Universidad Nacional de La Plata

Facultad de Ingeniería

Area Maquinas e Instalaciones Electricas

Parametros

Maquina Sincronica

Escrito por:

Bruno Ezequiel Fossati Navarro

Comisión Jueves, turno1

Ing. Villegas, Claudio Gustavo

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Índice

1. Introducción………………………………………………………….…….. Pág. 3

2. Desarrollo…………………………………………………………….…..... Pág. 3

2.1. Ensayo en vacío. ..….….….…..….… …….….…..….…..….….….. Pág. 3

2.1.1. Objetivo………………………………………………………... Pág. 3

2.1.2. Mediciones en el ensayo de vacío…………………………. Pág. 3

2.1.3. Tabla de valores leídos ……………………………….……. Pág. 4

2.2. Resistencia de los arrollamientos estatóricos……….….………... Pág. 5

2.2.1. Objetivo………………………………………………………… Pág. 5

2.2.2. Mediciones de resistencia de los arrollamientos estatóricos Pág. 5

2.2.3. Tabla de valores leídos………………………………………. Pág. 6

2.2.4. Determinación de la resistencia promedio por fase de los bobinados

estatóricos……………………………………………………………… Pág. 6

2.3. Ensayo en cortocircuito ………………..……………………...……… Pág. 7

2.3.1. Objetivo…………………………………………...…………… Pág. 7

2.3.2. Mediciones en el ensayo en cortocircuito…...……………… Pág. 7

2.3.3. Tabla de valores leídos …………………………...…….…… Pág. 8

2.3.4 Determinación de la Reactancia e Impedancia Síncrona…… Pág. 8

2.4. Modelización: circuito equivalente………………………...……… Pág. 9

2.5. Gráficos………………………………………………………...……… Pág. 10

3. Análisis y conclusiones……………………………………………………. Pág. 11

2

1. Introducción:

En el presente laboratorio se estudia la máquina sincrónica trifásica, de rotor liso, funcionado como generador para obtener los parámetros del circuito eléctrico equivalente.

2. Desarrollo:

2.1. Ensayo en vacío

2.1.1. ObjetivoEste ensayo consiste en impulsar la máquina hasta su velocidad nominal, haciéndola funcionar como generador en vacío a su frecuencia nominal. Variando la corriente de excitación hasta obtener la tensión inducida en su valor nominal se obtiene la curva de magnetización de la máquina. Para bajas saturaciones, se obtiene una línea recta que parte desde un valor no nulo de la tensión debido al magnetismo remanente, curvándose luego a raíz de la saturación.

2.1.2. Mediciones en el ensayo en vacíoSe realizarán mediciones de la tensión en bornes, de la corriente de excitación y de la velocidad de la máquina. Los valores serán indicados en la tabla 1. El circuito que se utilizará junto con el listado

2.1.3. Tabla de valores leídos:

A partir del ensayo se obtuvieron los siguientes valores, representados en la tabla 1, de tensión de línea para distintos valores de corriente de excitación, siendo el primer valor la tensión debido al magnetismo remanente en el bobinado de excitación.

TABLA 1 – Medición de la tensión de línea en los bornes y de la corriente de excitación:

3

Tabla 1

Corriente de excitación

Tensión Inducida

[A] [V]

0 0,2132 15,34 32,66 45,48 54,6

10 60,9

Se realizó la transformación de la tensión medida (Tensión de línea - UL) a tensión inducida (Tensión de fase - UF) mediante la siguiente relación:

U F=U L

√3

2.2. Resistencia de los arrollamientos estatóricos

2.2.1. Objetivo

Esta medición se efectúa en corriente continua por el método de voltímetro - amperímetro, puente de Wheastone o con cualquier otro instrumento adecuado para tal fin y se mide entre cada par de bornes del estator, generalmente U, V y W, con independencia de la conexión del mismo, determinando así tres valores de resistencia RUV, RVW y RWU.

2.2.2. Medición de la resistencia de los arrollamientos estatóricos

Se aplicará el método de voltímetro y amperímetro. La corriente de medición no superará el 10 por ciento del valor nominal correspondiente a cada arrollamiento. Los valores leídos serán volcados en la tabla 2. El circuito que se utilizará junto con el listado de instrumentos y equipos auxiliares a utilizar se muestra a continuación

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2.2.3. Tabla de valores leídos:

TABLA 2.1 – Medición de la corriente y tensión entre cada par de bornes U, V y W:

Tabla 2.1

IUV VUV IVW VVW IWU VWU

[mA] [mV] [mA] [mV] [mA] [mV]496 255 495,6 252,8 492,9 259

Con los valores anteriores podemos calcular las resistencias RUV, RVW y RWU

mediante la siguiente relación:

Ruv=Uuv

I uv

TABLA 2.2 – Cálculo de las resistencias RUV, RVW, RWU

Tabla 2.2

RUV RVW RWU Ta

[Ω] [Ω] [Ω] [ºC]0,51 0,51 0,53 23

2.2.4. Determinación de la resistencia promedio por fase de los bobinados estatóricos

5

De la relación de resistencias de línea con la de fase tenemos

Ruv=Ru+Rv

Como las cargas las suponemos balanceadas y equilibradas

Ru=Rv=Rw

Entonces

Ruv=2. Ru

Como las resistencias calculadas en los devanados no son iguales calculamos un promedio para obtener una de las resistencias por fase, por ejemplo Ru

Ru=12

.(Ruv+Rvw+Rwu

3)

Así tenemos que la resistencia por fase a temperatura ambiente será:

Ru=0,26[Ω]

Para conocer la resistencia a la temperatura de funcionamiento debemos utilizar la siguiente relación

Ru (75 ºC )=Ru (Ta ) .( 234,5+75ºC234,5+Ta )

Habiendo medido la temperatura ambiente y siendo esta igual a 24ºC tenemos

Ru (75 ºC )=0,31[Ω]

2.3. Ensayo en cortocircuito2.3.1. Objetivo

Este ensayo consiste en impulsar la máquina hasta su velocidad nominal, haciéndola funcionar como generador con el bobinado estatórico cortocircuitado. Manteniendo siempre la velocidad constante y variando la corriente de excitación hasta obtener la corriente de armadura en su valor nominal obtenemos la característica de corto circuito. En este ensayo es importante mantener la velocidad constante porque en este caso la resistencia del estator no es despreciable. En aquellos casos en que si lo es (máquinas reales), como la corriente es proporcional a la f.e.m. que depende de la frecuencia e inversamente proporcional a la reactancia que también depende de la frecuencia, esta se cancela y hace que la corriente de cortocircuito no dependa de la frecuencia.

2.3.2. Mediciones en el ensayo en cortocircuito

6

7

2.3.3. Tabla de valores leídos:

TABLA 3 – Medición de la corriente de excitación y corriente de cortocircuito

Tabla 3

Iexc Icc

[A] [A]0 02 1,474 2,846 4,228 5,46

10 6,93

2.3.4. Determinación de la Reactancia e Impedancia Síncrona

Se denomina impedancia sincrónica (ZS) a:

Z s=√ X s2+Ru

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La reactancia sincrónica XS es constante cuando el hierro del inducido no está saturado (parte recta de la curva de magnetización). La reactancia síncrona no saturada puede deducirse de los datos en vacío y en cortocircuito. Para cada valor del campo de excitación, tal como Iexc, la intensidad en cortocircuito es ICC y la tensión inducida Ueh

tomada sobre la recta del entrehierro (obsérvese que puede tomarse esta tensión sobre la recta del entrehierro por estar trabajando la máquina en cortocircuito en condiciones no saturadas).Siendo la tensión por fase Ueh y la corriente por fase correspondiente ICC, despreciando la resistencia del devanado, podemos deducir el valor de la reactancia sincrónica no saturada XS(NS).

X s(NS)=U eh

I cc

Indicando el subíndice (eh) que las condiciones son las de la recta del entrehierro.Trabajando en las proximidades de la tensión nominal, siendo la tensión por fase U0 y la corriente por fase correspondiente ICC, despreciando la resistencia del devanado, podemos deducir el valor de la reactancia sincrónica saturada XS(S).

X s(S )=U 0

I cc

Puede demostrarse que la relación de cortocircuito es la recíproca del valor relativo de la reactancia sincrónica saturada siempre y cuando esta haya sido calculada para el valor de la tensión nominal. Denominamos relación de cortocircuito a la relación entre las corrientes de excitación necesarias para obtener la tensión nominal en circuito abierto y la intensidad nominal en cortocircuito.

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2.4. Modelización: circuito equivalente

Habiéndose realizado los ensayos precedentes estamos en condiciones de obtener un modelo que nos permita predecir estados de funcionamiento del dispositivo.Esto es común en la práctica de la ingeniería y al modelo se lo llama “circuito equivalente”.Debe quedar claro que el modelo será válido para las condiciones en las cuales fueron determinados los parámetros de la máquina.Al igual que cuando se estudia otros dispositivos polifásicos, es conveniente modelizar la máquina mediante un circuito equivalente por fase, el cual representa el efecto integrado de las acciones de las tres fases.De esta manera obtenemos el siguiente circuito equivalente, por fase, del generador sincrónico:

En el cual Ra es la resistencia por fase del inducido y Xs la reactancia síncrona o sincrónica por fase.

En las máquinas de potencia nominal hasta pocos centenares de kVA, la caída de tensión en la resistencia del estator no llega en general al 1% de la tensión nominal cuando la intensidad es igual a la nominal de la máquina. La reactancia de dispersión está normalmente comprendida entre 10% y 20%0 de la tensión nominal, y la reactancia síncrona no difiere mucho del 100% de la tensión nominal. En general, la resistencia relativa del inducido aumenta y la reactancia síncrona relativa disminuye al decrecer el tamaño de la máquina. Por lo tanto, salvo en las máquinas muy pequeñas, generalmente se desprecia la resistencia del estator, excepto en lo que concierne a sus efectos sobre las pérdidas y el calentamiento, y el circuito equivalente nos queda:

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2.5. Gráficos

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

1

2

3

4

5

6

GRÁFICO 2 - Curva característica de cortocircuito

Característica de cortocircuito

Corriente de excitación [A]

Corr

ient

e de

cor

toci

rcui

to [A

]

11

0 2.5 5 7.5 100

5

10

15

20

25

30

35

40

GRÁFICO 1 - Curva de magnetización de la máquina

Curva de magnetización de la maquina

Corriente de excitación [A]

Tens

ión

Indu

cida

[V]

3. Análisis y conclusiones:

Del ensayo de vacío podemos ver la curva de magnetización de la maquina la cual nos definirá las diferentes etapas de la reactancia sincrónica.

Del ensayo de cortocircuito se obtienen los parámetros del circuito equivalente determinando de esta forma la variación de la reactancia sincrónica. Esta variación está bien definida en tres sectores:

- La reactancia de transición debido al proceso de excitación de los bobinados.

- La reactancia sincrónica no saturada donde se mantiene aproximadamente constante y ocurre en el tramo donde la maquina todavía no se encuentra saturada.

- La reactancia saturada donde se produce un descenso del valor de la misma y ocurre en el tramo final debido a la saturación de la máquina.

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110

1

2

3

4

5

6

7

GRÁFICO 3 - Reactancia sincrónica

Reactancia sincronica no saturada Reactancia sincronica saturadaReactancia de transición

Corriente de excitación (Iexc) [A]

Reac

tanc

ia S

incr

ónic

a (X

s) [O

hm]