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Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

División de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE CONVERSIÓN DE LA ENERGIA II

PRACTICA 6:

CARACTERÍSTICAS DEL ALTERNADOR

ELABORADA POR:

AGUILAR RODRIGUEZ MARTIN 2010300010

FALCON HERRERA MANUEL 2010301334

GALVAN GARCIA ISMAEL 2010300217

PUÓN PÉREZ JUAN 2009300125

RAMIREZ PEÑAFLOR JEANETTE 2010300530

Fecha de entrega: 09/NOVIEMBRE/2011

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INDICE

OBJETIVO------------------------------------------------------------------------------------PAG: 3

INTRODUCCCION TEORICA -----------------------------------------------------------PAG: 3

MATERIAL EMPLEADO------------------------------------------------------------------PAG: 5

PROCEDIMIENTO--------------------------------------------------------------------------PAG: 6

DIAGRAMAS ELECTRICOS------------------------------------------------------------PAG 17

DIAGRAMAS FÍSICOS--------------------------------------------------------------------PAG 18

CONCLUSIONES--------------------------------------------------------------------------PAG: 19

BIBLIOGRAFIA-----------------------------------------------------------------------------PAG: 21

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OBJETIVO

Comprobar las características de alternador cuando se encuentra en condiciones de vacío y al estar en circuito corto además de la obtención de los valores de impedancia y reactancia por fase.

INTRODUCCIÓN TEORICA

Generadores de corriente alterna (alternadores)

Como se decía antes, un generador simple sin conmutador producirá una

corriente eléctrica que cambia de dirección a medida que gira la armadura. Este

tipo de corriente alterna es ventajosa para la transmisión de potencia eléctrica,

por lo que la mayoría de los generadores eléctricos son de este tipo. En su

forma más simple, un generador de corriente alterna se diferencia de uno de

corriente continua en sólo dos aspectos: los extremos de la bobina de su

armadura están sacados a los anillos colectores sólidos sin segmentos del árbol

del generador en lugar de los conmutadores, y las bobinas de campo se excitan

mediante una fuente externa de corriente continua más que con el generador en

sí. Los generadores de corriente alterna de baja velocidad se fabrican con hasta

100 polos, para mejorar su eficiencia y para lograr con más fácilidad la

frecuencia deseada. Los alternadores accionados por turbinas de alta

velocidad, sin embargo, son a menudo máquinas de dos polos. La frecuencia

de la corriente que suministra un generador de corriente alterna es igual a la

mitad del producto del número de polos y el número de revoluciones por

segundo de la armadura.

A veces, es preferible generar un voltaje tan alto como sea posible. Las

armaduras rotatorias no son prácticas en este tipo de aplicaciones, debido a

que pueden producirse chispas entre las escobillas y los anillos colectores, y a

que pueden producirse fallos mecánicos que podrían causar cortocircuitos. Por

tanto, los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un

rotor compuesto de un número de imanes de campo. El principio de

funcionamiento es el mismo que el del generador de corriente alterna descrito

con anterioridad, excepto en que el campo magnético (en lugar de los

conductores de la armadura) está en movimiento.

4

La corriente que se genera mediante los alternadores descritos más arriba,

aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y

sube otra vez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia

para la que esté diseñada la máquina. Este tipo de corriente se conoce como

corriente alterna monofásica. Sin embargo, si la armadura la componen dos

bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas, se

producirán dos ondas de corriente, una de las cuales estará en su máximo

cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna

bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se

producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna

trifásica. Se puede obtener un número mayor de fases incrementando el

número de bobinas en la armadura, pero en la práctica de la ingeniería eléctrica

moderna se usa sobre todo la corriente alterna trifásica, con el alternador

trifásico, que es la máquina dinamoeléctrica que se emplea normalmente para

generar potencia eléctrica.

La generación de corriente trifásica tiene lugar en los alternadores, en relación

con un movimiento giratorio. Según este principio, existen tres arrollamientos

iguales independientes entre sí, dispuestos de modo que se encuentran

desplazados entre sí 120°. Según el principio, de la inducción, al dar vueltas el

motor (imanes polares con devanado de excitación en la parte giratoria) se

generan en los arrollamientos tensiones alternas senoidales y respectivamente

corrientes alternas, desfasadas también 120° entre sí, por lo cual quedan

desfasadas igualmente en cuanto a tiempo. De esa forma tiene lugar un ciclo

que se repite constantemente, produciendo la corriente alterna trifásica.

Todos los generadores trifásicos utilizan un campo magnético giratorio. En el

dibujo hemos instalado tres electroimanes alrededor de un círculo. Cada uno de

los tres imanes está conectado a su propia fase en la red eléctrica trifásica.

Como puede ver, cada electroimán produce alternativamente un polo norte y un

polo sur hacia el centro.

Las letras están en negro cuando el magnetismo es fuerte, y en gris claro

cuando es débil. La fluctuación en el magnetismo corresponde exactamente a la

fluctuación en la tensión de cada fase. Cuando una de las fases alcanza su

máximo, la corriente en las otras dos está circulando en sentido opuesto y a la

mitad de tensión. Dado que la duración de la corriente en cada imán es un

5

tercio de la de un ciclo aislado, el campo magnético dará una vuelta completa

por ciclo.

Aunque las tres corrientes son de igual frecuencia e intensidad, la suma de los

valores instantáneos de las fuerzas electromotrices de las tres fases, es en

cada momento igual a cero, lo mismo que la suma de los valores instantáneos

de cada una de las fases, en cada instante, como podemos ver en la siguiente

figura

Aquí mostramos las tres fases, ya desfasadas sobre un mismo eje a 120º. La línea negra del grafico representa la corriente de distinta polaridad, es decir, en este caso el negativo de la fase 1, corriente opuesta a las fases 2 y 3 que son por su naturaleza de polaridad positiva.

MATERIAL EMPLEADO , HERRAMIENTA Y EQUIPO EMPLEADO

1 pinzas de punta1 pinzas de electricista1 pinzas de corte1 reostato de campo1 termómetro 4. ampermetros de CA1 multimetro digital1 alternador1 tacómetro 1 frecuencímetro cable tipo THHW-LS calibre 12 A

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PROCEDIMIENTO DE LA PRACTICA.

Análisis del alternador trifásico de C.A. en vacío.

Procedimiento:

Se conectan las tres fases del alternado trifásico, en un arreglo estrella, teniendo así un extremo de cada bobina de fase conectada a un punto común. Una vez conectadas las tres fases en estrella, se comienza por el alzado de lecturas correspondientes a la tensión de fase, teniendo para ello que conectar un vóltmetro entre la fase y el punto común ya mencionado.

Habiendo repetido el procedimiento mencionado en el párrafo anterior, para cada una de las tres fases del alternador, se procede a efectuar la medición de las tensiones de línea, teniendo para ello que implementar un vóltmetro entre los extremos de dos fases según corresponda. Este proceso de medición se efectúa para cada una de las tensiones de línea existentes.

Cabe mencionar que el número de lecturas hechas, tanto a las referidas en tensiones de fase, como tensiones de línea, fueron de acuerdo al escalamiento y en nuestro caso aumento gradual de la corriente de excitación suministrada a la rueda polar del alternador.

LECTURA IEXCITACION EFA EFB EFB ELAB ELBC ELAC FRECUENCIA

1 0.0 0 0 0 0 0 0 02 0.796 60.5 60.5 60.4 103.6 102.8 102.6 50.84

3 2.033 118.7 119.1 118.8 206.6 205.5 205.1 50.324 4.07 148.9 148.8 148.7 260.8 261.4 261.3 50.055 6.075 160 160.9 160.4 282 282.2 282.3 49.85

6 8.011 168.6 168.4 168 294.6 293.3 293.2 49.63

7 8.91 171.3 171.3 171.1 299.7 298.9 298.9 49.62

Tabla de resultados del análisis del alternador trifásico de C.A. en vacío, reportando tensiones de fase y tensiones de línea.

Una vez reportadas en la tabla anterior, cada una de las lecturas efectuadas bajo los procesos de medición descritos anteriormente, se continuó con la graficacion de los resultados obtenidos. En primer lugar se graficó la corriente de excitación contra cada una de las tensiones de fase, después de lo anterior, en una misma grafica se representaron las tres tensiones de fase contra la corriente de excitación. A continuación se muestran la graficas realizadas.

7

Graficas características del alternador en vacío.

0 60.5 118.7 148.9 160 168.6 171.30

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

TENSION DE FASE A (VOLTS)

CORR

IEN

TE D

E EX

CITA

CIO

N (A

MP)

Grafica de resultados de corriente de excitación VS tensión de fase A.

0 60.5 119.1 148.8 160.9 168.4 171.30

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

TENSION DE FASE B (VOLTS)

CORR

IEN

TE D

E EX

CITA

CIO

N (A

MP)

Grafica de resultados de corriente de excitación VS tensión de fase B.

8

0 60.4 118.8 148.7 160.4 168 171.10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

TENSION DE FASE C (VOLTS)

CORR

IEN

TE D

E EX

CITA

CIO

N (A

MP)

Grafica de resultados de corriente de excitación VS tensión de fase C.

0 0.796 2.033 4.07 6.075 8.011 8.910

20

40

60

80

100

120

140

160

180

CORRIENTE DE EXCITACION

TEN

SIO

N D

E FA

SE A

, B Y

C (V

OLT

S)

Grafica de resultados de tensiones de fase A, B Y C VS corriente de excitación.

9

0 103.6 206.6 260.8 282 294.6 299.70

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

TENSION DE LINEA AB (VOLTS)

CORR

IEN

TE D

E EX

CITA

CIO

N (A

MP)

Grafica de resultados de corriente de excitación VS tensión de línea AB.

0 102.8 205.5 261.4 282.2 293.3 298.90

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

TENSION DE LINEA BC (VOLTS)

CORR

IEN

TE D

E EX

CITA

CIO

N (A

MP)

Grafica de resultados de corriente de excitación VS tensión de línea BC.

10

0 102.6 205.1 261.3 282.3 293.2 298.90

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

TENSION DE LINEA AC (VOLTS)

CORR

IEN

TE D

E EX

CITA

CIO

N (A

MP)

Grafica de resultados de corriente de excitación VS tensión de línea AC.

0 0.796 2.033 4.07 6.075 8.011 8.910

50

100

150

200

250

300

350

CORRIENTE DE EXCITACION

TEN

SIO

N D

E LI

NEA

AB,

BC

Y A

C (V

OLT

S)

Grafica de resultados de tensión de línea AC, BC Y AC VS corriente de excitación.

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Alternador en circuito cortó

Procedimiento:

Se conectan las tres fases del alternado trifásico en corto circuito, pero contando en cada una de ellas, con un ampérmetro. Una vez hecha dicha implementación, se comienza por el alzado de lecturas correspondientes a las corrientes de fase. Es importante mencionar que el otro extremo del ampérmetro de cada fase es conectado a un punto común, teniendo así al alternador en corto circuito.

Cabe mencionar que el número de lecturas hechas fueron de acuerdo al escalamiento y en nuestro caso aumento gradual de la corriente de excitación suministrada a la rueda polar del alternador.

LECTURA IEXCITACION IFA IFB IFB FRECUENCIA

1 0.702 2.2 2.1 2.1 150.92 0.930 3 3 3 151.4

3 1.291 4.1 4.1 4.1 151.44 1.612 5 5 5 1515 1.905 6.1 6 6 151.2

6 2.197 7 7 7 151

7 2.480 7.9 7.9 7.8 150.6

8 2.778 8.9 8.8 8.8 150.1

Tabla de resultados del análisis del alternador trifásico de C.A. en circuito corto, reportando corrientes de fase.

Una vez reportadas en la tabla anterior, cada una de las lecturas efectuadas bajo los procesos de medición descritos anteriormente, se continuó con la graficación de los resultados obtenidos. En primer lugar se graficó la corriente de excitación contra cada una de las corrientes de fase, después de lo anterior, en una misma grafica se representaron las tres corrientes de fase contra la corriente de excitación. A continuación se muestran la graficas realizadas.

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Graficas características del alternador en circuito cortó.

0.702 0.93 1.291 1.612 1.905 2.197 2.48 2.7780

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

CORRIENTE DE FASE A (AMP)

CORR

IEN

TE D

E EX

CITA

CIO

N (A

MP)

Grafica de resultados de corriente de excitación VS corriente de fase A.

0.702 0.93 1.291 1.612 1.905 2.197 2.48 2.7780

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

CORRIENTE DE FASE B (AMP)

CORR

IEN

TE D

E EX

CITA

CIO

N (A

MP)

Grafica de resultados de corriente de excitación VS corriente de fase B.

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0.702 0.93 1.291 1.612 1.905 2.197 2.48 2.7780

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

CORRIENTE DE FASE C (AMP)

CORR

IEN

TE D

E EX

CITA

CIO

N (A

MP)

Grafica de resultados de corriente de excitación VS corriente de fase C.

0.702 0.93 1.291 1.612 1.905 2.197 2.48 2.7780

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

CORRIENTE DE EXCITACION

CORR

IEN

TE D

E FA

SE A

, B Y

C (A

MP)

Grafica de resultados de las corrientes de fase A, B Y C VS corriente de excitación.

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CÁLCULOS POSTERIORES

CALCULO DE LAS RESISTENCIAS CORREGIDAS A 75°.Para la obtención de la impedancia de fase realizamos la corrección de la resistencia, utilizando la siguiente formula:

R2R1

=234.5+T 2234.5+T 1

En la cual realizamos el despeje de la resistencia R2 y considerando una temperatura de 75°.

T2: SERA 75°C. TI: SERA LA TEMPERATURA A LA QUE SE MIDIO LA RESISTENCIA. R1: SERA LA RESISTENCIOA MEDIDA. R2: SERA LA RESISTENCIA CALCULADA.

R2=( 234.5+T 2234.5+T 1 ) (R1 )

Utilizando la formula despejada anteriormente realizamos los cálculos de la resistencia de fase.

Cálculos.

RESISTENCIA FASE “A”

R2=( 234.5+75 °234.5+18 °C ) (0.2 )=0.24514Ω

RESISTENCIA FASE “B”

R2=( 234.5+75 °234.5+18 °C ) (0.3 )=0.36772Ω

RESISTENCIA FASE “C”

R2=( 234.5+75 °234.5+18 °C ) (0.2 )=0.24514Ω

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EN LA SIGUENTE TABLA SE MUESTRAN LOS VALORES DE LAS RESISTENCIAS MEDIDAS EXPERIMANTALMENTE Y YA CORREGIDAS A 75°CCORRECCION DE RESISTENCIAS A 75°C

R. ”A” R. “B” R. “C”MEDIDA (18°C) 0.2Ω 0.3Ω 0.2ΩCORREGIDA(75°C) 0.24514Ω 0.36772Ω 0.24514Ω

CALCULO DE LA IMPEDANCIA Y REACTANCIA POR FASE.Como se mencionó en el punto anterior realizamos el cálculo de impedancia y la reactancia por fase, para ello utilizamos el valor de la resistencia corregida empleando las siguientes formulas:

ZF=V F

I FX S=√Z2−R2

Los resultados obtenidos los registramos en la tabla siguiente que corresponde a las impedancias y reactancias presentes en cada fase.

Cálculos:Impedancia fase “A”

ZFa=118.7 v6.1 A

=19.459Ω

Impedancia fase “B”

ZFb=119.1v6 A

=19.85Ω

Impedancia fase “C”

ZFc=118.8 v6 A

=19.8Ω

Reactancia fase “A”

X Fa=√ (19.459 )2−(0.24514 )2=19.4574

Reactancia fase “B”

X Fb=√ (19.85 )2−(0.36772 )2=19.4574

Reactancia fase “C”

16

X Fc=√ (19.8 )2−(0.24514 )2=19.7984Tabla de los valores de impedancia y reactancia por fase.

IMPEDANCIAS

Impedancia Fase A Impedancia Fase B Impedancia Fase C

19.459 19.85 19.5

REACTANCIA INDUCTIVA

Reactancia fase A Reactancia fase B Reactancia fase C

19.4574 19.4574 19.7984

DIAGRAMAS ELECTRICOS

Diagramas eléctrico de la implementación para el análisis del alternador trifásico de C.A. en vacío.

17

Diagramas eléctrico de la implementación para el análisis del alternador trifásico de C.A. en circuito corto.

DIAGRAMAS FÍSICOS

Diagramas físico de la implementación eléctrica para el análisis del alternador trifásico de C.A. en vacío.

18

Diagramas físico de la implementación eléctrica para el análisis del alternador trifásico de C.A. en circuito corto.

CONCLUSIONES

CONCLUSIÓN DE AGUILAR RODRIGUEZ MARTIN 2010300010

Las series de mediciones e implementaciones ejecutadas a lo largo de la práctica, nos dejaron ver la forma en que se comporta un alternador trifásico en circuito corto y en vacío.

Mediante el análisis del alternador en esos dos estados, es posible determinar las características con las que cuenta la máquina, como lo son resistencia e impedancia. Es importante considerar que al considerar el valor de la resistencia óhmica de la máquina, esta debe ser corregida por el factor de temperatura que indique la norma, en este caso corregir la resistencia para una temperatura de 75° C.

El determinar las características del alternador, nos ayudara a comprender el porqué de los valores de tensión y corriente que registra la máquina, a su vez

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mediante el apoyo de herramientas como gráficas y tablas es fácil detectar al comportamiento que tendrá el alternador en valores tales como impedancia.

CONCLUSIÓN DE FALCÓN HERRERA MANUEL 2010301334

De acuerdo con el objetivo de la práctica realizamos las conexiones de los diferentes circuitos para poder observar el comportamiento del alternador en condiciones en vacío y en corto circuito.

Al realizar la prueba en vacío obtuvimos como resultado las lecturas de tensión generada en fase como la tensión generad en línea, las cuales las comparamos con la corriente de excitación y nos arrojó las gráficas obtenidas en el circuito. Así mismo realizamos la prueba en circuito corto donde obtuvimos valores de corriente por fase.

Además con los valores de tensión y corriente calculamos el valor de impedancia y reactancia por bobina de fase, haciendo uso de las formulas correspondiente y considerando que teníamos que realizar la corrección de la resistencia a 75°.para tener un valor más exacto de la reactancia por fase. y obtener la clara comprensión del comportamiento de los elementos del alternador mediante sus componentes internos.

CONCLUSION DE GALVAN GARCIA ISMAEL

Al termino de nuestra practica se pueden conocer las características de un alternador, y al analizar las tensiones por fase y también las tensiones de línea donde si realizáramos una comparación de tensión de fase entre fases o tensión de líneas entre líneas podríamos concluir que los valores son muy próximos aunque los ángulos de cada fase serian diferentes uno de otro.

También se analiza que para que nosotros tengamos una tensión nominal de nuestro alternador tendremos que excitar a la corriente nominal de operación.Con lo anterior se comprueba de forma gráfica donde podemos decir que conforme aumenta la corriente de excitación aumentara la tensión de generación.

CONCLUSIÓN DE RAMIREZ PEÑAFLOR JEANETTE

Después de realizar la práctica obtuvimos las características de alternador las cuales conocimos al realizar las lecturas de tensión por fase y las lecturas de línea

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las cuales al compararlas concluimos que son diferentes y esto análisis lo sacamos del circuito con el alternador en vacío y para el circuito en con el alternador en corto obtuvimos las lecturas de corrientes de fase, las cuales utilizamos para calcular las impedancias del alternador.

De esta relación de lecturas nos queda entendido como se comporta las tensiones de generación del alternador y sus corrientes para ambos circuitos que utilizamos durante la práctica.

BIBLIOGRAFÍA

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http://www.mitecnologico.com/Main/ TiposCaracteristicasGeneradoresElectricos

http://agamenon.tsc.uah.es/Asignaturas/itiei/mqe/apuntes/ TME4.pdf