INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INGENIERÍA ELÉCTRICA Academia de Conversión de la Energía

Conversión de la Energía II

PRACTICA 3

IDENTIFICACIÓN DE TERMINALES Y MEDICIÓN DE RESISTENCIA ÓHMICA Y

DE AISLAMIENTO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

Titular: Adjunto 1: Fabian Vázquez Ramírez Adjunto 2: Castro Modesto

GRUPO: 5EM2 EQUIPO: 5

INTEGRANTES: BOLETA:

Acebedo Barreto Denia Ameyali 2013302156Herrera García Yael Hiram 2013300214Farfán Quiroz Enrique Alberto 2013301266Vega Arteaga Fabián Alberto 2013301750

FECHA DE REALIZACION: 22-05-15FECHA DE ENTREGA: 29-05-15

OBJETIVO

Partes Eléctricas. El alumno podrá identificar las principales partes que conforman una máquina síncrona.

Identificación De Terminales El alumno en el motor síncrono identificara con los doce bornes los pares de dichos bornes, de

los cuales se tiene en la campo derivado, armadura, entre otros, lo cual realizara con la ayuda de

la lámpara incandescente serie.

Medición de la Resistencia de Aislamiento

El alumno realizara las conexiones necesarias para medir la resistencia de aislamiento de la

maquina síncrona con la ayuda del Megohmetro, con lo cual sabremos la condición de la

maquina por lo tanto sabremos si esta máquina puede ser utilizada o es necesario realizar algún

mantenimiento.

MATERIAL EMPLEADO

Cable AWG No. 12 THW Motor Síncrono. Ohmetro. Puente de weathstone o Kelvin. Megohmetro. Lámpara Incandescente.

3.1 Estudio de las partes eléctricas, mecánicas, magnéticas, y dieléctricas.

Una máquina síncrona es una máquina eléctrica rotativa de corriente alterna cuya velocidad de

rotación del eje y la frecuencia eléctrica están sincronizadas y son mutuamente dependientes, la

máquina puede operar tanto como motor y generador. Como motor síncrono convierte la energía

eléctrica en energía mecánica y la velocidad de rotación del eje dependerá de la frecuencia de la

red eléctrica que se le suministre o bien convierte energía mecánica en energía eléctrica, siendo

en este caso utilizada como generador síncrono y la frecuencia entregada en las terminales

dependerá de la velocidad en la que el eje esté girando.

ESTATOR:

El estator, o parte estática, de una máquina síncrona es similar al de una máquina asíncrona.

Contiene un devanado trifásico de corriente alterna, denominado devanado inducido y un

circuito magnético formado por apilamiento de chapas magnéticas.

El campo magnético presente en el estator de una máquina sincrónica gira con una velocidad

constante. La velocidad de giro en régimen permanente está ligada con la frecuencia de la tensión

en bornes y el número de pares de polos.

Donde:

f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz)

P: Número de pares de polos que tiene la máquina

p: Número de polos que tiene la máquina

n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto)

ROTOR:

El rotor, o parte rotativa, de una máquina síncrona es bastante diferente al de una máquina

asíncrona. Contiene un devanado de corriente continua, denominado devanado de campo y un

devanado en cortocircuito, que impide el funcionamiento de la máquina a una velocidad distinta a

la de sincronismo, denominado devanado amortiguador. Además, contiene un circuito magnético

formado por apilamiento de chapas magnéticas de menor espesor que las del estator.

El resto de las características del rotor están relacionadas con el objetivo de obtener un campo

entre el rotor y el estator de carácter senoidal y dependen del tipo de máquina síncrona:

Máquina de polos salientes: El rotor presenta expansiones polares que dan lugar a un

entrehierro variable.

Máquina de rotor liso: El devanado de campo está distribuido en varias bobinas situadas

en diferentes ángulos.

Como generador:

Una turbina acciona el rotor de la máquina sincrónica a la vez que se alimenta el

devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua. El entrehierro variable

(máquinas de polos salientes) o la distribución del devanado de campo (máquinas de rotor

liso) contribuyen a crear un campo más o menos senoidal en el entrehierro, que hace

aparecer en los bornes del devanado estatórico (devanado inducido) una tensión senoidal.

Al conectar al devanado inducido una carga trifásica equilibrada aparece un sistema

trifásico de corrientes y una fuerza magnetomotriz senoidal.

Como motor:

En este caso se lleva la máquina síncrona a la velocidad de sincronismo, pues la máquina

síncrona no tiene par de arranque, y si alimentan el devanado rotórico (devanado de campo)

con corriente continua y el devanado estatórico (devanado inducido) con corriente alterna. La

interacción entre los campos creados por ambas corrientes mantiene el giro del rotor a la

velocidad de sincronismo.

MOTOR

Moteurs LeroyAngouleme (France)

Machine á Courant ContinuType C132 N° 49419

ExcitationSHUNT V lm P kw C mkMoteur

Generatrice 1500 3Proteccion PROT. Service S1

Inducteurs 0.8 A Classe EInduit 220 V 14 A Classe E

3.2 Prueba de continuidad en los devanadosLa identificación de los bornes es muy importante pues de ahí se derivan las conexiones que

estaremos usando durante todo el semestre. Durante esta práctica se utilizará el multímetro digital

para usarlo como comprobación de continuidad y se hará de la siguiente forma: una punta del

multímetro se pondrá en uno de los doce bornes de la máquina y la otra punta en cada uno de los

restantes doce, cuando la lámpara suene querrá decir que existe continuidad y se marcará con una

“X” en la tabla número 3.1 que se mostrará a continuación.

Tabla No 3.1 “Pruebas de continuidad en los bornes de la máquina síncrona”1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X

3.3 Medición de la resistencia de aislamiento de:

La medición de la resistencia del aislamiento se lleva a cabo con un megohmetro, que aplica

tensión continua entre los bobinados, bobinados con respecto a tierra. A través de las mediciones

anteriores se obtiene los valores de la resistencia del aislamiento.

Para la medición de la resistencia de aislamiento de la armadura contra la carcasa, se

cortocircuitaran todos los bornes que componen a la armadura, los cuales serán conectados a la

Terminal positiva del megohmetro. Y el negativo del megohmetro se conecta a la carcasa.

Nota: el campo debe de estar cortocircuitado y conectado a tierra.

En la medición de la resistencia del campo derivado contra carcasa la Terminal positiva del

megohmetro será conecta al cortocircuito realizado en el campo derivado y la Terminal negativa

se conectara a la carcasa.

Nota: la armadura se cortocircuita y se conecta a tierra.

Para la medición entre bobinas, únicamente serán utilizadas dos de ellas, en una de las bobinas

seleccionadas se conectara la Terminal positiva del megohmetro y la otra Terminal en la

siguiente bobina.

Nota: el campo debe de estar cortocircuitado y conectado a tierra. Estas bobinas no se

CORTOCIRCUITAN.

Figura 3.2. Medición de la resistencia de Aislamiento de la maquina Síncronoa) Armadura contra carcasab) Campo contra carcasac) Entre las bobinas de la armadura

Tiempo.

Resistencia de aislamiento (M )ΩArmadura

VSCarcaza

UX ,VY ,WZVS

Carcaza

Rueda PolarVS

Carcaza

BobinaVS

Bobina0 seg. 100 30 160 65

15 seg. 100 60 200 70

30 seg. 97 60 210 75

45 seg. 95 60 210 70

60 seg. 90 60 210 70

2 min. 90 60 210 70

3 min. 90 60 210 70

4 min. 90 60 210 70

5 min. 90 60 210 70

6 min. 90 60 210 70

7 min. 90 60 210 70

8 min. 90 60 210 70

9 min. 90 60 210 70

Grafica 1. Armadura vs Carcaza

Grafica 2. UX ,VY ,WZ VS Carcaza

Grafica 3. Rueda Polar vs Carcaza

Grafica 4. Bobina vs Bobina

D) Obtención del índice de polarización en la misma forma del inciso (a), construir una gráfica.

Prueba Realizada Índice de Polarización Condición de operaciónArmadura vs Carcaza. 1 RegularU-X V-Y W-Z vs Carcaza. 1 RegularRueda polar vs Carcaza. 1 RegularBobina vs Bobina 1 Regular

Tabla 3.3 Índice de Polarización y Condición de operación de la maquina Síncrona

3.4 Inspección de las maquinas auxiliares.

Datos de placa del Alternador y del Motor

AlternadorType N° Serie N° Fabrication

TA132 50 58154

Puissance COS 2 KVA 0.8 1500

Alternatif

Cou

plag

e

Volts Amp

Ph Hz 127

3 50Volts Amp

220 5 - 25

Excitation SEP. 20 5Service S. 11 Protection P. 21

Echauffement olants classe EPériodicité de Graissage A V1E h

MotorMoteurs Leroy

Angouleme (France)Machine á Courant Continu

Type C132 N° 49419ExcitationSHUNT V lm P kw C mkMoteur

Generatrice 1500 3Proteccion PROT. Service S1

Inducteurs 0.8 A Classe EInduit 220 V 14 A Classe E

CONCLUSIONES

Acebedo Barreto Denia Ameyali

Durante esta práctica pudimos observar las partes que conforman un alternador o una máquina síncrona ya que es la que estaremos usando por el resto del semestre, así como identificar las terminales con las que vamos a trabajar y en las que haremos las pruebas necesarias que un ingeniero electricista debe de saber para comprobar que una máquina esté en óptimo funcionamiento. También aprenderemos a hacer la prueba de aislamiento midiendo la resistencia en cada devanado, es decir, en los pares de bornes que tienen continuidad en la máquina.

Herrera García Yael Hiram.

En esta práctica nos familiarizamos con las diferentes terminales de la maquina síncrona, y medimos las resistencias que esta tiene en la armadura, el inducido, el inductor y otros devanados como X, Y, y Z. checamos la resistencias óhmicas o de aislamiento. Que hay entre ellos, También checamos continuidad entre las terminales, esto es una prueba eléctrica, y magnéticas es que los materiales es que obviamente sean ferromagnéticos.

Farfán Quiroz Enrique Alberto

Esta práctica sirvió para poder identificar las partes de la maquina síncrona. Es decir, hicimos pruebas de continuidad con el multímetro para identificar los bornes exteriores con los elementos internos de la maquina por ejemplo las bobinas, la armadura, etc. También realizamos la prueba de aislamiento a la máquina para poder identificar el estado en el que se encuentran sus aislamientos, esto se realizó con un Megómetro, colocando las terminales del elemento a medir en cortocircuito y todas las demás terminales en cortocircuito con la tierra física, entonces conectamos la terminal positiva del Megómetro a la terminal a medir. Se registraron las mediciones en un tiempo de 0-10 minutos.

Vega Arteaga Fabian Alberto En esta práctica se pudo identificar las terminales de la máquina síncrona con ayuda de un multímetro checando continuidad y con las terminales ya identificadas realizamos una prueba de resistencia de aislamiento con un megómetro, con los valores obtenidos de esa prueba se puede calcular el índice de polarización que tiene como fin en saber sobre el estado de humedad y limpieza de la máquina.

3.6 Preguntas

1.- Investigar cuáles son las normas que rigen la resistencia de aislamiento de las

máquinas eléctricas

2.- ¿Cuáles son las ventajas del alternador de arma dura fija?

Las principales ventajas del inducido fijo son:

Aumento de la resistencia de los dientes del inducido. Las máquinas de mayor capacidad

requieren más cobre en el inducido y ranuras más profundas en el hierro del inducido que las

necesarias en una máquina construida para servicio menos duro. En un inducido fijo, a medida

que las ranuras se hacen más profundas, los dientes del inducido resultan más anchos y fuertes.

En un inducido móvil, sin embargo, a medida que las ranuras se hacen más profundas los dientes

del inducido resultan más estrechos y por tanto más débiles.

Reactancia del inducido reducida. El flujo mutuo en el entrehierro creado por la fmm de

excitación primaria debe pasar a través del hierro del inducido y de las ranuras. Para una misma

anchura del entrehierro en el fondo de la ranura, de una determinada bobina de inducido, el

inducido fijo proporciona una reluctancia reducida al flujo. Esto es debido a un aumento de la

sección de hierro. La reluctancia reducida reduce también la cantidad de flujo de dispersión del

inducido producido, debido a que el camino del flujo del inducido va aumentando la reluctancia,

particularmente en el caso en que los conductores del inducido estén situados en el fondo de las

ranuras.

Mejor aislamiento. Los ejes a través de los cojinetes metálicos, están eléctricamente puestos a

tierra con la carcasa fija de la máquina Resulta más fácil aislar una parte fija que una parte móvil,

puesto que el tamaño, el peso y la cantidad de aislamiento no son críticos para los primeros.

Además, como el rotor está puesto a tierra presenta menos problemas aislar el campo de CC, de

baja tensión de un rotor que un inducido de CA de alta tensión.

Ventajas constructivas. En los grandes estatores polifásicos, el devanado del inducido es más

complejo que el devanado de excitación Las distintas bobinas e interconexiones de fase pueden

realizarse más fácilmente en un estructura rígida fija que en un rotor, y el devanado del inducido

queda sujeto más firmemente cuando se construye sobre una estructura rígida.

Menor peso e inercia en el rotor. Es fácil construir rotores para buen funcionamiento a altas

velocidades, usando devanados de excitación de aja tensión como parte giratoria. La inercia del

rotor juega un papel importante en el tiempo necesario para llevar el alternador a su velocidad; y

en alternadores de potencia extremadamente elevada,, incluso con la excitación de CC en el rotor

se tarda varias horas para llevar la máquina a su velocidad y tensión nominales.

Ventajas de ventilación. La mayor parte de calor se produce y está relacionado con el devanado

del inducido y el hierro que lo rodea. Con n inducido fijo, el devanado puede ser refrigerado más

eficazmente, debido que el núcleo del estator y su tamaño periférico tienen menores

limitaciones. Así, el núcleo del estator puede hacerse algo más largo para permitir conductores de

aireación radiales y agujeros de ventilación para aire forzado, hidrógeno u otras formas de

refrigeración.

3.- ¿Cuál es la resistencia de aislamiento mínima posible para las máquinas síncronas?

El valor de la resistencia de aislamiento varía inversamente, en base exponencial, a la

temperatura del devanado, por eso, durante el test de resistencia de aislamiento, la temperatura

del devanado deber ser registrada y el valor de la resistencia de aislamiento medido debe ser

referido para 40°C conforme la curva de la fig. 17, suministrada por la norma NBR 5383/IEEE-

43. Las tensiones del test para los devanados recomendadas por la norma IEEE-43, están

mostradas en la tabla no. 1:

La resistencia de aislamiento mínima recomendada para los cojinetes aislados es de 10K

ohm. De acuerdo con el valor mínimo recomendado para resistencia de aislamiento e índice de

polarización, en máquinas eléctricas girantes, referido para 40°C, debe ser considerado conforme

la Tabla 2:

Si el valor es menor de la resistencia de aislamiento medida es menor que los valores

recomendado en la Tabla 2 y la causa determinante de eso es la humedad, los devanados deber

ser sometidos a un procedimiento de secado.

4.- ¿Cuáles son las precauciones que se deben tomar al poner en operación a una máquina

síncrona?

Las siguientes recomendaciones son pautas generales:

Use siempre indumentaria de protección, elementos para la cabeza y calzado correctamente

equipados. La ropa suelta o floja puede ser letal cuando se trabaja en máquinas que giran o cerca

de ellas.

En la medida que sea practicable, trabaje en las máquinas o cerca de ellas únicamente cuando se

encuentren detenidas. Si esto no fuera posible, mantenga las herramientas, los equipos para

pruebas y todas las partes del cuerpo alejadas de las piezas móviles de la máquina.

Las piezas de la máquina síncrona y sus equipos auxiliares pueden alcanzar temperaturas altas.

Se debe usar indumentaria de protección, especialmente guantes, en todo momento.

6.1 Generalidades

Para asegurar un funcionamiento sin problemas, la máquina se debe cuidar y supervisar

atentamente. Antes de arrancar la máquina, siempre asegúrese de que:

No se esté realizando ningún trabajo de mantenimiento.

El personal y los equipos asociados con la máquina están listos para hacer arrancar la máquina.

Arranque. En caso de que se observe alguna desviación con respecto a la operación normal

prevista, por ejemplo temperaturas elevadas, ruidos o vibraciones, pare la máquina y busque el

motivo de las desviaciones.

6.3 Protección de los generadores síncronos

La protección de los generadores síncronos depende, por ejemplo, del tipo de generador y de la

aplicación. Las protecciones recomendadas en general son:

Sobrecarga térmica en el bobinado del estator: >

Cortocircuito de red: >>

Cortocircuito de interbobinado del estator: relé de protección diferencial

Fallo a tierra del estator: relé de fallo a tierra

Carga desequilibrada o giros en corto en la misma fase: I2/In

Subexcitación y pérdida de sincronismo: relé de subreactancia

Bajo voltaje y pérdida intermitente de voltaje: relé de bajo voltaje

Supervisión de la temperatura de los detectores de temperatura: monitoreo de PT-100

Alta temperatura de toma de aire refrigerante Protección adicional:

Alteración de la frecuencia.

Potencia inversa.

Fallo de diodos.

Nivel de vibración.

Procedimientos de parada Para detener la máquina síncrona: 1. Abra el interruptor principal. 2.

Apague la excitación (cuando sea aplicable). Cuando la máquina sincrónica no está en operación,

las resistencias calefactoras deben estar encendidos para evitar la condensación en el interior de

la máquina.

5.- ¿Cuándo se dice que un devanado está seco y en buenas condiciones?

Cuando la resistencia de aislamiento en los devanados está bajo las normas, entonces se dice que

el devanado está seco.

6.- ¿Qué es el índice de absorción y de polarización?

El índice de polarización es un valor que nos informa sobre el estado de humedad y limpieza de

la máquina, basado en la suposición de que transcurrido un cierto tiempo desde el comienzo del

ensayo, la corriente de absorción se habrá anulado. Un valor bajo del índice de polarización nos

indicará que existe una corriente alta de conducción o de fugas, originada por suciedad y

humedad. En sistemas aislantes modernos, la corriente de absorción puede hacerse próxima a

cero en dos o tres minutos desde el comienzo del ensayo. Así, se utiliza en estos casos una

variante del índice de polarización que calcula la relación entre las resistencias de aislamiento a 1

minuto y 30 s, después de iniciado el ensayo. Este valor es denominado "índice de absorción"

(IA).