sı́ncronas. 2.15.3.5
se ha repetido extensamente en IEEE Std 115-1983 y se conserva para los propósitos continuos.
Implı́citamente, el fasor de referencia para determinar el signo de φes la corriente de armadura Ia .
La corriente de campo de la carga para una corriente de armadura, factor de potencia, y voltaje
especificados se puede obtener según las indicaciones de las Fig. 2.22 y 2.23. Los valores se deben
presentar a una escala conveniente con el ángulo del factor de potencia a la derecha de la vertical
para una máquina sobreexcitada o a la izquierda de la vertical para una máquina de excitación
baja. El ángulo eléctrico entre IF G e IF L corresponde al ángulo de potencia, δ, de la máquina.
Esto se basa en la suposición que Xqu = Xdu . Ambos Fig. 2.22 y 2.23 muestran la operación del
generador. Los diagramas para la operación del motor serı́an imágenes de espejo de estas y con un
ángulo eléctrico negativo δ, entre IF G e IF L .
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
86
Figura 2.21: Diagrama para el voltaje posterior de la reactancia de Potier de un generador
sı́ncrono[3]
Figura 2.22: Determinación de la corriente de campo de la carga de un motor o generador en
operación sobreexcitada[3]
El valor de IF L (corriente de campo en la carga) puede ser también determinada por la siguiente
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
87
ecuación:
IF L = IF S +
p
(IF G + IF SI sin φ)2 + (IF SI cos φ)2
(2.29)
donde:
φ.- Es el ángulo positivo del potencia-factor, para la operación sobreexcitada y negativo para
la operación de baja excitación, con la corriente de armadura como el fasor de la referencia.
IF G .- Es la corriente de campo para la lı́nea del entrehierro en el voltaje especificado del terminal
de la armadura (véase 2.14.2.5 y Fig. 2.16 o la Fig. 2.20)
IF SI .- Es la corriente de campo que corresponde a la corriente especificada de la armadura en
la curva de saturación de cortocircuito (véase 2.14.2.7)
IF S .- Es la diferencia entre la corriente de campo en la curva de saturación en circuito abierto
y la corriente de campo en la lı́nea del entrehierro, ambas para el voltaje Ep (véase Fig. 2.21)
Todos los valores de la corriente de campo deben estar en amperios, o en por unidad en cualquier
base conveniente.
Figura 2.23: Determinación de la corriente de campo de la carga de un motor o generador en
operación de excitación baja[3]
2.15.4.
REGULACIÓN DE VOLTAJE
2.15.4.1.
DEFINICIÓN
Para la definición de la regulación de voltaje, ver IEEE Std 100-1992.
2.15.4.2.
REGULACIÓN
Después de la corriente de campo a una corriente especificada de la armadura, el factor de
potencia, y al valor de voltaje se han obtenido por uno de los métodos en 2.15.3, la regulación de
voltaje en p.u. se pueden obtener por la ecuación siguiente:
Regulacion =
(Ea − Ea0 )
p.u
Ea0
(2.30)
donde:
Ea.- Es el voltaje en la curva de saturación en circuito que corresponde a la prueba de carga
con corriente de campo.
Ea0.- Es el valor de voltaje en el terminal.
Eay Ea0.- Deberı́an estar en términos constantes.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.16.
PRUEBAS DE TEMPERATURA
2.16.1.
GENERAL
88
Las pruebas de temperatura se hacen para determinar la subida de temperatura de ciertas piezas
de la máquina sobre una cierta temperatura de referencia al funcionar bajo condición de carga
especificada. Esta temperatura de referencia se ha referido extensamente como la temperatura
ambiente (o temperatura ambiente interna). Tales temperaturas de referencia dependen de una
manera por la cual la máquina es refrigerada. La práctica internacional sugiere que el término
enfriador de temperatura sea de una manera aceptable de describir esta condición de referencia.
2.16.2.
MÉTODOS DE CARGA
Las pruebas de la temperatura se pueden hacer con el funcionamiento de la máquina a una
o muchas condiciones de carga. La información, que se requiere generalmente, es la subida de
temperatura de una máquina en uno o más valores especificados de carga. Puesto que la carga en
una condición de carga deseada no es siempre posible, varios otros métodos de carga se pueden
utilizar para obtener los datos, que se pueden utilizar para determinar la subida de temperatura de
la máquina para la carga deseada. Los cuatro métodos siguientes son los más usados generalmente
para la prueba de temperatura.
2.16.2.1.
MÉTODO 1. CARGA CONVENCIONAL
El método preferido para hacer una prueba de temperatura es llevar a cabo las condiciones
especı́ficas de corriente, potencia, voltaje, y de la frecuencia de la armadura hasta que la máquina alcance temperatura constante, tomando lecturas cada media hora o menos. Si la máquina
está equipada con un voltaje u otro regulador, este deberı́a estar inoperante durante esta prueba
de modo que la corriente de campo sea constante.
Mientras que este método es el más directo, la experiencia ha demostrado que es difı́cil ocasionalmente tomar los voltajes en los terminales de la máquina cerca de valores especificados. Algunos
métodos de prueba para uso general han intentado superar este problema trazando en por unidad
(M V A)2 la armadura por unidad (A)2 vs la subida de temperatura, este último se demuestra
en Fig. 2.24. El uso por unidad de (M V A)2 tiene algunas limitaciones porque cierto diseño de
máquina puede tener pérdidas de voltaje o corriente desiguales. Las recomendaciones siguientes
para realizar las pruebas del método 1 se resumen en lo siguiente:
a) Mantener, en lo posible, voltaje en el terminal de la máquina dentro del ± 2 % del valor
durante las pruebas con los datos trazados en la Fig. 2.24.
b) Realizar una serie de pruebas en varios niveles voltaicos cerca del valor especificado, e
interpolar los resultados, usar, por ejemplo, los métodos de la regresión linear. Datos trazados en
Fig. 2.24.
NOTA.- La fig. 2.25 demuestra un diagrama de la subida de temperatura vs pérdidas del
campo. Los diagramas similares de la armadura y de las pérdidas por pérdida en la carga se
pueden realizar según las indicaciones de 2.14.2. Éstas no son parte del método 1.
2.16.2.2.
MÉTODO 2. REGENERACIÓN SÍNCRONA
Cuando una máquina sı́ncrona similar a la que es probada está disponible, los considerables
ahorros de energı́a resultan de este método de carga. También permite la prueba a plena carga de
los valores de las máquinas especificadas lejos o superior a la capacidad disponible de la fuente de
alimentación.
Las dos máquinas se acoplan juntas y están conectadas eléctricamente de modo que una sirva
como un motor y el otro como generador. La salida del generador se alimenta eléctricamente
para suministrar al motor. Cualquiera de estas máquinas puede ser la máquina bajo prueba. Las
pérdidas de las dos máquinas son suministradas por una tercera máquina (un motor), derivando su
potencia de una fuente disponible tal como la utilidad eléctrica local. La tercera máquina suministra
potencia a las otras dos máquinas mecánicamente con un acoplador, un engranaje, o un arreglo
conveniente de la correa. Un método alterno de suministrar pérdidas es utilizar una fuente de
corriente eléctrica en lugar de la tercera máquina (un motor). El voltaje y la frecuencia de la fuente
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
89
de la corriente eléctrica deben emparejar las máquinas en prueba y los medios convenientes para
alcanzar velocidades de funcionamiento se deben emplear para evitar daños eléctricos o mecánicos.
Este método de carga requiere que dos máquinas sı́ncronas similares estén acopladas de manera
que sus rotores sean desplazados fı́sicamente en una dirección o una rotación angular por su ángulo
combinado de la carga. En la discusión siguiente, el término especificado refiere a la máquina bajo
prueba. Los rotores acoplados se conducen a la velocidad especificados. Los circuitos de la armadura
de las máquinas similares están unidos en la secuencia de fase (véase 2.5) que corresponde a la
dirección de rotación y a la polaridad de sus campos del rotor. La unión puede ser proporcionada
unos circuitos interruptores convenientes y equipados con vatı́metros, voltı́metros, y amperı́metros.
La frecuencia o la velocidad también serán medidas. Ambos circuitos de campo del rotor se equipan
con voltı́metros y amperı́metros y están conectados con las fuentes de corriente continua ajustables
por separado. El resto de la instrumentación eléctrica es opcional.
Con el lazo cerrado, la corriente de campo de una máquina se aumenta mientras que se disminuye la otra hasta que la corriente especificada en el voltaje clasificado aparezca en el lazo. Con
las máquinas acopladas funcionando en voltaje y frecuencia especificados, la potencia evidente
especificada (KVA) se intercambia ası́ entre las dos máquinas con el factor de potencia deseado.
La potencia real y reactiva intercambiada entre las dos máquinas en la prueba es una función del
desplazamiento angular entre los dos rotores, según lo determinado por el montaje del acoplador,
y por los niveles de excitación aplicados a los devanados inductores de las dos máquinas.
2.16.2.3.
MÉTODO 3. FACTOR DE POTENCIA CERO
Este método consiste en hacer funcionar la máquina sin ninguna carga como condensador
sı́ncrono, manteniendo condiciones apropiadas de la corriente de la armadura, voltaje, y frecuencia
hasta que la máquina alcance temperatura constante.
2.16.2.3.1 FACTOR DE POTENCIA MENOR QUE 0.9
Desde el voltaje anterior de la reactancia de Potier, Ep , con factor de potencia cero, sobreexcitado, es mayor que en los factores de una potencia más alta para la misma corriente de armadura
y voltaje en el terminal, el voltaje en el terminal de la prueba se debe reducir a un valor de los
resultados del voltaje anterior de la reactancia de Potier (este voltaje se puede calcular por la Ecu.
2.28, usando un valor medido o calculado de la reactancia), que es igual que el voltaje anterior de
la reactancia de Potier en condiciones de carga especificada. Este voltaje se puede también calcular
por la Ecu. 2.25usando Ia Xp según lo determinado a partir de 2.16.2.2 o de 2.16.2.3, ası́ usando un
valor medido o calculado de la reactancia Xp de Potier. Las subidas de temperatura resultantes de
la armadura serán casi completamente iguales como si la máquina hubiera sido cargada en las condiciones especificadas. Una curva tı́pica se demuestra en la Fig. 27. Es a veces impráctico utilizar
una fuente de alimentación variable del voltaje para la prueba de máquinas grandes de este modo.
Referir a 2.16.2.3.2 si el voltaje de la armadura no se puede ajustar de acuerdo con 2.16.2.3.1.
Figura 2.24: Diagrama tı́pico de la subida de temperatura del bobinado del inducido vs la corriente
ajustada de la armadura [3]
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
90
Las pérdidas de la bobina de campo diferencian considerablemente de las de condiciones de
funcionamiento normales y las subidas de temperatura observadas del campo se deben corregir
para coincidir con la corriente de campo especificada. Dos ecuaciones se han utilizado para hacer
esta corrección. Ecu. 2.35y 2.38. Hay elementos de aproximación en ambas ecuaciones.
Según lo considerado en la Fig. 2.25, la subida de temperatura del devanado inductor sobre
la temperatura del medio de enfriamiento que sale del ventilador es linealmente proporcional a la
pérdida del devanado de campo I 2 R, Ps . Esto incluye el efecto de la temperatura en resistencia de
campo, pero descuida cualquier efecto indirecto en el estator, la superficie del rotor, o las pérdidas
por efecto del viento puedan tener en temperatura del devanado inductor. Usando la nomenclatura
que aparece después de la Ecu. 98, esta relación linear se puede expresar como:
4ts + tc,s = (4tf an + tc,s ) + βPs
(2.31)
donde:
β.- Es la inclinación de la elevación de la temperatura, la cual puede ser determinada empı́ricamente.
β=
(4tt − 4ff an )
(4tt + tc,t ) − (4tf an + tc,t )
=
Pt − 0
Pt
(2.32)
La ecuación 2.31 y 2.32 pueden ser combinadas:
4ts = 4tf an +
Ps
· (4tt + 4tf an )
Pt
(2.33)
donde:
If,s
If,t
2
Rs
Rt
(2.34)
Cuando los efectos de la resistencia son insignificantes entonces Rs = Rt y:
4ts = 4tf an +
If,s
If,t
2
4tt + 4tf an
(2.35)
De lo contrario, uno debe explicar el efecto de temperatura sobre la resistencia en la ecuación.
k + tc,s + 4ts
Rs
=
Rt
k + tc,t + 4tt
(2.36)
Sucesivamente la sustitución de la ecuación 2.36 para Rs /Rt en la ecuación 2.34 y entonces la
ecuación 2.34por Ps /Pt en el rendimiento de la ecuación 2.33.
4ts = 4tf an +
If,s
If,t
2 k + tc,s + 4ts
·
· (4tt − 4tf an )
k + tc,t + 4tt
(2.37)
Lo cual ahora demuestra una dependencia de Δts en el numerador del segundo término. Recogiendo términos en 4ts − 4tf an , uno obtiene la expresión siguiente para la subida de temperatura
especificada en función de corriente de campo especifica:
4ts = 4tf an +
If,s
If,t
2
· (4tt − 4tf an ) ·
k + tc,s + 4tf an
k + tc,t + 4tt − (If,s /If,t )2 (4tt − 4tf an )
(2.38)
donde:
Δts .−Es la elevación de la temperatura (ºC) corregida para corresponder a la corriente de
campo If,s , para un carga especificada.
k.- Es la constante del material de la bobina de campo (ver 2.16.4.4).
tc,s .- Es la temperatura especı́fica del refrigerante (ºC) para una corriente de campo especificada
If,s .
tc,t .- Es la temperatura de referencia del refrigerante (ºC) obtenida durante la medición de la
prueba de elevación de temperatura Δtt .
Δtt .- Es la elevación de la temperatura (ºC) para la prueba de corriente de campo If,t .
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
91
Δtf an .- Es la elevación de la temperatura (ºC) a través del ventilador.
If,t .- Es la corriente de campo (Amperios) bajo condiciones de prueba.
If,s .- Es la corriente de campo (Amperios) correspondiente a una carga especificada.
Ps .- Es la pérdida de la corriente de campo a una carga especificada.
Pt .- Es la pérdida de la corriente de campo en la prueba de carga.
Figura 2.25: Tı́pica curva de la temperatura de campo vs potencia de campo[3]
2.16.2.3.2 FACTOR DE POTENCIA MAYOR QUE 0.9
Para los generadores y los motores clasificados en los factores de potencia sobre 0.9 (y particularmente ésos clasificados en el factor de potencia de la unidad), puede ser impráctico aplicar el
método del factor de potencia cero en la corriente especificada de armadura y el voltaje apropiado
de la reactancia de Potier, Ep , según lo descrito en 2.16.2.3.1 debido a lı́mites de la calentamiento
del campo. En tales casos, la corriente de armadura o el voltaje en el terminal deben ser reducidos.
La opción en cuanto a la cual debe ser reducido depende de las magnitudes relativas de las pérdidas
del cobre y de la hierro en la máquina particular.
A menos que la carga se reduzca para dar la corriente de campo especı́fica, la temperatura
del campo se debe corregir según las indicaciones de la Ecu.98. Una corrección aproximada en
temperatura de la armadura se debe hacer según las recomendaciones del fabricante en cuanto a
la contribución de varias pérdidas a la temperatura observada.
Las pruebas realistas de la temperatura de máquinas grandes con constantes de tiempo térmicas
largas son posibles alternando el excesivo y la baja excitación por perı́odos breves de tiempo de
manera que las entradas de energı́a de la pérdida en la armadura y en el campo sigan siendo
constantes para cada perı́odo de lectura de la temperatura (tı́picamente 30 min.). La aplicación
acertada de este método requiere que la curva de pérdidas (Fig.2.25) para la máquina probada sea
resuelta antes de las pruebas de la temperatura. La sobreintensidad de corriente de la armadura
debido a una baja excitación (posiblemente incluso una excitación negativa) y la sobreintensidad
de corriente del campo se seleccionan de una manera tal que satisfaga las condiciones siguientes:
PA 4tR =
t2
X
t2
X
(PV + PI )o · 4to +
(PV + PI )u 4tu kW s
t1
PA 4tR =
(2.39)
t1
t2
X
t1
PF o · 4to +
t2
X
PF u · 4tu kW s
t1
PA .- Es la pérdida total de la armadura a carga especificada, kW
PF .- Es la pérdida total de campo a carga especificada, kW
ΔtR .- Es el intervalo de tiempo de la prueba = (t2 –t1 ), s
PF o .- Es la pérdida de campo durante la sobreexcitación, kW
PF u .- Es la pérdida de campo durante la baja excitación, kW
(2.40)
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
92
PI .- Es la corriente dependiente de la pérdidas de la armadura , kW
PV .- Es el voltaje dependiente de la pérdidas de la armadura , kW
t1 .- Es el tiempo al comienzo de la prueba, s
t2 .- Es el tiempo al finalizar la prueba, s
Δto .- Es el intervalo de tiempo de la prueba para la sobreexcitación,s
Δtu .- Es el intervalo de tiempo de la prueba para la baja excitación, s
La máxima corriente de armadura obtenida con la excitación negativa es menor que 1/Xq p.u. y
puede ser determinado para condiciones actuales de voltaje de lı́nea durante la prueba. Se obtienen
mejores resultados cuando elΔtR ≥ 2(Δto + Δtu ) y las temperaturas son registradas continuamente por los instrumentos gráficos. En tal caso, es posible hacer un promedio de las lecturas altas y
bajas dentro de cada intervalo. Si la ecuación de energı́a de la pérdida de campo no es totalmente
satisfecha, se ha alcanzado y se ha registrado el calor de funcionamiento continúando en condiciones de campo especificada después de temperaturas estabilizadas de la armadura. Las lecturas
estabilizadas de la temperatura del campo entonces se obtienen durante el perı́odo extendido de
funcionamiento de calor mientras que la máquina está todavı́a caliente.
Debido a su simulación imperfecta de los valores de disipación de energı́a de la pérdida, este
método se debe limitar a las máquinas de servicio continuo (véase 2.16.3.1).
2.16.2.4.
MÉTODO 4. CARGA EN CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO
Este método consiste en las siguientes tres pruebas separadas de funcionamiento de calor:
a) Voltaje especificado con los terminales en circuito abierto
b) Corriente especificada de la armadura con los terminales cortocircuitados
c) Excitación cero
Para las máquinas convencionales la subida de temperatura de la armadura se computa como la
suma de las subidas de temperatura para las pruebas de circuito abierto y cortocircuito, y corregido
para la duplicación de la calefacción debido al efecto del viento. El calor con excitación cero sin
carga rendirá los datos para la determinación de la subida de temperatura debido al efecto del
viento.
Para las máquinas con bobinados del inducido refrigerados por agua, la temperatura de la
armadura se puede obtener directo de pruebas del cortocircuito. El aislamiento de tierra es suficientemente denso y la transferencia de calor a los conductos de agua dentro de las barras de la
armadura, suficientemente altas que la temperatura del cobre del bobinado del inducido es en gran
parte insensible a las variaciones de la temperatura fuera de la bobina. Ası́, la temperatura de
cobre de la bobina de la armadura es solamente dependiente en pérdidas de la C.C. y de la CA en
el cobre de la armadura, en el flujo del lı́quido refrigerador del agua, y en su temperatura lı́quida
frı́a.
Otro funcionamiento de calor en la sobretensión sin carga proporcionará la exactitud mejorada
para la subida de temperatura del campo. La aprobación del fabricante debe ser obtenida puesto
que un funcionamiento determinado de la corriente de campo con la carga en circuito abierto o
cortocircuito por perı́odos prolongados podrı́a dar lugar al daño de la armadura. Es posible combinar el calor por la aplicación de los principios contorneados en 2.16.2.3.2. Las mismas ecuaciones
de energı́a de la pérdida se aplican si las variables subscritas con “o” se refieren la excitación de
circuito abierto y éstas subscritas con “u” que se refiere a la excitación en cortocircuito. En la
mayorı́a de los casos, la descarga del devanado inductor por varios segundos antes de cada encierro
de la armadura cortocircuitada se recomienda un contactor para limitar la corriente subtransitoria
y transitoria de la armadura a valores aceptables.
Los circuitos convenientes de la descarga del campo deben ser utilizados (véase Fig. 2.26). Tal
precaución también se requiere si el voltaje excesivo del terminal se tiene antes de abrir el circuito
de la armadura.
NOTA.- Probado en generadores del polos saliente para carga convencional (método 1) indica
que las subidas de temperatura son generalmente más altas que las subidas encontradas por el
cálculo, como la experiencia del método 4. usar el método 1 y el método 4, en hidrogeneradores
en la gama de 50-370 MVA, demuestra que el método 4 puede dar las subidas de temperatura
calculadas cuáles en ocasiones pueden ser tanto como 7 º C más bajo que el método 1. El método
1 es el método preferido para hacer estas pruebas.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
93
Figura 2.26: Circuito de la bobina de campo para 2.16.2.4, carga en circuito abierto y cortocircuito[3]
2.16.3.
DURACIÓN DE LA PRUEBA
2.16.3.1.
CARGA CONTINUO
Las pruebas de carga continua deben ser continuadas hasta que las temperaturas de la máquina
hayan llegado a ser constantes dentro de ±2 ºC del valor de la subida para tres lecturas consecutivas
por cada media hora. Si la temperatura del lı́quido refrigerador no es constante, la prueba puede
ser terminada cuando la subida de temperatura, basada en por lo menos tres lecturas consecutivas
cada media hora, no excede la subida previamente observada del máximo. Si la temperatura del
lı́quido refrigerador para tres lecturas cada media hora varı́a por más de 2 ºC, la prueba debe ser
continuada.
2.16.3.2.
VALORES A CORTO PLAZO
Para las cargas que corresponden a valores a corto plazo de la máquina, las pruebas se deben
realizar en condiciones según lo especificado, y continuar por el tiempo especificado.
2.16.3.3.
CARGAS INTERMITENTES
Para las cargas intermitentes, el ciclo de la carga especificado debe ser aplicado y continuó hasta
que la subida de temperatura en el extremo de la carga que causa la calefacción más grande varı́e
por menos de 2 ºC para tres ciclos consecutivos.
2.16.4.
MÉTODOS DE MEDIR TEMPERATURA
2.16.4.1.
GENERAL
Los siguientes son cuatro métodos para determinar temperaturas:
a) Termómetro o termopares de resistencia
b) Detector encajado
c) Resistencia de la bobina
d) Detector local de la temperatura
Es a veces deseable utilizar un método como verificación en otro.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
2.16.4.2.
94
MÉTODO 1
Este método hace la determinación de la temperatura por la resistencia del termómetro, o los
termopares, con ninguno de estos instrumentos aplicados a la pieza más caliente de la máquina
que son accesible.
2.16.4.3.
MÉTODO 2. DETECTOR ENCAJADO
Este método hace la determinación de la temperatura por termopares o resistencias detectoras
de temperatura incorporados a la máquina probada.
2.16.4.4.
MÉTODO 3. RESISTENCIA
Este método hace la determinación de la temperatura comparando la resistencia de la bobina en
la temperatura que se determinará con la resistencia en una temperatura sabida. La temperatura
de la bobina es calculada por la ecuación siguiente:
Rt − Rb
tt = tb +
(tb + k)
(2.41)
Rb
donde:
tt .- Es la temperatura total de la bobina cuando Rt fue medida, ºC.
Rt .- Es la resistencia medida durante la prueba, ohmios.
Rb .- Es el valor de referencia de la resistencia previamente medida al conocer la temperatura
tb , ohmios.
Tb .- Es la temperatura de la bobina cuando el valor de referencia de la resistencia Rb fue medida,
ºC.
k.- Es 234.5 para el cobre puro, ºC
k.- Es 225 para aluminio basado en un volumen de conductividad del 62 % del cobre puro, ºC.
Para los valores de k para otros materiales, referir al fabricante. Para las bobinas que consisten
en una porción de cobre conectada en serie con una porción de aluminio, un valor equivalente de
k constante, debe ser utilizado.
Para los valores de k para otros materiales, referir al fabricante. Para las bobinas que consisten
en una porción de cobre conectada en serie con una porción de aluminio, un valor equivalente dek
constante, debe ser utilizado.
k=
ºC.
ROa
ka
RO
+ RkOc
c
(2.42)
donde:
RO .- Es la resistencia total calculada de la bobina a 0ºC (ohmios)
ROa .- Es la resistencia calculada de la porción de aluminio de la bobina a 0ºC (ohmios)
ROc .- Es la resistencia calculada de la porción de cobre de la bobina a 0ºC (ohmios)
Kc .- Es 234.5 para el cobre puro, ºC
Ka .- Es 225 para aluminio basado en un volumen de conductividad del 62 % del cobre puro,
Puesto que un pequeño error en la medición de la resistencia del valor de referencia hará un
error comparativamente grande en la determinación de temperatura, la resistencia de la bobina
se debe medir por un puente doble u otros medios de exactitud equivalente, y comprobar por un
segundo los instrumento si es posible.
2.16.4.5.
MÉTODO 4. DETECTOR DE TEMPERATURA LOCAL
La temperatura local de varias piezas de una máquina puede ser resuelta usando un detector
local de temperatura. El elemento de detección se pone en proximidad térmica cercana a la pieza
donde va a ser medida la temperatura local.
Los ejemplos de los detectores locales de temperatura son sensores infrarrojo, termopar, termómetro de resistencia pequeña de resistencia, y termistor. Éstos están instalados con frecuencia como
piezas permanentes de una máquina. Los utilizan para determinar la temperatura local de los conductores de la bobina, de las laminaciones de la base dentro de un paquete, y de la temperatura
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
95
de la bobina entre los lados de la bobina. Puesto que las temperaturas medidas por los detectores
locales de la temperatura pueden desviarse substancialmente determinado por otro método, las
temperaturas medidas no se deben interpretar en lo referente a los estándares escritos en términos
de estos otros métodos.
2.17.
PRUEBA DEL PAR
2.17.1.
GENERAL
Para las definiciones de las cantidades en el cuadro2.1, referirse al IEEE Std 100-1992.
Ası́ncronos
Par a rotor bloqueado
Par pull-up
Par por ruptura
Par pull-in
corriente a rotor bloqueado
Sı́ncronos
Par pull-out
Cuadro 2.1: Clasificación de varias pruebas de Par
Los métodos especı́ficos de la prueba se proporcionan para el par de rotor bloqueado (véase
2.17.2.2) y el par de salida (véase 2.18). Los valores de todas las cantidades sı́ncronas se pueden
obtener de las pruebas de la curva velocidad-par (véase 2.17.3); sin embargo, otros métodos de ensayo son requeridos para determinar las frecuencias de los componentes pulsantes del par presentes
a cada velocidad.
Una medida exacta de las frecuencias pulsantes de los componentes del par es importante,
especialmente para los motores sı́ncronos grandes de polos salientes. Estos pares pueden crear
resonancias con los sistemas mecánicos conectados que causan oscilaciones torsionales excesivas.
A menos que haya suficiente amortiguación en el sistema, estas niveles de oscilaciones pueden
aparecer y causar daños al eje, acopladores, o a los engranajes en el mecanismo impulsor.
Se acostumbra a medir la corriente de armadura y la corriente de campo inducida (o voltaje)
durante las pruebas del par. La mayorı́a de las máquinas se diseñan para campo cerrado, Para las
máquinas diseñadas para campo abierto, el voltaje del campo se debe medir con un transformador
potencial y un voltı́metro de C.A. En este caso, el voltaje del campo se debe trazar y corregir de
la manera indicada para la corriente de campo.
En muchos casos es impráctico realizar pruebas del par con el voltaje clasificado. Por lo tanto,
los procedimientos preven pruebas con el voltaje reducido. Los resultados entonces se ajustan
al voltaje especificado en caso de necesidad. Debido a diversos efectos de saturación presentes en
diversos voltajes, las pruebas a dos o preferiblemente a los tres voltajes puede ser necesario permitir
un razonablemente ajuste exacto en el voltaje especificado (véase 2.17.3.6 A cualquier velocidad,
el par en el entrehierro es una función del voltaje y de la frecuencia. El par de salida neta es
igual al par en el entrehierro menos el par por la fricción y efectos del viento, si la máquina se
está funcionando.
2.17.2.
CORRIENTE Y PAR DE ROTOR BLOQUEADO.
2.17.2.1.
GENERAL.
Esta prueba se toma para determinar y dibujar la corriente de la armadura del motor durante
el arranque, con el par desarrollado a rotor bloqueado, y la corriente de campo inducida resultante.
Puede ser tomada con un freno prony ajustado para evitar que el motor gire, o una viga rı́gida
ligada al eje del motor con su extremo libre que se reclina sobre una escala para medir el par
desarrollado. Una fuente ajustable de voltaje alterno de frecuencia especı́fica se conectada con la
armadura. El campo deberı́a cerrarse con una resistencia de arranque (si se utiliza el arranque con
campo cerrado).
En esta prueba, los circuitos del amortiguación y del estator se calientan muy rápido y la prueba
se debe hacer lo más rápidamente posible. La prueba inicial se debe hacer con la corriente máxima
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
96
que no causará un calentamiento perjudicial durante la prueba. Las pruebas subsecuentes se deben
hacer sucesivamente con corrientes más bajas. El voltaje de la armadura, la corriente, la potencia,
el par, y la corriente de campo inducida deben ser registrados en cada punto de prueba.
Para ciertos tipos de máquinas, el par varı́a con ángulo del rotor dentro de la bobina campo
del estator. En estas máquinas, es necesario que se hagan una serie de exámenes preliminares en
baja tensión constante para cada uno de varias posiciones del rotor. El rotor se debe situar en la
posición que nos de el par mı́nima para las pruebas subsecuentes.
2.17.2.2.
DETERMINACIÓN DE LA CORRIENTE DE ROTOR BLOQUEADO.
Cuando la máquina no tiene efectos de saturación, la corriente de rotor bloqueado varı́a directo
como el voltaje, y la potencia como el cuadrado del voltaje. Si los efectos de la saturación están
presentes, la prueba se debe tomar con bastantes valores para trazar una curva de corriente vs el
voltaje que se puede extrapolar para dar la corriente en el voltaje especificado. La corriente de
la armadura que se trazará es el promedio de todas las fases. Los datos de las pruebas se trazan
según las indicaciones de la 2.27.
Figura 2.27: Caracterı́sticas del par con rotor bloqueado[3]
2.17.2.3.
MÉTODO 1. PAR POR LA ESCALA Y LA VIGA.
En la ejecución de esta prueba, es necesario que la viga sea perpendicular a la dirección del
movimiento de la escala. El deterioro de la viga que bloquea se debe restar de la lectura de escala
para obtener la fuerza neta. La longitud del brazo de palanca del centro del eje al punto de apoyo
en la escala debe ser medida. El par del motor, Tt , es el producto de la fuerza neta y de la longitud
del brazo de la palanca. El par del entrehierro en este caso iguala al pare mecánico de la salida y
por lo tanto se puede calcular usando las ecuaciones 2.43 y 2.44.
Tg =
Tt
p.u
Tn
donde
Tg . - Es el par en el entrehierro en condiciones de prueba, p.u. en base de la salida.
Tt . - Es F · l = Par mecánico de la salida del motor en condición de prueba.
F . - Es la fuerza neta, N .
l. - Es la longitud del brazo de la palanca, m.
Tn . - Es el par mecánico base de la salida del motor.
T .- Es
k · PM N
T =
ns
ns .- es la velocidad sı́ncrona en rpm/min.
(2.43)
(2.44)
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
97
k.- Es 9549
PM N .- Es el valor de salida al inicio de la prueba en kW.
El par en el entrehierro es ajustado al par en condiciones especificadas de acuerdo con 2.17.2.5
2.17.2.4.
MÉTODO 2. PAR POR LA ENTRADA ELÉCTRICA.
Si los medios para medir el par no están disponibles, el rotor puede ser bloqueado en contra
vuelta y el par calculado desde las medidas eléctricas. El par del entrehierro en p.u. se calcula
como entrada de la potencia al rotor en los kilovatios divididos por la salida de potencia clasificada
convertida a kilovatios. La potencia de entrada al rotor es determinada restando la pérdida de
cortocircuito (véase 2.14.2.8, 2.14.3.16, y 2.14.4) a la corriente desde la prueba de potencia de
entrada.
Para las máquinas que tienen pieza-bobinadas, o las máquinas de dos velocidades con enrollamientos de polos consecuentes, este método puede tener errores apreciables debido a los armónicos,
y al par de rotor bloqueado deberı́a ser tomado por la escala y la viga según lo descrito en 2.17.2.3.
El par del entrehierro se ajusta a las condiciones especificadas de acuerdo con 2.17.2.5.
2.17.2.5.
PAR EN CONDICIONES ESPECÍFICAS.
El par en rotor bloqueado se define como el valor para la posición del rotor que da el par
mı́nimo, con el voltaje clasificado aplicado. El par según lo determinado por los métodos 1 o 2
puede ser ajustado a un valor que corresponde al voltaje especificado por la ecuación siguiente:
TLR = Tg
Is
It
2
p.u
(2.45)
TLR .- Es el par de rotor bloqueado que corresponde al voltaje especificado, p.u. en base de la
salida.
Tg .- Es el par del entrehierro en condiciones de prueba, p.u.
Is .- Es la corriente de rotor bloqueado con voltaje especificado (clasificado generalmente) (obtenido en 2.17.2.2)
It .- Es el valor de la corriente del rotor bloqueado de la misma prueba usada para determinar
el Tg , Is y It que debe estar en términos constantes.
Este método es más exacto que ajustando en proporción con el cuadrado del voltaje cuando
los efectos de la saturación están presentes.
2.17.2.6.
DETERMINACIÓN DE LA CORRIENTE O DEL VOLTAJE INDUCIDO
DE CAMPO.
Para el arranque en campo cerrado, la corriente de campo inducida se obtiene para evaluar la
resistencia suficiente de arranque. (Para el arranque con el campo abierto, el voltaje inducido del
campo se obtiene para determinar el debido aislamiento del campo.)
Una aproximación razonable de la corriente de campo inducida (o del voltaje) en el voltaje
especificado de la armadura es obtenida multiplicando el valor más alto de la prueba por la relación de transformación del voltaje especificado de la armadura por el voltaje de la armadura que
corresponde al valor mas alto de la prueba de la corriente de campo inducida (o voltaje).
2.17.3.
PRUEBAS DE VELOCIDAD-PAR.
2.17.3.1.
GENERAL.
De los métodos siguientes se puede utilizar para determinar datos suficientes para trazar una
curva de la velocidad-par para un motor. La selección del método dependerá del porte y de las caracterı́sticas de la velocidad-par de la máquina y de los recursos de prueba. En los cuatro métodos,
las suficientes puntos de prueba se deben registrar para asegurarse de que las curvas sean confiables, incluyendo irregularidades. Es importante que la frecuencia de la fuente de alimentación
esté mantenida a través de la prueba en el valor clasificado del motor.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
98
Los métodos 1 y 4 requieren que se mantenga la velocidad constante para cada lectura. Por
lo tanto, no pueden ser utilizados en las regiones donde el par de la máquina aumenta con el
incremento de la velocidad más rápidamente que con los dispositivo de carga.
Los resultados de las pruebas siguientes, deben ser ajustados al voltaje especificado, las curvas
del par en por-unidad, la corriente de la armadura en por-unidad, y la corriente de campo inducida
en amperios se deben ser trazadas vs la velocidad. Los valores ajustados para cada punto de prueba
se deben mostrar en las curvas. Las curvas para el par se deben trazar siempre desde cero a la
velocidad clasificada, dejando de lado el par cerca de la velocidad de sincronismo.
2.17.3.2.
MÉTODO 1. MEDIDA A LA SALIDA
Un generador de C.C. que ha tenido sus pérdidas determinadas previamente, se junta o se
acopla al motor que es probado. El campo del motor debe ser cerrado a través de su resistor
de arranque normal (si se utiliza el arranque de campo cerrado). Una fuente ajustable de voltaje
alterno de frecuencia especificada se conectada con las terminales del motor. El voltaje debe ser tan
alto como se pueda sobre las terminales del motor sin que se produzca un calentamiento excesivo,
por lo menos el 50 % de voltaje clasificado si es posible. La velocidad del motor para cada punto
de prueba es controlada variando la carga en el generador.
En esta prueba, las lecturas se toman a las velocidades entre aproximadamente 1/3 de la velocidad y la velocidad máxima obtenible como motor de inducción. La velocidad debe ser constante
en el instante que se toman las lecturas de modo que la potencia de la aceleración o de la desaceleración no afecte a los resultados. En cada configuración de la velocidad, las lecturas del voltaje
de la armadura, corriente, potencia, velocidad, y la corriente de campo inducida se toman para el
motor sı́ncrono, el voltaje y la corriente de la armadura y la corriente de campo para el generador
de la C.C. Un expediente se debe hacer del valor de la resistencia conectada a través del campo
del motor. Se debe tener cuidado para no sobrecalentar el motor a velocidades más inferiores.
La exactitud de la medida de la velocidad es particularmente importante a bajo deslizamiento.
El dispositivo para medir la velocidad se debe ajustar o calibrar exactamente a la velocidad sı́ncrona. La salida de potencia total del motor es la suma de la salida y de las pérdidas del generador
de la C.C. El par en el entrehierro, Tg , a cada velocidad se calcula usando la ecuación 2.46.
k(PGO + PGL ) · ns
+ TF W p.u a la salida de la base
(2.46)
PM N (n)
PGO .- Es la potencia de salida del generador D.C en kW
PGL .- Son las pérdidas del generador D.C (incluidas las perdidas por fricción y efectos del
viento) en kW .
W F )ns
TF W .- Es k(P
PM N n
TF W .- Es el par por la fricción y efecto del viento del motor, por unidad en base de la salida.
PF W .- es la pérdida por efecto del viento y la fricción del motor a la velocidad para un punto
de prueba (véase 2.14.2.6 y 2.14.4.3), en kW .
ns .- Es la velocidad sı́ncrona del motor en r/min
n.- es la prueba de velocidad del motor en r/min. (si esta acoplada directamente, n = ns ).
PM N .- Es el valor de la potencia de salida del motor en la prueba de arranque, en kW.
k.- Es 1.0.
A la velocidad para los puntos de prueba, el par del motor T , ajustado al voltaje especificado
E, se obtiene de la ecuación 2.50 o 2.52 (ver 2.17.6).
Tg =
2.17.3.3.
MÉTODO 2. ACELERACIÓN.
En el método de la aceleración el motor se enciende como motor de inducción sin carga y el
valor de la aceleración es determinado a varias velocidades. El par a cada velocidad es determinado
a partir de la aceleración y del momento de inercia de las piezas de rotación. Las medidas exactas
de la velocidad y de la aceleración son un requisito esencial de este método.
El motor debe funcionar desde una fuente conveniente de potencia de corriente alterna al valor
de frecuencia clasificado y con voltaje ajustable. El campo debe ser cerrado a través de su resistor
de arranque a través de la prueba .
El ı́ndice de aceleración que se utilizará y por lo tanto la duración de la prueba es determinado
por el tipo de instrumentos que se utilicen para hacer las medidas indicadas en 2.17.3.1. El tiempo de
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
99
aceleración debe ser suficientemente largo de modo que los efectos transitorios eléctricos no dañen
la curva de la velocidad-par. Para esta limitación, un tiempo mı́nimo de 5s a 15s, dependiendo de
las caracterı́sticas del motor y del valor de la resistencia de arranque del campo, sea generalmente
satisfactorio. El tiempo de aceleración también será suficientemente largo para permitir registrar
el número necesario de medidas mecánicas y eléctricas con la suficiente exactitud para trazar las
curvas requeridas (véase 2.17.3.1).
Si están disponibles los registradores de alta velocidad automáticos convenientes, esta prueba
se puede realizar con la aceleración rápida constante con los lı́mites antes dichos. Las grabaciones
simultáneas de la velocidad, la corriente y voltaje de linea, potencia, y la corriente de campo
inducida vs el tiempo debe ser hecha. El par en del entrehierro en cada punto se puede obtener
por la ecuación 2.47.
Si se utilizan los instrumentos de indicación, el tiempo de aceleración debe ser aumentado
usando un voltaje aplicado inferior para permitir la grabación manual de los datos requeridos
en cada punto. Los tacómetros con retraso de tiempo significativo no son convenientes para esta
prueba.
Primero el motor se debe arrancar con el voltaje mı́nimo, y el arranque deberı́a ser observado.
Si el motor requiere más que 1.5 minutos aproximadamente para acelerar a partir de la velocidad
de 30 % hasta la velocidad del 95 %, el voltaje debe ser aumentado hasta que la aceleración sea
aproximadamente esta valor. Si el tiempo de aceleración es demasiado corto en el voltaje mı́nimo
de arranque, una tensión inferior se debe utilizar durante la prueba y la fricción de arranque
debe ser superada dando vuelta al rotor por medio mecánico o aplicando un voltaje más alto
momentáneo. Las lecturas, excepto la velocidad y tiempo (en intervalos aproximados de 5s), no
necesitan ordinariamente ser tomadas entre el descanso del 30 % de velocidad, puesto que, en este
rango, las corrientes y voltajes de linea son probablemente desequilibrados y fluctúan. Sin embargo,
en este rango los valores medios del cambio de la corriente y del voltaje es poco. A partir de la
velocidad del 30 % a la velocidad máxima, las lecturas simultáneas se deben tomar en intervalos
de 5s el voltaje de lı́nea de una fase, corriente de lı́nea en una fase, corriente de campo inducida
(por el amperı́metro de C.A), velocidad, y tiempo en segundos.
Si ve el método 3 (véase 2.17.3.4) a ser utilizado como verificación, la lı́nea potencia con un
vatı́metro polifásico o dos vatı́metros monofásicos se debe medir en cada punto, y la temperatura
del enrollamiento del estator se debe tomar en la culminación de cada prueba.
2.17.3.4.
PAR EN EL ENTREHIERRO, Tg , A CADA VELOCIDAD SE CALCULA
A PARTIR DE LA ACELERACIÓN USANDO LA ECUACIÓN
Tg =
k · 10−6 · J · ns · (dn/dt)
PM N
+ TF W p.u en la salida base
(2.47)
donde:
ns .- Es la velocidad sı́ncrona en r/min
dn/dt.- Es Es la aceleración a cada velocidad. (r/min)/s
TF W .- Es el par por la fricción y efecto del viento a cada velocidad, por unidad en base de la
salida.
J.- Es el momento de inercia de las partes rotativas Kg · m2
PM N .- Es el valor de la potencia de salida del motor en la prueba de arranque, en kW .
k.- Es (π/30)2 · 1000 = 10,97
A la velocidad para los puntos de prueba, el par del motor T , ajustado al voltaje especificado
E, se obtiene de la ecuación 2.50 o 2.52 (ver 2.17.6).
2.17.4.
MÉTODO 3. ENTRADA.
En este método, el par es determinado restando las pérdidas en la máquina de la potencia de
entrada. Es una verificación valiosa en los otros métodos, y es útil cuando la máquina no se puede
descargar para determinar el par por la aceleración. El método es aproximado porque las pérdidas
del estator no pueden ser fácilmente resueltas para las condiciones de funcionamiento reales y serán
aproximadas por las pérdidas determinadas de pruebas de circuito abierto y de cortocircuito. Este
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
100
método está también conforme a error en el caso de las máquinas especiales, que pueden tener
pares armónicos positivos o negativos substanciales que no se evalúan fácilmente.
La escala debe ser tan grande como pueda para ser usada y las lecturas de instrumento reales
deben ser trazadas convenientemente, incluyendo las lecturas del vatı́metro y el tiempo en segundos.
Los valores medios de las lecturas desde la velocidad cero de la prueba bloqueada, según lo descrito
en ajustado al voltaje en el cual las otras lecturas fueron tomadas, deben ser incluidos.
PSI − PSC − PC
p.u a la salida de la base
(2.48)
Tg = k
PM N
PSI .- Es la potencia de entrad del estator en kW.
PCS .- Es la pérdida de cortocircuito en la prueba de corriente en kW.
PC .- Es la pérdida en el hierro de circuito abierto en la prueba de voltaje, en kW.
PM N .- Es el valor de la potencia de salida del motor en la prueba de arranque, en kW.
k.- Es 1.0
NOTA: Debido al uso de pérdidas aproximadas en este método, no se sugiere ninguna corrección de temperatura en la pérdida del cortocircuito.
2.17.5.
MÉTODO 4. MEDIDA DIRECTA.
El par puede también ser medido con carga en la máquina a varias velocidades con un dinamómetro o un freno prony. Los procedimientos en 2.17.3.2 se aplican salvo que el generador de
C.C. es substituido por un dinamómetro o un freno prony, y las lecturas del par solamente son
tomados en lugar de datos eléctricos en el generador de C.C. El uso de un freno prony se limita a
las pruebas en las máquinas muy pequeñas debido a su capacidad limitada de disipar calor. El par
de un freno prony es aproximadamente constante en una configuración dada. El par entrehierro,
Tg , a cada velocidad se calcula de las lecturas del par, Tt , usando la ecuación 2.49
Tg =
Tt
+ TF W p.u en la base de la potencia de salida
Tn
(2.49)
donde
Tt .- Es el par mecánico de salida del motor en condiciones de prueba
Tn .- Es el par mecánico base de la salida del motor (véase la ecuación 2.44
TF W .- Es el par debido a la fricción y al efecto del viento a cada velocidad (véase la ecuación
2.46), p.u. del motor en salida base.
2.17.6.
CORRECCIÓN PARA LOS EFECTOS DEL VOLTAJE
A la velocidad para cada punto de prueba, el par de la salida neta del motor T , y la corrienteI
de la armadura, corregida al voltaje especificado E, se obtiene de ecuaciones 2.50 a , como sigue:
K1
E
− TF W p.u en la base de potencia de salida
Et
K2
E
I = It
p.u en la base de potencia de salida
Et
T = Tg
(2.50)
(2.51)
donde
Et .- Es el voltaje de lı́nea a lı́nea del motor en el punto de prueba, p.u.
Tg .- Es el par entrehierro en el punto de prueba que corresponde al voltajeEt en p.u. a la salida
base.
TF W .- Es el par debido a la fricción y efectos del viento del motor a la velocidad para el punto
de prueba (véase la ecuación 2.46), p.u. en base de la potencia de salida.
It . - Es la corriente de la armadura en el punto de prueba que corresponde al voltaje Et en p.u.
log10 (T1 /T2 )
K1 = log
10 (E1 /E2 )
K1 .- Es el exponente del par de la relación de transformación del voltaje (K1 = 2, ignorando
los efectos de saturación).
log10 (T1 /T2 )
K2 = log
10 (E1 /E2 )
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
101
K2 .- Es el exponente de la corriente de la relación de transformación del voltaje (K2 = 1,
ignorando los efectos de saturación).
E1 .- Es el voltaje de lı́nea conveniente en la cual T1 e I1 , fueron medidos, p.u.
E2 .- E el voltaje de lı́nea conveniente en la cualT2 e I2 fueron medidos, p.u.
T1 .- Es el par entrehierro medida en el voltaje de lı́nea E1 , p.u. en base de la potencia de salida.
T2 .- Es el par entrehierro medida en el voltaje de lı́nea E2 , p.u. en base de la potencia de salida.
I1 .- Es la corriente de la armadura medida en el voltaje de lı́nea E1 , p.u.
I2 . - es la corriente de la armadura medida en el voltaje de lı́nea E2 , p.u.
Para obtener la exactitud máxima de la corrección para los efectos del voltaje, se requiere
hacer las pruebas en tres diversos voltajes. Los valores sin corregir del par en el entrehierro y de
la corriente de la armadura se trazan en el papel semilogarı́tmico, con el voltaje de lı́nea correspondiente en la escala linear. Una lı́nea recta se dibuja a través de cada conjunto de puntos de
prueba. Tal traza, según las indicaciones de la Fig. 2.28, proporciona los medios convenientes de
la extrapolación a cualquier voltaje especificado hasta 120 % del punto de prueba de voltaje más
alto.
Figura 2.28: Corrección de los efectos del voltaje[3]
El par del entrehierro y los valores de corriente corregidos de la armadura para cualquier
condición especificada del voltaje se pueden calcular de ecuaciones 2.52 y 2.53, respectivamente.
T g=εf 1(E) p.u en base de la potencia de salida
(2.52)
T =εf 2(E) p.u
(2.53)
donde:
Tg .- Es el par del entrehierro, corregida al voltaje especificado, E, p.u. en base de la potencia
de salida.
I.- Es la corriente de la armadura, corregida al voltaje especificado E, p.u.
ε.- Es la base de logaritmos naturales (ln)
ε.- Es 2.71828. . .
1
ln TT21 + lnT1 dondef1 (E) es la saturación en función del par.
f 1(E) = EE−E
2 −E1
E−E1
f 1(E) = E2 −E1 ln II21 + lnI1 dondef2 (E) es la saturación en función de la corriente.
E1 yE2 son los voltajes convenientes de la prueba, p.u.
T1 .- Es el par del entrehierro medida en una tensión baja E1 , p.u. en base de la potencia de
salida.
T2 .- Es el par del entrehierro medida en una tensión alta E2 , p.u. en base de la potencia de
salida.
CAPÍTULO 2. MÁQUINAS ROTATIVAS SÍNCRONAS
102
I1 .- Es la corriente de la armadura medida en una tensión baja E1 , p.u.
I2 .- Es la corriente de la armadura medida en una tensión altaE2 , p.u.
El par del entrehierro, que es el par total aplicado al rotor por el estator, es el par que se debe
ajustar al voltaje especificado. Generalmente la magnitud del par debido a la fricción y efecto del
viento es bastante grande ser parte significativa del par del entrehierro; por lo tanto las ecuaciones
2.46, 2.47, y 2.49 contienen el término TF W . La ecuación 2.48 contiene esta cantidad porque la
pérdida de la fricción y efectos del viento no se resta de la energı́a de entrada. Si el par, debido a
la fricción y efectos del viento, no es parte significativas del par del entrehierro, puede ser omitida
de los cálculos.
La corriente de campo inducida se debe ajustar en proporción directa con la relación de transformación del ajuste de la corriente de la armadura.
2.18.
OBTENCIÓN DEL PAR.
2.18.1.
MÉTODO 1. MEDIDA DIRECTA.
Al hacer funcionar el motor, la carga se aumenta, manteniendo el voltaje, la frecuencia, y
la corriente de campo en los valores especificados (normalmente valores especificados de carga)
hasta que ocurra la obtención del par. La energı́a y la corriente de entrada de la armadura se
leen en varios puntos hasta la carga máxima estable. Las pérdidas del motor en carga máxima
son obtenidas y restadas de la potencia de entrada para obtener el máximo de potencia de salida.
La potencia de salida máximo dividida por la salida clasificada en unidades constantes es el par
obtenido por-unidad. Este método no es generalmente practicable para máquinas grandes.
2.18.2.
MÉTODO 2. CÁLCULO DESDE LAS CONSTANTES DE LA
MÁQUINA
Para las máquinas para las cuales es impracticable emplear el método 1, un valor de aproximación para la obtención del par, TP O , a corriente de campo y voltaje especificado (normalmente
valores de especificados de carga) se puede calcular por la ecuación siguiente:
TP O =
KIF L · Es
p.u
IF SI · cosθ
(2.54)
donde:
TP O .- Es el par obtenido, p.u. del par mecánico base a la salida.
ES .- Es el voltaje en terminales especificado, p.u.
IF L .- Es la corriente de campo especificada, en A o p.u.
IF SI .- Es la corriente de campo que corresponde a la corriente baja de la armadura en la curva
de saturación de cortocircuito, en las mismas unidades que IF L .
θ.- Es el valor del factor de potencia clasificada.
η.- Es la eficacia en valores, p.u.
El factor K en la ecuación 2.54 es permitir que el par de reluctancia y por las pérdidas I 2 R de
secuencia positiva. Este factor se puede obtener del fabricante de la máquina. Está generalmente en
el rango a partir de 1.00 a 1.25 y puede de vez en cuando ser tan grande como 1.5. Si la resistencia
de positivo-secuencia (R1 ) es menos de 0.01 p.u. (caso genera), el factor K puede ser calculado
determinando el valor lı́mite de la ecuación 2.55 en función de la δ.
K = sinδ +
IF SI · Es (Xds − Xqs )
· sin(2δ)
2IF L · Xds · Xqs
(2.55)
donde:
Xds .- Es el resultado de la reactancia sı́ncrona saturada del eje directo, pu.
Xqs .- Es la reactancia sı́ncrona saturada, del eje de cuadratura pu.
δ.- Es el ángulo entre la tensión en los terminales de carga y la tensión que se generarı́a por la
corriente de campo actuando sola.
Las pérdidas en condiciones de obtención se descuidan en este análisis. Esto no afecta apreciablemente la precisión de este método aproximado.
Capı́tulo 3
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.
3.1.
ALCANCE
Estos procedimientos de ensayo incluyen recomendaciones para llevar y realizar pruebas generalmente aceptables para determinar las caracterı́sticas de funcionamiento de máquinas continuas
convencionales. Las pruebas están en dos categorı́as según lo descrito en 3.1.1 y 3.1.2.
3.1.1.
VALOR DEL FACTOR DE RIPPLE PARA LAS PRUEBAS DE
MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA
Se consideran para el determinar el valor del ripple, esencialmente las ondulaciones pico. Para
que la operación sea clasificada como ondulación pico de acuerdo con este procedimiento de prueba,
el valor pico a pico de la componente de corriente alterna será menor al 6 %, o el valor rms menor
al 2 %, de la corriente determinada en la máquina.
3.1.2.
DISEÑO DE LAS PRUEBAS DE LOS MOTORES C.C PARA
EL USO CON FUENTES DE ALIMENTACIÓN RECTIFICADAS.
Cuando un procedimiento de ensayo se aplica a un motor de corriente directa con una fuente
rectificada no cumple los criterios esencialmente ondulación pico mencionado en 3.1.1, el procedimiento será identificado por la declaración siguiente: “En potencia rectificada. . . ”
3.1.3.
OTROS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO.
Se reconoce que puede haber procedimientos de ensayo con excepción de ésos descritos adjuntos.
Cuando más de un procedimiento puede ser utilizado, las condiciones locales y el grado de precisión
deseado determinarán el procedimiento que se utilizará.
3.2.
PRUEBAS
3.2.1.
GENERAL.
Las pruebas en esta guı́a usada para controlar el funcionamiento de máquinas continuas se
dividen en cuatro categorı́as generales:
(1) exámenes preliminares (véase la sección 3.4)
(2) pruebas de la determinación del funcionamiento (véase el sección 3.5)
(3) prueba de temperatura (véase la sección 3.6)
(4) pruebas misceláneas (véase la sección 3.7)
Los exámenes preliminares incluyen no sólo esas pruebas incorporadas en el grupo de pruebas
estáticas (véase 3.2.1.1), pero, además, esas pruebas conducidas generalmente antes de que la prueba para determinar el funcionamiento pueda o deba ser emprendida. Las pruebas para determinar
el funcionamiento y la temperatura son hechas generalmente para determinar el funcionamiento
103
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.104
de una máquina continua. Las pruebas misceláneas se emprenden a menudo para proporcionar
la información adicional referente a una máquina especı́fica de C.C. Las máquinas continuas se
prueban generalmente con datos de fabricación (véase 3.4.1.1). Ciertas pruebas de cada uno de
las cuatro categorı́as generales se incorporan con frecuencia en tres grupos de pruebas para servir
como guı́a, pero estos tres grupos no constituyen necesariamente pruebas estándar.
3.2.1.1.
PRUEBA ESTÁTICA.
La prueba estática incluye generalmente:
(1) Medida de la resistencia de los enrollamientos (3.4.2)
(2) Medidas del boquete de aire (3.4.3)
(3) La polaridad y la disminución de la impedancia de la bobina de campo (3.4.4)
(4) Resistencia eléctrica del aislante (frı́o) (3.4.7)
(5) Prueba del Alto-potencial (3.4.8)
3.2.1.2.
PRUEBA COMPLETA.
Ver la forma A. La prueba completa incluye generalmente la prueba estática (véase 3.2.1.1) y
las pruebas siguientes:
(1) Vibración (3.4.5)
(2) Saturación magnética (3.5.1)
(3) Conmutación (3.5.2)
(4) Regulación (3.5.3)
(5) Eficiencia y pérdidas (3.5.4), (3.5.5), (3.5.6)
(6) Pruebas de temperatura (3.6)
3.2.1.3.
PRUEBA RUTINARIA.
Las pruebas rutinarias se enumeran a menudo en una aplicación estándar especı́fica a un determinado tipo o porte de la máquina de la C.C. Ver la forma B.
3.2.2.
MÉTODOS ALTERNATIVOS.
Para muchas de las pruebas, se describen los métodos alternativos que son apropiados para la
diversos portes y tipos de máquinas continuas y para las diversas condiciones encontradas durante
la prueba. En algunos casos, se indica el método de ensayo preferido.
3.3.
3.3.1.
MEDIDAS Y FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICAS PARA TODOS LOS PROCEDIMIENTOS DE
ENSAYO.
FACTORES DE LA SELECCIÓN DEL INSTRUMENTO.
Los instrumentos de tipo analógicos o digitales se puede utilizar en la pruebas. Los factores que
afectan la exactitud, de los instrumentos no electrónicos, o analógicos son: sobrecarga de la fuente,
calibración del terminal de componente, el rango, la condición, y la calibración del instrumento.
Puesto que la exactitud del instrumento se expresa generalmente como porcentaje del rango
completo, del instrumento elegido debe ser tan inferior como práctico. El instrumento debe llevar
el expediente de calibración reciente y si se tiene una gran importancia por los resultados de las
pruebas el instrumento se debe calibrar inmediatamente antes y después de la terminación del procedimiento de ensayo. Cuando varios instrumentos están conectados en el circuito simultáneamente,
las correcciones adicionales de la indicación del instrumento pueden ser requeridas.
Los instrumentos electrónicos son generalmente más versátiles y tienen impedancias mucho más
altas de entrada de información que tipos (no electrónicos) pasivos. Una impedancia más alta de
entrada de información reduce la necesidad de hacer las correcciones para la corriente drenada por
el instrumento. Sin embargo, los instrumentos con altas impedancia de entrada de información son
más susceptibles al ruido. Las fuentes comunes de ruido son: el acoplador inductivo o electrostático
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.105
de la señal lleva a los sistemas eléctricos, acoplador común de la impedancia, o los bucles de tierra,
rechazamiento inadecuado del modo común, e interferencia conducida de la lı́nea eléctrica. La
buena práctica requiere el uso de los pares trenzados blindados para los terminales de componente
de la señal, poner a tierra del blindaje en solamente una punta, y mantener los cables de señal
tan lejanos como sea posible de los cables energizados. Todas las partes de metal expuestas de
estos instrumentos se deben poner a tierra para la seguridad. Los requisitos de la calibración del
instrumento son similares a los de instrumentos no electrónicos.
3.3.1.1.
EN POTENCIA RECTIFICADA.
El promedio o los valores de la C.C. de los voltajes y corrientes de la armadura y de campo
se pueden medir usando un campo magnético permanente en los arrollamientos, incluyendo la
instrumentación digital sabida para proporcionar las lecturas verdaderas. Los instrumentos de
corriente alterna del tipo que usan rectificadores para detectar solamente una porción del voltaje
o de la señal de corriente y los instrumentos que están calibrados basados en la suposición de una
dimensión de una variable de onda sinusoidal no deben ser utilizados.
Las observaciones en el osciloscopio del voltaje y de las señales de corriente se recomiendan para
asegurarse de que las formas de onda están de las dimensiones de una variable que se esperarán.
Los transductores actuales convenientemente de baja inductancia y los terminales de componente blindados se deben utilizar para reducir al mı́nimo la distorsión de la señal y para eliminar
voltajes extraños.
3.3.1.2.
COMPONENTE DE C.A
La componente de C.A. de la armadura y los voltajes y la corriente del campo se puede medir
por separado usando la instrumentación conveniente y combinar con el valor medio para obtener el
valor rms de la variable. Por ejemplo, la componente de los valores de la corriente de la armadura
está interrelacionados.
p
(3.1)
Irms = (Idc 2 + Iac 2 )
donde:
Irms =valor rms de la corriente.
Idc =valor promedio de la corriente.
Iac =valor rms de la componente A.C. de la corriente.
Si un transformador de corriente se utiliza para bloquear la componente de la corriente de C.C.,
debe ser de la suficiente magnitud para evitar la saturación magnética resultante de la corriente
continua que pasa por el enrollamiento primario. Si un enrollamiento diagonal de C.C. se utiliza
para evitar la saturación magnética del transformador, se deben tomar los medios para restringir la
circulación de amperio de C.A. en el enrollamiento diagonal menores que el 2 % de la circulación de
amperio de C.A. en los enrollamientos primarios. La magnitud, la dimensión de una onda variable,
y el lazo de la fase de la corriente secundaria se deben observar con un osciloscopio y comparar
con la corriente primaria.
Si un condensador se utiliza para bloquear la componente de la C.C. del voltaje, debe ser de la
suficiente magnitud de modo que la caı́da del voltaje de C.A. a través del condensador sea menor
que el 2 % de la componente de C.A. del voltaje medido.
3.3.2.
MEDIDA DEL VOLTAJE.
Las medidas del voltaje de la máquina se deben tomar con los terminales de la componente de
la señal conectados con las terminales de la máquina. Si las condiciones locales no permiten tales
conexiones, el error introducido debe ser evaluado y las lecturas ser corregidas.
Las pruebas se deben hacer con el voltaje especificado o cercano en las prácticas. Si el voltaje
en el terminal es levemente diferente de voltaje especificado, esta diferencia será considerada y las
correcciones serán hechas en las caracterı́sticas de cálculo de la máquina.
En potencia rectificada, el voltaje C.A. de la entrada de información al rectificador debe ser el
valor especificado, del +2 %, −0 %.
CAPÍTULO 3.
3.3.3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.106
MEDIDA DE LA CORRIENTE.
Donde la corriente va a ser medida dentro del rango de amperios disponibles, un amperı́metro se
puede insertar directo en el circuito. Se utilizan los transductores actuales cuando el rango de amperı́metros disponibles se excede. También, los amplificadores del aislamiento pueden ser utilizados
para los propósitos de seguridad y ser compatibles con otra instrumentación. En todos los casos,
la impedancia del amperı́metro o el transductor no afectará apreciablemente a las caracterı́sticas
de la máquina o del circuito probado.
La corriente requerida por todos los dispositivos protectores usados durante la prueba no afectará apreciablemente a los resultados de las pruebas.
En potencia rectificada, el valor del rms de la armadura actual o de la componente de C.A. de
la corriente de la armadura, o ambos, debe ser medido.
3.3.4.
MEDIDA DE LA POTENCIA.
La energı́a eléctrica (vatios) se computa generalmente como el promedio del tiempo del producto
instantáneo del voltaje y de la corriente.
Un vatı́metro lectura directa puede ser utilizado. Si se requiere la exactitud más alta, las
correcciones se deben hacer para las perdidas en los instrumentos, y los dispositivos protectores.
Si un motor impulsor calibrado o un dinamómetro o un medidor del par se utiliza en medidas
de la pérdida debe preferiblemente ser de tal tamaño que está cargado por lo menos a una mitad
de su grado cuando las pérdidas para la carga especificada se midan.
3.3.4.1.
POTENCIA DE ENTRADA DEL CIRCUITO DE LA ARMADURA.
En potencia rectificada, la potencia de entrada de la armadura se puede medir directo usando un
vatı́metro u otros medios de medida en donde el producto instantáneo del voltaje y de la corriente
es un promedio del tiempo. Alternativamente, las componentes de la corriente en C.C. y C.A. se
pueden medir por separado según lo descritos en (1) y (2) .
(1) La componente de la C.C. a la entrada circuito de la armadura es el producto del voltaje y de
la corriente medida del circuito de la armadura de la entrada según lo medido con los instrumentos
de medida.
(2) La componente de C.A del cı́rculo de la armadura a la entrada es el valor medio del
producto de las componentes de C.A instantáneos del voltaje y de la corriente del circuito de la
armadura. Puede ser medida bloqueando la componente de la C.C. del voltaje o de la corriente que
pasan a través de los terminales. Además, debe ser determinado por observaciones simultáneas del
osciloscopio que las señales de la corriente y del voltaje sean repetidas y exactas en su lazo de fase.
3.3.4.2.
POTENCIA DE ENTRADA DEL CAMPO-SHUNT.
La potencia de entrada del campo-shunt se puede tomar generalmente con suficiente exactitud
como el producto del voltaje y de la corriente medida del campo-shunt. Si la corriente del camposhunt no es ondulación-pico según lo definido en 3.1.1 la potencia del campo-shunt será calculada
como el producto del cuadrado del valor del rms de la corriente de campo shunt y de la resistencia
de C.C.
3.3.5.
FUENTES DE ENERGÍA
3.3.5.1.
FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA.
La fuente de alimentación debe ser tal que necesite un mı́nimo ajuste durante las lecturas de la
prueba que se está tomado. Generalmente debe ser suficientemente del tamaño y en tal condición
que su operación no influya en la máquina bajo prueba. La fuente de poder debe ser esencialmente
de ondulación pico según lo definido en 3.1.1.
3.3.5.2.
FUENTE RECTIFICADA DE CORRIENTE ALTERNA.
Las pruebas de funcionamiento y de conformidad en los motores de C.C. previstos para el
servicio con los rectificadores deben funcionar usando una fuente de alimentación del tipo que de
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.107
por resultado la cantidad de corriente y frecuencia de ondulación para la cual es diseñado el motor.
Las formas de onda del voltaje y la corriente deben ser de tal forma que estén libres de disturbios y
de inestabilidades. La diferencia entre las amplitudes máximas y mı́nimas de los pulsos de corriente
sobre un ciclo de la frecuencia fundamental no debe exceder el 2 % de la amplitud del pulso más
alto. Los parámetros significativos del rectificador con respecto a la corriente de ondulación de la
armadura son: número de fases y trazado de circuito, entrada de voltaje de C.A. y frecuencia, e
inductancia y resistencia del circuito de la armadura. En la ausencia de recursos del rectificador
que cumplan estos requisitos, y cuando ası́ se observe en el expediente de datos de prueba, una
fuente de alimentación del circuito de la armadura que proporciona la misma frecuencia pero más
corriente de ondulación puede ser utilizada y la ondulación restringida para el valor clasificado
usando una reactancia de choque.
Cuando se observa en el expediente de los datos de prueba, que la fuente de alimentación
continua tiene un voltaje de ondulación inferior, semejante a un generador de C.C., se puede
utilizar para suministrar la potencia al circuito del campo-shunt durante las pruebas usando un
rectificador para suministrar al circuito de armadura del motor.
Una indicación del calentamiento del motor se puede obtener de las pruebas usando la potencia de C.C., de la armadura que tiene una ondulación inferior, tal como un generador de C.C.,
manteniendo la corriente de la armadura en el valor anticipado rms en servicio del rectificador.
Sin embargo, debe ser reconocido que las temperaturas de la máquina pueden ser más altas en
servicio real del rectificador, determinado en el caso de las máquinas incluidas. Tales pruebas no
miden el funcionamiento de la conmutación. Una fuente de C.C. de ondulación inferior puede también ser utilizada en pruebas por separado, de la pérdida y en tomar pruebas comparativas del
calentamiento y de la conmutación.
3.4.
EXÁMENES PRELIMINARES
3.4.1.
CONDICIONES DE REFERENCIA
3.4.1.1.
LOCALIZACIÓN PARA LAS PRUEBAS.
Las pruebas se hacen generalmente en la planta del fabricante, a menos que se establezca una
localización de otra manera mutuamente convenida .
3.4.1.2.
AIRE AMBIENTE.
A no ser que se acuerde lo contrario sobre, temperatura del aire circundante debe estar entre
10 °C y 40 °C, y la altitud no debe exceder 1000 m (3300 pies). El procedimiento que se seguirá en
la medida de la temperatura ambiente se da en IEEE Std 119-1974 [8]4 .
3.4.1.3.
MARCAS DE TERMINALES.
Las marcas de terminales deben estar de acuerdo con ANSI/NEMA MG1-1978 [5]. Sin
embargo, el diagrama de conexiones de los fabricantes debe ser autoritario para controlar marcas
y polaridades en los terminales.
3.4.1.4.
DIRECCIÓN DE LA ROTACIÓN.
Cuando la dirección de la rotación no es especificada, los motores serán probados con la rotación
a la izquierda y generadores con la rotación a la derecha, cuando están vistos del extremo del
conmutador.
3.4.1.5.
PROBAR LA CAPACIDAD DE LA MÁQUINA.
En estos procedimientos de ensayo la carga determinada está dada por la corriente de la carga
determinada.
CAPÍTULO 3.
3.4.2.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.108
MEDIDAS DE LA RESISTENCIA DEL ENROLLAMIENTO.
La resistencia de los enrollamientos de la máquina se realiza para controlar la conexión completa
de los bobinados, para calcular la pérdida I 2 R, y establecer una resistencia de referencia a una
temperatura de referencia que se utilizará en la determinación de la temperatura promedio de la
bobina. (Para este propósito se puede utilizar un complemento. Ver 3.6.3.1.2).
La medida de la resistencia se debe hacer conforme a IEEE Std 118-1978 [7]. La temperatura
promedio de la bobina debe ser registrada cuando se mide la resistencia en frı́o. La temperatura
del aire circundante no será mirada como la temperatura de las bobinas, a menos que la máquina
haya estado colocada bajo condiciones de temperatura constante por un perı́odo considerable de
tiempo. Extremo cuidado se debe llevar al tomar las medidas exactas en resistencias en frı́o, puesto
que un pequeño error en la medición de las resistencias causará un error comparativamente grande
en la determinación de la temperatura.
3.4.2.1.
CORRECCIÓN DE TEMPERATURA DE LAS RESISTENCIAS DEL ENROLLAMIENTO.
La ecuación que se utilizará para corregir la resistencia en frı́o medida a un estándar común de
temperatura tal como 25 °C es:
R1 = R2
(k + t1 )
(k + t2 )
(3.2)
donde:
R1 .−Resistencia de la bobina en (ohmios) medida a temperatura frı́a estándar.
R2 .−Resistencia de la bobina en (ohmios) medida a temperatura t2 en °C
k.−234.5 para el cobre
k.−225 para el aluminio (grado de la EC basado en una conductividad del volumen del 62 %).
3.4.2.2.
MÉTODO DE MEDIDA DE LA RESISTENCIA.
El método del puente es el método preferido. El método de la caı́da de voltaje se puede utilizar
como otro método.
3.4.2.2.1 CIRCUITO DE BOBINAS DE CAMPO-SHUNT
La resistencia en frı́o del campo shunt será obtenida en los terminales del campo shunt con las
conexiones apropiadas excepto todas las resistencias externas.
3.4.2.2.2 RESISTENCIAS DEL CIRCUITO DE BOBINADO DE ARMADURA
La resistencia del circuito de bobinado de armadura abarca la suma de varios componentes
(excepto resistencia de contacto de las escobillas y de las escobillas) conectados de acuerdo con el
diagrama del bobinado de la máquina. Esta adición debe ser hecha solamente después que cada
componente de la resistencia se ha corregido a una temperatura común. Estos componentes se
miden según lo indicado abajo:
1) BOBINADO DE LA ARMADURA
Método A. Este método es limitado para armaduras con bobinado ondulado incluyendo todos
los enrollamientos del rotor de dos polos. Para otros tipos de bobinados, o si el tipo del bobinado no
se sabe, los métodos B o C dada abajo deben ser utilizados. Usando este método, la resistencia de
la armadura puede ser determinada aplicando un puente de resistencia a través de dos segmentos
del conmutador tan cerca como sea posible a un polo. En el caso simple, de los bobinados del
rotor del dos polos que tienen un número impar de segmentos, un contacto del puente deben cubrir
dos segmentos adyacentes. En el caso de enrollamientos a dos caras, cada contacto del puente
cubrirá dos segmentos adyacentes.
Método B (PREFERIDO). Una conexión conveniente de una resistencia baja se debe conectar al bobinado del rotor o a cualquier canalización verticales o a los clips del extremo o en los
segmentos del conmutador para entrar en contacto con el bobinado del rotor en cada localización
de la escobilla. Para un bobinado simple la conexión debe entrar en contacto con un segmento del
conmutador por polo.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.109
En el caso del espaciamiento no ı́ntegro, el contacto se puede hacer a dos segmentos adyacentes
del conmutador simultáneamente. Para un rotor a dos caras el bobinado debe entrar en contacto
con dos segmentos adyacentes del conmutador simultáneamente en cada posición de la escobilla. En
caso de que el tipo del bobinado del rotor no se conozca, una aproximación cercana a la resistencia
del bobinado puede ser lograda conectando como se describió para un bobinado doble o un método
C a dos caras puede ser aplicado.
La resistencia medida conectando el puente entre los tramos de los terminales de esta conexión
que simula las escobillas positivas y negativas se considera como la resistencia del bobinado del
rotor. Se debe tener cuidado al tomar los valores para reducir la resistencia de contacto a un valor
insignificante inferior.
Método C (ALTERNATIVO). Éste es el método de la caı́da de voltaje de medir la resistencia de la armadura. La conexión de la escobilla debe ser ensamblada correctamente. El ajuste
de la escobilla debe ser bueno (véase 4.6.1). El rotor se debe bloquear convenientemente para prevenir la rotación. La conexión de la escobilla se debe utilizar como la conexión actual y la caı́da de
potencial medidas como sigue: Las dos componentes potenciales de los terminales se deben aplicar
a los segmentos del conmutador aproximadamente una a cada polo.
Estas componentes en los terminales de se deben situar en segmentos cerca del centro de la
superficie de contacto de la escobilla como sea posible.
Las componentes potenciales en los terminales deben ser desplazados y registrar las lecturas
para cada polo. La corriente debe ser constante para todas estas mediciones.
La corriente no debe exceder el 10 % del valor especificado. Las resistencias serán computadas
del promedio de todas las lecturas de la caı́da de voltaje y de la corriente de circulación. Esto
dará generalmente un valor más inferior de la resistencia que el valor medido usando los métodos
A o B.
PRECAUCIÓN: La corriente y el tiempo que se aplica serán limitadas para prevenir daño
al conmutador debido al calentamiento local por la corriente de circulación.
2) CONMUTACIÓN DEL BOBINADO DE CAMPO.
En las máquinas no compensadas la resistencia de esta bobina se puede medir directo en sus
terminales. Si el final de la bobina está conectado permanentemente con la escobilla, la conmutación
de la resistencia de campo se debe medir entre esta punta y la terminal exterior.
En las máquinas que son compensadas, este bobinado se puede interpolar con el bobinado
compensado de campo (bobinado del polo). En tales diseños la resistencia combinada de estos dos
bobinados debe ser medida.
Si los bobinados están divididos y establecidos eléctricamente en las caras opuestas de la armadura o arreglados en otra manera, la resistencia de cada componente del bobinado se debe medir
individualmente.
3) COMPENSACIÓN DEL BOBINADO DE CAMPO.
Separamos la conmutación de los bobinados de campo, la resistencia se debe medir en las
terminales de este bobinado.
4) BOBINADO DE CAMPO SERIE.
La resistencia se debe medir en las terminales de todos los bobinados distintos. Si el bobinado
está conectado permanentemente con uno de los otros bobinados inmóviles y solamente una conexión distinta entre la unión de los dos bobinados, la resistencia de campo serie se debe medir entre
la terminal y esta unión distinta de la conexión.
Si se interpola el bobinado de campo serie, o no tiene una conexión distinta entre los bobinados,
después su resistencia se debe medir conjuntamente con los otros bobinados del estator a los cuales
se interconecta.
5) SHUNT.
La resistencia de cualquier shunt conectada paralelamente a los bobinados de la máquina se
debe medir en las terminales del cable de la shunt.
Las shunt deberı́an ser desconectadas de los bobinados al medir dichos bobinados y las resistencias shunt.
6) BOBINADOS AUXILIARES Y RESISTENCIAS ASOCIADAS EN SERIE.
La resistencia de todos los bobinados auxiliares se debe medir en los terminales. La resistencia
de todo el bobinado auxiliar con resistores ajustable se debe medir en los terminales de los cables
donde están conectados dichos resistores al bobinado. Además de la resistencia, todas las conexiones
de los resistores ajustables deben ser registradas.
CAPÍTULO 3.
3.4.3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.110
MEDIDAS DEL ENTREHIERRO.
La medida del entrehierro debe incluir una verificación de la instalación correcta de los polos
principales, de la prueba de la deformación posible del rodamiento o del soporte de rodadura,
del examen para la suficiente separación antes de probar, y del montaje apropiado del rotor con
respecto al estator. La asimetrı́a del entrehierro del polo de conmutación de campo puede causar
dificultades tales como ondulación del voltaje o sobrecalentamiento excesivo de ecualizadores.
Medir el entrehierro mı́nimo debajo del centro (aproximadamente) de cada polo principal y
de cada polo de campo conmutado usar una galga conveniente o un calibrador de precisión para
determinar el entrehierro por lo menos a los 0.100 milı́metros (0.005 pulgadas) para los motores
con caballos de fuerza integral y a los 0.050 milı́metros (0.002 pulgadas) para los motores con
caballos de fuerza fraccionario. Todas las medidas se deben hacer entre las superficies del hierro
de los polos y el rotor. En práctica habitual, una punta común en el rotor se selecciona y la punta
se gira a cada polo alternadamente mientras que se hacen las medidas.
Donde las aberturas no proporcionan, la uniformidad del entrehierro puede ser determinada
comprobando que el rotor gire libremente en la máquina ensamblada con el bobinado con el alambre, espaciado alrededor de la periferia del rotor. Para esta prueba el diámetro del alambre debe
ser por lo menos el 70 % de la mitad de la diferencia entre la distancia diametral del polo principal
y del diámetro exterior del rotor.
3.4.3.1.
TOMA DE DATOS.
Este procedimiento recomienda uniformidad en la identificación del polo. El polo principal N°1
y el polo N°1 del conmutador de campo será el polo superior o el primer polo de cada uno bueno
en una dirección a la derecha de la lı́nea central vertical sobre la lı́nea central horizontal cuando
la máquina se ve del extremo del conmutador. Cada polo principal será numerado el comenzando
con el polo N°1 y procediendo consecutivamente en una dirección a la derecha.
Para una máquina con un eje vertical, el polo N°1 es primero en una dirección a la derecha
según lo visto del extremo del conmutador de la máquina de una cierto punto señalado como en la
placa de identificación o la dirección de la marca de rotación. Este punto deberı́a ser identificado
en el expediente de datos.
3.4.4.
POLARIDAD Y CAÍDA DE LA IMPEDANCIA DE LAS BOBINAS DE CAMPO.
3.4.4.1.
POLARIDAD.
La polaridad de los varios devanados inductores se puede determinar por los métodos indicados
posteriormente. Cada polaridad de la bobina de campo se debe comprobar independiente.
La polaridad se puede controlar por medio de una brújula mientras circula la corriente por
todas las bobinas de campo conectadas en serie u observando la atracción o la repulsión entre
los finales de dos circuitos, al puentear con una barra de suelda entre las extremidades de polos
adyacentes. Las bobinas de campo que se construyen de los conductores de gran tamaño que
se pueden localizar fácilmente a través del enrollamiento pueden tener su polaridad verificada
localizando el enrollamiento y aplicando la regla de la mano derecha.
3.4.4.2.
CAÍDA DE LA IMPEDANCIA.
Puesto que una prueba de resistencia de C.C. es conveniente pero insensible a la detección
de variaciones entre las bobinas de campo, se recomienda una prueba de caı́da de la impedancia
de la C.A. Una bobina cortocircuitada será indicada por una baja impedancia cuando está sea
comparada a otro bobina.
3.4.5.
VIBRACIÓN.
La vibración del motor causada por asimetrı́a mecánica o electromagnética se debe medir usando
una fuente inferior de corriente continua tal como un generador. Tales medidas se hacen generalmente sin ninguna carga y a la velocidad especificada usando una balanceadora en la extensión de
eje. La frecuencia de vibración se relaciona con la velocidad de la rotación.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.111
Velocidad (rpm/m)
7200
3600
1800
1200
900
720
600
Mı́nimo (mm)
0.4
1.5
6
15
25
40
55
Compresión (pulgadas)
1/64
1/16
1/4
9/16
1
1 9/16
2 1/4
Cuadro 3.1: Tabla de compresión para motores de C.C
En potencia rectificada, además de la vibración causada por asimetrı́a mecánica o electromagnética, las vibraciones pueden ser relacionadas experimentado a la amplitud y a la frecuencia
de los componentes de la ondulación de la corriente de la armadura y de campo. La fuente de
alimentación usada debe estar de acuerdo con 3.3.5.2.
Las pruebas se deben realizar con varias cargas sobre el rango de velocidad entero de la máquina
incluyendo control de velocidad por voltaje de la armadura en caso pertinente. Para distinguir
entre la vibración debido a la ondulación de la corriente y que deriva a la ondulación de ranura
o a otros factores, las frecuencias de vibración se deben examinar como la velocidad de rotación
cambian lentamente. Las frecuencias naturales de las piezas mecánicas de la máquina se pueden
excitar por frecuencias, armónicos, o segundos armónicos de la fuente de alimentación que actúan
independiente o es reforzada por la ondulación de ranura. También, las medidas se pueden hacer
con diversos grados de ondulación de corriente según lo logrado por el uso de un reactor que alisa
o usando una fuente de alimentación inferior de ondulación, tal como un generador de la C.C. La
velocidad de la vibración es la cantidad recomendada de la medida.
Las medidas axial-dirigidas radialmente y de vibración se deben hacer en el soporte del cojinete
de la máquina. Si los soportes del cojinete no son accesibles las lecturas se deben tomar en el soporte
de la cubierta o lo más cerca como sea posible.
Las condiciones del montaje afectarán a la vibración de la máquina. Las máquinas proporcionadas con sus mismas bases de soporte, o de construcción con blindaje, se pueden montar de tal
manera en cuanto se hacen independientes de condiciones del montaje. En las máquinas grandes
esto llega a ser impráctico y la experiencia lo ha mostrado para ser innecesaria. Para obtener las
medidas que están casi como sea posible independiente de condiciones del montaje, la máquina se
debe colocar en las pistas o los resortes flexibles. Éstos deben comprimir por el peso de la máquina
solamente, en cantidades no menos que los valores mostrados a continuación.
El valor para una compresión mı́nima a otras velocidades puede determinarse por la siguiente
ecuación:
2
k
c=
v
(3.3)
donde:
k =4500 para c en (milı́metros) o 900 para c en (pulgadas)
v =velocidad (r/min)
Las pistas o los resortes deben ser seleccionados de modo que la compresión no sea más de la
mitad del espesor descargado.
3.4.6.
CONFIGURACIÓN DE LAS ESCOBILLAS.
La mejor posición de las escobillas para la buena conmutación y las caracterı́sticas deseadas
del voltaje o de la velocidad de generadores o de motores, respectivamente, será determinada
por la observación de las máquinas bajo carga. El fabricante de máquinas continuas determina la
posición de la escobilla que da la conmutación adecuada y proporciona una referencia a las marcas
permitiendo que esta posición sea vuelta a poner. En algunas máquinas, el aparejo de las escobillas
es fijo y no puede ser movido. Cuando la disposición se adopta para mover el aparejo del cepillo,
uno de los métodos dados en 3.4.6.2, 3.4.6.3, y 3.4.6.4 se puede utilizar para determinar el neutro
eléctrico.
CAPÍTULO 3.
3.4.6.1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.112
DEFINICIÓN DE UN BUEN AJUSTE DE LA ESCOBILLA.
Por lo menos los 75 % del área de la cara de la escobilla y 100 % del arco circunferencial de la
escobilla deben estar en contacto evidente con el conmutador.
3.4.6.2.
MÉTODO DE INVERSIÓN DE ROTACIÓN (NEUTRO A PLENA CARGA).
La inversión de las máquinas puede obtener el neutro localizado con este método. Encendemos
la máquina con voltaje constante, la corriente de campo constante, y la corriente de armadura
constante. El ajuste entre la cara de la escobilla y el conmutador debe ser bueno. Medir la velocidad
rotatoria para ambas direcciones de rotación. Cuando las escobillas están situadas en neutro, la
velocidad rotatoria debe ser casi igual en ambas direcciones. La máquina debe estar funcionando a
plena carga y a la velocidad de funcionamiento superior o cercano. Para evitar las inconsistencias
de la velocidad causadas por histéresis magnética en el eje directo y de cuadratura, la corriente
de campo se debe ajustar de manera semejante en las pruebas en ambas direcciones de rotación.
También, no se debe permitir la circulación de corriente excesiva de la armadura, determinada
durante la aceleración y la desaceleración.
3.4.6.3.
MOVIMIENTO DE LA ARMADURA A TRAVÉS DE UN PEQUEÑO
ÁNGULO (MÉTODO DEL RETROCESO).
El neutro sin carga o inductivo puede ser encontrado observando el voltaje inducido en el
bobinado del inducido fijo alternativamente estableciendo y desapareciendo un flujo en los polos
principales. El procedimiento habitual es como sigue: Levantar las escobillas. Seleccionar dos segmentos del conmutador espació en cada polo (los segmentos totales divididos por el número de
polos). En caso de que las barras por cada polo no sean un número integral, dos conjuntos de
lecturas deben ser tomados. Una media ponderada entre los dos representará las lecturas buscadas. Conectar con estos segmentos un voltı́metro o un milivoltı́metro de potencial directo. Emplear
rápido un corte al interruptor auxiliar para asegurar un ı́ndice más uniforme de interrupción de
la corriente. Arreglar excitar el campo principal de una fuente continua separada con no más del
20 % de la corriente normal cuál se puede establecer e interrumpir por medio del interruptor.
En la apertura del interruptor, el decaimiento del flujo de campo inducirá un voltaje en las
bobinas de la armadura entre los segmentos seleccionados y este retroceso será leı́do en el voltı́metro.
Observar la dirección del voltaje inducido sobre el retiro del campo.
La armadura deberı́a ser girada algunos grados al mismo tiempo, con el voltı́metro conectado siempre con los mismos segmentos y observando repetidamente hasta que se encuentre una
posición de modo que la interrupción de la corriente de campo produzca una indicación mı́nima
en el voltı́metro. Cuando ocurre esto, la porción del bobinado entre los terminales del voltı́metro
está igualmente o situado simétricamente bajo los polos y centro de las caras de la escobilla deberı́a
ser fijado en estos puntos.
NOTA: Un voltı́metro o un milivoltı́metro de escala baja se debe utilizar para asegurar una
localización discreta del punto nulo.
3.4.6.4.
ARMADURA ESTACIONARIA (MÉTODO DEL RETROCESO)
3.4.6.4.1 MEDIDA CON LAS ESCOBILLAS LEVANTADAS.
Si la armadura no se puede girar fácilmente, por ejemplo en las máquinas grandes o las unidades
múltiples, los terminales de componente del voltı́metro se pueden mover alrededor del conmutador
que mantiene un polo entre los terminales. El punto neutro en el conmutador es entonces en los
dos segmentos donde se obtiene la indicación mı́nima del voltı́metro cuando se cambia la corriente
de campo, ver 3.4.6.3. Los centros de las escobillas se deben fijar en estos puntos. En caso donde
las barras por polo no sean un número integral, los terminales del voltı́metro todavı́a seguirán
siendo un polo aparte y un número de lecturas deberı́an ser tomadas en cada lado del punto en
donde el retroceso invierte. El punto en la cual el trazo de una curva de estas lecturas pasa por
cero indicará la posición neutra sin carga.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.113
3.4.6.4.2 MEDIDA DE CON LAS ESCOBILLAS ABAJO.
Este método es similar al de 3.4.6.4.1 salvo que el voltaje inductivo se mide a través de las
escobillas. Todas las escobillas pueden estar abajo, aunque algunas pueden ser levantadas en caso
de que la fricción de la escobilla tienda también a girar la armadura mientras que se cambian de
puesto las escobillas. Las escobillas deben tener un buen ajuste. Conectar un milivoltı́metro de
baja escala con dos brazos adyacentes de la escobilla. Primero, aflojar la unión de la escobilla para
que pueda moverse libremente. Después, mover la unión de la escobilla desde la posición presunta
neutral mecánica aproximadamente dos segmentos del conmutador en la dirección de la rotación de
la máquina. Desde esta posición, mover hacia atrás la unión de la escobilla en pequeños incrementos
contra la dirección de la rotación de la máquina; en cada posición, haciendo y quitando la corriente
de campo y registrando la desviación del medidor y la dirección de desviación. Un milivoltı́metro
con centro cero o un registrador se debe utilizar con este fin. Continuar moviendo la unión de las
escobillas aproximadamente dos segmentos del conmutador más allá de la posición eléctrica neutra.
Trazar en papel el gráfico de las lecturas del medidor en función de la posición de la escobilla
y trazar una lı́nea recta a través de cada conjunto de puntos; dos lı́neas, una para el comienzo y
una para final de la corriente de campo, intersectarán en o cerca a la abscisa; ésta es la posición
neutral de la escobilla a la cual las escobillas deben ser movidos.
La inversión de las máquinas debe tener la posición neutral identificada moviendo el aparejo de
las escobillas o primero en una dirección, entonces en la dirección contraria; para cada dirección,
un conjunto de lecturas se debe tomar según lo indicado anteriormente. La posición neutral final
es el valor medio de las dos intersecciones de la curva según lo trazado anteriormente.
3.4.7.
RESISTENCIA DEL AISLANTE.
La resistencia del aislante entre los bobinados y la carcasa se mide raramente en las máquinas
pequeñas o de baja tensión, pero se toma comúnmente en máquinas grandes (200 caballos de fuerza
y más grandes) y de voltajes altos (250 V en adelante), y en las máquinas sujetadas al daño del
aislante por exposición o servicio severo.
La resistencia del aislante a tierra es una indicación útil independientemente de si la máquina
está en condición adecuada para la aplicación de una prueba de alto potencial o de pruebas de
arranque. En esos casos donde se están registrando las resistencias del aislante, es importante
obtener un buen conjunto de los valores iniciales para los propósitos comparativos futuros. Para
los métodos de ensayo ver ANSI/IEEE Std 43-1974 [3].
3.4.8.
PRUEBAS DEL ALTO POTENCIAL.
En interés de seguridad, se deben tomar las precauciones necesarias para revenir que cualquier
persona entre en contacto con cualquier pieza del circuito o del aparato mientras las pruebas
dieléctricas están en curso.
AVISO: Debido al alto voltaje utilizado podrı́a causar lesión permanente o muerte, las pruebas
del alto potencial deben ser realizadas solamente por personal experimentado, y tomar las precauciones en materia de seguridad adecuadas para evitar daños al personal y daño a los bienes. Esta
prueba debe ser aplicada si, y solamente si, la máquina está en buenas condiciones y la resistencia
de aislante no está deteriorada debido a la suciedad o a la humedad. Los bobinados probados se
deben descargar cuidadosamente para evitar daños al personal en contacto.
3.4.8.1.
EL VOLTAJE DE LA PRUEBA DEL ALTO-POTENCIAL.
Debe ser sucesivamente aplicado entre cada circuito eléctrico y la carcasa (o el núcleo en caso del rotor). Los bobinados que no están bajo prueba y el resto de piezas de metal se deben
conectar con la carcasa (o base) durante esta prueba. La carcasa (o base) se debe poner a tierra
convenientemente durante esta prueba. Todos los accesorios tales como condensadores, reactancias,
autotransformadores, etc que se puedan dañar por la alta tensión deben ser desconectados durante
esta prueba. Los accesorios deben estar sujetos a la prueba de alto potencial aplicable a la clase del
aparato al cual el accesorio pertenezca. Tales pruebas se deben hacer al punto de su fabricación.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.114
El valor del voltaje de la prueba del alto potencial su frecuencia, forma de onda, duración, y el
valor de cresta estará de acuerdo con ANSI/NEMA MGI-1978 [5], secciones 3.01, 12.03, 15.48,
23.50, o 24.48.
PRECAUCIÓN: Aplicaciones repetidas de la prueba de alto potencial destruye las calidades
dieléctricas del sistema de aislante.
3.4.8.2.
TERMINALES.
Ningunos terminales se deben dejar desconectados durante la prueba porque esto puede causar
una tensión extremadamente severa en una cierta localización en el bobinado. De hacer la prueba,
el voltaje se debe aumentar suavemente hasta el valor completo tan rápido como sea posible con
su valor indicado correctamente por el contador.
Después de la duración especificada del voltaje de la prueba, debe entonces ser reducido a un
valor que este entre un cuarto del valor o menos en no más que 15 seg.
PRECAUCIÓN: El voltaje nunca deberı́a ser desconectado desde valor máximo en un solo
paso. Para la medida del voltaje en la prueba de alto potencial, ver ANS/IEEE Std 4-1978 [2].
El método de medición del transformador-voltı́metro es de uso general.
3.5.
3.5.1.
DETERMINACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO.
SATURACIÓN MAGNÉTICA.
La curva de saturación sin carga es un relación no linear entre el voltaje en los terminales de
la armadura y la corriente de campo a velocidad base determinada y corriente cero de armadura.
Los datos se deben tomar con voltajes correctamente espaciados para permitir un diagrama exacto
desde cero de la corriente de campo hasta aproximadamente 125 % del voltaje clasificado.
3.5.1.1.
ARRANQUE POR SEPARADO.
La máquina se debe arrancar a la velocidad especificada por cualquier medio adecuado.
Si es posible, la corriente de campo se debe suministrar de una fuente separada para estabilizar
el voltaje y facilitar la toma de datos.
Las lecturas de los datos de la corriente de campo, del voltaje de armadura, y de la velocidad
debe ser tomada simultáneamente.
PRECAUCIÓN: Si la máquina que es probada no tiene polos conmutados y se construye con
las escobillas situados en neutro con lo cual la prueba puede ser perjudicial e insignificante.
3.5.1.1.1CURVA ASCENDENTE.
Un conjunto de lecturas se debe tomar iniciando con la corriente de campo cero y aumentando
hasta que se obtenga el voltaje máximo. Tres de las lecturas tomadas deben estar tan cerca como
sea posible al 90 %, el 100 %, y 110 % del voltaje establecido.
Para evitar las inconsistencias causadas por efectos de la histéresis, el voltaje en los terminales
de la armadura nunca debe ser llevado sobre el punto de prueba prevista y después ser disminuido.
Si esto ocurre durante la prueba, la corriente de campo se debe reducir a cero y el voltaje en los
terminales de la armadura aumentar al punto previsto de la prueba.
3.5.1.1.2 CURVA DESCENDENTE.
Otro conjunto de lecturas se puede obtener por comenzar con en el voltaje máximo en los
terminales de la armadura y la corriente de campo decreciendo a cero. Para evitar las inconsistencias
causadas por efectos de la histéresis, el voltaje en los terminales de la armadura nunca debe ser
llevado por debajo del punto de prueba prevista y después ser aumentado. Si esto ocurre durante
la prueba, la corriente de campo se debe aumentar al valor lı́mite y el voltaje en los terminales de
la armadura disminuidos al punto previsto de la prueba.
CAPÍTULO 3.
3.5.1.2.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.115
AUTOARRANQUE (EXCEPTO LOS MOTORES BOBINADOS EN SERIE).
Si no hay disponible por separado un mecanismo impulsor conveniente, los datos para una curva
sin carga aproximada de saturación pueden ser tomados arrancando la máquina como un motor
desacoplado desde una fuente separada de corriente continua. Esta fuente debe ser ajustable a partir
de aproximadamente 25 % a 125 % del voltaje especificado. Los efectos de la histéresis magnética
se deben evitar según lo discutido en 3.5.1.1.1 y 3.5.1.1.2. La corriente de campo requerida para
obtener los valores de velocidad a diversos datos de voltajes desde datos de saturación sin carga
debido a los efectos de la corriente de la armadura que se requiere para arrancar la máquina
como un motor desacoplado. La máquina puede llegar a ser inestable en baja tensión y tomar
precauciones de una sobre-velocidad.
3.5.2.
CONMUTACIÓN.
Se logra una acertada conmutación de la máquina si las escobillas, el conmutador no se queman
o se dañan en la prueba o en servicio normal hasta el punto de que se requiera el mantenimiento anormal. La presencia de un cierto encendido visible no es evidencia necesaria de una mala
conmutación.
En potencia rectificada, la conmutación del motor será afectada por la reactancia de lı́nea de
C.A, la reactancia o impedancia de lı́nea de C.C., y la relación del voltaje de C.A y el voltaje de
C.C. Es importante, por lo tanto, al realizar la conmutación utilizar una fuente de alimentación
que tenga caracterı́sticas similares como sea posible a la fuente de alimentación prevista.
Ver también 3.3.5. La visible y evidente conmutación parecerá generalmente más severa con
fuente de alimentación rectificada. Debido a la persistencia del ojo, muy brevemente el encendido
aparece como el encendido prolongado o continuo. La conmutación será observada durante un largo
periodo de tiempo para evaluar exactamente si está ocurriendo el chispeo.
3.5.3.
REGULACIÓN.
No aplicable a los motores con bobinado en serie.
3.5.3.1.
REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD DE MOTORES.
El propósito de esta prueba es determinar la variación en velocidad del motor pues la carga se
disminuye uniformemente de carga especificada a sin carga con voltaje constante de la armadura
y la corriente de campo constante. El procedimiento de ensayo es como sigue:
a) Esta prueba debe ser realizada después de que el motor haya logrado una temperatura estabilizada resultando de la operación continua con carga especificada. Los puntos de prueba deben
ser tomadas rápido de modo que la temperatura de los bobinados no cambien apreciablemente.
Operar el motor manteniendo el voltaje especificado de armadura y la corriente de campo especificada. Si el motor utiliza un reóstato del campo, ajustar el reóstato para obtener los valores de
velocidad, y valores de corriente y voltaje especificados de armadura.
b) Gradualmente se quita y se aplica a plena carga varias veces hasta que se obtengan las
lecturas constantes. Registrar las velocidades a plena carga y sin carga y calcular la regulación de
la velocidad de acuerdo con la ecuación siguiente:
veloc. sin carga-veloc a plena carga
(3.4)
Reg. de velocidad ( %) = 100 ·
veloc. a plena carga
3.5.3.2.
REGULACIÓN DE VOLTAJE DE GENERADORES.
El propósito de esta prueba es para determinar el cambio del voltaje en los terminales acompañado del traslado gradual de los valores de corriente especificada de armadura con el ajuste
principal de campo para el voltaje de la carga especificada sin perturbaciones. El procedimiento
de ensayo es el siguiente:
a) Si el generador es autoexcitado, la configuración del reóstato debe seguir siendo fijo durante
los cambios de carga en la prueba. Si el generador se excita por separado, la corriente de campo a
carga especı́fica se debe mantener durante las pruebas.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.116
El generador debe funcionar a la velocidad especificada. La prueba se debe tomar después que
el generador haya logrado una temperatura estabilizada resultada de la operación continua a la
velocidad y carga especificadas. Los puntos de prueba se deben tomarse rápidamente como se
posible para que la temperatura de los bobinados no cambie apreciable.
b) Quita y aplica gradualmente la carga varias veces hasta que se obtengan las lecturas consistentes. Registrar los voltajes respectivos a plena carga y sin carga y calcular las regulaciones de
voltaje de acuerdo con la ecuación siguiente:
volt. sin carga-volt. a plena carga
(3.5)
Reg. de voltaje ( %) = 100 ·
volt. a plena carga
3.5.3.3.
REGULACIÓN DE VOLTAJE COMBINADA DEL GENERADOR Y DEL
MOTOR.
El procedimiento de ensayo dado en 3.5.3.2 b) es para la regulación de voltaje esencial. La
regulación de voltaje combinada es tomada por el mismo procedimiento a menos que las caracterı́sticas de la velocidad-carga caracterı́stica del motor del generador se introduzcan. El generador
debe funcionar a la velocidad y carga especificadas. La velocidad en el resto de los puntos debe ser
de las caracterı́sticas inherentes de la velocidad-carga del motor del generador. Si la caracterı́stica
exacta de la velocidad-carga es desconocida, se debe asumir una función rectilı́nea a través del
rango de la carga.
3.5.4.
EFICIENCIA.
La eficacia es la relación de transformación de la potencia de salida y la potencia total de
entrada. La potencia de salida es igual a la potencia de entrada menos las pérdidas. Por lo tanto,
si dos de las tres variables (potencia de salida, potencia de entrada, y pérdidas) se conocen, la
eficiencia se puede determinar por una de las ecuaciones siguientes:
potencia de salida
potencia de ingreso
(3.6)
Eficiencia =
potencia de ingreso -pérdidas
potencia de ingreso
(3.7)
Eficiencia =
potencia de salida
potencia de salida +pérdidas
(3.8)
Eficiencia =
Para motores:
Para generadores:
Para los motores, la potencia de entrada puede ser determinada midiendo la potencia del
circuito de campo shunt y de la armadura incluyendo los componentes de C.C. y de C.A. si es
operación está dada por potencia rectificada, según lo descrito en 3.4. La potencia de salida se
puede determinar midiendo la salida mecánica usando un medidor del par o un dinamómetro y un
tacómetro según lo descrito en 3.5.4.3.1 y 3.5.4.3.2. Las pérdidas segregadas se pueden determinar
según lo descrito en 3.5.4.5 y 3.5.5.
Para los generadores, la potencia de entrada se puede determinar como la suma de la potencia
mecánica de entrada, medida usando un medidor del par o un dinamómetro y un tacómetro, y la
potencia eléctrica de entrada al campo shunt. La potencia de salida puede ser determinada como
el producto del voltaje y de la corriente medida en los terminales de la armadura. Las pérdidas se
pueden determinar según lo descrito en 3.5.4.5 y 3.5.5.
3.5.4.1.
CONDICIONES DE REFERENCIA
3.5.4.1.1EFICIENCIA
Salvo que se especifique lo contrario, los datos de la eficiencia serán determinados para el voltaje
y la velocidad especificados. En el caso de los motores de velocidad ajustable, la velocidad baja
será utilizada salvo que se especifique lo contrario.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.117
3.5.4.1.2 PÉRDIDAS.
Para la determinación de las pérdidas individuales I 2 R para los cálculos de la eficiencia, las
resistencias de los bobinados deben ser corregidos a una temperatura igual a un ambiente de 25°C
más las subidas de temperatura observadas a plena carga. Cuando las subidas de temperatura a
plena carga no se han medido, referirse a ANSI/NEMA MG1-1978 [5], para que la temperatura
sea utilizada en la corrección de las resistencias del bobinado.
3.5.4.1.3 EFICIENCIA CORREGIDA.
Si las pruebas de la potencia de entrada y salida se utilizan para determinar la eficiencia, deben
ser hechas tan casi como sea posible con la temperatura final lograda en la operación.
3.5.4.1.4 OTRAS PÉRDIDAS.
Las pérdidas con excepción de las pérdidas de I 2 R no deben ser corregidas para la temperatura
si los datos se toman bajo condiciones estándar. Ver 3.4.1.2.
3.5.4.2.
MÉTODOS.
Generalmente para el tamaño de las máquinas indicadas, los métodos siguientes deben ser
utilizados, para los cuales las precauciones se enumeran en la sección 3.3.
Tamaño de la máquina
Caballos de potencia (fraccionario)
Caballos de potencia
(Enteros)
Método de la máquina
freno, dinamómetro, o medidor del par
dinamómetro, medidor del par, freno,
retrobomba o pérdidas segregadas
Cuadro 3.2: Método para las pérdidas según los HP
3.5.4.3.
MEDIDAS DE LA POTENCIA CONTINUA DE ENTRADA Y SALIDA.
Las medidas de la potencia continua de entrada y de salida se hacen siempre en las máquinas
con caballos de fuerza fraccionarios y generalmente en las pequeñas máquinas, pero llegan a ser
cada vez más más difı́ciles mientras el tamaño de la máquina aumenta debido a limitaciones del
equipo de prueba disponible.
Lecturas.- Las lecturas de la corriente y el voltaje de ingreso (o de la salida), la velocidad y
par de salida (o de la entrada), la temperatura ambiente, la temperatura de la armadura o de la
resistencia, y las temperaturas o las resistencias de la bobina de campo, se deben obtener para
seis puntos de carga substancialmente equidistantes a partir de 0.25 a 1.5 de la carga especificada.
Con motores con excitación en serie, la carga mı́nima está determinada por las limitaciones de la
velocidad de la máquina. Para que las lecturas sean utilizadas en determinación del funcionamiento,
la subida de temperatura de la máquina será un cierto valor entre el 50 % y 100 % de la subida de
temperatura especificada.
En potencia rectificada, (ver forma C) las lecturas siguientes se debe tomar en cada uno de los
seis puntos de carga:
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.118
T
Nm
lb · f (pies)
oz · f (pulgadas)
k
9,549 × 103
7,043 × 103
1,352 × 103
Cuadro 3.4: Valor de la constante k
LECTURAS
Volt. de ingr. de la fuente de alim. todas las fases
Volt. de ingr. al circ. de armadura
Corriente de ingr. al circ. de armadura
Comp. AC de la corriente del circ. de armadura
Potencia de ingr. del circ. de armadura
Comp. AC de la pot. de ingr. de la armadura
Volt. de ingr. al circ. de campo shunt
Corriente. de ingr. al circ. de campo shunt
Potencia de ingr. de campo shunt
Velocidad
Par
Temper. de armadura o resistencia
Temper. de la bob. de camp. o resistencia
Temperatura ambiente
VALOR RMS
x
.
.
x
.
.
-
VALOR PROMEDIO
x
x
.
x
x
x
.
x
x
x
x
x
Cuadro 3.3: Lecturas que se deben tomar en cada uno de los seis puntos de carga
3.5.4.3.1 MÉTODO DEL FRENO.
Se debe tener cuidado al realizar practicas en la construcción y el uso del freno y de la polea
del freno. La resta deberı́a ser cuidadosamente determinada y compensada proporcionadamente.
El funcionamiento de un motor será calculado según las indicaciones de la forma D.
3.5.4.3.2 DINAMÓMETRO O MÉTODO DE MEDIDOR DE TORQUE.
Cuando se utiliza el método del dinamómetro o del medidor del par, la potencia del eje se
obtiene de la ecuación siguiente:
P =
T n
k
(3.9)
donde:
P.−potencia del eje (kW)
T.−par
n.−velocidad de rotación (r/min)
k.−valor de la constante usada por unidad
Para obtener resultados exactos, el dinamómetro no debe exceder tres veces la máquina de
prueba y debe ser sensible a un par de 0.25 % de su par especificado. La corrección del dinamómetro
se debe hacer conforme a la forma D.
La fricción del rodamiento en el dinamómetro puede dar lugar a escalas diferentes de las lecturas,
para el mismo valor de la energı́a eléctrica, dependiendo de si la carga es cada vez mayor o menor
antes de la lectura. Por consiguiente, un promedio de dos lecturas debe ser tomado. El primer
conjunto debe ser tomado mientras se aumente gradualmente la carga el segundo conjunto mientras
disminuye la carga. Se debe tener cuidado admitir cada caso para que no se prolongue los puntos
que se leerán. Las curvas del par vs potencia eléctrica se deben trazar para cada conjunto de
lecturas y se utilizara el promedio de las curvas.
En casos especiales durante la prueba de un motor, puede ser deseable hacer una prueba de
verificación, operando la máquina como generador y el dinamómetro como motor impulsor. La
prueba se hace exactamente de la misma manera que para la prueba generalmente de potencia de
ingreso y salida del motor, pero en este caso la pérdida total será igual a la potencia mecánica de
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.119
entrada menos la potencia de salida en vez de ser igual a la potencia de entrada menos la potencia
mecánica de salida
Cualquier error en las escalas o contadores ocurridas en direcciones contrarias en las dos pruebas,
y el promedio de las pérdidas por pérdidas en la carga dadas por las dos pruebas, por lo tanto,
estará casi correcto aunque los errores relativamente grandes pueden darse por las calibraciones.
Se recomienda que la prueba de operación de la máquina como generador esté hecha a la
velocidad y voltaje especificados, y con el mismo par mecánico en el dinamómetro que en la prueba
de la máquina como motor. Las pérdidas por pérdidas en la carga encontradas en las pruebas del
generador y del motor se deben determinar por separado en cada caso restando de la pérdidas
totales medidas, la pérdida I 2 R del circuito de la armadura a la temperatura de la prueba, la
pérdida de la base y por fricción y efectos del viento. A juicio se debe ejercitar la interpretación de
las pérdidas por pérdida en la carga obtenidas, las temperaturas de los bobinados que no puede ser
conocidos exactamente. Además, los errores grandes pueden ocurrir cuando dos grandes números
se restan uno del otro. Varias puntos de carga se deben tomar para cada prueba y las pérdidas por
pérdidas en la carga resultantes trazadas vs corriente de la armadura. Una sola curva trazada a
través de los promedios de los resultados de las pruebas del motor y del generador da el valor final
de la pérdida por pérdida en la carga.
Agregando esto a las otras pérdidas nos da las pérdidas totales y por lo tanto la eficiencia. La
forma E se puede utilizar para este cálculo.
3.5.4.4.
MÉTODO DEL PUMP-BACK.
Este método puede ser utilizado cuando las máquinas duplicadas están disponibles.
Las dos máquinas se acoplan juntas y se conectan eléctricamente como se muestra en la 3.1.
Una máquina funciona como un motor y el otro como generador. La potencia principal es el PumpBack y solamente las pérdidas son suministradas. Aproximadamente, el incrementador de presión
del generador suministra la pérdida de carga y la fuente de la pérdida suministra la pérdida sin
carga. Esta prueba se puede hacer omitiendo el aumentador de presión del generador; sin embargo,
se puede dar inestabilidad en el sistema.
Figura 3.1: Diagrama Esquemático de conexiónes para la prueba Pump-Back[1]
3.5.4.4.1 FUERZA DE CAMPO.
El motor y el generador se debe funcionar con la fuerza de campo requerida para producir el
voltaje interno calculado que corresponde a la carga probada.
3.5.4.4.2 PERDIDAS TOTALES.
La pérdida totales en las dos máquinas de igual potencia de alimentación por las pérdidas de
la fuente y del aumentador de presión más las pérdidas en cualquier campo excitado por separado
que se utilice, menos las pérdidas en los cables, barras de distribución, interruptores, cortocircuitos,
etc, usado para conectar las máquinas.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.120
3.5.4.4.3 PRUEBAS.
Las pruebas de se deben realizar con seis puntos de carga y las lecturas se deben tomar según
lo indicado en 3.5.4.3. La eficiencia de la máquina será determinada conforme a la forma F.
3.5.4.5.
MÉTODO DE LAS PÉRDIDAS SEGREGADO.
Cuando la eficiencia del motor es determinada por el método segregado de la pérdida, las
pérdidas utilizadas serán las siguientes:
Tipo de Pérdidas
Armadura I 2 R
Bobina conectada en serie I 2 R
Escobillas conectadas
Pérdidas por pérdidas en la carga
Campo Shunt I 2 R
Reóstato
Excitación
Núcleo de rotación
Fricción de las escobillas
Fricción y efecto del viento
Ventilación
Determinación o cálculo de la prueba
3.5.5.1
3.5.5.2
3.5.5.3
3.5.5.4
3.5.5.5
3.5.5.6
3.5.5.7
3.5.5.8
3.5.5.9
3.5.5.10
3.5.5.11
Cuadro 3.5: Método de las Pérdidas Segregadas
3.5.5.
DESCRIPCIÓN DE LAS PÉRDIDAS.
3.5.5.1.
PÉRDIDA DE LA ARMADURA I 2 R.
La pérdida I 2 R de la armadura es el cuadrado de la corriente de la armadura en la carga que
es considerada, multiplicado por la resistencia de la armadura según lo medido usando corriente
continua y corregida a la temperatura apropiada. Ver 3.5.4.1.2.
Con potencia rectificada, la pérdida de la armadura I 2 R será calculada como el producto del
cuadrado del valor rms de la corriente y de la resistencia con temperatura corregida de C.C. del
bobinado del inducido.
3.5.5.2.
PÉRDIDA I 2 R DE LAS BOBINAS CONECTADAS EN SERIE.
La pérdida I 2 R de los enrollamientos conectados en serie (incluir interpolos o bobinas compensadoras cuando se utilizan) es el producto de la corriente en los devanados conectados en serie de
las bobinas de campo, y la resistencia medida corregida a la temperatura apropiada de referencia.
Ver 3.5.4.1.2. En caso de que el bobinado de campo shunt auxiliar, se utilicen a través de estos
campos, la resistencia múltiple debe ser utilizada.
En potencia rectificada la pérdida I 2 R de los enrollamientos en serie será calculada como el
producto del cuadrado del valor de los rms de la corriente y de la resistencia con temperatura
corregida de C.C. del enrollamiento.
3.5.5.3.
PÉRDIDAS POR CONTACTO DE LAS ESCOBILLAS.
Las pérdidas por contacto de las escobillas puede ser determinado por el producto de la corriente
de la armadura y de la caı́da de voltaje. La caı́da de voltaje total (es decir, para ambas polaridades),
la determinación de esta pérdida es:
Escobillas de carbón, electrografito, y grafito, con shunt 2.0 V.
Escobillas de carbón, electrografito, y grafito sin shunt 3.0 V.
Escobillas de Metal-grafito, con shunt 0.5 V.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.121
Esta caı́da de voltaje debe ser asumida para el mismo valor para todas las cargas. En la potencia
rectificada, las pérdidas en los contactos de las escobillas debe ser calculado como el producto del
voltaje en los contactos de las escobillas y el valor rms de la corriente de armadura.
3.5.5.4.
PÉRDIDAS POR PÉRDIDA EN LA CARGA.
Las pérdidas por pérdida en la carga es una pérdida adicional en la máquina debido a la carga
que no se incluye en una de las otras categorı́as de las pérdidas en 3.5.5. Estas pérdidas son de dos
tipos:
1. Pérdidas por pérdidas en la carga resultante de la componente de C.C. de la corriente de
armadura.
2. En potencia rectificada, las pérdidas adicionales por pérdida en la carga resultante de la
operación del rectificador.
3.5.5.4.1 EN AUSENCIA DE MEDIDAS.
En la ausencia de medidas de la prueba, la componente C.C de las pérdidas por pérdida en
la carga será tomado como el 1 % del la potencia de salida. Dos métodos para determinar la
componente de C.C. de las pérdidas por pérdida en la carga se dan en 3.5.5.4.2 y 3.5.5.4.3.
3.5.5.4.2 MÉTODO 1.
La componente de C.C. de las pérdidas por pérdida en la carga puede ser resuelto de la prueba
del dinamómetro, 3.5.4.3.2. La forma E se puede utilizar para calcular las pérdidas por pérdida en
la carga.
3.5.5.4.3 MÉTODO 2.
La componente de C.C. de las pérdidas por pérdida en la carga puede ser resuelto de la prueba de
la pump-back, 3.5.4.4, restando todas las otras pérdidas aplicables de la pérdida total suministrada
a las máquinas probadas. La forma G se puede utilizar para calcular las pérdidas por pérdida en
la carga.
3.5.5.4.4 CON POTENCIA RECTIFICADA, Y MOTORES CON BOBINADO SHUNT.
Las pérdidas adicionales por pérdida en carga puede ser medido restando las pérdidas de la
componente de C.A. I 2 R en los enrollamientos del circuito de la armadura del la componente de
C.A. de la potencia de entrada del circuito de la armadura. Para la medida de las componentes
de C.A. de la corriente de armadura y de la potencia de entrada circuito de la armadura, ver
3.3.4.1. Para los motores bobinados en serie, una pequeña cantidad de potencia de entrada de C.A.
contribuye al par del motor. Esta cantidad es generalmente tan pequeña que puede ser despreciada.
3.5.5.5.
PÉRDIDA I2R DEL CAMPO SHUNT.
La pérdida I 2 R del campo shunt es el producto de la corriente de campo ajustada y de la
resistencia medida de los devanados inductores, corregida a la temperatura apropiada de referencia.
Ver 3.5.4.1.2. La corriente de campo es la corriente requerida por el campo para la carga en la cual
se computa las pérdidas. En potencia rectificada, la pérdida I2R del campo shunt se debe calcular
de acuerdo con 3.3.4.2.
3.5.5.6.
PÉRDIDA DEL REÓSTATO.
Generalmente, todas las pérdidas debido a los reóstatos de campo no se incluyen en la determinación de la eficiencia de la máquina. Si se va a incluir esta pérdida, puede ser computada tomando
el producto del voltaje de sistema de excitación y la corriente de campo para la carga en la cual
las pérdidas son computadas y se restan las pérdidas I2R del campo shunt.
En potencia rectificada, la pérdida del reóstato se debe calcular usando el valor rms de la corriente; sin embargo, el valor medio puede ser utilizado si la corriente del campo shunt es esencialmente
ondulación libre según lo definido en 3.1.1.
CAPÍTULO 3.
3.5.5.7.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.122
PÉRDIDA EN LA EXCITACIÓN.
Generalmente, las pérdidas de todos los excitadores no se incluyen en la determinación de
eficiencia de la máquina.
3.5.5.8.
PÉRDIDA ROTACIONALES EN LA CARCASA.
La pérdida rotacionales en la carcasa será tomada como la diferencia de la potencia requerida
para conducir la máquina a la velocidad dada cuando está excitada para producir un voltaje en
circuito abierto en los terminales que corresponden al voltaje interno calculado y a la potencia
requerida para conducir la máquina inexcitada a la misma velocidad. El voltaje interno será determinado corrigiendo el valor de la caı́da de voltaje en los terminales debido a la resistencia del
circuito de la armadura incluyendo la caı́da de voltaje en el contacto de las escobillas de ambas polaridades según lo especificado en 3.5.5.3 y usando las ecuaciones dadas en 3.5.6.1.1. Las
instrucciones detalladas de la medida se dan en 3.5.6.
PRECAUCIÓN: Si la máquina que es probada no tiene ningún polo de conmutación y
está construida con las escobillas situados en neutro, tal prueba puede ser perjudicial e insignificante.
3.5.5.9.
PÉRDIDA POR FRICCIÓN DE LAS ESCOBILLAS.
Por experiencia se ha sabido que las amplias variaciones son obtenidas en las pruebas de fricción
de las escobillas hechas en la fábrica antes de que el conmutador y las escobillas hayan desarrollado
las superficies lisas que vienen después de la operación continua. Los valores convencionales de la
fricción de las escobillas, representando los valores medios de muchas pruebas, por lo tanto serán
utilizados como sigue:
F =k·v·a
(3.10)
donde:
F.−Fricción de las escobillas (W )
v.−velocidad superficial
a.−Contacto de la área de la escobilla
k.−constante relacionada al tipo de escobilla y a las unidades de variables usadas en la tabla
siguiente:
Tipo de escobilla
Carbón
Electrografito-grafito
Metal grafito
Unidades de velocidad
m/min
pie/min
m/min
Unidades de área
mm2
pulg 2
mm2
k
4,0 × 10−5
8,0 × 10−3
2,5 × 10−5
Cuadro 3.6: Constante Relacionada al Tipo de Escobilla
En caso que los valores convencionales en 3.5.5.9 sean cuestionados, la fricción de la escobilla
puede ser medida tomando la diferencia entre la potencia requerida para conducir la máquina con
las escobillas puestas y con las escobillas levantadas observando las precauciones dadas en 3.5.6.1.4.
3.5.5.10.
PÉRDIDA POR FRICCIÓN Y EFECTOS DEL VIENTO.
La pérdida por fricción y efectos del viento, excepto la fricción de la escobilla, es la potencia requerida para conducir el máquina inexcitada a la velocidad especificada con sus escobillas
levantadas.
3.5.5.10.1 MÁQUINA EQUIPADA CON RODAMIENTOS INCOMPLETOS.
Las pérdidas por fricción y efectos del viento no debe ser incluido generalmente en la determinación de eficiencia de la máquina. La pérdida por fricción y efecto del viento se puede realizar por
separado de la eficiencia si se requiere esta información.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.123
3.5.5.10.2 PÉRDIDAS ADICIONALES POR DISCOS.
Las pérdidas adicionales debido a la conexión directa de discos, u otro aparato, no debe ser
incluido generalmente en la determinación de la eficiencia de la máquina.
3.5.5.11.
PÉRDIDAS POR VENTILACIÓN.
La potencia requerida para circular el gas a través de la máquina y del sistema de ventilación
si es proporcionado, sea por ventiladores autónomos o externos, será puesto en la máquina excepto
según lo especificado abajo.
3.5.5.11.1 LA POTENCIA REQUERIDA PARA IMPULSAR EL GAS.
La potencia requerida para impulsar el gas a través de las partes externas del sistema de
ventilación a la máquina y al refrigerador no debe ser incluido generalmente en la determinación
de eficiencia de la máquina. La potencia requerida para la ventilación del aire puede ser encontrada
convenientemente usando la ecuación siguiente:
P =
k(caı́da de presión)·(valor del volumen de flujo)
(eficiencia del ventilador por unidad)
(3.11)
donde:
P.−Potencia de ingreso (W )
k.−Valor de la constante por unidad dada en la siguiente tabla.
Unidades de Presión
Pa (N/m2 )
milı́metros de agua
pulgadas de agua
Unidades de Flujo
m3 /s
L/min
pies3 /min
k
1.0
0.0163
0.117
Cuadro 3.7: Valor de la constante k por unidad
3.5.5.11.2 VENTILADOR EXTERNO.
En esos casos en los cuales un ventilador externo se emplea para complementar el efecto de soplo
incorporado en la estructura de la máquina con el fin de compensar la caı́da de presión adentro o
la largo de los conductos restringidos, la entrada de potencia del ventilador externo no debe ser
incluido generalmente en la determinación de eficiencia de la máquina.
3.5.5.11.3 PRUEBAS DE LA PÉRDIDA POR VENTILACIÓN.
Las máquinas se pueden probar en la fábrica sin un sistema externo del conducto y más fresco,
pero con el funcionamiento del ventilador en servicio, y las pérdidas medidas sı́ deben ser utilizadas
en el cálculo de la eficiencia de la máquina.
Esta práctica es permitida porque, en la mayorı́a de los casos concretos, la diferencia entre las
pérdidas por ventilación con entrada y salida libre, y las pérdidas por ventilación con entrada o
salida normalmente restricta, o ambas, serán relativamente pequeñas.
Este procedimiento de ensayo será seguido generalmente donde las pérdidas en los conductos
externos y el sistema de refrigeración son relativamente pequeños comparados con las pérdidas en
la máquina.
3.5.6.
MEDIDA DE PÉRDIDAS ROTATORIAS.
Generalmente las pérdidas individuales, excepto el I 2 R banda, contacto de las escobillas, fricción
de las escobillas, y las pérdidas por pérdidas en la carga, son determinados por cálculos de las
medidas de la potencia de entrada requerida para hacer arrancar la máquina bajo condiciones
especificadas usando el método de entrada de potencia mecánica, el método de entrada de potencia
eléctrica, o usando el método retardado.
CAPÍTULO 3.
3.5.6.1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.124
MÉTODO DE ENTRADA DE POTENCIA MECÁNICA.
El método de entrada de potencia mecánica consiste en arrancar la máquina de prueba sin
carga con un dinamómetro o con un motor convenientemente calibrado. Cuando la máquina es
excitada de acuerdo con 3.5.6.1.2, la salida de potencia del dinamómetro o del motor impulsor es
la potencia requerida para suministrar las pérdidas rotatorias de la máquina bajo condición de la
prueba.
3.5.6.1.1 ESCOBILLAS LEVANTADAS.
Todas las escobillas se deben levantar excepto ésas requeridas para la medida del voltaje de
la armadura. Con la máquina de prueba funcionando sin carga a la velocidad especificada, el
devanado inductor principal debe ser excitado por separado de modo que el voltaje en el terminal
de la armadura sea igual al voltaje interno desarrollado por la máquina como se explica después.
El voltaje interno en un motor es inferior que el voltaje mostrado en el circuito de la armadura
mientras que el voltaje interno en un generador es más alto que el voltaje terminales por una
ascenso igual a la caı́da de la resistencia de la armadura y de los devanados inductores en serie
a carga especificada, y la suma de la caı́da de voltaje de los contacto de las escobillas de ambas
polaridades:
Para motores:
E = V − IRa − Vb
(3.12)
E = V + IRa + Vb
(3.13)
Para Generadores:
donde:
E.−Voltaje interno especificado (V )
V.−Voltaje del circuito de armadura especificado (V )
I.−Corriente de armadura especificado (A)
Ra .−Resistencia a temperatura corregida de la armadura conectada en serie con la bobina de
campo (conmutación conmutada y en serie). (ohm) ver 3.5.4.1.2
Vb .−Caı́da de voltaje en el contacto de la escobilla (V ) ver 3.5.5.3
3.5.6.1.2 VELOCIDAD Y CARGA ESPECIFICADA.
La máquina debe funcionar a la velocidad especificada, preferiblemente con la carga clasificada,
por varias horas para estabilizar los factores de fricción. Durante este perı́odo de calentamiento,
es necesario que todas las escobillas estén operando en el conmutador. Después de este perı́odo
de calentamiento, levantar todas las escobillas excepto dos (uno de cada polaridad) y medir la
entrada de potencia mecánica cuidadosamente con la máquina funcionando sin carga con velocidad
especificada y con el campo excitado de acuerdo con 3.5.6.1.1.
Las pérdidas rotatorias ası́ medidas consisten en la suma de la pérdida rotatoria de la carcasa
y de la pérdida por fricción y efectos del viento incluyendo la fricción de las escobillas usadas.
3.5.6.1.3 PÉRDIDA ROTATORIA DE LA BASE.
La pérdida rotatoria de la base puede ser determinada observando la disminución de la potencia
de entrada mecánica mientras el voltaje de la excitación de campo se disminuye a cero.
5.6.1.4 LA PÉRDIDA POR FRICCIÓN DE LA ESCOBILLA.
La pérdida por fricción de la escobilla bajo condición de prueba puede ser evaluado quitando
la excitación del campo y observando la diferencia entre la potencia requerida para conducir la
máquina con las escobillas en su lugar y con las escobillas levantados. Si se desea medir la fricción
representativa de la escobilla de la máquina bajo prueba, una prueba se debe hacer con todos
las escobillas ensambladas y presionadas. Las superficies del conmutador y las escobillas deben
ser lisas y pulidas después de ser ejecutadas por varias horas de operación a la velocidad y carga
especificada. Debe ser reconocido que la fricción de la escobilla varı́a extensamente con la corriente
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.125
de carga y con la temperatura de modo que las medidas derivadas de las pérdidas sin carga puedan
diferenciar extensamente de la cantidad de fricción de la escobilla encontrada en servicio.
3.5.6.2.
MÉTODO DE LA POTENCIA ELÉCTRICA DE ENTRADA.
Usando este método, las pérdidas rotatorias son resueltas de las medidas de la potencia requerida para funcionar la máquina bajo prueba mientras que un motor sin carga a la velocidad
especificada y con la excitación de campo ajustada para generar un voltaje interno igual al valor desarrollado por la máquina en servicio. Una fuente de alimentación rectificada no debe ser
utilizada.
3.5.6.2.1 EXCITACIÓN DEL DEVANADO INDUCTOR PRINCIPAL.
La excitación del devanado inductor principal en el valor especificado y funcionando la máquina
como un motor a la velocidad especificada, preferiblemente con carga especificada, por varias horas
para estabilizar los factores de fricción. Es necesario que todo se aplique con las escobillas en su
lugar durante este perı́odo.
3.5.6.2.2 CON LA MÁQUINA PARADA Y DESACOPLADA.
Con la máquina parada, y desacopla de los medios de carga, y levantada todos las escobillas
excepto dos (uno de cada polaridad). Medir la resistencia de la armadura y de los devanados
inductores en serie. Restablecer la máquina y, ejecutándose como motor con velocidad especificada
y sin carga, ajustar el voltaje principal del circuito de la excitación y de la armadura de campo
de modo que el voltaje interno sea igual al valor desarrollado por la máquina en servicio, según
lo determinado usando la ecuación apropiada dada en 3.5.6.1.1. El voltaje interno en la prueba
es determinado usando la primera de estas ecuaciones excepto usando Ra , igual a la resistencia
medida de la armadura y devanados inductores en serie.
3.5.6.2.3 CON LA MÁQUINA FUNCIONANDO Y DESACOPLADA.
Con la máquina desacoplada y con la velocidad y la excitación de campo ajustadas de acuerdo
con 3.5.6.2.2, se mide cuidadosamente la potencia de entrada al circuito de la armadura. Esta
potencia es la suma de la pérdida rotatoria de la base, de la pérdida por fricción y efectos del
viento, de la pérdida por fricción de las escobillas bajo condición de prueba, de las pérdidas de
I 2 R en los enrollamientos del circuito de la armadura con carga ligera, y de la pérdida de los
contactos de las escobillas. Para determinar la suma de la pérdida por fricción y efectos del viento,
la pérdida por fricción de las escobillas bajo condición de prueba, y la pérdida rotatoria de la base,
es necesario restar las pérdidas de I 2 R de los enrollamientos del circuito de la armadura y pérdidas
por contacto de las escobillas a la potencia de entrada.
3.5.6.3.
MÉTODO RETARDADO.
Se utiliza el método retardado cuando la medida de la potencia de entrada es incómoda de
obtener y se emplea lo más comúnmente posible para las pruebas hechas después de la instalación.
Es especialmente adaptable a las máquinas con inercia grande. El método consiste llevar a la
máquina hasta una velocidad levemente superior a la especificada, pero por debajo de su velocidad
segura máxima, apagando la fuente de alimentación y haciendo las lecturas simultáneas de velocidad
y del tiempo de como la máquina desacelera. Con estas relaciones y el momento de inercia calculado
o medido, la pérdida total se puede determinar por la fórmula siguiente:
P =c·J ·n·
dn
· 10−6
dt
donde:
P.−Pérdidas de potencia a velocidad n (kW )
n.−velocidad rotacional (r/min)
dt/dn.−Valor de desaceleración (r/min)/s a velocidad n
J.−Momento de inercia de la parte rotatoria
c.−Valor de la constante según el sistema de unidades usado.
(3.14)
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.126
J
K · m SI de unidades
lb · pie2 (mumericamente igual a [lb · pie2 ]
slug · pie2
2
c
10.97
0.4621
14.88
Cuadro 3.8: Valor de la constante c según el sistema de medida utilizado
Si los terminales de la armadura, están en circuito abierto las pérdidas totales incluye la fricción
y el efecto del viento de todo el aparato conectado mecánicamente junto con las pérdidas de circuito
abierto de la base que corresponde al valor de la corriente de campo. La curva en circuito abierto
de la pérdida de la base se puede segregar de la pérdida por fricción y efecto del viento tomando
varias lecturas de los valores de la corriente de campo y restando la pérdida cuando la corriente de
campo es cero.
3.5.7.
PRUEBA DE CARGA DE LOS MOTORES CON CABALLOS
DE FUERZA FRACCIONARIA.
El funcionamiento con carga de los motores con caballos de fuerza fraccionaria se debe medir
por medio de un dinamómetro, de un medidor del par, o de un freno prony.
En los motores de tipo continuo, la máquina debe funcionar con carga especificada hasta que
esencialmente se logre la temperatura constante antes de la prueba. En los motores de corto tiempo,
la carga especificada se debe llevar por un periodo de tiempo para el cual es establecida antes de
hacer la prueba con carga. Comenzar la prueba de carga a dos y medio a tres veces el valor de la
corriente de carga y tomar las lecturas en aproximadamente 25 % al reducir la carga, o en el caso
de un motor de serie, a la velocidad segura máxima. Para cada carga se deben tomar lecturas del
voltaje de lı́nea, corriente de la lı́nea (entrada), la corriente del campo shunt (siempre que estén
disponibles los terminales), la velocidad, y el par.
3.5.8.
PRUEBA DE CARGA DE LOS MOTORES CON CABALLOS
DE FUERZA INTEGRAL.
3.5.8.1.
CARGA.
Los pequeños motores con caballos de fuerza fraccionarios se pueden cargar usando un generador
como carga, un dinamómetro, o un freno prony con o sin un medidor del par.
En los motores grandes con caballos de fuerza fraccionarios, los medios para la medida directa
del par de salida son generalmente inasequibles. El método del pump-back (véase 3.5.4.4) puede
ser utilizado, con la condición de que dos máquinas del mismo tipo y grado están disponibles para
la prueba. Si no está disponibles el mismo tipo y grado de la máquina, la prueba de carga puede
ser realizada cargando el motor bajo prueba usando un generador continuo calibrado, o se puede
hacer funcionar el motor a la velocidad especificada como un generador cortocircuitado con una
corriente de campo muy inferior, conducida por un pequeño motor. Las pérdidas bajo condición de
cortocircuito son sobre todo pérdidas I 2 R. Solamente los datos con carga muy limitada se pueden
obtener por el método del cortocircuito.
ADVERTENCIA: Durante las pruebas de cortocircuito, el flujo del entrehierro es muy inferior y la posición de las escobillas puede tener un efecto negativo en la estabilidad de la carga
de la máquina; una condición de fuga de corriente de carga puede ocurrir. El circuito deberı́a ser
protegido interruptor de acción rápida y de alta capacidad de interrupción. Si ocurre la inestabilidad, reajustar la posición de las escobillas hacia la posición neutral. La falta de observación a estas
precauciones puede dar lugar a lesiones al personal y daño al equipo.
3.5.8.2.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO.
En los motores de uso continuo, la máquina debe funcionar con carga especificada hasta que
esencialmente se logre la temperatura constante antes de la prueba.
En los motores que usan por periodos cortos de tiempo, se debe aplicar la carga especificada
por el periodo de tiempo para el cual es diseñado antes de hacer la prueba de carga.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.127
1. Para los motores sin rango de velocidad por la debilitación del campo la prueba de carga
se debe comenzar a 1 1/2 de la corriente de carga especificada y las lecturas admitidas
aproximadamente 25 % de la reducción de la carga. En el caso de los motores excitados
en serie, la carga se debe disminuir en pasos de progresión del 25 %, hasta que se logre la
velocidad máxima segura.
2. Para los motores previstos con ajuste de velocidad por la debilitación del campo, la prueba de
carga se puede realizar a la velocidad de la base (campo completo) y a la velocidad máxima
especificada (campo débil). Proceder como en (1) excepto en la estabilidad de la velocidad
del motor en operación de velocidad máxima.
3.5.8.3.
LECTURAS.
Las mismas lecturas se deben hacer según lo indicado en 3.5.4.3 salvo que las medidas del par
se pueden omitir en pruebas de carga.
3.6.
3.6.1.
PRUEBAS DE LA TEMPERATURA.
PROPÓSITO.
Las pruebas de temperatura se hacen para determinar el aumento de la temperatura sobre la
temperatura ambiente de piezas especificadas de la máquina continua, cuando están sujetadas a la
carga especificada. Las guı́as para los procedimientos de ensayo y el tratamiento de datos son:
3.6.2.
INSTRUCCIONES GENERALES.
La máquina bajo prueba se debe ensamblar con todas las piezas, cubiertas, y accesorios que
afectaran a la subida de temperatura.
La máquina bajo prueba se debe proteger contra las corrientes del aire que emanan de las
máquinas adyacentes y de otras fuentes que puedan afectar la temperatura ambiente y la subida de
temperatura de la máquina bajo prueba. El espacio suficiente se debe tener para la libre circulación
del aire. Los pequeños cambios en la ventilación natural pueden afectar grandemente a la subida
de temperatura.
La máquina se debe ajustar correctamente según la conmutación y la regulación antes de que
se emprendan las pruebas de calefacción.
En potencia rectificada, las pruebas de temperatura del motor se deben hacer usando el tipo
de potencia rectificada para el cual es de uso del motor o en la cual se basa el grado. Si una fuente
conveniente de rectificación de potencia no está disponible, una indicación de la calefacción del
motor puede ser obtenida usando potencia de la corriente directa de la armadura y manteniendo la
corriente de la armadura en el valor rms anticipado en servicio rectificado. Debe ser observado, sin
embargo, que debido a pérdidas adicionales del cobre y del hierro, las temperaturas de la máquina
en servicio real del rectificador serán más altas que los valores de la prueba, determinado en el caso
de las máquinas encerradas.
3.6.2.1.
INSTRUMENTACIÓN.
Los instrumentos de medida de la temperatura deben estar de acuerdo con IEEE Std 1191974 [8]. Antes de comenzar cualesquier prueba de calefacción, todos los instrumentos se deben
controlar para reducir al mı́nimo los errores o efectos de campo perdidos.
3.6.3.
MÉTODOS DE MEDIDA DE LA TEMPERATURA.
El método más confiable de medida de la temperatura de las bobinas de la máquina es generalmente observando cambios en la resistencia de las bobinas o de las porciones de eso. Tı́picamente,
las medidas de la temperatura superficial de las bobinas son más frı́os que la temperatura promedio
del bobinado. Por consiguiente, los lı́mites de temperatura de los bobinados se considerarán por el
método de medida.
CAPÍTULO 3.
3.6.3.1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.128
MEDIDA DE LA TEMPERATURA POR RESISTENCIA DE LA BOBINA.
Este método consiste en la determinación de la temperatura por la comparación de la resistencia
de la bobina, o de la parte del enrollamiento, a la temperatura que se determinará con la resistencia
a una temperatura sabida usando la ecuación dada en 3.4.2.1
3.6.3.1.1. MEDIDA DE TEMPERATURA EN LOS BOBINADOS INDUCTORES
INMÓVILES.
Para los devanados inductores inmóviles hay poca dificultad en la obtención de resultados
satisfactorios por métodos directos conforme a 3.4.2. El método de la caı́da de voltaje dará generalmente los mejores resultados. Se recomienda que los mismos instrumentos estén utilizados para
las medidas calientes y frı́as. Esto reducirá al mı́nimo error de la instrumentación.
Alternativamente, usando un puente doble o equivalente, las medidas de las resistencias frı́as y
calientes se pueden determinar en las bobinas estacionarias de baja resistencia antes y después de
la prueba usando las técnicas descritas en 3.6.3.1.2.
3.6.3.1.2 MEDIDAS DE TEMPERATURA EN LOS BOBINADOS DE LA ARMADURA.
Para las medidas de los bobinados del inducido frı́as y calientes de la resistencia del bobinado
o de una porción de esta se debe realizar usando un instrumento adecuado tal como un puente
doble Kelvin o usando el método de la caı́da de voltaje. Para las medidas frı́as de la resistencia, la
máquina debe haber estado en descanso para un suficiente tiempo de modo que el rotor completo
haya igualado la temperatura. La temperatura superficial debe ser medida cuando se hace la medida
frı́a de la resistencia.
Para el método de doble puente, las terminales del puente se deben conectar con dos segmentos
del conmutador situados entre los pernos adyacentes de las escobillas y separados por un mı́nimo entre los pernos. Se debe tener cuidado para reducir la resistencia de contacto a un valor
insignificante inferior. Los segmentos determinados usados deben ser marcados.
Para el método de la caı́da de voltaje, una corriente de no más que el 10 % del valor especificado
debe pasar a través de las escobillas de la máquina. La caı́da del potencial se debe medir usando
un milivoltı́metro con las terminales conectadas con dos segmentos del conmutador situados entre
los pernos adyacentes de la escobilla y separados por un mı́nimo de la distancia entre los pernos.
Las conexiones a los segmentos deben ser hechas presionando los terminales del voltı́metro en los
segmentos del conmutador para penetrar cualquier revestimiento de óxido superficial que pueda
estar presente. Los segmentos conectados deben ser marcados.
En las máquinas grandes donde posicionar el rotor es dificultoso, varias posiciones respecto
al conmutador deben ser disponibles para el uso en la realización de las medidas antes dichas.
Esto asegurará de que por lo menos un par de segmentos marcados esté situado entre los pernos
adyacentes de la escobilla cuando el rotor pare en el final del funcionamiento caliente.
Después de que se haya determinado la resistencia frı́a, la armadura se debe girar por lo menos
una revolución y volver cerca de su posición original. La resistencia frı́a se debe medir otra vez.
Si no se está de acuerdo con la lectura inicial dentro de la exactitud de la medida, la causa de
la discrepancia debe ser encontrada, corregida, y obtener una medida repetible. Para los mejores
resultados, la resistencia frı́a y la resistencia caliente se deben medir entre el mismo conjunto de
segmentos marcados del conmutador.
Con la reducción de la exactitud, no es necesario utilizar el método antes dicho de la barra
marcada siempre que se emplee la repetición de la resistencia con cualquier posición del rotor al
mismo espaciamiento del segmento.
3.6.3.2.
MEDIDAS DE LA TEMPERATURA DE LOS COMPONENTES SUPERFICIALES.
Este método consiste en la determinación de la temperatura de las piezas de la máquina, incluyendo pero no limitada a los bobinados, por medio adecuado tal como termómetros, termistores,
o detectores infrarrojos de temperatura; cualquiera de estos instrumentos que sea aplicados a las
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.129
piezas más calientes fácilmente accesibles sin la alteración de la estructura de la máquina. Las
lecturas siguientes de la temperatura, si son tomadas, se deben medir como se describe luego.
3.6.3.2.1 BOBINADO ESTACIONARIO.
En las máquinas con caballos de fuerza integral, los sensores de temperatura, si son usados, se
deben colocar por lo menos en el campo principal y en la bobina de campo conmutado en cada
cara de la máquina. Varios sensores se deben colocar en cada bobina. Dependiendo del tamaño de
la máquina y la accesibilidad, el número de localizaciones puede ser reducido.
En las máquinas con caballos de fuerza fraccionario, el mismo procedimiento debe ser seguido
excepto un sensor de temperatura por polo deba ser utilizado. Debe ser situado lejos entre los polos
en la tapa de la máquina. Se debe tener cuidado para colocar los sensores para que no sean enfriados
por el aire de ventilación y para no afectar al flujo de aire substancialmente. También, para estas
máquinas, la temperatura de la tapa del bastidor debe ser medida. Esto es determinadamente
importante durante las pruebas adquiridas con rectificador de potencia.
3.6.3.2.2. RODAMIENTOS.
1. TIPO DE BOLA O RODILLO. Las lecturas de la temperatura se deben adquirir en estado
inmóvil si es posible. Si no, las lecturas de la temperatura deben ser tomadas.
2. TIPO RECUBIERTO Las lecturas de la temperatura se deben realizar tan cerca como sea
posible de la superficie del forro del rodamiento.
3. LUBRICANTE Es acostumbrado medir la temperatura de los aceites lubricantes. La lectura
se debe tomadas en el depósito. Con los montajes de los lubricantes, las lecturas de entrada
y salida de la temperatura deben ser tomadas.
3.6.3.3.
MEDIDA DE TEMPERATURAS AMBIENTE.
El procedimiento que se seguirá en la medición de la temperatura ambiente se da en IEEE
Std 119-1974 [8]. En las máquinas abiertas, la temperatura del aire se debe medir por medio de
varios sensores de temperatura colocados en diversos puntos alrededor de la máquina y al medio
sobre la base.
Estos dispositivos se deben proteger contra las corrientes de aire anormales y la radiación
térmica. Deben ser situados en la trayectoria del aire de enfriamiento. Cuando la circulación del
aire de enfriamiento es restringida en los alrededores, en la zona de pruebas, la temperatura del
rotor será referido al dispositivo de todas las temperaturas del aire.
Para las máquinas encerradas, por ventilación separada, el aire de enfriamiento será medido
por los sensores de temperatura colocados en los conductos de aire de enfriamiento de la máquina.
El valor que se adoptará para la temperatura del aire durante una prueba es el promedio de
todas las medidas de la temperatura del aire tomadas en los intervalos iguales del tiempo durante
la pasada prueba o, en el caso de prueba limitada, durante el último trimestre de la prueba.
3.6.4.
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA.
La máquina puede ser cargada por uno de los métodos contorneados en 3.5.4.2. La prueba
será hecha con el voltaje y la velocidad especificados. La carga se puede determinar por la medida
directa de la salida o de la entrada de potencia. Una máquina que tiene más de un valor de carga
será probada en el grado que se produjo la subida de temperatura más alta. En caso de que esto
no pueda ser predeterminado, la máquina debe ser probada por separado en cada grado.
3.6.4.1.
MÁQUINAS CON VALORES NO CONTINUOS.
La prueba debe ser continuada por el tiempo especificado o hasta que se haya alcanzado temperaturas constantes. Salvo que se especifique lo contrario, una prueba a corto plazo comenzará solamente cuando las piezas de la máquina están dentro de 5°C de la temperatura ambiente.
CAPÍTULO 3.
3.6.4.2.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.130
MÁQUINAS CON VALORES CONTINUOS.
En estas máquinas cuando se requiere un largo rato para lograr temperaturas constantes, las
sobrecargas razonables durante el perı́odo preliminar de calentamiento es permitido acortar el
tiempo de la prueba.
3.6.4.3.
EN PRUEBAS CON CARGA CONTINUA.
Las lecturas se deben tomar por lo menos una vez cada 30 minutos hasta que todas las subidas de
temperatura no varı́en más el de 2 % para tres lecturas consecutivas cada media hora. En pruebas
de carga con lı́mite de tiempo, las lecturas se deben practicar y tomar a menudo en intervalos
constantes de tiempo.
3.6.4.4.
PRECAUCIONES.
Las precauciones se deben tomar para reducir al mı́nimo el perı́odo de detención y para mantener la temperatura durante este perı́odo, como por ejemplo, manteniendo la corriente de la
armadura. Se recomienda que los medios utilizados para limitar el tiempo requerido para tomar la
primera resistencia o temperatura para un valor no excedan las especificaciones dadas:
Clasificación
50 kW o menos
50 kW a 200 kW
Sobre 200 kW
Tiempo
60 seg
90 seg
120 seg
Cuadro 3.9: Valor de Tiempo para tomar la primera temperatura
Las medidas de la temperatura del bobinado de la armadura a la parada del sistema normal se
deben tomar según lo descrito en 3.6.5.
3.6.5.
DETERMINACIÓN DE TEMPERATURA DE LA ARMADURA A LA PARADA DEL SISTEMA.
3.6.5.1.
MEDIDAS DE LA RESISTENCIA.
Las primeras lecturas de la resistencia caliente de la armadura se deben tomar dentro de los
plazos dados en 3.6.4.4. Las lecturas se deben tomar frecuentemente. Las lecturas se deben tomar
por un perı́odo no menor a 10 minutos después de parada normal del sistema. El tiempo será medido
a partir de instante de la parada normal del sistema.
La subida de la temperatura será considerada por el valor determinado por la extrapolación de
los datos al instante de la parada normal del sistema. La extrapolación se puede hacer usando el
diagrama uniformemente escalado de la curva trazada vs el tiempo los valores del logaritmo de la
subida de temperatura según lo determinado de los datos medidos de la resistencia. Un ejemplo
de tal diagrama se muestra en la Fig. 3.2. Se dibuja una lı́nea recta a través de los puntos de
prueba sin hacer caso de los puntos anteriores. Una segunda lı́nea recta se dibuja a través de un
diagrama de la diferencia entre los puntos de prueba anteriores y la primera lı́nea recta. La subida
de temperatura inicial del bobinado o de la pieza del bobinado medida se deriva del antilogarı́tmo
de la suma de las intersecciones de las dos lı́neas rectas con el eje Y.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.131
Figura 3.2: Diagrama de la armadura Tiempo vs Temperatura[1]
3.6.5.2.
MEDIDAS SUPERFICIALES.
3.6.5.2.1 BOBINADO (ROTACIÓN).
Si las medidas de la temperatura superficial de los bobinados se toman, inmediatamente con los
sensores de temperatura a la parada normal del sistema debe ser colocado como sigue: en la base
de la armadura en la tapa dentada, en los conductores en el final de las bobinas, donde no están
vendados o cubiertos, y en las vendas. Estos sensores se deben dividir igualmente entre el extremo
del conmutador y el extremo del mecanismo impulsor de la máquina siempre que sea posible.
3.6.5.2.2 CONMUTADOR.
Inmediatamente en parada normal, los termómetros u otros sensores de temperatura, o ambos, se deben colocar en la superficie del conmutador. En las máquinas con los conmutadores de
intercambio o los conmutadores múltiples, cada sección del conmutador se debe tratar como un
conmutador separado.
3.6.5.2.3 DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA SUPERFICIAL CALIENTE.
La temperatura superficial caliente será considerada para el valor de las lecturas de la temperatura extrapoladas al instante en parada normal del sistema de la manera descrita en 3.6.5.1.
Si las temperaturas según lo leı́do indican una subida de temperatura después de las primeras
lecturas seguidas por valores decrecientes, la temperatura máxima leı́da debe ser considerada a la
temperatura en la parada normal del sistema.
3.6.6.
SUBIDA DE TEMPERATURA.
En las máquinas se deben hacer pruebas de calentamiento bajo condiciones estándar prevista
por 3.4.1. Cuando la máquina es ventilada por aire circundante inmediato, la subida de temperatura
es la temperatura observada de la máquina menos temperatura del aire ambiente. Cuando la
máquina es ventilada por el aire obtenido de una fuente alejada, la subida de temperatura es
la temperatura observada de la máquina menos temperatura del aire del medio de entrada. La
temperatura observada de la máquina será la lectura máxima obtenida a la hora de parada normal
del sistema.
CAPÍTULO 3.
3.7.
3.7.1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.132
PRUEBAS MISCELÁNEAS.
PRUEBA DEL RUIDO.
Con respecto al procedimiento de ensayo recomendado para la medida del ruido aerotransportado que proviene de girar la maquina eléctrica ver IEEE Std 85-1973 [6]. En potencia rectificada,
caracterı́sticas perceptiblemente diversas del ruido expuesto por los motores de corriente continua.
Por esa razón, si el ruido se considera importante, la medida se debe hacer considerando de los
criterios siguientes.
1. La amplitud del ruido y las frecuencias producidas serán determinadas por las caracterı́sticas
rectificadas de la fuente de energı́a, incluyendo ésos asociados a la magnitud de ondulación
de la corriente del circuito de la armadura. Este ruido es además asociado con el ruido de la
operación en corriente continua.
2. El nivel máximo de ruido que resulta de la potencia rectificada ocurrirá generalmente cuando
la corriente de ondulación de la C.A. del circuito de la armadura es máxima y cuando los
devanados inductores principales son excitados.
3. Los aspectos discutibles del ruido puede ser más dependiente en magnitudes de frecuencias.
4. El equilibrio de la fase de la fuente de alimentación afecta al ruido perceptiblemente. La
dimensión de una variable de la onda de corriente debe ser observada y cualquier desequilibrio
debe ser eliminado.
3.7.2.
PRUEBA DE INTERFERENCIA ELECTROMAGNÉTICA.
(Esta prueba no es requerida normalmente para los motores industriales.)
Ver ANSI C63.4-1981 [1]. Los métodos descritos en este estándar deben ser utilizados.
3.7.3.
FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE.
Esta prueba es para determinar la variación del voltaje en los terminales del potencial continuo
puro generado en una máquina de C.C. pero excluyendo todos los voltajes de alta frecuencia
generados por el chispeo de las escobillas (visible e invisible). El equipo de medida debe tener
caracterı́stica de respuesta de frecuencia que este dentro de 3dB a una frecuencia igual a tres veces
la frecuencia del segmento del conmutador. El voltaje de ondulación expresado como porcentaje
es igual a 100 veces la variación de pico a pico máxima del voltaje dividió por dos veces el voltaje
promedio de la prueba. Esta prueba se debe tomar a la velocidad y voltaje especificado, voltaje, y
sin carga.
Si se especifica, esta prueba se puede también tomar con cargas especı́ficas, pero la disposición
será adoptada de asegurarse de que no se contribuye ningún contenido armónico por el dispositivo de carga. La variación de pico a pico del voltaje se puede medir usando un osciloscopio, un
oscilógrafo conveniente o un voltı́metro electrónico de lectura pico.
3.7.3.1.
MÉTODO DEL OSCILOSCOPIO O DEL OSCILÓGRAFO.
Las lecturas de las variaciones de pico a pico máximas del voltaje se pueden medir con el
osciloscopio o el oscilógrafo conectado a través de las terminales de la máquina a través de un
filtro pasa bajo conveniente. El filtro debe tener una frecuencia de corte no menos que 125 % de
la frecuencia del segmento del conmutador. Se sugiere una frecuencia de corte uniforme de 16
000 Hz. Este filtro debe tener atenuación trascendente hasta el 80 % de la frecuencia de corte. Una
fotografı́a de la forma de onda del voltaje se puede tomar para facilitar la lectura exacta. Un voltaje
continuo de una fuente convenientemente calibrada se puede utilizar para calibrar el instrumento.
3.7.3.2.
MÉTODO DEL VOLTÍMETRO ELECTRÓNICO PARA LA LECTURA
DEL PICO.
Las lecturas del voltaje pico se pueden tomar con el voltı́metro de lectura pico en serie con un
condensador conveniente (por lo menos 4.0 uf ) conectado a través de las terminales de la máquina.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.133
Las lecturas se deben tomar con el voltı́metro sucesivamente conectado para cada uno de las dos
polaridades. El más alto de las dos lecturas será utilizado.
PRECAUCIÓN: Cualquier resonancia en la medición del circuito debe ser evitada.
3.7.4.
MEDIDA A LA RESPUESTA DE LA EXCITACIÓN.
La relación de transformación principal de la respuesta del excitador, respuesta nominal del
excitador está definida en ANSI/IEEE Std 100-1984 [4]. No es aplicable a los excitadores
electrónicos o a los excitadores que tienen campos en serie o similares.
La prueba para determinar la relación de transformación principal de la respuesta del excitador
se debe tomar a la velocidad especificada y sin carga en el excitador. Un dispositivo de registro
permanente que tenga una respuesta de frecuencia de diez o más veces que del excitador deben
ser utilizadas. Si no hay medios de sincronización interna en el dispositivo de registro, e debe
conectar un elemento con el oscilador conveniente o el otro dispositivo que mide el tiempo de
la frecuencia para una onda sincronizada en el oscilograma. El otro canal de grabación se debe
conectar a través de las terminales de la armadura del excitador. El excitador deberı́a ser ajustado
al voltaje nominal del excitador según lo definido en ANSI/IEEE Std 100-1984 [4], usar un
resistor ajustable conectado en serie con el reóstato cortocircuitado de la excitación de campo.
Después, el reóstato del campo excitado se debe ajustar para dar el voltaje nominal de campo para
la carga nominal del generador. La grabación del voltaje de la excitación de la armadura debe ser
iniciada después de que el reóstato de campo se cortocircuito rápidamente. El expediente se debe
tomar por lo menos en el primer segundo de la acumulación del voltaje. Los resultados a través
del primer medio segundo de la corriente momentánea se deben trazar según las indicaciones de
la Fig. 3.3. La lı́nea EC es dibujada de modo que el área EBC sea igual al área por debajo de la
curva EBD de la acumulación del voltaje del excitador. La relación de transformación principal
de la respuesta del excitador es:
Rela. de transf. nom. de la respuesta del excitador =
2BC
AB
(3.15)
Figura 3.3: Respuesta Nominal de la excitación[1]
3.7.5.
MEDIDA DE LA INDUCTANCIA DEL BOBINADO.
3.7.5.1.
PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CIRCUITO DE LA ARMADURA
DE LAS MÁQUINAS SHUNT Y DE BOBINADO COMPUESTO.
3.7.5.1.1 INDUCTANCIA NO SATURADA.
Esta prueba debe ser tomada y aplicada a motores monofásicos de 50Hz o 60Hz de corriente
alterna en las terminales del circuito de la armadura de la máquina, incluyendo todos los devanados
inductores en serie, eventualmente. El bobinado del campo shunt se debe cortocircuitar para evitar
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.134
el desarrollo de altas tensiones dentro del bobinado. La inductancia, determinada, es generalmente
representativa de la inductancia a otras frecuencias y con los componentes de la corriente continua
y alterna presentes.
ADVERTENCIA: Si el circuito del campo shunt está abierto, pueden ocurrir altas tensiones
dentro del bobinado de campo shunt y en los terminales que puede causar daño a la máquina y
lesiones al personales.
La armadura se debe bloquear para prevenir el movimiento. Las escobillas de carbón normales
pueden ser utilizadas si la corriente alterna se limita aproximadamente al 20 % del valor de corriente
de la máquina para evitar sobrecalentar las escobillas o el conmutador durante las pruebas. Las
escobillas deben ser ajustadas y revisadas antes de que se comience la prueba.
Con la corriente alterna ajustada sucesivamente en tres pasos de progresión aproximadamente
equidistantes, el valor más grande no debe exceder el 20 % del valor de corriente de la máquina,
las medidas del voltaje se debe tomar a través del circuito completo de la armadura y a través
de los componentes de este. El ángulo de fase entre varios valores de voltajes y corrientes se debe
observar usando un medio adecuado tal como un osciloscopio.
Alternativamente, las medidas usando un vatı́metro se pueden utilizar en la determinación del
componente reactivo de la impedancia y de la inductancia asociada. La inductancia del circuito
completo de la armadura y de varios componentes, de los datos promedio de la prueba es:
L=
V · sinθ
I · 2π · f
(3.16)
donde:
L.−Inductancia (henrios)
V.−Voltaje (voltios)
I.−Corriente (A)
θ.−Ángulo de fase entre el voltaje y la corriente
f.−Frecuencia (Hertz)
3.7.5.1.2 INDUCTANCIA SATURADA.
Esta prueba es igual que la prueba no saturada salvo que el campo shunt es excitado de una
fuente de alimentación continua como se describe en 3.3.5.1 a valor de corriente del campo shunt
especificado o en la ausencia del valor de la corriente, a la corriente correspondiente completa de
campo, a plena carga de la máquina.
3.7.5.2.
PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CIRCUITO DE LA ARMADURA DE MÁQUINAS DE EXCITACIÓN EN SERIE (INCLUYENDO EL
CAMPO EN SERIE).
La inductancia del circuito de la armadura de máquinas con excitación en serie varı́a extensamente con la frecuencia y con la magnitud de las componentes de la C.C. y de C.A. de la corriente.
Por consiguiente, los valores de la inductancia determinados de las pruebas descritas anteriormente
son valores para análisis y para los propósitos del control de fabricación pero no son una medida
de inductancia de la máquina con carga especificada y con excepción de la frecuencia de la prueba.
Las medidas útiles de la inductancia saturada de la armadura se pueden tomar excepto el bobinado
de campo serie, en su lugar, es excitado con la corriente especificada usando una fuente de alimentación continua según lo descrito en 3.3.5.1. La inductancia saturada, entonces es determinada, sin
incluir la inductancia contribuida por el campo serie que será determinado analı́ticamente.
3.7.5.3.
PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CAMPO SHUNT.
En los procedimientos de la prueba y del cálculo detallados luego, la inductancia del campo
shunt es determinada del ı́ndice de acumulación de la corriente del campo shunt sobre la aplicación
precipitada del voltaje a las terminales del campo shunt con la máquina funcionando a la velocidad
especificada de campo y con la armadura en circuito abierto. También, se llama inductancia eficaz
y se calcula del ı́ndice de acumulación de flujo del eje directo según lo indicado por el voltaje
generado de la armadura medido en las escobillas. Se evalúan ambos valores de la inductancia
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.135
como el producto de la resistencia del campo shunt y el tiempo para alcanzar el 63.2 % del último
valor de la variable.
Lt = Rt · Tif
(3.17)
Lfef f = Rt · Tva
(3.18)
donde:
Lt .−Inductancia del campo shunt (henrios)
Lfeef .−Inductancia efectiva del campo shunt (henrios)
Rt .−Resistencia D.C. del campo shunt (ohmios)
Tif .- Tiempo para alcanzar el cambio al 63.2 % de la corriente de campo (segundos)
Tva .- Tiempo para alcanzar el cambio al 63.2 % del voltaje de armadura (segundos)
3.7.5.3.1 INDUCTANCIA NO SATURADA.
Con la máquina funcionando a la velocidad especificada de campo, el campo shunt debe ser
excitado de una fuente del voltaje que tenga una regulación para la excitación de campo especificada
en la máquina bajo prueba de menos del 2 %. Completar un ciclo del voltaje de excitación del campo
shunt dos veces entre el valor brindado del voltaje de armadura especificado y después reducir el
voltaje de la armadura al aproximadamente 50 % de valor especificado. Después de observar el
voltaje del campo shunt, reducirlo a cero y abrir el circuito de campo. Ajustar el voltaje del
excitador al valor preestablecido. Observar y registrar el voltaje y la corriente del campo shunt y
el voltaje de la armadura y la velocidad sobre el circuito cerrado del campo shunt.
3.7.5.3.2 SATURACIÓN DE LA INDUCTANCIA.
Establecer el trazado de circuito de la excitación del campo shunt mostrado en la Fig. 3.4
para permitir un cambio precipitado en el voltaje de la excitación entre los valores que rinden
aproximadamente 90 % y 110 % del voltaje especificado de la armadura.
Con el interruptor SW 1 cerrado, ajustar el voltaje de la fuente del campo shunt, Vf , para
producir una corriente de campo que rinda 110 % del voltaje especificado de armadura. Con el
interruptor SW 1 abierto, completa un ciclo con referencia a, dos veces entre los valores que rendı́an
el 90 % y 110 % del voltaje especificado de la armadura, acabando en el valor del 90 %. Observar y
registrar el voltaje y la corriente del campo shunt, el voltaje de la armadura y la velocidad sobre
el cierre del interruptor, SW 1.
Figura 3.4: Prueba circuital para la medida de la inductancia del campo shunt[1]
3.7.6.
CORRIENTE DEL EJE.
La corriente del eje puede causar problemas de los rodamientos en motores o en equipos conectados. Los rodamientos o el eje, o ambos, pueden ser dañadas por la corriente del eje, tendrán
un aspecto frió o manchado. El aceite lubricante o la grasa reducirá muy bien la contaminación
de la partı́cula metálica y el color cambiará. En potencia rectificada, los motores se pueden estar
sujetos a la corriente del eje dependiendo de las caracterı́sticas y de puesta a tierra de la fuente de
alimentación implicada y al diseño electromagnético y mecánico del motor.
CAPÍTULO 3.
3.7.6.1.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.136
CAUSAS DE LA CORRIENTE DE EJE.
La corriente de eje es producida por tres diversas causas:
1. La corriente de circulación puede ser el resultado de una fuerza electromotriz generada en el
eje. Este voltaje es generado por cualquier distribución asimétrica del flujo magnético entre
los polos en los yugos inmóviles o giratorios que dan lugar al flujo neto que encierra al eje
y está alternando su polaridad. Este flujo alterno genera una fuerza electromotriz de C.A.
entre los extremos del eje. Si esta fuerza electromotriz es suficiente para analizar la fuerza
dieléctrica de la pelı́cula del aceite, la corriente del eje fluirá si un circuito eléctrico externo
se proporciona entre los rodamientos.
2. La corriente localizada puede dar lugar al flujo magnético que circula a través del eje y
de los rodamientos. Eventualmente cualquier corriente neta que encierre el eje, tal como el
resultado de las conexiones del bobinado del estator, una fuerza magnetomotriz se desarrolla
entre los extremos del eje. El flujo magnético resultante pasa a través de los rodamientos y de
la estructura soportante externa de la máquina. La rotación del eje genera un voltaje de C.C.
homopolar alrededor del bucle del interfaz del rodamiento del eje del cojinete que, es suficiente
para analizar la fuerza dieléctrica del aceite, que resulta perjudicial la corriente localizada en
el rodamiento. Debido a la saturación magnética del eje o del circuito magnético asociado y
porque la velocidad del desenfrenada es limitada para la buena operación del rodamiento, el
voltaje directo puede exceder muy raramente una pequeña fracción de un voltio.
3. En potencia rectificada, la corriente del rodamiento puede resultar del acople capacitivo entre
el bobinado del inducido y su estructura particularmente con los motores de cojinete liso. La
componente alterna del voltaje entre los bobinados y la tierra da lugar a una corriente de
salida que pase a través de los rodamientos paralelamente a la tierra. El aislante de un solo
rodamiento, o un zócalo del rodamiento, como se ve comúnmente en un extremo de máquinas
grandes, no previenen el flujo posible de corriente capacitiva en otros rodamientos sin aislar.
La corriente perjudicial fluye si el voltaje máximo del eje excede la fuerza de ruptura de
la pelı́cula del aceite en el rodamiento. Solamente un desvı́o eficaz del camino a través del
rodamiento puede prevenir daño. Manteniendo un correcto ajuste de las escobillas del eje
a tierra, montados en la superficie del eje de rotación proporcionará al camino de desvı́o
necesario y prevendrá daño del rodamiento.
3.7.6.2.
PRUEBAS PARA LA CORRIENTE DEL EJE.
3.7.6.2.1 CIRCULACIÓN DE LA CORRIENTE DEBIDO A LA FUERZA ELECTROMOTRIZ DEL EJE.
Esta prueba se debe tomar en la máquina a valor de voltaje sin carga, especificado, y en baja y
máxima velocidad. El circuito eléctrico externo formado por la estructura portante del rodamiento,
los rodamientos, y el eje, deberı́an estar en circuito abierto.
1.- En cada una de las condiciones antes dichas, medir la fuerza electromotriz generada entre
los extremos del eje con un milivoltı́metro de C.A. Un instrumento de escala completa de 100
milivoltios es generalmente adecuado. El tipo electrónico o instrumento térmico es satisfactorio
para esta prueba.
PRECAUCIÓN: Los puntos de prueba que entran en contacto con las escobillas deben asegurar el buen contacto metal sobre metal y se deben obtener resultados repetidos.
2.- En cada una de las condiciones antes dichas, medir la corriente con un amperı́metro de 60
A o más de corriente alterna con cada terminal de 3 m (10 pies) de longitud de alambre #4 o más
grande conectado entre los extremos del eje.
PRECAUCIÓN: Los puntos de contacto de prueba con el eje deben tener una baja resistencia.
La magnitud de la corriente será frecuentemente un rango bajo de la escala del instrumento. La
lectura de escala debe ser registrada. La magnitud real deber ser determinada por la calibración
apropiada. Un instrumento de lectura inferior tendrá una impedancia demasiado alta para dar
buenos resultados.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.137
3.7.6.2.2 CORRIENTE LOCAL DEBIDO A LA FUERZA MAGNETOMOTRIZ DEL
EJE.
La prueba se debe hacer en la máquina con carga especificada, el voltaje especificado, y la
velocidad máxima especificada. El circuito magnético formado por la estructura portante del rodamiento, los rodamientos, y el eje debe simular la aplicación real estrechamente como práctico. Medir
el voltaje residual bajo condiciones antes dichas con un milivoltı́metro continuo. Un instrumento de
escala completa de 100 milivoltio es generalmente adecuado. Los terminales del instrumento deben
entrar en contacto ajustado con la superficie del eje con puntos de prueba de baja resistencia en
cada cara del soporte del cojinete. Esta prueba se debe relanzar para cada rodamiento.
3.7.6.2.3 CORRIENTE EN EL RODAMIENTO DEBIDO AL BOBINADO CONECTADO A TIERRA.
En potencia rectificada, los potenciales posibles del eje pueden ser detectados midiendo el
potencial de C.A. del eje conectado a tierra con un osciloscopio o un voltı́metro de C.A. electrónico
con la máquina accionada bajo condiciones de funcionamiento normales y las escobillas levantadas
del eje y conectadas a tierra. Un nivel de voltaje menor que 50 V pico a pico se puede considerar
normal. Si la lectura muestra un nivel de voltaje más alto, la eficiencia de las escobillas puestas a
tierra se reduce grandemente y el peligro al personal aumenta. Por consiguiente, la integridad de
la fuente de alimentación debe ser investigada. Con las escobillas del eje puestas a tierra y bajadas
y con mantenimiento apropiado, el voltaje pico a pico debe disminuir menor a 5V bajo condiciones
de funcionamiento normales.
PRECAUCIÓN: Las observaciones antes dichas se deben hacer rápidamente para evitar
daños al eje y al lubricante de los rodamientos.
3.7.7.
MEDIDA DEL MOMENTO DE INERCIA.
Dos métodos son descritos más abajo para determinar el momento de inercia de máquinas
continuas. El primer método se adapta a la prueba de ensamblado de máquinas particularmente
máquinas grandes. El segundo método implica solamente la prueba de la armadura.
3.7.7.1.
MÉTODO DE PRUEBA RETARDADA.
3.7.7.1.1 PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Y EFECTO DEL VIENTO.
Determina las pérdidas por fricción y efecto del viento de la máquina, incluyendo la fricción
de las escobillas, usando los métodos de medición descritos en 3.5.6. Probar a varias velocidades y
trazar la suma de estas pérdidas en función de velocidad según las indicaciones de la Fig. 3.5(a).
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.138
Figura 3.5: Pasos en la derivación del momento de inercia por el método de retraso[1]
3.7.7.1.2 MAQUINA DESACOPLADA.
Con la máquina desacoplada, aumenta la velocidad al valor máximo especificado y quitar la
potencia de la armadura y de la excitación de campo. Medir la velocidad en función del tiempo
según las indicaciones de la Fig. 3.5 (b) y, desde la inclinación de la curva, derive el ı́ndice de
cambio de la velocidad en función de la velocidad.
7.7.1.3 MOMENTO DE INERCIA.
Derivar el momento de inercia de las observaciones a varias velocidades usando la ecuación
siguiente:
J=
P · 106
c · n · dn
dt
(3.19)
donde:
J.−Momento de inercia
P.−pérdidas por fricción (kW a velocidad n)
n.−Velocidad rotacional (r/min)
dn/dt.−Valor de desaceleración, (r/min)/s a velocidad n
c.−Valor de la constante por unidad usada
J
K · m SI de unidades
lb · pie2 (mumericamente igual a [lb · pie2 ]
slug · pie2
2
c
10.97
0.4621
14.88
Cuadro 3.10: Valor de la constante c según el sistema de medida utilizado
CAPÍTULO 3.
3.7.7.2.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.139
PRUEBA DE OSCILACIÓN ANGULAR.
3.7.7.2.1 SUSPENSIÓN DE LA ARMADURA
Mantener suspendido la armadura con el eje orientado verticalmente usando dos alambres
paralelos según lo indicado en la Fig. 3.6.
Figura 3.6: Prueba de la Oscilación Angular wk 2 [1]
Los alambres se deben asociar diametralmente, equidistantes de la lı́nea central del eje. La
longitud de la relación de transformación de la separación (l/d) debe ser aproximadamente diez.
Desplazar (girar) la armadura una pequeña cantidad de la posición de equilibrio, y después realizar
la medida de la frecuencia y de la oscilación angular. El momento de inercia es determinada por
la ecuación:
J=
c · m · d2
l · f2
(3.20)
donde:
J.−Momento de inercia
m.−Peso de la armadura
l.−Longitud del cable
d.−Separación de los cables
f.−Frecuencia de oscilación (Hz)
c.−Valor de la constante por unidad usada
j
Kg · m2
lb · pie2 mumericamente igual awk 2
slug · pie2
m
kg
lb
lb
l, d
m
pies
pies
c
6,2 × 10−2
2,04 × 10−1
6,33 × 10−3
Cuadro 3.11: Valor de la constante c según el sistema de unidades usado
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.140
CONCLUSIONES:
Esta guı́a contiene instrucciones para la realización de informes y pruebas de aplicación más
generales y aceptables para máquinas rotativas de inducción. Muchas de las pruebas descritas
se pueden aplicar tanto a motores y generadores, según sea necesario. Dado que los sistemas
polifásicos de potencia son, casi universalmente, sistemas trifásicos, las ecuaciones de esta guı́a han
sido descritas especı́ficamente para las tres fases. Cuando la prueba se realiza con excepción de
energı́a trifásica, las ecuaciones se deben modificar adecuadamente para ser aplicadas a las nuevas
condiciones.
La calidad de energı́a de la red, además la instrumentación son aspectos fundamentales en la
realización de ensayos en las máquinas rotativas. La importancia de la medición de las resistencias,
tanto del estator como las del rotor, son de vital importancia para obtener el circuito equivalente
de la máquina bajo prueba para la cual existen varios métodos mencionados en este documento.
La potencia mecánica de una máquina rotativa se puede obtener usando un dinamofreno con
la cual se aplica una fuerza de torsión al rotor de la máquina.
Para las mediciones de la velocidad se pueden utilizar tacómetros digitales o contadores analógicos con los cuales podemos medir la variación de la velocidad a diferentes cargas y poder realizar
el cálculo del deslizamiento.
Las pérdidas en una máquina son I 2 R para el rotor como para el estator y constituyen las
pérdidas en sus respectivos devanados denominados pérdidas en el cobre. Las pérdidas en el hierro
y pérdidas por fricción y efectos del viento son las denominadas de dispersión y se presentan en
la carcasa de la máquina como calor y se determinan con la máquina funcionando sin carga a
partir del 125 % del voltaje nominal. Además de las pérdidas anteriormente mencionadas existen
las pérdidas en la carga y se obtienen midiendo las perdidas totales y restándolas de las pérdidas
en el rotor, estator, hierro y por efectos del viento y fricción. Este tipo de medidas se lo puede
realizar por dos métodos (medida indirecta y medida directa).
Las pérdidas también son tomadas en los soportes de las escobillas en las máquinas de rotor
bobinado y es igual a la suma de todas las caı́das de tensión por la corriente del rotor medidas en
todas las escobillas de la misma fase.
Las pruebas de la eficiencia de la máquina se pueden obtener por varios métodos:
Método A: A la entrada y salida
Método B: A la entrada y salida, con la separación de las pérdidas y la medida indirecta de las
pérdidas por pérdida en la carga.
Método C: Maquinas duplicados, con la separación de las pérdidas y la medida indirecta de las
pérdidas por pérdida en la carga.
Método D: Medida de la energı́a eléctrica, bajo carga con la separación de las pérdidas y la
medida directa de las pérdidas por pérdida en la carga.
Método E1: Medida de la energı́a eléctrica bajo carga con la separación de pérdidas y el valor
presunto de las pérdidas por pérdida en la carga.
Método F: Circuito equivalente, con la medida directa de las pérdidas por pérdida en la carga.
Método F1: Circuito equivalente con el presunto valor de las pérdidas por pérdida en la carga.
Método C/F: Circuito equivalente ajustado al método C en un punto de carga con la medida
indirecta de las pérdidas por pérdida en la carga.
Método E/F: Circuito equivalente ajustado al método E en un punto de carga con la medida
directa de las pérdidas por pérdida en la carga.
Método E1/F1: Circuito equivalente ajustado al método E en un punto de carga con el presunto
valor de las pérdidas por pérdida en la carga.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.141
Existen otras pruebas como la medición del voltaje en el rotor de la máquina en el caso de
motores de rotor devanado y la de rotor bloqueado que se realiza para verificar la calidad del
funcionamiento de la máquina. El par en las maquinas rotativas con rotor bloqueado se toma como
el esfuerzo máximo desarrollado por la máquina bloqueada en las posiciones angulares del rotor.
A lo largo del documento se dan instrucciones para realizar pruebas para determinar las caracterı́sticas de funcionamiento de las máquinas sı́ncronas de baja potencia, condensadores sı́ncronos,
y variadores de frecuencia sı́ncronos. No se pretende con esta guı́a cubrir todas las pruebas posibles,
o pruebas de carácter de investigación, sino solamente esos métodos más generales que se puedan
utilizar para obtener datos de funcionamiento. Esta guı́a no debe interpretarse como una exigencia
de la realización de cualquier prueba especı́fica en un determinado acuerdo o lo que implica una
garantı́a para cumplir con los ı́ndices de rendimiento especı́ficos o condiciones de funcionamiento.
Las pruebas de aislamiento en las máquinas sı́ncronas se lo realiza para comprobar la presencia
de humedad en el aislamiento, el ı́ndice de polaridad y los efectos de temperatura. Durante esta
prueba de los devanados inductores de las máquinas grandes, las escobillas deben ser levantadas y
aisladas eléctricamente de los anillos de los colectores de modo que no se induzca en el devanado
inductor. Existen varios métodos para realizar estas pruebas en las máquinas sı́ncronas en las cuales
podemos destacar las siguientes:
Método de la prueba de voltaje alterno a frecuencia especificada, el método del voltaje directo
en las bobinas el estator, y el método de baja frecuencia en las bobinas del estator.
Al igual que en las máquinas de inducción la medida de la resistencia en las máquinas sı́ncronas
se realiza con la corrección a la temperatura especifica de prueba. La resistencia de campo se mide
comúnmente en estado estacionario de la máquina debido a que la temperatura y la resistencia de
la máquina bajo prueba se pueden determinar exactamente porque no existen variaciones grandes
de la temperatura en estado estacionario. Existen otros métodos para determinar la resistencia
de campo como la prueba de funcionamiento a la temperatura de prueba, esta se realiza bajo
condiciones bajo carga durante un largo periodo para alcanzar la temperatura deseada con lo cual
se obtiene un mejor resultado, otro de los métodos usados es el de la caı́da de tensión en las
escobillas es utilizado cuando la corriente de campo es muy pequeña.
La prueba de cortocircuito de campo giratorio se realiza para verificar que bobinas se encuentran
cortocircuitadas, el número incorrecto de vueltas o el tamaño incorrecto del conductor. Esto se lo
puede realizar por varios métodos utilizando corriente continua o alterna y para motores con rotores
cilı́ndricos se usa el método de comparación de resistencia por corriente continua, excitación de la
bobina y detección de la forma de onda.
Las irregularidades en el circuito magnético crear una pequeña cantidad de flujo ligado al
eje, resultando que una fuerza electromotriz se genere entre los extremos del eje. Esta fuerza
electromotriz puede crear una corriente que atraviesa el eje, los cojinetes, los soportes de los
cojinetes, y al otro extremo del eje con la carcasa de la maquina, por esto existen varios métodos
para verificar la presencia de corriente sobre el eje.
La prueba de secuencia de fases es muy común en estos motores debido a que nos permiten
verificar la correcta conexión de la lı́nea con los terminales de la armadura para obtener una
correcta puesta de fase de un generador o la correcta dirección de rotación de la máquina.
El factor de influencia telefónica (TIF) para la máquina sı́ncrona solamente se mide normalmente cuando su excitación rectificada ha sido substituida por una fuente de ondulación libre y
los transformadores de energı́a se han quitado de la lı́nea. Se obtiene como el cociente de un valor
fundamental cargado rms y los armónicos de una onda de voltaje, y el valor de la raı́z cuadrada
de la onda.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.142
También se realizan pruebas de velocidad excesiva solamente cuando están especificadas. Se
especifican generalmente para los generadores sı́ncronos conectados con turbinas u otro equipo
mecánico que puede estar sujeto a velocidad excesiva por pérdida de carga u otra causa, Al hacer
la prueba, la máquina debe estar funcionando a la velocidad determinada por un largo periodo
para que las lecturas de vibración sean revisadas y estabilizadas, con esta prueba se verifica las condiciones de funcionamiento tales como la vibración, el alcance del eje el rotor y el comportamiento
del aceite en los cojinetes.
Para la medición de las pérdidas es conveniente obtener los datos para las curvas de saturación
de circuito abierto y cortocircuito para la determinación de las pérdidas. Al igual que las máquinas
de inducción estas pruebas se realizan con la analizando el tipo de instrumentos que se van a
utilizar, la corrección de la temperatura etc.
Cuando no es factible poner la máquina a su velocidad por medios mecánicos, es necesario
arrancar eléctricamente. De vez en cuando, el generador (o el motor) es conveniente arrancar a
partir de una fuente de energı́a a voltaje y frecuencia determinada. Esta prueba se realiza para
determinar las curvas de saturación en circuito abierto, cortocircuito, con factor de potencia cero.
Los instrumentos de transformación de voltaje y de corriente usados se deben ser aislados para
voltajes elevados aplicados en la prueba. La longitud y el tamaño de los terminales secundarios y de
los valores de las cargas secundarias se deben indicar claramente para los propósitos de calibración.
Para la excitación de la máquina debe ser realizada por una fuente separada porque esta elimina
la necesidad de corregir los resultados para la pérdida del excitador y el problema de mantener la
excitación constante durante la desaceleración. Para las pruebas de desaceleración se calculan las
pérdidas en puntos donde la velocidad es menor a la especificada tan cerca de la normal como sea
posible para cada condición de excitación, esto se realiza por varios métodos: velocidad-tiempo,
generador de C.C, contador electrónico.
No hay pruebas especı́ficas para determinar directamente la reactancia de la salida de la armadura, la cual esta compuesta de varios elementos tales como: ranura de salida, terminal de
conexión de salida, potencia de salida del entrehierro. La potencia de salida del entrehierro son a
veces determinados por los diseñadores de la máquina.
Las pruebas de temperatura en las máquinas sı́ncronas se realizan determinar la subida de
temperatura de ciertas piezas de la máquina sobre una cierta temperatura de referencia al funcionar
bajo condición de carga especificada. Estas pruebas se pueden realizar con el funcionamiento de la
máquina a una o muchas condiciones de carga como: carga convencional que consiste en llevar a
la máquina a una temperatura constante en condiciones especificas de corriente, voltaje, potencia
y frecuencia de armadura; regeneración sı́ncrona, cuando una máquina sı́ncrona similar a la que
es probada está disponible, se considera un ahorro de energı́a con este método de carga. También
permite la prueba a plena carga con los valores especı́ficos de las máquinas cercanos o superior
a la capacidad disponible de la fuente de alimentación; factor de potencia cero, consiste en hacer
funcionar la maquina como un condensador sı́ncrono.
En las pruebas para determinar el par los métodos especı́ficos de la prueba se proporcionan
para el par con rotor bloqueado. Los valores de todas las cantidades sı́ncronas se pueden obtener
de las pruebas de la curva velocidad-par; sin embargo, otros métodos de ensayo son requeridos para
determinar las frecuencias de las componentes aleatorias del par presentes a cada velocidad.
En muchos casos es impráctico realizar pruebas del par con el voltaje clasificado. Por lo tanto,
en este texto se preven procedimientos de pruebas con el voltaje reducido. Los resultados entonces
se ajustan al voltaje especificado en caso de necesidad.
La prueba del par vs la corriente a rotor bloqueado se realiza para determinar y dibujar la
CAPÍTULO 3.
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corriente de la armadura del motor durante el arranque, con el par desarrollado a rotor bloqueado,
y la corriente de campo inducida resultante. En esta prueba, los circuitos de amortiguación y del
estator se calientan muy rápido y la prueba se debe hacer lo más rápidamente posible.
Estas pruebas se pueden realizar mediante varios métodos como es el caso del método de la viga
que consiste utilizar una palanca para crear una fricción en el rotor de la máquina; otro método
es por la entrada eléctrica, el rotor puede ser bloqueado en contra vuelta y el par calculado desde
las medidas eléctricas.
Las pruebas del par-velocidad se realizan para determinar datos suficientes para trazar la curva
par-velocidad.
Es importante que la frecuencia de la fuente de alimentación esté mantenida constante a través
de la prueba en el valor clasificado del motor.
Para este tipo de pruebas existen varios métodos tales como: medida a la salida que consiste
en acoplar la máquina sı́ncrona a un generador de C.C, para controlar la velocidad del motor
para cada punto de prueba que se controla con el generador; el método de aceleración consiste en
arrancar el motor sı́ncrono como una máquina de inducción sin carga para este método se debe
tener en cuenta una buena medida de la velocidad y de la aceleración. El motor debe arrancar con
un voltaje mı́nimo, si el tiempo de aceleración es demasiado corto en el voltaje mı́nimo de arranque,
una tensión inferior se debe utilizar durante la prueba y la fricción de arranque debe ser superada
dando vuelta al rotor por medio mecánico o aplicando un voltaje más alto momentáneamente; el
método de la entrada el par se determina restando las pérdidas de la máquina de la potencia de
entrada este método es aproximado debido a que las pérdidas en el estator no son determinadas
para condiciones de funcionamiento reales; el método de la medida directa se lo hace a la máquina
bajo carga a varias velocidades, con un dinamofreno o un freno prony.
Estos procedimientos de ensayo incluyen recomendaciones para llevar y realizar pruebas generalmente aceptables para determinar las caracterı́sticas de funcionamiento de máquinas continuas
convencionales. Las pruebas en esta guı́a usada para controlar el funcionamiento de máquinas
continuas se dividen en: exámenes, pruebas de la determinación del funcionamiento, prueba de
temperatura, pruebas misceláneas.
Las pruebas para determinar el funcionamiento y la temperatura son hechas generalmente para
determinar el funcionamiento de una máquina continua.
Estos procedimientos incluyen recomendaciones para la realización de informes y pruebas de
aceptación general para determinar las caracterı́sticas de rendimiento convencionales de máquinas
de corriente continua.
Las pruebas misceláneas se emprenden a menudo para proporcionar la información adicional
referente a una máquina especı́fica de C.C.
Los instrumentos de tipo analógico o digital se puede utilizar en las pruebas, pero los factores
que afectan la exactitud, de los instrumentos no electrónicos, o analógicos son: sobrecarga de la
fuente, calibración de la componente en los terminales, el rango, la condición, y la calibración del
instrumento.
También se puede utilizar osciloscopios para ver que las señales de voltaje y de corriente estén
dentro de las dimensiones esperadas por la máquina. La potencia de entrada de la armadura
se puede medir directo usando un vatı́metro u otros medios de medida, en donde el producto
instantáneo del voltaje y de la corriente es un promedio del tiempo.
En potencia rectificada, la potencia de entrada de la armadura se puede medir directo usando
un vatı́metro u otros medios de la medida en donde el producto instantáneo del voltaje y de la
corriente es un promedio del tiempo. La fuente de alimentación debe ser tal que necesite un mı́nimo
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MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.144
ajuste durante las lecturas de la prueba que se está tomado. Generalmente debe ser suficientemente
del tamaño y de tal condición que su operación no influya en la máquina bajo prueba. También
se pueden usar fuentes con potencia rectificada cuyas formas de onda deben ser o estar libres de
disturbios e inestabilidad.
Otro tipo de prueba que se destaca en las máquinas de C.C es la dirección de rotación del eje,
cuando la dirección no es especificada la norma nos dice que el giro a la derecha es para motores y
a la izquierda para generadores. Para la medición de la resistencia en la máquinas de C.C se utiliza
el mismo procedimiento que para las maquinas de inducción y sı́ncronas sin olvidar la corrección
de la misma a la temperatura de la prueba. En el caso de la medida de resistencia del bobinado de
armadura existen tres métodos para realizar este procedimiento dependiendo de las caracterı́sticas
de la máquina. En las máquinas no compensadas la medida de la resistencia de los devanados de
campo se mide directamente en sus terminales. Para el bobinado de campo serie la resistencia debe
medirse en todos los terminales de cada bobinado.
Una de las medidas comunes en las máquinas de C.C es la medida en el entrehierro, que incluye
la verificación de la instalación correcta de los polos principales, la prueba de la deformación posible
del rodamiento o del soporte de rodadura, y del montaje apropiado del rotor con respecto al estator.
Las medidas de la polaridad y de la caı́da de la impedancia de las bobinas de campo también
son realizadas en las máquinas de C.C. Cada polaridad de la bobina de campo se debe comprobar
independiente esto se realiza con una brújula o con la regla de la mano derecha.
Para la prueba de vibración del motor causada por asimétrica mecánica o electromagnética se
debe medir usando una fuente inferior de corriente continua tal como un generador. Tales medidas
se hacen generalmente sin ninguna carga y a la velocidad especificada usando una balanceadora
en la extensión del eje.
Para determinar el funcionamiento de máquina de C.C se considera la verificación de la saturación, el arranque por separado, autoarranque, conmutación, etc. Estos procedimientos nos presenta
el método para obtener la regulación de la máquina de C.C excepto para maquinas con bobinados
en serie. La regulación de velocidad es para determinar la variación de velocidad del motor pues
la carga se disminuye uniformemente de carga especificada a sin carga con voltaje constante de
la armadura y la corriente de campo constante. El propósito de la regulación de voltaje es para
determinar el cambio del voltaje en los terminales acompañado del traslado gradual de los valores
de corriente especificada de la armadura con el ajuste principal de campo para el voltaje de la
carga especificada sin perturbaciones.
Para la prueba de eficiencia estas se determinan para el voltaje y la velocidad especificados.
Las pérdidas en las máquinas de C.C se pueden realizar analizando las pérdidas por ventilación,
pérdidas rotatorias que son determinados por cálculos de las medidas de la potencia de entrada
requerida para hacer arrancar la máquina bajo condiciones especificadas usando el método de
entrada de potencia mecánica, el método de entrada de potencia eléctrica, o usando el método
retardado; las pérdidas mecánicas consiste en arrancar la máquina de prueba sin carga con un
dinamofreno o con un motor convenientemente calibrado.
Las pruebas de temperatura se hacen para determinar el aumento de la temperatura sobre la
temperatura ambiente de piezas especificadas de la máquina continua, cuando están sujetadas a la
carga especificada, también sobre los devanados inductores, de la armadura, rodamientos etc. Dentro de las pruebas misceláneas de una máquina de C.C se realizan la medida de las caracterı́sticas
perceptibles del ruido a los que esta expuesta la máquina; las formas de onda de la tensión corriente
utilizando osciloscopios en este caso digitales con los que se cuenta actualmente en el laboratorio;
la medida de la inductancia de la armadura (saturada y no saturada). Otra prueba importante
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es la de la corriente del eje que puede causar problemas en los rodamientos de los motores o en
equipos conectados. Los rodamientos o el eje, o ambos, pueden ser dañados.
CAPÍTULO 3.
MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.146
RECOMENDACIONES:
Para realizar las pruebas de medición de la resistencia en los devanados de las máquinas rotativas
se tiene que tener en cuenta el método a utilizarse y con el equipo con el que se cuenta en el
laboratorio y además hacer la corrección de a la temperatura de la prueba.
Los dinamofrenos deberán cumplir con las condiciones que los valores medidos o mostrados no
deberán exceder el 15 % del valor de salida de la máquina bajo prueba.
Para la medición de la velocidad en las máquinas rotativas es recomendable utilizar tacómetros
digitales con errores no mayores a ±1.0 r/min., para que no influya en gran escala con el cálculo
del deslizamiento.
No se pretende que esta guı́a se referirá a todas las pruebas posibles, o pruebas de carácter de
investigación, pero sólo los métodos más generales que pueden ser utilizados para obtener datos
de rendimiento. Esta guı́a no debe interpretarse como una exigencia de la realización de cualquier
prueba especı́fica en una determinada transacción o lo que implica una garantı́a para cumplir con
los ı́ndices de rendimiento especı́ficos o condiciones de funcionamiento.
Debido que en algunas pruebas se utiliza altas tensiones, lo que podrı́a causar lesiones personales
graves o la muerte, las pruebas deben ser realizadas sólo por personal experimentado, y se deben
tomar las precauciones necesarias y adecuadas de seguridad para evitar tales lesiones al personal
o daños a los equipos utilizados para realizar dichas pruebas.
Después de una prueba con alta tensión, el equipo utilizado debe estar conectado debidamente
a tierra.. En muchos casos, la conexión a tierra debe mantenerse durante varias horas para disipar
la carga para evitar el peligro hacia el personal.
Bibliografı́a
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IEEE Guide: Test Procedures for Direct-Current Machines. IEEE, 1(113):38, 1985.
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1(112):64, 1996.
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ANEXOS
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INDUCCIÓN
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