pre informe ms-1 munzenmayer-neira-victtoriano.docx

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

Laboratorio Conversión Electromecánica de la Energía

PREINFORME

CICLO MÁQUINA SINCRÓNICA Grupo Nº1 Sección Viernes

Alumnos Helmuth Munzenmayer Francisco Neira Walter Victtoriano

Docentes Rubén Peña

Leonardo Palma

Concepción, 18 de Marzo 2016.

DEPARTAMENTO INGENIERÍA ELÉCTRICA FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN

Introducción:

El presente pre informe se muestra la primera experiencia correspondiente a las maquinas sincrónicas, en donde esta se analizara su comportamiento (como generador) conectado a una máquina de corriente continua (MCC), obteniendo datos y conclusiones ya predichas desde la teoría.

Objetivos:

Visualizar la curva de excitación de la maquina sincrónica e identificar el efecto de la velocidad y entender los procesos de saturación e histéresis

Reconocer y entender la dependencia potencia activa-frecuencia y potencia reactiva-voltaje en la operación aislada.Identificar los mecanismos para el control de la frecuencia y voltaje en terminales.

Realizar ensayos para obtener los parámetros eléctricos de la maquina sincrónica.

1.- Observar y anotar las características de placa y constructivas del grupo motor impulsor-maquina sincrónica a ensayar. Identificar tipo de montaje, tipo de carcasa y tipo de ventilación del motor impulsor y maquina sincrónica. Visualizar tipo de rotor, tipo de estator anillos rosantes y sistema basculante del estator de la maquina a ensayar.

Tabla 1: Datos de placa de la maquina sincrónica

Máquina SincrónicaFabricante Compton Parkinson

No de Serie FA262B101

Tensión nominal 380 V

Corriente nominal 7.6 A

Frecuencia 50 Hz

Velocidad 1500 rpm

No de Polos 4 Polos

Factor de Potencia 0.8 (inductivo)

Potencia 5KVA

Tensión de Excitación 230 Vdc

Corriente de Excitación 1.5 A

Aislamiento Clase E

Tipo de Rotor Polos salientes

Tipo de Estator Fijo

Anillos Rosantes 6 (2 por fase)

Tipo de Ventilación Autoventilado

Tipo de Carcasa Fierro fundido

Lubricación Grasa

Tipo de Montaje Vigas rotatorias


Tabla 2: Datos de placa de la maquina corriente continua.

Máquina de Corriente Continua

Fabricante Compton Parkinson

No de Serie F371A566

Tensión nominal 230 Vdc

Corriente nominal 27.9 A

Potencia 7 HP

Velocidad 1400-1600 rpm

Aislación Clase E

Tipo de Conexión Shunt

Tipo de Montaje Base Metálica Acoplada a la MS

Tipo de carcasa Fierro Fundido

Tipo de ventilación Autoventilada

Acoplamiento Por Eje Directo

2.- Identificar reactores, resistencias y variac que se utilizaran para la implementación de carga variable, factor de potencia 0.8. Familiarizarse con la conexión resistiva-inductiva disponible para obtener el factor de potencia indicado. Pre calcular los valores de corriente resistiva para las distintas cargas requeridas.

La carga resistiva mostrada en la Figura 1 puede ser utilizada en forma monofásica y trifásica, además se puede variar la misma yendo desde 0 a 5 [kW] con un aumento mínimo posible de 0.5 [kW]. Además se muestran los datos de placa en la tabla 3.

Figura 1: Banco de Resistencias.


Tabla 3: Datos de placa del Banco de Resistencias.

Tipo TrifásicoTensión nominal 380 [V]

Frecuencia 50 [Hz]Potencia 0 – 4 [kW]

Figura 2: Variac trifásico.

Tabla 4: Datos de placa del Variac.

Tipo TrifásicoTensión primario 380 [V]Tensión secundario 0 – 380 [V]Frecuencia 50 [Hz]

En primer lugar, se analizará una de las fases de las cargas, considerando tensión y corriente nominal de la maquina sincrónica con factor de potencia de 0,8 (i).Se tiene:

V fase=V linea√3

=380√3

=219.39 [V ]

V linea√3

=Zc ∙∨I nom∨∙cos−1(0.8)

Zc=380√3∙ 17,6

∡36,87 °=28,867∡36,87=23,094+17,32 j [Ω ]

Ya que el banco de resistencias R está en paralelo con el inductor variable XL, se tiene que:

Zc=( 1R

+ 1j X L )

−1

=( j XL+RR ∙ X L j )−1

=j X L ∙Rj X L+R

Multiplicando en el numerador y denominador por el conjugado de R+ j X L

Zc=XL

2RXL

2+R2 + jR2X LXL

2+R2Si secalcula latangente del ángulode Zc, se tiene:

tg (36.87 ° )=R2X LXL

2+R2 ∙X L

2+R2

X L2 R

= RXL


Así, R = 0,75 X L Igualando las partes reales de las ecuaciones anteriores, es decir

23,094=X L

2RXL

2+R2 =X L

2 0,75 XLXL

2+(0,75 X L)2

Despejando X L

23,094 X L2 + 12,99 X L

2=0,75 XL3

23,094 + 12,99 ¿0,75 X L

A lo que se llega que X L=48,112 [Ω ]

Así, R = 36,084 [Ω ]

Finalmente, utilizando la ley de Ohm se obtienen los valores de las corrientes resistiva e inductiva:

I L=V L

j XL=

380√3

j 48,112=4,56∡−90 ° [A ]

IR=V L

R=

380√3

36,0843=6,08[ A]

2.1 Carga resistiva: Identifique el banco de resistencia con el cual va a trabajar. Complete la siguiente tabla para cada uno de los bancos que vaya a utilizar.

Tabla 5: Identificación del banco de resistencias.

Banco No 1

Potencia (kW) Voltaje (V) Resistencia (Ω) Corriente (A)


2.2 Seleccione tres inductores similares posibles para aplicar carga inductiva balanceada. Especifique la conexión a utilizar. Pre calcule el valor de inductancia y corriente necesaria para la carga resistiva y resistiva + inductiva requerida. Investigue como obtener una inductancia variable a partir de un inductor fijo y un variac.

Figura 3: Conexión de inductancia variable a la MS

2.3 Visualizar panel de comando y anotar disposición de circuitos. Identificar suministro de fuerza CA y CC, y suministro de control protecciones y los circuitos de los motores.

Figura 4: Panel de comandos de control de la maquina sincrónica y máquina de corriente continua


Figura 5: Tablero

Del panel de comando se visualizó que en el sector izquierdo de este se encuentra los controles y terminales de la maquina DC. Se observó que se tiene un suministro de 220 V para posibles conexiones de instrumentos a utilizar en esta experiencia. En el sector derecho del panel, se encuentran los terminales de la maquina sincrónica de polos salientes.

También consta de un suministro de 230 para la maquina continua y uno de 380 para sincrónica. Para medir la velocidad de la MS, el panel tiene incorporado un tacómetro análogo, además de un medidor digital ion 7300 para poder realizar otro tipo de medición necesaria como el factor de potencia, potencia reactiva, entre otras cosas.

Bajo panel, se encuentran 3 resistencias de control, las cuales son la resistencia de partida y resistencia de campo de la maquina continua y resistencia de campo de la maquina sincrónica.

Trabajo de laboratorio:

1.- Curvas de excitación

Obtenga las características de excitación en vacío para el 80% y 100% de la velocidad nominal. Tomar lecturas para valores siempre crecientes de la corriente de campo (hasta 125% de la corriente nominal) y luego, siempre decrecientes (tomar 12 lecturas).

Sistema de partida (MCC como fuente impulsora- MS generador):

La partida de la máquina sincrónica se realiza por medio de un motor externo, que en el caso del laboratorio consiste en el motor de corriente continua que se encuentra acoplado mecánicamente por el rotor. Este motor debe acelerar a la máquina sincrónica hasta alcanzar su velocidad de sincronismo de 1500 [rpm].

Una vez listo el diagrama de conexiones e instrumentación a utilizar se puede proceder a la partida de la máquina, el cual se describe a continuación.

1. En la máquina de corriente continua y en la máquina sincrónica se verifican que las resistencias de partida al máximo y de campo se encuentren en su valor mínimo.

2. Se conecta la excitación de 230 [VDC ] de la máquina de corriente continua y se empieza a disminuir gradualmente la resistencia de partida hasta el mínimo donde el electroimán entra en funcionamiento. Esto provoca que aumente la corriente. Se observó que la partida debía ser lo más suave posible, porque se producía un salto desde 0 a 500 [rpm] en el que la corriente de campo aumentaba bruscamente hasta valores cercanos a los nominales.

3. Con la resistencia de campo se procedió a regular la velocidad observando el tacómetro del panel hasta que se alcanzó la velocidad requerida de 1500 [rpm].


4. Luego de tener la máquina a velocidad nominal se energizó el campo de la máquina sincrónica. Esto se realizó con el fin de regular la tensión de armadura, el cual se varió mediante la Rf de la MS disminuyéndola hasta obtener la tensión nominal.

A continuación se registraran los valores del voltaje inducido, mientras se aumentaba progresivamente la corriente de campo If hasta un 125% de su valor nominal. Luego se registran los datos análogamente al caso anterior, pero con la corriente de campo If de la MS decreciendo hasta llegar a un valor cercano a cero. Esta prueba se realiza dos veces, en la primera al 80% de la velocidad nominal, y la segunda para el 100%.

Figura 6: Set-up curvas de excitación.

1.1 Para 80% de la velocidad nominal (n=1200rpm)

Tabla 6: Mediciones para 1200 rpm.

Corriente de Campo (A) Tensión inducida (V) para corriente de campo creciente

Tensión inducida (V) para corriente de campo decreciente

1.2 Para 100% de la velocidad nominal (n=1500rpm)


Tabla 7: Mediciones para 1500 rpm

Corriente de Campo (A) Tensión inducida (V) para corriente de campo creciente

Tensión inducida (V) para corriente de campo decreciente

2.- Determinación de las Impedancias Sincrónicas.

Realizar las pruebas necesarias para la determinación de los parámetros de eje directo y cuadratura.

a) Aplicando excitación reducida, obtener la característica de cortocircuito de la máquina sincrónica haciendo variar la corriente de armadura hasta alcanzar un 125% de su valor nominal. A continuación, evaluar la incidencia de la velocidad de rotación en los valores de la característica de cortocircuito. Para ello, con la máquina en cortocircuito y a corriente de armadura nominal, aumentar y disminuir la velocidad en +/- 10%, observando si hay variación en las magnitudes medidas.

Sistema de partida (MCC como fuente impulsora- MS generador). Una vez estando la MS a velocidad nominal, se baja la resistencia de campo de esta máquina hasta alcanzar un 125% de la corriente nominal de armadura mientras se registraron los valores de la corriente de campo y armadura y con estos datos. Luego se repite esta prueba para un +/- 10% de la velocidad nominal de la MS, tras previa modificación de la resistencia de campo del motor de corriente continua.


Figura 7: Figura 5: Set-up curvas de coci.

Tabla 8: Mediciones curva de coci.

Corrientede Campo

(A)

Corriente dearmadura (A)n=1200 rpm



b) Medir la resistencia de armadura. Explique cómo medirá la resistencia de armadura. Complete la siguiente tabla:

Esta medición se realiza mediante un puente de Wheatstone, que se conecta a los terminales de armadura, se miden y calculan las 3 bobinas.

Figura 8: Set-up medición resistencia de armadura.


Tabla 9: Mediciones de las resistencias de armadura.

Bobinado Resistencia (Ω) Resistencia (0/1)

c) Efectuar la prueba de bajo deslizamiento. Conectando la armadura a tensión reducida, y con campo abierto, impulsar el rotor a una velocidad cercana a la de sincronismo. Observar la fluctuación de la corriente de armadura y anotar valores máximos y mínimos. Usando osciloscopio de dos canales observar la corriente de armadura y de la tensión inducida en el campo. Ajustar osciloscopio a aproximadamente dos ciclos de la frecuencia de deslizamiento. Hacer trazos aproximados de las formas de onda manteniendo la relación de fase entre ellas, anotando valores de escalas de amplitud y tiempo.

Sistema de partida (MCC como fuente impulsora- MS generador). Se conecta un variac trifásico a los terminales de armadura con una tensión reducida que fue un 10% del valor nominal (38 V), teniendo en cuenta que el circuito del campo se encontraba abierto. Ahora con la MCC acoplada a la MS, se usa para llevar a la máquina sincrónica a una velocidad cercana al sincronismo, que fue 1490 rpm. Se registran en la pantalla del osciloscopio los valores máximos y mínimos de corriente de armadura y tensión de campo, a su vez se registran las formas de onda de la corriente de armadura y tensión inducida en el campo a través de un osciloscopio.

Tabla 10: Mediciones Prueba Bajo Deslizamiento.

Velocidad (rpm) Voltaje de armadura (V)

Valor máximo de amplitud corriente de armadura (A)

Valor mínimo de amplitud corriente de armadura (A)


Figura 9: Set-up prueba bajo deslizamiento.

3.- Características en Carga.

Estudie la dependencia Potencia Activa-frecuencia y Potencia reactiva-Voltaje en la operación aislada. Identificar los mecanismos para el control de la frecuencia y voltaje en terminales.

a) Máquina no Regulada: Llevar la máquina sincrónica a condición de media carga y ajustar tensión y frecuencia nominal (380 V, 50 Hz). Con la excitación dejada fija en esta condición, estudiar los efectos de agregar cargas puramente resistivas y puramente inductivas sobre la tensión en bornes y la frecuencia. Recorrer rango entre 50% y 100% de la carga nominal. Tomar nota de las condiciones iniciales y finales de voltajes, corrientes, frecuencias y factor de potencia. Sistema de partida (MCC como fuente impulsora- MS generador)Se lleva la máquina a condición de media carga mediante el conjunto MCC-MS. La máquina sincrónica se conecta en primera instancia a cargas resistivas puras, hasta que la corriente de armadura alcanza el 50% de su valor nominal; la tensión se ajusta al valor nominal mediante la corriente de campo de la MS y la frecuencia mediante la resistencia de campo de la MCC que controla la velocidad del conjunto, hasta que alcanza los 50Hz. Posteriormente, bajo estas condiciones de tensión y frecuencia, se estudia los efectos de agregar cargas puramente resistivas y puramente inductivas sobre la tensión en bornes y frecuencia. Para esto se recorre el rango de 50% a 100% de carga nominal y se anota las condiciones iniciales y finales de voltajes, corrientes, frecuencias y factor de potencia.Para hacer el procedimiento con carga inductiva pura se utiliza un inductor variable el cual se obtiene utilizando un variac trifásico. El primario se conecta a la armadura de la MS y el secundario a los 3 inductores conectados en estrella. Se procede a variar la carga inductiva desde el 50% hasta el 100% de la corriente nominal de armadura mediante la perilla del variac.


Tabla 11: Carga puramente resistiva (50% carga hasta 100% carga).

Potencia (W)Velocidad

(rpm)Voltaje (V)

Corriente de armadura (A)

Frecuencia (Hz)

Factor potencia

Tabla 12: Carga puramente inductiva (50% carga hasta 100% carga)

Potencia (VAR)

Velocidad (rpm)

Voltaje (V)Corriente de armadura (A)

Frecuencia (Hz)

Factor potencia

b) Máquina con frecuencia controlada: Efectuar los ensayos en carga V = f(Ia) del generador para consumos equilibrados de factor de potencia unitaria y 0.8 inductivo, con la máquina operando a su velocidad sincrónica. Ajustar la excitación a su valor nominal. Mantener constante durante los ensayos la frecuencia y la corriente de campo. Obtener puntos hasta un 125% de la corriente de armadura nominal.

Sistema de partida (MCC como fuente impulsora- MS generador)Para estudiar el efecto del factor de potencia en la regulación de voltaje, se ajusta la excitación a su valor nominal mediante la resistencia de campo Rc y se procura no superar la corriente de excitación nominal de la MS. Durante el ensayo se mantiene la frecuencia y la corriente de campo en sus valores nominales durante cada vez que se variará la carga, bajo estas condiciones se conectan las cargas puramente resistivas y posteriormente la de factor de potencia 0.8 inductivo, así se registran puntos hasta que se alcanzó el 125% de la corriente nominal de armadura.


f.p.=1.0 f.p.=0.8(i)Voltaje

(V)Corriente de

armadura (A)Voltaje

(V)Corriente de

armadura (A)

Figura 10: Set-up Características en carga.

Lista de instrumentos

Voltímetro AC 0 – 300 – 600 (V) Yew. Voltímetro DC 0 – 300 – 600 (V) Yew. Voltímetro DC 0 – 300 – 600 (V) Yew. Amperímetro DC 0 – 1 – 3 – 10 (A) Yew. Amperímetro DC 0 – 3 - 10 – 30 (A) Yew. Amperímetro AC 0 – 2 – 5 – 20 – 50 (A). Amperímetros de inducción. Osciloscopio Tektronix Sonda diferencial de corriente. Sonda diferencial de voltaje Tacómetro digital. Puente de wheastone. Multimetro digital Metermann 37 XR

pre informe ms-1 munzenmayer-neira-victtoriano.docx

Documents