CARACTERISTICA EXTERNA DE LA MAQUINA SINCRONICA.

Laboratorio N°5

CARACTERÍSTICA EXTERNA DE LA MAQUINA SINCRÓNICA

1.-OBJETIVOS.-

Los objetivos del presente laboratorio son:

a).- Tomar conocimiento del funcionamiento en carga de una maquina síncrona

b).-Conocer el diagrama fasorial

c).-Evaluar y determinar la regulación de tensión

d).-Comportamiento de la maquina síncrona en función a variaciones de la carga

2.-MARCO TEÓRICO.-

2.1.-FUNCIONAMIENTO EN CARGA Y REACCIÓN DE INDUCIDO.-

Una vez puesto en funcionamiento un alternador síncrono en vacio, con una determinada corriente de excitación, posteriormente se requiere se alimenta a una carga a su voltaje y frecuencia nominal, se debe realizar un ajuste en la corriente de campo para cada variación en la condición de carga en las terminales del generador. Para que entre la carga, en principio se cierra el círculo del inducido, conectando una impedancia de carga, en principio se cierra el circuito del inducido, conectando una impedancia de carga a sus terminales, se obtiene una tensión V en bornes de la maquina síncrona inferior al valor que presenta en vacío E0 

La reducción en la tensión de salida del generador es debida a la aparición de una corriente en el inducido que provoca una caída de tensión en este circuito a la par que produce una  f.m.m.  que reacciona con la del  inductor modificando el flujo del entrehierro de la máquina. La caída de tensión en el circuito del inducido se debe a la impedancia que representan los arrollamientos de este devanado.

La composición de las  f.m.m.s., del inductor y del inducido, se analiza según sea la carga resistiva, inductiva o capacitiva.

Si la carga es resistiva, el factor de potencia es la unidad, y si se prescinde de la impedancia del inducido se podrá considerar que el desfase entre la f.e.m. y la corriente es [pic 1]

Cuando la carga es inductiva, el desfase entre la f.e.m. y la corriente es de 90°, en este caso, el máximo de las corrientes estará desplazado en el espacio respecto del máximo de las f.e.m.s. en un ángulo de 90° en sentido contrario al del giro del rotor. Una carga inductiva produce una reacción desmagnetizante, que tiene a reducir la f.e.m. resultante.

Cuando la carga es capacitiva, la corriente del estator alcanzara su máximo, 90° eléctricos antes de  que el polo se enfrente a los conductores que forman las espiras de inducido, que es el momento en que es máxima la f.e.m. En esta situación se produce un esfuerzo de la f.m.m.  del inductor, lo que significa que las cargas capacitivas ayudan a la acción del campo de los polos provocando un efecto magnetizante sobre los mismos

2.2.-DIAGRAMA FASORIAL DEL ALTERNADOR (RESISTIVO).-

El diagrama fasorial de un alternador determina de forma gráfica la relación existente entre la f.e.m. y la tensión en los diversos regímenes de funcionamiento de la máquina.

En principio, para este análisis, se tiene la siguiente representación por fase del alternador sincrónico: 

Entonces la diferencia entre  y  está dado por[pic 2][pic 3]

[pic 4]

Tanto los efectos de la reacción del inducido como la autoinductancia de la maquina se representan por medio de reactancias y se acostumbra combinarlas en una sola llamada reactancia síncrona de la máquina.

[pic 5]

Por lo tanto la ecuación final que se describe a es :[pic 6]

[pic 7]

La dirección del flujo será también la que corresponde a la f.m.m. de excitación o inductora  y de reacción de inducido , de tal forma que se cumple:[pic 8][pic 9]

[pic 10]

El diagrama fasorial del alternador será la siguiente:

2.3.-REGULACION DE TENSIÓN.-

Se define la regulación de tensión, de la siguiente manera:

[pic 11]

[pic 12]

Dónde:

= Voltaje interno generador por fase sin carga.[pic 13]

 = Voltaje entre terminales por fase  carga nominal.[pic 14]

La regulación de tensión expresada el cambio en la tensión de bornes del generador de vacío a plena carga para una determinada excitación en los polos.

La curva que representa la tensión en bornes del alternador en función  de la corriente de la carga se denomina característica exterior. En el siguiente grafico se representan las curvas, que corresponden, respectivamente, a factores de potencia  resistivo, inductivo y capacitivo.

En la operación del alternador, el comportamiento a analizar será:

*Voltaje terminal Vs corriente de carga.

*corriente de excitación Vs corriente de carga.

La representación gráfica es como sigue:

[pic 15]

3.-EQUIPO E INSTRUMENTOS PARA LABORATORIO

Para el presente laboratorio, se utilizara el siguiente equipo, instrumental y material:

• Una Maquina motriz
• Una dinamo con autoexcitación compuesto acumulativa, que tiene las siguientes características:

• Tensión nominal: =230(V)[pic 16]
• Corriente nominal:=19,6(A)[pic 17]
• Velocidad nominal: =1430(rpm)[pic 18]
• Potencia nominal: =4,5(V)[pic 19]

• Un motor de corriente continua con autoexcitación compuesto acumulativo, que tiene las siguientes características:

• Tensión nominal: =220(V)[pic 20]
• Corriente nominal: =31.5(A)[pic 21]
• Velocidad nominal: =1500(rpm)                       [pic 22]
• Potencia nominal: =5,7(Kw)[pic 23]

• Un generador síncrono (alternador), que tiene las siguientes características:

• Tensión nominal: =220/380(V)[pic 24]
• Corriente nominal: =9,6(A)[pic 25]
• Velocidad nominal: =1500(rpm)[pic 26]
• Frecuencia nominal: =50(Hz)[pic 27]
• Potencia nominal: =6,3(KVA)[pic 28]

• Resistencia variable (carga)
• Instrumento de medición: voltímetros y amperímetros.
• Un tacómetro
• Cables para conexión

4.-CIRCUITO PARA EL LABORATORIO.-

[pic 29]

5.-DESCRIPCION DEL LABORATORIO

• Realizar el circuito de laboratorio, como se indica en el punto 4.
• Hacer funcionar el conjunto maquina motriz-dinamo; para tener tensión continua, la que será necesaria para el funcionamiento de la maquina motriz del alternador (que es un motor de corriente continua).
• Preparar la carga, según se indica en el circuito (punto 4), con el interruptor de carga abierto.
• Posterior a la misma, se pone en funcionamiento al conjunto maquina motriz del alternador-alternador trifásico, hasta alcanzar la velocidad nominal (en vacío), la  que determina la frecuencia con la que opera el alternador.
• Con el cuidado respectivo, cerrar el interruptor de carga, tomando en cuenta el valor de las resistencias, comenzar a tomar las lecturas correspondientes.
• Variar la carga, lo que variara la corriente de carga, registrar todas las lecturas.
• Proceder a corregir el voltaje terminal, procediendo a modificar la corriente de campo, de forma que a plena carga el alternador entregue voltaje nominal, registrar las lecturas.
• Reducir sucesivamente la corriente de armadura, registrara las lecturas correspondientes.
• Cabe mencionar que durante todo el proceso, debe mantenerse la velocidad nominal constante.      

6.-LECTURAS OBTENIDAS EN EL LABORATORIO.-

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