Ensayo de una MS funcionando como Generador Independiente

UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA
CARRERA:
INGENIERÍA ELÉCTRICA
CÁTEDRA:
MAQUINAS ELÉCTRICAS II
PROFESOR: ING. POTERAYCHKE ALBERTO A
J.T.P.:
ING
CURSO/AÑO :
GRUPO Nº:
Integrantes / Responsable
LEGAJO
TRABAJO PRÁCTICO Nº 3
Ensayo de Una Máquina Sincrónica
Funcionando Como
Generador Independiente
FECHA DE PRESENTACIÓN
1ra Presentación
OBSERVACIONES:
CALIFICACIÓN
INDICE
1) Alcance
2) Objetivos
3) Referencias
4) Descripción de los Ensayos a Realizar
5) Procedimientos de Cálculos
6) Equipos e Instrumentos Utilizados
2
1) ALCANCE
La presente servirá de guía de trabajos prácticos a los alumnos de la carrera de Ingeniería Eléctrica
de la Universidad Tecnológica Nacional F.R.B.A.
2) OBJETIVO
El Objetivo es lograr que los alumnos reafirmen los conceptos teóricos en el funcionamiento de las
maquinas sincrónicas polifásicas
El alumno verificara si el modelo teórico propuesto se corresponde con el funcionamiento real de la
maquinas.
3) REFERENCIAS
El alumno deberá tomar como referencia para el desarrollo del trabajo practico, las clases teóricas y
la bibliografía recomendada por la cátedra.
4) DESCRIPCION DE LOS ENSAYOS A REALIZAR EN EL LABORATORIO
4.1 Maquina Sincrónica a Ensayar
Se utilizara para este ensayo una Maquina Sincrónica trifásica con neutro 3*400/231V 50 Hz,
con los siguientes datos obtenidos de la placa de característica:
.
Pn
(KW)
Un (Y)
(V)
In
(A)
Cos
F
(Hz)
ns
I fn
(rpm)
(A)
Marca
Nº
Serie
4.2 Ensayos Para la Determinación de los Parámetros Característicos
 El objetivo a lograr en el laboratorio será obtener las siguientes características:
a) Medición Resistencias Estatoricas y Rotoricas
b) Características de Magnetización en vació
c) En Cortocircuito
d) Características de Magnetización en Carga Inductiva Nominal (Punto de POTIER )
 Dibujar el esquema eléctrico de conexión de equipos e instrumentos utilizado en el ensayo

Ensayo para la Medición de la Resistencias Estatoricas
En cada una de las fases del arrollamiento del estator se medirá la resistencia estatorica
utilizando el doble puente de Thomsom como instrumento de medición; se medirá
además la temperatura del mismo arrollamiento.
Ru
Rv
Rw
( ) ( ) ( )
3
 Ensayo para la determinación de la característica de vació
E  f (I f ) ; I a  0
El ensayo de vació o característica de magnetización del generador sincrónico se realizara
con el rotor girando a velocidad sincrónica ( ns ) y sin corriente en el arrollamiento de
armadura.
Si en estas condiciones inyectamos una corriente continua al arrollamiento de excitación,
se obtendrá una tensión trifásica inducida de 50 Hz no mayor al 130 % Un
Se obtendrán 9 valores entre 0% y el 80% de Un, y 10 valores entre el 80% y el 130% de
Un, variando la corriente de excitación. I f y manteniendo constante la velocidad
sincrónica
Ensayo Vació
Nº2
E=U
(V)
If
(A)
n
(rpm)
1,30 *U n
1,25*U n
1,20 *U n
1,15*U n
1,10 *U n
1,05*U n
1,00 *U n
0,95 *U n
0,90 *U n
0,85 *U n
0,80 *U n
0,70 *U n
0,60 *U n
0,50 *U n
0,40*U n
0,30 *U n
0,20*U n
0,10 *U n
0,0 *U n
Observar la influencia de la variación de velocidad en la tensión inducida y la
frecuencia, manteniendo constante la corriente de excitación.

Ensayo para la Determinación de la Característica en Cortocircuito
I a  f (I f )
Este ensayo se realizara con el rotor girando a velocidad sincrónica ( ns ) y con los
bornes del arrollamiento de armadura en cortocircuito.
Si en estas condiciones inyectamos una corriente continua al arrollamiento de
excitación, se obtendrá una corriente de armadura trifásica de 50 Hz, no mayor a la
corriente nominal.
4
Se obtendrán 5 pares de valores
I a  f (I f ) entre los límites de la corriente de
armadura (0% al 100% In), variando la corriente de excitación I f
y manteniendo
constante la velocidad sincrónica.
Ensayo Ccto.
Nº 3
Ia
If
(A)
(A)
n
(rpm)
1,0 * I n
0,8 * I n
0,6 * I n
0,4 * I n
0,2 * I n
Observar la influencia de la variación de velocidad en la corriente de armadura y la
frecuencia, manteniendo constante la corriente de excitación
 Ensayo para la Determinación de la Características de Magnetización en Carga Inductiva
Nominal (Punto de POTIER )
Este ensayo se realizara con el rotor girando a velocidad sincrónica ( ns ) y conectados a
los bornes del arrollamiento de armadura una carga inductiva pura trifásica
En estas condiciones se inyectara una corriente de excitación que permita lograr una
tensión y corriente de armadura lo más cercano a los valores nominales con factor de
potencia nulo inductivo ( U a U n -- I a  I n -- Cos  0 )
Ensayo Punto Potier
Nº 4
Ua
Ia
If
(V)
(A)
(A)
n
(rpm)
4.3 Ensayos Para la Determinación de la Característica de Magnetización
en Carga Inductiva y Capacitiva pura.
 Con Carga Inductiva Pura
Este ensayo se realizara con el rotor girando a velocidad sincrónica ( ns ) y conectados a
los bornes del arrollamiento de armadura una carga inductiva pura trifásica
Partiendo del punto de Potier logrado en el ensayo anterior, se reducirá la carga inductiva
y al mismo tiempo se modificara la corriente de excitación de tal forma de mantener
constante la corriente de armadura I a 
Se obtendrán 5 pares de valores
In
.
2
U a  f ( I f ) entre los límites de la tensión de armadura
(0% al 100% Un), variando la corriente de excitación I f y manteniendo constante la
Corriente de armadura y la velocidad sincrónica.
U a f (I f ) para ( I a  Cte) y Cosinductivo  0 )
5
Ensayo
Característica magnetización Inductivo
Nº 5
Ia 
In
2
 Cte
(A)
Ua
If
(V)
(A)
n
(rpm)
 Con Carga Capativiva Pura
Este ensayo se realizara con el rotor girando a velocidad sincrónica ( ns ) y conectados a los
bornes del arrollamiento de armadura una carga capacitiva pura trifásica
Partiendo del punto de Potier logrado en el ensayo anterior, se conectar la carga capacitiva
y al mismo tiempo se modificara la corriente de excitación de tal forma de mantener
constante la corriente de armadura I a 
Se obtendrán 3 pares de valores
In
.
2
U a  f ( I f ) (se verificara que la tensión de armadura no
supere el 150 % Un) variando la corriente de excitación I f y manteniendo constante la
Corriente de armadura y la velocidad sincrónica.
( U a f ( I f ) para ( I a  Cte) y CosCapacitivo
 0)
Ensayo
Característica magnetización Capacitivo
Nº 6
Ia 
In
2
(A)
 Cte
Ua
If
(V)
(A)
n
(rpm)
Se verificara el principio de auto excitación
4.4 Ensayo Para la Determinación de la Característica Externa.
 Ensayo para la Determinación de la Corriente de Excitación Nominal
Este ensayo se realizara con el rotor girando a velocidad sincrónica ( ns ) y conectados a los
bornes del arrollamiento de armadura dos bancos trifásicos de carga uno de resistencia y
otro de inductancia.
En estas condiciones se inyectara una corriente de excitación tal que me permita lograr las
condiciones nominales del generador es decir se deberá obtener.
( U a U n ; I a  I n ; Cos  Cosn )
La forma práctica de lograrlo será:
a) Se inyecta corriente de excitación hasta obtener en vació
Un
6
b) Se conecta solamente el banco de inductancias y se sube la corriente de excitación
hasta obtener U n y I a  I n * SEN N
c) Se desconecta el banco de inductancias y se conecta solamente el banco de
resistencias y se sube la corriente de excitación hasta obtener U n y I a  I n * COS N
(Verificar que la maquina de impulso no se exceda en potencia )
d) Se conectan en paralelo ambos bancos de resistencia y de inductancia (sin modificar los
valores ajustados ) y se ajusta luego la corriente de excitación hasta obtener la U n
e) Lugo de logrado el punto nominal ( lo mas cercano posible ) se registran todos los
valores
Ensayo Directo
Nº 7
Un
In
Pn
Qn
(V)
(A)
(W)
(VAr)
ns
COSn
(rpm)
I fn
Nominal
(A)
 Ensayo Directo
Luego de alcanzado el punto nominal se desconectara las cargas inductivas y resistivas,
manteniendo la corriente de excitación antes lograda, luego se ajustara la velocidad del
rotor a la velocidad sincrónica.
En estas se medirá la fuerza electromotriz en vació, que nos permitirá determinar la
regulación.
 Ensayo para la Determinación de la Característica Externa con Resistencia
Este ensayo se realizara con el rotor girando a velocidad sincrónica ( ns ) y conectados a los
bornes del arrollamiento de armadura un banco trifásicos de carga de resistencia
En estas condiciones se inyectara una corriente de excitación nominal I fn del mismo valor
que el medido en el ensayo anterior.
Manteniendo constante la velocidad sincrónica y la corriente de excitación se obtendrán 4
pares de valores U a  f ( I a )
Ensayo
Característica Externa Con Carga
Resistiva
Nº 8
Ua
Ia
I fn
ns
(V)
(A)
(A)
(rpm)
 Ensayo para la Determinación de la Característica Externa con Inductancia
Este ensayo se realizara con el rotor girando a velocidad sincrónica ( ns ) y conectados a los
bornes del arrollamiento de armadura un banco trifásicos de carga de Inductivaia
En estas condiciones se inyectara una corriente de excitación nominal
I fn del mismo valor
que el medido en el ensayo anterior.
Manteniendo constante la velocidad sincrónica y la corriente de excitación se obtendrán 4
pares de valores U a  f ( I a )
7
Ensayo
Característica Externa Con Carga
Inductiva
Nº 9
Ua
Ia
I fn
ns
(V)
(A)
(A)
(rpm)
 Ensayo para la Determinación de la Característica Externa con Capacitancia
Este ensayo se realizara con el rotor girando a velocidad sincrónica ( ns ) y conectados a los
bornes del arrollamiento de armadura un banco trifásicos de carga de capacitares
En estas condiciones se inyectara una corriente de excitación nominal I fn del mismo valor
que el medido en el ensayo anterior.
Manteniendo constante la velocidad sincrónica y la corriente de excitación se obtendrán 4
pares de valores U a  f ( I a )
Ensayo
Característica Externa Con Carga
Capacitiva
Nº 10
Ua
Ia
I fn
ns
(V)
(A)
(A)
(rpm)
5) PROCEDIMIENTOS DE CALCULOS
5.1 Determinación de los Parámetros Característicos
 Con los datos obtenidos en los ensayos obtenidos en el punto Nº 4.2 se realizara lo
uiente:
a) Referir las resistencias de armadura y de excitación a la temperatura de 75ºC
b) Construir en un mismo grafico coordenado (Nº1) eligiendo escalas adecuadas (en
múltiplos de 2- 5-10) y en papel milimetrado lo siguiente
La característica de magnetización en vació E  f ( I f ) (Tensión de Fase) para I a  0
La característica de Cortocircuito
I a  f (I f )
El punto de Punto de Potier
c) Utilizando el Grafico Anterior construir el triángulo de POTIER y determinar la reactancia
de dispersión ( x ) y el factor de reacción de armadura ( )
d) Justificar las característica de vació y la de cortocircuito e indicar para cada una de ellas
si se modifican cuando se hace girar la maquina a otra velocidad que la sincrónica.
e) Dibujar el circuito equivalente y el fasorial correspondiente para la condición de vació y
de cortocircuito
f) Construir el grafico Nº2 ídem al grafico Nº1 pero sin indicar el punto de Potier
8
g) Calcular la Reactancia Sincrónica saturada para la condición de carga nominal
U n I n Cos n
5.2 Construcción de las Características de Magnetización en Carga
Inductiva y Capacitiva pura
 Con los datos de los ensayos obtenidos en el punto Nº 4.3 se realizara lo siguiente:
a) Construir el grafico Nº 3 la característica de magnetización en vació y luego se dibujaran
varios Triangulo de Potier sobre puntos arbitrario de la característica de vació, con los
datos ( x ) ( ) obtenidos en 5.1.c, y utilizando como valor de la corriente de armadura I a
inductiva , la obtenida en el Ensayo Nº 5,
b) Luego se trazara la característica de magnetización en carga inductivo interpolando y
extrapolando todos los vértices opuestos al triangulo de Potier.
c) Sobre el grafico Nº3 se dibujaran varios triángulos de Potier ídem a lo indicado en 5.2.a
pero utilizando como valor de la corriente de armadura I a capacitiva, la obtenida en el
Ensayo Nº 6,
d) Se ubicara sobre el grafico Nº3 los pares de valores obtenidos en el ensayo Nº 5 y Nº 6 y
se observara si estos se apartan de la característica de magnetización en carga
inductiva y capacitiva obtenido respectivamente en los puntos 5.2.b y 5.2.c
e) Dibujar el circuito equivalente y su diagrama fasorial de Potier o el también denominado
diagrama de Fuerzas Magnetomotrices para carga inductiva y capacitiva .
f) Conclusiones de los resultados comparativos
5.3 Construcción de la Característica Externa
 Con los datos de los ensayos obtenidos en el punto Nº 4.4 se realizara lo siguiente:
a) Construir en un mismo grafico Nº4 las características Externa ( U a
 f ( I a ) ) para
I f  Cte con carga resistiva , con carga inductiva y con carga capacitiva según los datos
de los ensayos Nº 8- Nº 9- Nº10
5.4 Calculo de la Regulación de una Maquina Sincrónica
a) Con los datos determinados en el punto 5.1c (reactancia de dispersión ( x ) y el factor
de reacción de armadura ( ) ) y con los datos obtenidos en el ensayo directo Nº 7
determinar la regulación por el método de POTIER y la corriente de Excitación
b) Con los datos determinados en el punto 5.1g (reactancia sincrónica saturada y con los
datos obtenidos en el ensayo directo Nº 7 determinar la regulación por el método de de
Kingsley y la corriente de Excitación
c) Con los datos determinados en el punto 5.1c (reactancia de dispersión ( x ) y el factor
de reacción de armadura ( ) ) y con los datos obtenidos en el ensayo directo Nº 7
determinar la regulación por el método normalizado IEEE y la corriente de Excitación.
d) Con los datos obtenidos en el ensayo directo determinar la regulación
e) Comparar los distintos métodos y sacar conclusiones
9
6) Equipos e Instrumentos Utilizados
Tipo
Instrumento o
Equipo
Alcances
Utilizados
Clase
Marca
Nº Serie
.
10