Practicas de Laboratorio

EXPERIMENTO DELABORATORIO NQ50

EL MOTOR DE INDUCCIONDE ROTOR DEVANADO,PARTE 11

50-'

OBJETIVOS

1. Determinar las caractersticas de arranque del mo-tor de induccin con rotar devanado.

2. Observar las corrientes del rotar y el estator a di-ferentes velocidades del motor.

EXPOSICION

En el Experimento de Laboratorio anterior,se observ que se produce un voltaje considerable enlos devanados del rotar cuando el circuito est abierto,y que este voltaje vara linealmente con el deslizamien-to del rotar en T / min, hacindose cero a la velocidadsncrona.

Si los devanados del rotar estn en corto circuito,el voltaje inducido producir grandes corrientes circu-lantes en los devanados. Para suministrar esta corrien-te de rotor, la corriente del estator debe aumentar porencima del nivel ordinario de la corriente de excitacin.La potencia (VA) consumida en los devanados del ro-tor (y los circuitos asociados), debe ser suministradapor los devanados del estator. Por 10 tanto, debe su-ceder lo siguien te'

a) Cuando el motor est parado o a baja veloci-dad, las corrientes del rotar, las del estator yel par, sern elevadas.

b) A la velocidad sincrona, la corriente del rotory el par sern cero, y el estator slo llevar lacorriente de excitacin.

e) A cualquier velocidad del motor, las corrientesy el par desarrollado tomarn valores entre am-bos extremos.

0-250Vc-a

MOTOR DE IHDUCCIOHDE ROTOR DEVAHADO

INSTRUME TOS Y EQUIPO

Mdulo de motor de induccin conrotor devanado

Mdulo de electrodinammetroMdulo de fuente de alimentacin

(0-120/208V, 3

MOTOR DE INDUCCIONDE ROTOR DEVANADO

o120 Ve-a

N~------------------------------------------------~

o 2. a) Acople el electrodinammetro al motor pormedio de la banda.

o b ) Conecte las terminales de entrada del elec-trodinammetro a la salida fija de 120V coa de la fuen-te de alimentacin, terminales 1 y N.

o e ) Ajuste la perilla de control del dinamme-tro a su posicin extrema hacindola girar en el sentidode las manecillas del reloj (a fin de proporcionarle almotor la mxima carga en el arranque).

o 3. a) Conecte la fuente de alimentacin y ajste-la a un voltaje El de 100V coa. El motor debe girarcon lentitud.

o b) Mida y anote las tres corrientes del rotor yel par desarrollado.

--------- A e-a, 1" = ---------A coa---------A e-a, par = ---------lbf.plg

o c ) Son aproximadamente iguales las tres co-rrientes del rotor? ------------------

o 4. a) Reduzca gradualmente la carga del motorhaciendo girar con lentitud la perilla de control del di-nammetro. Conforme se reduce la carga, aumentarla velocidad del motor.

o b ) Continan siendo aproximadamente igua-les las tres corrientes del rotor? -------------------

o e) Disminuyen las tres corrientes del rotor,conforme aumenta la velocidad del motor?

El motor de induccin de rotor devanado, Parte 11

Figura 50-2

ELECTRODIHAMOMETRO

o d) Mida y anote las corrientes de rotar a unpar de 1 lbi.oig.

1I = -----A Coa, 1" = ------A Coa, 13 = -----A coa

o e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

O 5. a) Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 50-2. Observe que ahora se usa la. salida trifsicafija de la fuente de alimentacin, terminales 1,2 Y3.

o b ) Ajuste la perilla de control del dinamme-tro en su posicin extrema hacindola girar en el sen-tido de las manecillas del reloj (para proporcionar unamxima carga en el arranque, al motor).

o 6. a) Conecte la fuente de alimentacin y midarpidamente El, 11712 Y el par desarrollado. Desconectela fuente de alimentacion.

------- A Coa, 12 ------- A c-a

-------- Ve-a, par ------- lbf .pl g

o b) Calcule la potencia aparente del motor parael par de arranque.

potencia aparente = -------------------V A

50-3

PRUEBA DE CONOCIMIENTOS

1. Suponiendo que la velocidad del motor a ple-na carga el, hp), es 1500 rjmin, calcule el valor delpar a plena carga utilizando la frmula:

(r[min {lbf.Plg) (1.59)Hp - --------'-100000

---_._----

. .lbfplg

2. Calcule la relacin del par de arranque al para plena carga:

__________ relacin de par = _

3. Suponiendo que la corriente del estator a ple-na carga es 1.2 amperes por fase, calcule la relacin dela corriente de arranque a la corriente de operacin aplena carga.

._--------

50-4

--relacin de corriente =-------- ------

4. Si el voltaje del estator de un motor can rotardevanado se reduce aproximadamente en un 50 % delvalor nominal:

a) En qu proporcin se reducir la corrientede arranque?

._----------------------------

--------------------------------

----------------------------

------------------- = ------------------_%

b) En qu proporcin se reducir la potenciaaparente?

-------------= ---------_%e) En qu proporcin se reducir el par de

arranque?

.--------------= ----------_%

Experimento de laboratorio NQ50

EXPERIMENTO DELABORATORIO N9 51

EL MOTOR DE INDUCCIONDE ROTOR DEVANADO,PARTE III

51-1

OBJETIVOS

1. Observar las caractersticas del motor de induc-cin de rotar devanado, en condiciones de vacoy plena carga.

2. Observar el control de velocidad mediante el usode una resistencia externa variahle.

EXPOSICION

11

I

Las tres terminales de los devanados del rotar tri-tsico se llevan hasta tres anillos colectores montadossobre el eje del rotar. Las escobillas que hacen con-tacto con los anillos colectores desempean un papelmuy importante para lograr la mxima ventaja posibledel motor de rotar devanado. Si las escobillas se co-nectan a travs de restatos, se puede desarrollar unpar de arranque ms elevado que el que se obtiene conun motor de jaula de ardilla. En el momento de arran-que la resistencia total de los restatos se intercala en elcircuito del rotor, proporcionando as el par mximode arranque.

Conforme el motor se acerca a la velocidad nor-mal de operacin, la resistencia del restato se reducegradualmente y queda fuera del circuito del rotar cuan-do se llega a plena velocidad. Aunque el par de arran-que del motor de rotar devanado es ms alto, no estan eficiente C01110 en el motor de jaula de ardilla avelocidad plena, debido a que la resistencia de los de-vanados del rotar es siempre mayor que la del motorde jaula de ardilla.

Una caracterstica especial del motor de rotardevanado, es su capacidad para operar a velocidades va-riables. Si se hace variar la resistencia del restato, sepuede variar el deslizamiento y, por lo tanto, la velo-cidad del motor. En estos casos, la operacin del mo-tor a una velocidad menor que la plena significa queste funciona a una eficiencia y potencia reducidas.Adems, el motor se hace ms susceptible a variacio-nes en velocidad cuando la carga vara, debido a la altaresistencia del rotor.

INSTRUMENTOS Y EQUIPO

Mdulo de motor de induccin derotar devanado

Mdulo de electrodinammetroMdulo de restato para el control

de velocidadMdulo de wattmetro trifsicoMdulo de fuente de alimentacin

(0-120j208V, 3cp)Mdulo de medicin de coa

(2.5j2.5j2.5A)Mdulo de medicin de coa (250V)Tacmetro de manoCables de conexinBanda

EMS 8231EMS 8911

EMS 8731EMS8441

EMS 8821

I1,

1

EMS 8425EMS 8426EMS 8920EMS 8941EMS 8942

51-2

PROCEDIMIENTOS

Advertencia : j En este Experimento de Labor t. ') lta i N h ao.no se manejan a tos vo tajes i j o aga ningu

.. I l f ' nacoriexron cuanr o a uente este conectada' 'L afuente debe desconectarse despus de hacer cadmedicin! a

o 1. a) Examine la estructura del Mdulo EMSde restato de control de velocidad y fjese bien enel diagrama esquema tico del circuito que aparece en lacara del mdulo.

o h) Observe que los brazos de los tres restatosllegan por separado hasta las terminales 1, 2 Y 3. Lasterminales restantes de los restatos estn unidas inter-namente v llevadas hasta la terminal

o c ) Observe que los tres rcstatos estn unidosv sus resistencias individuales varan simultneamentecuando se hace girar una sola perilla de control. '

o d ) Cuando la perilla de control se hace giraren el sentido contrario al de las manecillas del relojhasta su posicin extrema la resistencia de cada res.tatot es O ohms. Cuando la perilla de control se hacegirar en el sentido de las manecillas del reloj, hasta quellegue al tope, entonces, la resistencia de cada restatoes 16 Oh111S.

o 2. Conecte el circuito que se ilustra en la Figu-ra 51-1, utilizando los Mdulos de motor de rotordevanado, electrodinammetro, waumetro, resta-to de control de velocidad, fuente de alimentacinde e-a. iEsta vez no acople el motor con el elecirodi-namometro,

o 3. a) Ponga la perilla de control de velocidad delrestato en su posicin extrema, hacindola girar en elsentido contrario al de las manecillas del reloj, para ob-tener una resistencia cero.

o b ) Conecte la fuente de alimentacin y ajusteEl a 208V coa. El motor debe comenzar a girar.

o e) Mida y anote en la Tabla 51-1, las tres co-rrientes de lnea, las dos indicaciones del wattimetro(recuerde que debe observar las polaridades) y la velo-cidad del motor.

o d ) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

o 4. a) Acople el motor al electrodinammetro me-diante la banda.O b) Ponga la perilla de control del dinammetroen su posicin extrema, hacindola girar en el sentidocontrario al de las manecillas del reloj.O e) Repita el Procedimiento 3 para cada unode los pares indicados en la Tabla 511, manteniendoel voltaje de entrada a 208V a-c.

Experimento de laboratorio NQ 51

",",",",",",",";",";";",","

:::::::9:::::::::::

:::::.::::::~:::::::::::::.....

...tt.............

Tabla 51-1

o d ) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

[J 6. a) Conecte la fuente de alimentacin y ajusteEl a 208V e-a. El motor debe comenzar a funcionar.

o 5. a) Ponga la perilla de control de velocidad delrestato en su posicin extrema hacindola girar en elsentido de las manecillas del reloj, para tener la resis-tencia mxima.

am b ) Mida y anote en la Tabla 51-2 las tres co-rrientes de lnea: las dos indicaciones o lecturas delwattmetro v la velocidad del motor.

o b) Desacople el motor del electrodinammetro.o e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

0-208V~6)----------'

7

E1

MOTOR DE IHDUCCIOHDE ROTOR DEVANADO

EMS 87310-250Vc-a VATIMETRO o

123456

9

8

1

ELECTRO-DlHAMOMETRO

1

20 Vc-aN - I -

Figura 51-1

El motor de induccin de rotor devanado, Parte 111 51-3

>jj: .....

...............

::::::::::::~:::::::::::::.:.:->:->:-:-:-:-:.".:."

o 7. a) Acople el motor al electro d.inarnmetro pormedio de la banda.O b) Ponga la perilla de control del dinammetroen su posicin extrema, hacindola girar en el sentidocontrario al de las manecillas del reloj.

O c ) Repita el Procedimiento 6 para cada parindicado en la Tabla 51-2, manteniendo el voltaje deentrada a 208V e-a.

O d) Con un par desarrollado de 9 lbf.plg, hagagirar la perilla de control de velocidad del restato dn-dole toda la vuelta desde una posicin extrema, hastala otra.O e) Cambia la velocidad del motor? ----------------

Tabla 51-2

O f) Vara el par desarrollado? --------------------O g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.O 8. a) Conecte el circuito que aparece en la Figu-ra 51-2. Observe que la salida trifsica fija de la fuentede alimentacin, terminales 1, 2 Y3, son las que se uti-lizan ahora.O b ) Ponga la perilla de control del dinammetroen su posicin extrema hacindola girar en el sentidode las manecillas del reloj (con el fin de proporcionar-le al motor la mxima carga en el arranque).O c ) Coloque la perilla de control de velocidaddel restato en su posicin extrema, hacindola giraren el sentido de las manecillas del reloj (para obtenerla mxima resistencia).

MOTOR DE IHDUCCIOHDE ROTOR DEY AHADOo

EMS 8731N

2 3

ELECTRO-DlHAMOMETRO

1r: - ~ I -1

Figura 51-2

51-4 Experimento de laboratorio N~ 51

o 9. a) Conecte la fuente de alimentacin y midarpidamente El> 11, 12 Y el par de arranque desarrolla-do. Desconecte la fuente de alimentacin.

11 ------ A Coa, 12 = -------A coaEl ------- V coa, par = ------ lbf.plg

o b) Calcule la potencia aparente entregada almotor para el par de arranque.

potencia aparente = -------------------V A


1. Utilice los resultados de la Tabla 51-1 paracalcular las caractersticas del motor de rotar devana-do trabajando en vaco.

a) corriente meda

. = A coa

b) potencia aparente _

_ VA

e) potencia real _

__________ w

d) potencia reaciiva _

____________ var

El motor de induccin de rotor devanado, Parte 111

e) factor de potencia

2. Con los resultados de la Tabla 51-1, calcule lascaractersticas para 9 lbf.Plg, del motor de rotar deva-nado (trabajando con una resistencia externa del rotarde cero ohms).

a) corriente meda _

________________________Ac-a

b) potencia apa: ente . _

___________________ _ VA

c) potencia real _

___________________________ _ W

d) potencia teactiva _

________________________ _ var

e) factor de potencia _

f) potencia (hp)

________________ = hp

g) eficiencia . _

-------------------- =------------------------------_%

51-5

3. U tilice los resultados de la Tabla 51-2, paracalcular las caractersticas para 9 lbf.Plg del motor derotor devanado (con una resistencia externa del rotorde 16 Q). '

a) corriente media

_______________________________________________A e-a

b) potencia aparente _

___________________________________ VA

e) potencia real __.. _

__________________________________ W

d) potencia reaciiva _

var


f) potencia (hp) _

________________________= hp

g) eiiciencia _

------------------------------------- --------------------------- %4. Con los resultados del Procedimiento 9 y la

Tabla 51-2, haga los siguientes clculos de relaciones(use las caractersticas a 9 lbf.Plg para los valores a ple-na carga).

a) corriente de arranque a corriente de plenacarga

51-6

..

-------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------

---------------------------------_._--- ----------------------------

b ) par de arranque a par de plena carga

-----------------------------------------------------------------------

c ) corriente de plena carga a corriente en vado

5. La eficiencia del motor es mucho menor cuan-do la resistencia externa est dentro del circuito delmotor. Explique esto.

6. El factor cle potencia mejora al aumentar lacarga. Explique esto.

Experimento de laboratorio N" 51

EXPERIME TO DELABORATORIO Q S2

EL MOTOR DE INDUCCJONDE JAULA DE ARDILLA

VALORES NOMIHALES DEl MOTORr-:-~-:-~H 1.701t'M -10.Vl,2" I/ob-' lo7il

.OH1.l'H~~GlNUADDR UII((RONICO

52-'

OBJETIVOS

1. Analizar la estructura de un motor trifsico dejaula de ardilla.

2. Determinar sus caractersticas de arranque, de va-co y de plena carga.

EXPOSICION

El rotar ms sencillo y de mayor aplicacin en losmotores de induccin, es el que se denomina de jaulade ardilla, de donde se deriva el nombre de motor deinduccin de jaula de ardilla. El rotar de jaula de ar-dilla se compone de un ncleo de hierro laminado quetiene ranuras longitudinales alrededor de su periferia.Barras slidas de cobre o aluminio se presionan firme-mente o se incrustan en las ranuras del rotar. A ambosextremos del rotar se encuentran los anillos de cortocircuito que van soldados o sujetos a las barras, for-mando una estructura sumamente slida. Puesto quelas barras en corto circuito tienen una resistencia mu-cho menor que la del ncleo, no es necesario que seles asle en forma especial del ncleo. En algunos ro-tores, las barras y los anillos de los extremos se fundenen una sola estructura integral colocada en el ncleo.Los elementos de corto circuito, en realidad son vueltasen corto circuito que llevan elevadas corrientes induci-das en ellas, por el flujo del campo del estator.

En comparacin con el complicado devanado delrotar .devanado, o con la armadura de un motor de c-d,elrotor de jaula de ardilla es relativamente simple. Esfcil de fabricar y generalmente trabaja sin ocasionarproblemas de servicio.

En un motor de induccin de jaula de ardilla en-samblado, la periferia del rotar est separada del esta-tor por medio de un pequeo entrehierro. La magni-tud de este entrehierro es, en efecto, tan pequea como10 permitan los requerimientos mecnicos. Esto ase-gura que, al efectuarse la induccin electromagnticasta sea la ms fuerte posible.

Cuando se aplica potencia al estator de un mo-tor de induccin, se establece un campo magnticogiratorio, conforme a todos los mtodos que se hanestudiado hasta aqu. Cuando el campo comienza agirar, sus lneas de flujo cortan las barras de corto cir-cuito que estn alrededor de la superficie del rotor dejaula de ardilla y generan voltajes en ellas por induc-cin electromagntica. Puesto que estas. barras estnen corto circuito con una resistencia muy baja, los vol-tajes inducidos en ellas producen elevadas corrientesque circulan por dichas barras del rotar. Las corrien-tes circulantes del rotar producen, a su vez, sus propioscampos magnticos intensos. Estos campos locales deflujo del rotar producen sus propios polos magnticos

52-2

que son atrados hacia el campo giratorio. Por lo tantoel rotar gira con el campo principal. '

El par de arranque del motor de induccin dejaula de ardilla es bajo, debido a que en reposo elrotar tiene una reactancia inductiva (XL) relativarne-;te grande con respecto a su resistencia (R). En estascondiciones, se podra esperar que la corriente del ro-tar tuviera un atraso de 90 grados en relacin al voltajedel rotar. Por lo tanto, se puede decir que el factor depotencia del circuito es bajo. Esto significa que el mo-tor es ineficiente como carga y que no puede tomar dela fuente de alimentacin una energa realmente tilpara su operacin.

A pesar de su ineficiencia, se desarrolla uu par, yel motor comienza a girar. Conforme comienza a gi-rar, la diferencia en velocidad entre el rotar yel camporotatorio, o deslizamiento, va de un mximo del 100por ciento a un valor intermedio, por ejemplo, el 50 porciento. Conforme el deslizamiento se reduce en estaforma, la frecuencia de los voltajes inducidos en el ro-tor va en disminucin, porque el campo giratorio cortalos conductores a una velocidad menor, y esto, a suvez, hace que se reduzca la reactancia inductiva generaldel circuito. Al reducirse la reactancia inductiva elfactor de potencia comienza a aumentar. Este mejo-ramiento se refleja en forma de un incremento en elpar y un aumento subsecuente en la velocidad.

Cuando el deslizamiento baja a un valor com-prendido entre el 2 y el 10 por ciento, la velocidad delmotor se estabiliza. Esta estabilizacin ocurre debidoa que el par del motor disminuye por disminuir los vol-tajes y corrientes inducidas en el rotar, ya que por elpequeo deslizamiento, las .barras del rotar cortan pocoflujo del campo giratorio del estator. En consecuencia,el motor presenta un control automtico de velocidadsimilar a la del motor en derivacin de e-d.


Mdulo de motor de induccin dejaula de ardilla

Mdulo de electrodinammetroMdulo de wattmetro trifsicoMdulo de fuente de alimentacin(0-120/208V, 3cf

Mdulo de medicin de e-a (250V)Mdulo de medicin de e-a(2.5/ 2.5/ 2.5/ 8A)

Tacmetro de manoCables de conexinBanda

EMS 8221EMS 8911EMS 8441

EMS 8821EMS 8426

EMS 8425EMS8920EMS 8941EMS 8942

PROCEDIMIENTOS

Advertencia: j En este Experimento de Laborato-rio se manejan altos voltajes! jNo haga ningunaconexin cuando la fuente est conectada! jLafuente debe desconectarse despus de hacer cadamedicin!

Experimento de laboratorio N9 52

o 1. Examine la construccin del Mdulo EMS8221 de motor de induccin de caja de ardilla,fijndose especialmen te en el motor, las terminales deconexin v el alambrado.

o .2. a) Identifique los devanados del cstator. Observe que se componen de muchas vueltas de alam-bre de un dimetro pequeo, uniformemente espacia-das alrededor del esta tor. (Los devanados del esta torson idnticos a los de un motor de induccin de rotordevanado.)

o b) Identifique el abanico de enfriamiento.o e) Identifique los anillos de los extremos delrotor de jaula de ardilla.

o d ) Observe la longitud del cntrehierro entre elesta tor v el rotor.

o e) Existe alguna conexin elctrica entre el ro-tor y cualquier otra parte del motor?

o 3. Si observa el mdulo desde la cara delantera:o a) Los devanados independientes del estatorse conectan a las terminales --------------------y --------------------,------------------ y ------------------, ------------------- y -r-r-r-r-r-r-r-r-r-r-;

0-250Vca VATIMETRO

@@1 2 3 4 5 6

0-208V

!2i 6}----------I

o b ) Cul es la corriente nominal de los devanados del estator? --------------------

o e) Cul es el voltaje nominal de los devanados del esta tor? --------------------

o d ) Cul es la velocidad nominal y la potencieen hp del motor?

r lmiri

hp ---------------------

o 4. Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 52-1, usando los Mdulos EMS de motor de jau-la de ardilla, electrodinammetro, wattmetro trifsico, fuente de alimentacin y medicin de e-a, Noacople el motor al dinammetro todava! Observe quelos devanados del estator estn conectados en estrellaa travs del wattunetro, a la salida trifsica variable dela fuente de alimentacin, terminales 4. 5 Y 6.

0-2.5 Aca(3)

3

MOTOR DE INDUCCIONDE JAULA DE ARDILLA

o2

ELECTRODINAMOMETRO

1

20 Vca

N

~I -1

Figura 52-1

El motor de induccin de jaula de ardilla 523

2MOTOR DE IHDUCCIOHDE JAULA DE ARDILLA

208V~ 3~ +-__o3J1rYl

oELECTRO

DIHAMOMETRO

120 Vc-a

~-----_....I

o 5. a) Conecte la fuente de alimentacin y ajusteEl a 208V e-a. El motor debe comenzar a funcionar.D b) Mida y anote en la Tabla 52-1, las tres co-rrientes de lnea, las lecturas del wattmetro y la velo-cidad del motor.D e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

D 6. a) Acople el motor al electrodinammetro pormedio de la banda.

D b) Mueva la perilla de control del dinamrne-tro a su posicin extrema hacindola girar en el senti-do contrario al de las manecillas del reloj.

D e) Repita el Procedimiento 5 para cada unode los pares anotados en la Tabla 52-1, manteniendoel voltaje de entrada en 208V e-a.

D d ) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

Figura 52-2

D 7. a) Conecte el circuito que aparece en la Figu-ra 52-2. Observe que ahora se utiliza la salida trifsicafija de la fuente de alimentacin, terminales 1, 2 Y 3.

D b ) Ponga la perilla de control del dinammetroen su posicin extrema hacindola girar en el sentidode las manecillas del reloj (con el fin de darle al mo-tor una carga mxima en el arranque).

D 8. a) Conecte la fuente de alimentacin v midarpidamente E" 1, Y el par de arranque desar;ollado.

E, = --------Ve-a, 11 = ---------A coapar de arranque = ------------lbf.Plg

D b) Calcule la potencia aparente del motor parael par de arranque.

potencia aparente = ----------VA

:.', ::::::P.AR:::::::: :::::::::::t:~:::::::::: ::}::::l:~:.:::::::: ::::::::::t:~)::? ::::{}~::::::::: :::::::::W:~::::::::: VELOCiDAD'(!bl. plg) :J~m~t]~~r JM~~~r]W.~~~~tJw.~~~~r(r/min)

::::::::::::0:::::::::::.........................

:::::::::::::3::::::::::::;.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:>~~...

......

":::::::9::::::::::::

PRUEBA DE CO OCIMIENTOS

1. Con los resultados de la Tabla 52-1, calculelas caractersticas en vaco del motor de jaula de ardilla.

a) corriente media

_______________________. A. c-a

b) potencia aparente

___________________________________________ VA

e ) potencia real

_____________________________________ W

d ) potencia reactiva

_______________________________________ var


2. Con los resultados obtenidos en la Tabla 52-1calcule las caractersticas a 9 lbf.plg del motor de jaulade ardilla.

a) corriente media

______________________A ac

b) potencia aparente . L _

______________________ _ VA

El motor de induccin de jaula de ardilla

e) potencia real

_______________________________W

d ) fJotencia reactiva _

_____________________________va r

e) factor de potencia . _

f) potencia en hp . _

___________________________________= hp

g) eficiencia _

-----------------------------------------=------------------------------%

3. Use los resultados del Procedimiento 8 y laTabla 52-1, para hacer los siguientes clculos de rela-ciones (use las caractersticas a 9 lbf.f)lg como valoresa plena carga).

a) corriente de arranque a corriente de plenacarga

---------------~----------I------------------------

b) par de arranque a par de plena carga

------------------------/ ---,,-------------------------

e) corriente de plena carga a corriente en vaco

------------------------------ / ------------------------------

52-5

4. Compare las caractersticas de operaclOn dejaula de ardilla con las del motor de rotor devanado.

5. El motor de induccin de jaula de ardilla esuna de las mquinas ms seguras y ms usadas en laindustria. Por qu?,

52-6

------------------------_._------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------- --------------

--------------------------------------------------------------------------

6. Si la frecuencia de la lnea de alimentacinfuera de 50 Hz:

a) A qu velocidad girara el motor?

=

b ) Aumentara la comente de excitacin, se re-ducira o permanecera igual?

Experimento de laboratorio NQ 52

EXPERIMENTO DELABORATORIO N9 53

EL MOTOR SINCRONO,PARTE I

53-'

OBJETIVOS

1. Analizar la estructura del motor sincrono trifsico.2. Calcular las caractersticas de arranque del motor

sncrono trifsico.

EXPOSICION

El motor sincrono deriva su nombre del trminovelocidad sincrona, que es la velocidad natural delcampo magntico giratorio del estator. Como ya sevio antes, la velocidad natural de rotacin est deter-minada por el nmero de pares de polos y la frecuen-cia de la potencia aplicada.

Al igual que el motor de induccin, el motor sin-crono utiliza un campo magntico giratorio, pero a di-ferencia del motor de induccin, el par desarrolladono depende de las corrientes de induccin del rotar.En resumen, el principio de operacin del motor sin-crono es el siguiente: se aplica una fuente multifsicade e-a a los devanados del estator y se produce uncampo magntico rotatorio. Se aplica una corrientedirecta a los devanados del rotar y se produce un cam-po magntico fijo. El motor est construido en talforma que cuando estos dos campos magnticos reac-cionan entre s, el rotar gira a la misma velocidad queel campo magntico giratorio. Si se aplica una carga aleje del rotar, ste tendr un atraso momentneo conrelacin al campo giratorio; pero seguir girando a lamisma velocidad sncrona.

Para entender cmo se produce este atraso, ima-gnese que el rotar est acoplado a un campo giratoriopor medio de una banda elstica. Las cargas pesadasharn que se estire la banda de modo que la posicindel rotar tendr cierto atraso con respecto al cam-po del estator, pero el rotar seguir girando a la mismavelocidad. Si la carga es demasiado grande, el rotarse saldr de sincronismo con el campo giratorio y, comoresultado, se parar. En este caso, se dice que el mo-tor est sobrecargado.

El motor sncrono no tiene par de arranque pro-pio y su rotar de modo que, una vez parado el motor,no habra manera de hacer que el rotar entre enacoplamiento magntico con el campo magntico gi-ratorio. Por esta razn, todos los motores sincronostienen algn medio de arranque. La forma ms sen-cilla de arrancar un motor sncrono es usar otro motorque lo impulse hasta que el rotor alcance aproximada-mente 90 por ciento de su velocidad sincrona. Enton-ces el motor de arranque se desconecta, y el rotar entraen acoplamiento con el campo giratorio. En la prc-tica, el mtodo de arranque ms usado consiste en queel rotar incluya un devanado de induccin de jaula deardilla. Este devanado de induccin hace que el rotaralcance una velocidad prxima a la sncrona, funcio-

53-2

nando como en un motor de induccin. La jaulade ardilla sigue til incluso despus de que el motorha llegado a la velocidad sncrona, ya que tiende aamortiguar las oscilaciones del rotar producidas porcambios repentinos en la carga. El mdula de motorsincrono/generador contiene un rotor con dispositivode arranque de jaula de ardilla.


Mdulo de motor sincrono / generadorMdulo de electrodinammetroMdulo de fuente de alimentacin

(0-120/208V, 3cp, 120V c-d, 0-120Ve-d)1\ fdulo de interruptor de sincronizacinMdulo de medicin de e-a (8)Mdulo de medicin de e-a (250V)Tacmetro de manoCables de conexinBanda

EMS 8241EMS 8911

EMS 8821El'v1S 8621EMS 8425EMS 8426EMS 8920EMS 8941EMS 8942

PROCEDIMIENTOS

Advertencia: En este Experimento de Laborato-rio se manejan altos voltajes! No haga ningunaconexin cuando la fuente est conectada! Lafuente debe desconectarse despus de hacer cadamedicin!

D 1. Examine la estructura del Mdulo EMS8241 de motor sncrono generador, fijndose es-pecialmente en el motor, los anillos colectores, el res-tato, las terminales de conexin y el alambrado.

D 2. Observe el motor desde la parte posteriordel mdulo:

D a) Identifique los dos anillos colectores y lasescobillas.

D b) Se pueden mover las escobillas? ----------------

D e) Observe que las terminales de los dos deva-nados del rotar se llevan hasta los anillos colectores atravs de una ranura en el eje del rotor.

D d) Identifique los devanados amortiguadores dec-d en el rotar. (Aunque slo son dos devanados, estnconectados en tal forma que sus fuerzas magnetomo-trices actan en oposicin, creando as cuatro polos.)

D e) Identifique los cuatro polos salientes inme-diatamente debajo de los devanados de amortiguacin.

D f) Identifique el devanado del estator y obser-ve que es idntico al de los motores trifsicos de jaulade ardilla y de rotar devanado.


03. Observe desde la cara delantera del mdulo:

o a) Los tres devanados independientes del es-tator estn conectados a las terminales -------- y ---------,--------- y --------, -------- y ------.

o b) Cul es el voltaje nominal de los devana-dos del estator?

o e) Cul es la corriente nominal de los deva-nados del estator? -------------------

o d) El devanado del rotor se conecta (a travsdel rcstato de 1500.) a las terminales ----------y ---------.

o e ) Cul es la corriente nominal del devanadoeJel rotor? ---------------------

o f) Cml es el voltaje nominal del devanadoeJel rotor? --------------------

o g) Cul es la velocidad nominal y la poten-cia del motor?

r/min

hP - -----------------

CARACTERISTICAS DE ARRANQUE

o 4. Conecte el circuito ilustrado en la Figura- 53-1, utilizando los MGdulos EMS de motor snero-no/generador, fuente de altmentacin y medicinde e-a. Observe que los tres devanados del estator es-tn conectados en estrella a la salida trifsica fija de208V de la fuente de alimentacin, terminales d, 2 y 3.

~1r-----------~208V

208V

MOTORSIHCROHO

208V 2~3~ ~3~~,~--------------~

Figura 53-1

o 5. a) Conecte la fuente de alimentacin. Obser-ve que el motor comienza suavemente a funcionar ysigue operando como un motor ordinario de induccin.

o b ) Observe el sentido de rotacin.rotacin = -----, 11= -------A coa

o e) Desconecte la fuente de alimentacin e in-tercambie dos de los tres cables que van a la fuentede alimentacin.

o d) Conecte la fuente de alimentacin y obser-ve el sentido de rotacin.

rotacin = ----------,11 = ----------A e-eo e) Desconecte la fuente de alimentacin.o 6. Conecte el circuito que aparece en la Figu-ra 53-2, con los Mdulos EMS del eleetrodinam-metro y el interruptor de sineronizacin. Acopleel motor al electrodinammetro por medio de la banda.

EMS8621 MOTORSIHeROHO

3

TOOO208VfJ 3}---- .....

N~---- .

120 Vc-a

ELECTRO-DIHAMOMETRO

N~------------------------------ """

El motor sncrono, Parte 1

Figura 53-2

53-3

o 7. a) El mdulo de interruptor de sincronizacinse utilizar como interruptor para la potencia trifsicaque va a los devanados del estator. Ponga el interrup-tor en la posicin "off".

o h) El electrodinarnmetro se conecta a la sali-da fija de 120V c-a de la fuente de alimentacin, ter-minales 1 y N. Ajuste la perilla de control del dinarn-metro al 40 por ciento aproximadamente de excitacin

o e) El rotar del motor sncrono se conecta a lasalida fija de 120V c-d de la fuente de alimentacin8 y N. Ajuste el restato de campo a una resistenciacero (la perilla de control debe ponerse en la posicinextrema, hacindola girar en el sentido de las maneci-llas del reloj).O d) Si el motor sncrono tiene el interruptorS, cirrelo al llegar a este paso.

O 8. a) Conecte la fuente de alimentacin. A conti-nuacin aplique potencia trifsica cerrando el interrup-tor de sincronizacin y observe lo que sucede. Noaplique la potencia ms de 10 segundos!

O b) Describa lo que sucede.

O e) Qu lectura dio el ampermetro?

O d) Si un motor sncrono tiene carga, debearrancarlo cuando existe excitacin de c-d en su campo?

O 9. a) Conecte el rotar del motor sncrono a lasalida variable de 0-120V c-d de la fuente de alimen-tacin, terminales 7 y N. No cambie ninguna de lasotras conexiones o los ajustes del control.

O b) Con el control del voltaje variable de sali-da en cero, conecte la fuente de alimentacin. Apli-que potencia trifsica cerrando el interruptor de sin-cronizacin y observe lo que sucede.

O e) Describa lo que pas.

53-4

Ocin?

d ) Funciona el aparato como motor de induc_

O e) Ajuste cuidadosamente la salida de la fuen-te de alimentacin a 120V c-d, segn lo indique el me-didor de la fuente de alimentacin.

O f) Describa lo que sucede.

---------------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------------------

O g) Est operando el motor como motor sin-crono? -------------------

O h) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

O 10. a) Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 53-3. Observe cmo est conectado el motor sin-crono; sta es la configuracin normal de arranque(como un motor de induccin trifsico de jaula deardilla).

O b) Ajuste la perilla de control del dinamrne-tro en su posicin extrema hacindola girar en el sen-tido de las manecillas del reloj (a fin de proporcionar-le al motor sncrono la mxima carga en el arranque).O e) Si el motor sncrono tiene el interruptorS, cirrelo al llegar a este paso.

O ll. a) Conecte la fuente de alimentacin y midarpidamente El, E2' I, Y el par de arranque desarrolla-do. Desconecte la fuente de alimentacin.

E, = ------V c-a, E2 = --------V e-a

T, = --------A e-u, par de arranque = --------lbf.PlgO b) Calcule la potencia aparente suministrada almotor en el arranque. .

potencia aparente = ------------- V AO e) Calcule el par a plena carga correspondientea 1/4 hp a 1 800 r/mino

par a plena carga = -------------------lbf.plgo d) Calcule la relacin entre el par de arranquey el par a plena carga.

relacin = ------------------

Experimento de laboratorio NQ53

208V

MOTORSINCROHO

2o 3~ ~~3~~,~---------+----~120 Vc-a

ELECTRODIHAMOMETRO

Nr---------------------------------------------------~Figura 53-3

o e) Explique por qu se indujo un alto voltajeen e-a, E2 en los devanados del rotar.

2. Si se quitara el devanado de jaula de ardillade un motor sncrono, podra arrancar por s solo?

3. Indique dos razones por las que el devanadodel rotar de un motor sncrono se conecta casi siemprea una resistencia externa durante el arranque.

a) _

o 12. Sin cambiar el circuito, conecte la fuente dealimentacin y, para reducir la carga, haga girar conlentitud la perilla de control del dinammetro en sen-tido contrario al de las manecillas del reloj. El motoraumentat a velocidad plena y funcionar como mo-tor de induccin de jaula de ardilla. Observe el efectoproducido en el voltaje inducido E2

b) . _

o a) Por qu se reduce E2 conforme se incre-menta la velocidad del motor?


4. Compare las caractersticas de arranque delmotor sncrono con las del motor de induccin trifsi-co de jaula de ardilla (Experimento de Laborato-rio NQ52).

l. Qu precauciones deben tomarse durante elperodo de arranque de un motor sncrono?

El motor sncrono, Parte I 53-5

EXPERIMENTO DELABORATORIO Ne.54

EL MOTOR SINCRONO,PARTE 11

'"

54-1

OBJETIVOS

1. Entender por qu el motor sncrono puedecomportarse como inductancia o capacitanciavariables.

2. Obtener la curva caracterstica de la corriente decoa en funcin de la corriente en c-d, para el mo-tor sincrono.

EXPOSICION

Como ya se vio antes, se necesita una potenciareactiva positiva para crear el campo magntico en unmotor de corriente alterna. Esta potencia reactiva tie-ne la desventaja de producir un factor de potencia bajo.Los factores de potencia bajos son indeseables porvarias razones. Los valores nominales de los genera-dores, transformadores y circuitos de abastecimientoestn limitados por la capacidad que tienen para lle-var corriente,. Esto significa que la carga en kilowatts'que pueden entregar es directamente proporcional alfactor de potencia de las cargas que alimentan. Porejemplo, a un factor de potencia o 0.7, un sistemaslo proporciona el 70 por ciento de la carga en kilo-watts que podra entregar a un factor igual a la unidad.

El motor sincrono requiere una considerable po-tencia reactiva cuando opera en vaco sin ninguna exci-tacin en c-d aplicada al rotar. Acta como una cargainductiva trifsica en una lnea de potencia. Cuandoel rotar se excita, se produce parte del magnetismodentro del motor, dando como resultado que el estatortiene que proporcionar una menor cantidad y la po-tencia reactiva obtenida de la lnea de alimentacindisminuye. Si el rotar se excita hasta que produce todoel magnetismo, la lnea de alimentacin slo tendrque proporcionar potencia real al estator y el factorde potencia ser igual a la unidad. En lo que respectaa la lnea de alimentacin, el motor sincrono se com-porta ahora como una carga resistiva trifsica.. Si el rotar se excita ms todava, tendiendo acrear ms magnetismo que el que requiere el motor,entonces la lnea de potencia comienza a proporcionaruna potencia reactiva negativa al estator a fin de man-tener constante el flujo total. Sin embargo, la potenciareactiva negativa corresponde a un capacitar y el mo-tor sncrono acta entonces como una carga capacitivatrifsica con relacin a la lnea de potencia.

Cuando funciona en vaco, el motor sncronotiene la propiedad de actuar como un capacitar varia-ble/inductor variable, en donde el valor de la reactan-cia (XL XC') queda determinada por la intensidad decorriente directa que fluye por el rotar.

Cuando un motor sincrono se usa en el mismosistema de potencia junto con motores de induccin,mejora el factor de potencia general del sistema.


Mdulo de motor/generador sincrnicoMdulo de wattrnetro trifsico

EMS 8241EMS 8441

54-2

Mdulo de fuente de alimentacin(120/ 208V, 3cf>, 0-120V c-d)

Mdulo de medicin de coa (0.5/ 2.5A)Mdulo de medicin de coa (250V)Mdulo de 'medicin de c-d (0.S/2.5A)Cables de conexin


PROCEDIMIENTOS

Advertencia: En este Experimento de Laborato_rio se manejan altos voltajes! No haga ningunaconexin cuando la fuente est conectada! [Lafuente debe desconectarse despus de hacer ca;lamedicin!

o 1. Conecte el circuito que aparece en la Figu-ra 54-1, utilizando los Mdulos EMS de motor/ge-nerador sncrono, wattmetro, fuente de alimen-tacin y mdulos de medicin. Observe que los de-vanados del estator estn conectados, a travs delwattmetro, a la salida fija de 208V, 3cf> de la fuentede alimentacin, terminales 1, 2 Y 3. El devanado derotar est conectado, a travs del ampermetro, a lasalida variable de 0-120V c-d de la fuente de alimen-tacin, terminales 7 y N. La perilla de control de vol-taje debe estar en cero.O b) Si el motor est equipado con un inte-rruptor S, bralo al llegar a este paso.

O c) Ajuste el campo del restato para resis-tencia cero (haga girar totalmente la perilla en elsentido de las manecillas del reloj.

O 2. a) Conecte la fuente de alimentacin; el mo-tor debe comenzar a funcionar. Observe el valor dela corriente alterna 1,. El motor toma potencia reac-iiva positiva de la fuente de alimentacin a una excita-cin de c-d igual a cero, y funciona como un inductor.O b) Si el motor tiene un interruptor S, cirre-lo al llegar a este paso.

O e) Aumente gradualmente la excitacin de c-dhasta que la corriente alterna 1, est en su valor mni-mo. Los dos wattmetros deben indicar lecturas posi-tivas idnticas y, en lo que respecta a la fuente dealimentacin, el motor se comporta co~o una resis-tencia.O d) Observe Z, , 12, W y W21m n = ---------------A coa 12 = -----------------A c-dW = W W 2 = ---------------W

O e) Aumente la excitacin de c-d y observe quela corriente alterna 1,comienza a aumentar nuevamen-te. El motor toma una potencia reactiva negativa dela fuente de alimentacin y se comporta como un ca-pacitor .O 3. a) Reduzca la excitacin de c-d a cero; miday anote E" 1" W, Yw, en la Tabla 54-1.O b) Repita esta operacin para cada valor decorriente directa indicado en la Tabla 54-1. Cuando


0-2.5Aca

@@123456

208V

o 3r---------------~7r-------------------~

MOTORSINCRONO

2

3

0-120 Vcd

Figura 54-1N~--------------------------------------------------~

la excitacin exceda de O.6A c-d, tome las medicionestan rpidamente como sea posible. Desconecte la fuen-te de alimentacin y cambie la escala del ampermetrocuando la corriente descienda por abajo de O.5A e-d.Recuerde que debe observar las indicaciones de pola-ridad del wattmetro.O e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.O 4. Llene la Tabla 54-1, calculando la potenciaaparente (recuerde que debe multiplicar por 1.73), lapotencia real y el factor de potencia para cada valor decorriente directa indicado.

O 5. a) De acuerdo con los resultados de la Tabla54-1, calcule la potencia reactiva, para una corriente delrotor en c-d igual a cero.

----- = .. val

o b) El factor de potencia es adelantado oatrasado? -------------- _

O 6. a) De acuerdo con los resultados de la Tabla54-1, calcule la potencia reactiva para la mxima co-rriente del rotor en e-d.--------------------------------------------------------------------_________________________________= var

o b) mI factor de potencia (es' adelantado oatrasado? -------------

O 7. De acuerdo con los resultados de la Tabla54-1, calcule la potencia reactiva a la corriente mf-:nima de estator.

----- - var

it~l~jJ~~:.~~j:! ::{~~~j.! ~~r~~~tiii::!i!:t.!.:!! i::!~~:::.i:rc~~u.~~':!i.::F:r:"i:f:r:~:::r:

Tabla 54-1

El motor sncrono, Parte 11 543

1.0-A."'"--e 0.8o%1- 0.6oA.Qa::: 0.4o1-V~ 0.2"'"_ 1.0"'u

0.1


0.3 0.5 0.7CORRIENTE DEL ROTOR (A e-d)

Figura 54-2

1. a) En la grfica de la Figura 54-2 marque losvalores anotados de corriente alterna en funcin delos valores de corriente directa segn la Tabla 54-1.

b) Trace una curva continua por todos los pun-tos marcados.

e ) En la grfica de la Figura 54-2 marque .losfactores de potencia medidos en funcin de los valoresde corriente segn la Tabla 54-1.

d) Dibuje una curva continua por los puntosmarcados.

e) Haga sus comen tarios acerca de la forma deambas curvas.

544

0.9

2. El motor sncrono se denomina a veces capa-citor sncrono. Explique esto.

3. Podra llamrsele a un motor sncrono, 111-ductor sncrono? -------------------

4. Escriba sus observaciones acerca de la poten-cia real consumida por el motor durante el Procedi-miento 3.

Experimento de laboratorio N'! 54

EXPERIMENTO DELABORATORIO N~ 55

EL MOTOR SINCRONO,PARTE 111

55-'

OBJETIVOS

1. Determinar las caractersticas a plena carga delmotor sncrono.

2. Determinar el par de salida del motor sncrono.

EXPOSICION

Al igual que se pudo variar el factor de potenciadel motor sncrono en vaco, se puede cambiarlo encondiciones de plena carga. Aunque el factor de po-tencia del motor se mantiene normalmente cerca del100 por ciento, se puede sobreexcitarlo con una corrien-te directa a fin de mejorar el. factor de potencia gene-ral de un sistema elctrico grande.

Cuando en el mismo sistema elctrico, los moto-res sncronos operan con motores de induccin u otrosdispositivos que funcionan a factores de potencia atra-sados, entonces los kilovars adelantados que proporcio-nan los primeros, compensan los kilovars atrasados delos motores de induccin u otros dispositivos, dandocomo resultado un mejoramiento en el factor de po-tencia general del sistema elctrico.

Los motores sncronos, al igual que los de induc-cin, se pueden sobrecargar en forma temporal. Sinembargo, a diferencia del motor de induccin, el sncro-no mantendr una velocidad constante hasta que lascondiciones de sobrecarga no excedan determinadopunto. El punto mximo de sobrecarga depende de laexcitacin de c-d del rotar. Cuando se sobrepasa estepunto, los polos del rotar "se desacoplan" del campogiratorio del estator y el rotar pierde su sincronismo.Este punto de sobrecarga se denomina par de salidadel motor. Si no fuera por los devanados de jaula deardilla, dejara de desarrollar par y, en consecuencia, sedetendra rpidamente. Cuando un motor sncronosale de sincronismo, hay que desconectado de la lneade alimentacin tan rpidamente como sea posible.


Mdulo motor/generador sncronoMdulo de electrodinarnmetroMdulo de wattrnetro trifsicoMdulo de fuente de alimentacin{0-120/208V, 34>,120V c-d) EMS 8821

Mdulo de medicin de e-a (250V) EMS 8426Mdulo de medicin de e-a (2.5A) EMS 8425Mdulo de medicin de c-d {200V, 2.5A) EMS 8412Cables de conexin EMS 8941Banda EMS 8942

EMS 8241EMS 8911EMS 8441

PROCEDIMIENTOS

Advertencia: En este Experimento de Laborato-rio se manejan altos voltajes! jNo haga ningunaconexin cuando la fuente est conectada! La

55-2

fuente debe desconectarse despus de hacer cadamedicin!O 1. Conecte el circuito ilustrado en la Figura55-1, utilizando los Mdulos EMS de motor/genera.dor sncrono, wattmetro, electrodinammetro,fuente de alimentacin y medicin. Observe que losdevanados del estator estn conectados a la salida tri-fsica variable de la fuente de alimentacin, terminales4, 5 y 6, y que el devanado del rotor se conecta a lasalida fija de c-d de la fuente de alimentacin, termi-nales 8 y N.

O 2. a) Acople el motor al electrodinammetro uti-lizando la banda.

o b) Ponga la perilla de control del dinamme-tro en su posicin extrema hacindola girar en sentidocontrario al de las manecillas del reloj.

O e) Ajuste el restato del motor sncrono en suposicin extrema hacindolo girar en sentido contrarioal de las manecillas del reloj, para obtener una resis-tencia mxima. (Si el motor tiene un interruptor S,debe mantenerlo abierto).

O d) Conecte la fuente de alimentacin y ajusterpidamente El a 208V e-a, segn lo indique el volt-metro. El motor debe comenzar a funcionar.

O 3. a) Si el motor tiene un interruptor S, debecerrarlo.

o b) Aumente en forma gradual el par hasta lle-gar a 9 lbf.Plg, en tanto que hace variar la excitacinde c-d, hasta que la indicacin en los dos wattirnetrossea la misma, es decir, hasta que el factor de poten-cia sea igual a la unidad. (11 debe estar tambin en suvalor mnimo.)

O e) Mida y anote 11,12' s.,W1 YW2.11= ------A e-a, 12 = -- A c-d, E2 = -- V c-dW1 .= --- W, W2 = -- W

o 4. Sin cambiar la excitacin de c-d del Pro-cedimiento 3, aumente de un modo gradual la cargahasta que el motor quede fuera de sincronismo. Anoteel par requerido para ello y desconecte la fuente dealimentacin.

par de salida = -----lbf.Plg

o 5. a) Repita los Procedimientos 2 y 3, pero enesta ocasin aumente la excitacin de c-d a O.8A c-d,en tanto que mantenga un par de 9 lbf.plg.

o b) Mida y anote 117 E2' W1 YW211 = --------A e-a, E2 = ---- V c-d

W 1 = ------W, W 2 = --------W

Experimento de laboratorio NI! 55

123456

~ 6~--------------~

MOTORSINCRONO

2

J

120 Vc-a

N~--------------------+-~

Figura 55-1

o e) Explique por qu aument el valor de 11

o d) Es adelantado o atrasado el factor de po-ten cia? --------------------

o 6. Determine el par de salida con una excita-cin de O.8A e-d. Desconecte la fuente de alimentacin.

par de salida = ------------------lbf.Plg

El motor sincrono, Parte III

ELECTRO-DIN.~MOMETRO


1. Con los resultados del Procedimiento 3calcule las caractersticas a 9 lbf.plg del motor sincrono.

a) potencia aparente _

_____________________ = VA

h) potencia real _

w

55-3

e) potencia reactiva _

_________ var

d) factor de potencia _

e) potencia en c-d _

. W

f) potencia (hp) _

--------------------_______________ = hp

g) eficiencia _

----------------

-------------- -------------_%

2. Calcule la relacin del par de salida (Proce-dimiento 3) al par a plena carga.

I

3. Con los resultados del Procedimiento 5,calcule las caractersticas a 9 lbf-plg (con el rotar sobre-excitado) del motor sncrono.

a) potencia aparente _

= VA---

b) potencia real ---------------------

w

e) potencia teactiva _

____________________ var

el) factor de potencia _

e) potencia en c-d

-------------- --- ____ w

f) potencia (hp) __

_______________ = hp

4. Es 'positiva o negativa la potencia reactivade la Pregunta 3?

5. Influye en el par de salida el grado de exci-tacin de c-d? Explique por qu.

-----------

55-4 Experimento de laboratorio N'.' 55

EXPFRIMENTO DELABORATORIO N9 56

EL ALTERNADORTRIFASICO

56-1

OBJETIVOS

1. Obtener la curva de saturacin en vaco del al-ternador.

2. Obtener las caractersticas de corto circuito delalternador.

EXPOSICION

Los trminos generador de corriente alterna, ge-nerador sncrono, alternador sincrono y alternador, amenudo se utilizan indistintamente en libros de inge-niera. Puesto que los generadores sincronos se utilizanmucho ms que los generadores de induccin en estaobra, el trmino alternador se aplica slo a los primeros.

Los altemadores son la fuente ms importantede energa elctrica. Los alternadores generan un vol-taje de e-a cuya frecuencia depende totalmente de lavelocidad de rotacin. El valor del voltaje generadodepende de la velocidad, de la excitacin del campoen c-d y del factor de potencia de la carga.

Si se mantiene constante la velocidad de un al-ternador y se aumenta la excitacin de campo de c-d,el flujo magntico y, por tanto, el voltaje de salida, au-mentarn en proporcin directa a la excitacin. Noobstante, con incrementos progresivos en la corrientede campo de c-d, el flujo alcanzar finalmente un valorlo suficientemente alto para saturar el hierro del al-ternador.

La saturacin del hierro significa que, para unincremento dado de la corriente de campo de c-d, setendr un incremento menor en el flujo. Para conocerel grado de saturacin se puede medir el voltaje gene-rado, ya que ste tambin se relaciona directamentecon la intensidad del flujo magntico.

Las tres fases del alternador estn espaciadas me-cnicamente a intervalos idnticos unas de otras y, porlo tanto, los voltajes respectivos generados no estn enfase, sino que estn defasados entre s en 120 gradoselctricos.

Cuando un alternador que trabaja produciendosu voltaje nominal de salida se somete repentinamentea un corto circuito, habr momentneamente corrien-tes de gran intensidad. Sin embargo, al subsistir elcorto circuito, las corrientes intensas disminuirn rpi-damente a valores seguros.


Mdulo motor j generador sncronoMdulo de motor de induccin de

jaula de ardillaMdulo de interruptor de sincronizacin

EMS 8241

EMS 8221EMS 8621

56-2

Mdulo de fuente de alimentacin(l20j208V, 3,0-120V e-d)

Mdulo de medicin de e-a(250 j 250 j250V)

Mdulo de medicin de e-a (2.5j25A)Mdulo de medicin de c-d {0.5 j 2.5A)Cables de conexinBanda

EMS 8821


PROCEDIMIENTOS

Advertencia: En este Experimento de Laborato-rio se manejan altos voltajes! No haga ningunaconexin cuando la fuente est conectada! Lafuente debe desconectarse despus de hacer cadamedicin!

o 1. Conecte el circuito ilustrado en la Figura56-1, usando los Mdulos EMS de motor/generadorsncrono, motor de jaula de ardilla, fuente de ali-mentacin y medicin. El motor de jaula de ardillase usar para impulsar el motor j generador sncronocomo alternador; durante este Experimento de La-boratorio, se supondr que tiene velocidad constante.Observe que el motor de jaula de ardilla est conectadoa la salida fija de 208V 3de la fuente de alimenta-cin, terminales 1, 2 Y 3. El rotor del alternador vaconectado a la salida variable de 0-120V c-d de lafuente de alimentacin, terminales 7 y N.

o 2. a) Acople el motor de jaula de ardilla al alter-nador, mediante la banda.

o b) Ajuste el restato del campo del alternadora su posicin extrema moviendo el control en el sen-tido de las manecillas del reloj (para una resistenciacero).

o e) Ponga la perilla de control del voltaje de lafuente a su posicin extrema hacindola girar en sen-tido contrario a las manecillas del reloj (para un vol-taje en c-d igual a cero).

o 3. a) Conecte la fuente de alimentacin. El mo-tor debe comenzar a funcionar.

o b) Siendo nula la excitacin de c-d, mida yanote El, E2 Y E3 (use las escalas ms bajas de losvoltmetros).

El = ---------Ve-a, E2 = --------V e-a, E3 .= --------Vea

o e) Explique por qu se genera un voltaje dee-a cuando no hay excitacin en e-d.

Experimento de laboratorio Nq 56

o 4. a) Si el motor tiene un interruptor S, ci-rrelo al llegar a este paso.

O b) Aumente gradualmente la excitacin de c-d,a partir de O hasta OJA codo

O e) Mida y anote en la Tabla 56-1, los tres V'll-tajes generados El> E2 Y EJ,

O d) Repi ta (b) para cada una de las corrientesdirectas indicadas en la Tabla 56-1.

O e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

O 5. Calcule y anote en la Tabla 56-1 el voltajede salida promedio del alternador, para cada corrientedirecta indicada.

O 6. a) Conecte la fuente de alimentacin y ajustela excitacin de c-d hasta que El = 208V coa. Mida yanote E2 y Ea.

El = 208 V Coa, E2 = -------V e-a, Ea = ------ V coaO b) Desconecte la fuente de alimentacin sintocar el control de ajuste del voltaje.

O e) Vuelva a conectar los tres voltmetros de coade tal manera que midan los voltajes a travs de cadauno de los tres devanados del estator.

o d) Conecte la fuente de alimentacin. Miday anote los voltajes generados en cada devanado delestator conectado en estrella.

El a 4 = --- V C-J, E2 a 5 = ---- V e-aEa a 6 = --- V C-

9Jm----,

MOTOR DE INDUCClONDE JAULA DE ARDILLA

208V o9Jm--....,0-120 Vcd

GENERADORSINCRONO

'O O O4 5

A0-2.5 cd

o 7. Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 56-2, con el interruptor de sincronizacin EMS.Observe que el interruptor est conectado de tal ma-nera que, al cerrarlo, queden en corto circuito directolos devanados del alternador.

o 8. a) Abra el interruptor de sincronizacin.o b) Conecte la fuente de alimentacin y ajustela excitacin de c-d hasta que E, = 208V coa. El mo-tor debe estar funcionando y las tres lmparas delmdulo de sincronizacin deben estar prendidas.

o e) Mida y anote la corriente de excitacin dec-d 1,.

11 = ---- A c-do d) Cierre el interruptor de sincronizacin paraponer en corto circuito el alternador; observe el com-portamiento de la corriente alterna 12

o e) Hasta qu valor mximo (aproximadamen-te) aument 12?

12 = ---- A c-a

o f) Cul es el valor final de estado permanen-te de 12 el,?

1, = ----- A c-d, 12 = --------A coao g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

56-4

Figura 56-2


1. a) En la grfica de la Figura 56-3, marque losvalores promedio de voltaje en funcin de los valoresde comente de c-d, tomados de la Tabla 56-1.

b) Trace una curva continua que pase por lospuntos marcados.

e) Hasta qu valor forma una lnea ms o me-nos recta la curva del voltaje? ---------------

d) En dnde se encuentra el codo de la curvade saturacin? --------- V coa.

e) Explique por qu el voltaje aumenta conmenor rapidez cuando se incrementa la corriente de codo

._---------------

Experimento de laboratorio N? 56

2. D algunas de las razones por las que no sedebe operar un alternador cerca del codo de su curvade saturacin.

3. Un alternador tiene menos probabilidades dequemarse cuando est en un corto circuito permanen-te, que un generador en derivacin de c-d con excita-cin independiente. Explique esto.

-.niu200~~-+-4--~+-+-4--r~-+-4--~~+-4--r-r-+~~~

LLI--

0.1 0.3 0.5 0.7CORRIEHTE DEL ROTOR (A c-d)

0.9

Figura 56-3

El alternador trifsico 56-5

EXPERIMENTO DELABORATORIO NI)57

EL ALTERNADORCON CARGA

57-1

OBJETIVOS

1. Determinar las caractersticas de regulacin devoltaje del alternador con carga resistiva, capaci-tiva e inductiva.

2. Observar el efecto de cargas desbalanceadas en elvoltaje de salida.

EXPOSICION

El voltaje de salida de UIl alternador depende b-sicamente del flujo total que se tenga en el entrehie-rro. Cuando est en vaco, este flujo se establece ydetermina exclusivamente mediante la excitacin decampo de codo

Sin embargo, cuando se tiene carga', el flujo enel entrehierro queda determinado por los arnpere-vuel-tas del rotor y los arnpere-vueltas del estator. Estosltimos pueden sumarse u oponerse a la FMM (fuerzamagnetomotriz) del rotar, dependiendo del factor depotencia de la carga. Los factores de potencia adelan-tados magnetizan el rotar mientras los atrasados lodesmagnetizan.

Puesto que la fuerza magnetomotriz del estatortiene un efecto tan importante en el flujo magntico,la regulacin de voltaje de los alternadores es bastantemala y la corriente de campo de c-d se e1ebe regularcontinuamente para mantener un voltaje constante encondiciones de carga variables.

Si una fase de un alternador trifsico tiene unacarga grande, su voltaje se reducir debido a las prdi-das por IR e IX/. en el devanado del estator. Estacada e1e voltaje no se puede compensar modificandola corriente de campo de c-d, debido a que los voltajesde las otras dos fases tambin variaran. Por consi-guicnte, es esencial que los alternadores trifsicos notengan cargas quc estn muy desbalanceadas.

INSTRUMENT05 y EQUIPO

Mdula de motor j generador sncronoMdula de motor j generador de c-dMdulo de resistenciaMdulo de capacitancia .Mdulo de inductanciaMdulo de fuente de alimentacin

(O-120V c-d, 120V e-d)Mdulo de medicin (le coa (2.5A)Mdulo de medicin de coa

(250j250j250V)Mdulo de medicin de c-d (2.5A)Tacmetro de manoCables de conexinBanda


EMS 8821EMS 8425

EMS 8426EMS 8412EMS8920EMS 8941EMS 8942

57-2

PROCEDIMIENTOS

Advertencia : j En este Experimento de Lahorato-rio se manejan altos voltajes! jNo haga ningunaconexin cuando la fuente est conectada! Lafuente debe desconectarse despus de hacer cadamedicin!

o 1. Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 57-1, usando los Mdulos EMS de motor/gene-rador sncrono, motor j generador de c-d, resisten-cia, fuente de alimentacin v medicin. Observeque la carga resistiva balance;da est conectada enestrella a la salida trifsica del alternador. El rotar delalternador est conectado a la salida variable de 0-120Vc-d de la fuente de alimentacin, terminales 7 y N. Eldevanado del motor en derivacin de c-d se conecta ala salida fija de 120V c-d de la fuente de alimentacin,terminales 8 v N.

o 2. a) Acople el motor al alternador mediante labanda.

o b) Ajuste el restato de campo del motor dec-d a su posicin extrema haciendo girar su perilla decontrol en el sentido de las manecillas del reloj (pararesistencia mnima).

o c) Ponga el restato de campo del alternadoren la otra posicin extrema moviendo la perilla en sen-tido contrario al de las manecillas del reloj (para resis-tencia mxima).

O d ) Ajuste cada secc in de resistencia a un va-lor de 300 ohms.

O 3. a) Conecte la fuente de alimentacin y, fijn-dose en el tacmetro de mano, ajuste el restato delmotor de c-d para una velocidad de 1 800 r[min,

Nota: Esta velocidad se debe mantener constante du-rante el resto de este Experimento de Laboratorio!

O b) Si el motor sncrono tiene un interruptorS, cirrelo al llegar a este paso.

O e) Ajuste la excitacin de c-d del alternadorhasta que el voltaje de salida E, = 208V coa. Mida yanote 11 e I~,de plena carga.

1l = Q!_t:.?__A e-a, 1~= ~_~e.~A c-dD. d) Abra los interruptores de las 3 resistenciasde carga, para que el alternador trabaje en vaco, y miday anote E, e 12, Recuerde que debe comprobar la ve-locidad del motor y ajustarla a 1800 r jmin, si fueranecesario.

El = --------Ve-a, 12 = --.------A c-dtr e) Reduzca el voltaje a cero v desconecte 1

o e) Calcule la regulacin del alternador con car-ga resistiva.

% de regulacin =volts en vaco - volts a plena carga------~----~----------x 100

volts a plena carga

------------------------------- %

o 4. a) Reemplace la carga resistiva con una induc-tiva, utilizando el Mdulo de inductancia EMS.

o b) Ajuste cada seccin de inductancia a unareactancia XI. de 300 ohms.

o e) Repita el Procedimiento 3 y anote los va-lores a plena carga de 11 e 12,

11 = ---------A e-a, 12 = ---------A c-do d) Mida y anote los valores de El e 12 en vaco.

El = ---------Ve-a, 12 = ---------A c-do e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

MOTOR DE COEN OERIV CION

7~----------------------------__~0-120 Vc-d

o f) Calcule la regulacin del alternador con car-ga inductiva.

------------------------------------------ = ----------------------------- %

o g) Con carga inductiva, cmo influye la fuer-za magnetomotriz del estator en la del rotor?, magne-tiza el rotor o lo desmagnetiza? ;- . _

o 5. a) Sustituya la carga inductiva con una capa-citiva, utilizando el Mdulo EMS de capacitancia.

o b) Ajuste cada seccin de capacitancia a unareactancia Xr de 300 ohtns.

o e) Repita el Procedimiento 3 y anote el va-lor de 11 e e a plena carga.

11 = ---------A e-a, 1" = ---------A c-d

o d) Mida y anote los valores en vaco de El e 12El = ---------Ve-a, 12 = ---------A c-d


N~------------------------------------------------~----------~0-2.5 c-d

El alternador con carga

Figura 57-1

57-3

o f) Calcule la regulacin del alternador con car-ga capacitativa.

-----------------------------------------=-----------------------------_%o g) Con carga capacitiva, cmo influye la fuer-za magnetomotriz del estator en la del rotor?, mag-nctiza el motor o lo desmagnetiza? ---------------------

o 6. a) Con una carga de reactancia capacitiva de1 200 ohms por fase, conecte la fuente de alimentaciny ajuste la velocidad del motor a 1800 r jmin.

o b) Ajuste la excitacin de c-d del alternador,hasta que el voltaje de salida El = 208V C-G.o e) Aumente la carga capacitiva colocando unareactancia adicional de 600 ohms en paralelo con cadauna de las secciones de 1 200 ohms, y observe 10 quesucede.

8EN DERIV ACIONMOTOR DE CD

0-1 OVc-d

o d ) Aumente la carga capacitiva ms todavacolocando una reactancia adicional de 300 ohms conec:toda a travs de cada seccin, y observe lo que sucede.

-------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------------


o f) Explique el fenmeno que acaba de ob-servar.

0-250 Vc-a(3)

3

A0-2.5 Ac-d

57-4

Figura 57-2


o 7. a) Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 57-2. Observe que slo hay una carga entre dosfases del alternador.

o b) Conecte la fuente de alimentacin y ajusteel restato del motor de c-d para una velocidad de1800 r jmin,

o e) Ajuste la excitacin de c-d del alternadorhasta que el voltaje aplicado a la carga de 600 ohms,El> sea igual a 208V e-a. Mida y anote los otros dosvoltajes entre fases E2 y Es.

E2 = --------Ve-a, Es = -------V c-ao d) Desconecte la fuente de alimentacin sin to-car ninguno de los controles variables.

o e) Vuelva a conectar los tres voltmetros de e-a,de tal manera que midan los voltajes a travs de cadauno de los tres devanados del estator.

o f) Conecte la fuente de alimentacin. Miday anote los voltajes a travs de cada devanado del al-ternador.

El a 4 = ----- V c-a

E2 a s = ------- V c-aEs a 6 = ----------- V c-a

o g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

o h) Basta una sola carga para producir desequi-librio? --------------


1. Explique por qu el voltaje de salida del al-ternador aumenta con carga capacitiva.

El alternador con carga

2. Es peligroso conectar un alternador a unalnea de transmisin larga, si la lnea se comporta comoun capacitor? ------------ Explique por qu.

3. El rotar de un alternador a potencia nominal,disipa ms calor con una carga de un factor de poten-cia bajo (atrasado) que con una carga de factor de po-tencia elevado. Explique por qu.

4. Si en la fbrica de un cliente de la compaade luz y fuerza se conecta una carga monofsica grandea una lnea trifsica de potencia, todos los dems usua-rios que utilicen esa lnea tendrn una potencia trif-sica desequilibrada, incluso aquellos cuyas cargas estnbalanceadas. Explique por qu.

-------------

57-5

EXPERIMENTO DELABORATORIO NQ58

SINCRONIZACION DELALTERNADOR

58-1

OBJETIVOS

1. Aprender cmo se sincroniza un alternador alsistema de servicio elctrico.

2. Entender cmo puede alterarse el proceso de sin-cronizacin debido a una secuencia de fase in-adecuada.

EXPOSICION

La frecuencia de un gran sistema de energa elc-trica est determinada por la velocidad de rotacin devarios alternadores muy potentes, todos ellos conecta-dos mediante diversas lneas de unin a la red generaLLa inercia colectiva y la potencia de estos generadoreses tan enorme que ninguna carga o perturbacin puedecambiar su velocidad de rotacin. Por lo tanto, la fre-cuencia de un sistema elctrico es notablemente estable.

Si un alternador hade producir potencia para unsistema elctrico existente, debe operar a la misma fre-cuencia que dicho sistema. Un sistema cuya frecuenciaes 60,000Hz, no puede recibir potencia de un alterna-dor que opera a 60,001Hz. Tanto uno como otro de-ben operar exactamente a la misma frecuencia. Estono es tan difcil de lograr como parece a primera vista,pues cundo un alternador se conecta a un sistemaexistente, automticamente entran en juego fuerzasque mantienen constante su frecuencia.

La sincronizacin de un alternador con un gransistema de alumbrado pblico llamado a veces circuitou "omnibus infinito" es como acoplar un engranepequeo con otro de tamao gigantesco y de gran po-tencia. Si los dientes de los dos engranes estn debi-damente sincronizados en el momento de contacto, elacoplamiento ser suave. Sin embargo, si los dientesdel engrane pequeo chocan con los dientes del grandeen el instante crtico, se producir un choque y es po-sible que el engrane ms pequeo resulte daado.

Para etectuar una sincrornzacin suave de un alter-nador se requiere primeramente que su frecuencia seaigual a la de la fuente. Adems, la secuencia de fases(o rotacin) debe ser la misma tambin. Volviendo alejemplo de los engranes, a nadie se le ocurrira acoplardos engranes cuyos dientes de contacto tuvieran velo-cidades opuestas aunque de igual valor.

La siguiente cosa que se debe observar cuandose acoplan dos engranes, es ver que el diente de unoquede dentro de la ranura del otro. En trminos elc-tricos esto significa que el voltaje de. un alternador debeestar en fase con el voltaje de la fuente.

Por ltimo, cuando se acoplan dos engranes, siem-pre se escoge un tamao de diente que sea compatiblecon el engrane maestro. Desde el punto de vista elc-trico, la amplitud de voltaje de un alternador debe seridntica a la amplitud del voltaje de la fuente. Unavez que se satisfacen estas condiciones, el alternadorest perfectamente sincronizado con la red, y el inte-rruptor que est entre ambos se puede cerrar.

58-2

INSTRUMENTOS Y EQUfPO

Mdulo de motor/generador sncronoMdulo de motor/generador de c-dMdulo de interruptor de sincronizacinMdulo de fuente de alimentacin

(120/208V 3cf>, 0-120V c-d, 120V c-d)Mdulo de medicin de coa (250/250V)Mdulo de medicin de e-a (2.5'A)Tacmetro de manoCables de conexinBanda

EMS 8241EMS 8211EMS 8621

EMS 8821EMS 8426EMS 8425EMS 8920EMS 8941EMS 8942

PROCEDIMIE TOSAdvertencia: iEn este Experimento de Laborato-rio se manejan altos voltajes! i 'o haga ningunaconexin cuando la fuente est conectada! Lafuente debe desconectarse despus de hacer cadamedicin!

o 1. Conecte el circuito que aparece en la Figu-ra 58-1, utilizando los Mdulos EMS de motor/gene-rador sncrono, motor /generador de c-d, interrup-tor de sincronizacin y de medicin. Observe quela salida del alternador est conectada, a travs del in-terruptor de sincronizacin, a la salida trifsica fijade 208V de la fuente de alimentacin, terminales 1, 2y 3. El rotar del alternador va conectado a la salidafija de 120V c-d de la fuente de alimentacin, termi-nales 8 y N. El motor en derivacin de c-d se conectaa la salida variable de 0-120V c-d de la fuente de ali-mentacin, terminales 7 y N.O 2. a) Acople el motor de c-d al alternador pormedio de la banda.O h) Ponga el restato de campo del motor dec-d en su posicin extrema, hacindolo girar en elsentido de las manecillas del reloj (para resistenciamnima).O e) Cambie el restato de campo del alternadora la otra posicin extrema, hacindolo girar en senti-do contrario al de las manecillas del reloj (para resis-tencia mxima).O el) Ponga el interruptor de sincronizacin enposicin abierta.O e) Si el motor sncrono tiene un interruptorS, bralo al llegar a este paso.O 3. a) Conecte la fuente de alimentacin y, conel tacmetro de mano, ajuste la salida de la fuente dealimentacin para una velocidad del motor de aproxi-madamente 1 800 r jmin, O b) Mida el voltaje que proporciona la compa-a de luz y fuerza E2

E2 = ------------ V coaO c) Si el motor tiene un interruptor S, cirre-lo al llegar a este paso.O d) Ajuste la excitacin de c-d del alternadorhasta que el voltaje de salida de ste, El, sea igual alvoltaje que proporciona la compaa de luz y fuerza, E~.Nota: Estos dos voltaies deben mantenerse iguales du-rante el resto de este Experimento de Laboratorio.

Experimento de laboratorio N9 58

o e) Las tres luces de sincronizacin deben par-padear, encendindose y apagndose intermitentemente.

o 4. a) Ajuste con cuidado la velocidad del motor dee d hasta que la frecuencia de encendido de las lmpa-ras sea bastante baja.O b ) Se encienden y se apagan las tres luces almismo tiempo? ---------------O e) Si no todas se oscurecen y abrillantan simul-tneamente, la secuencia de fase es incorrecta. Desco-necte la fuente de alimentacin e intercambie dos de loscables que salen del estator.O d) Ajuste con cuidado la velocidad del motorhasta que las tres luces aumenten y disminuyan lenta-mente. La frecuencia del alternador es muy semejantea la de la compaa de luz y fuerza.O e) Cuando los tres focos se hayan apagado porcompleto, los voltajes del alternador y del sistema esta-rn en fase.

O f) Si todos los focos emiten luz continua, losvoltajes del alternador y del sistema estn defasados 180grados. (Esta condicin es la de diente-diente y el in-terruptor de sincronizacin nunca se debe cerrar en es-tas condiciones.)

O g) Verifique si los dos voltajes El y E2 son igua-les. Si no es as, ajuste de nuevo la excitacin de c-ddel alternador.

O 5. a) Cierre el interruptor de sincronizacin cuan-do los tres focos estn apagados, y observe qu pasa con1, en el momento en que cierra el interruptor.

O b ) Cierre el interruptor de sincronizacin cuan-do los tres focos estn opacos y observe cmo vara 1l enese momento.

O e) Cierre el interruptor de sincronizacin cuan-do los tres focos tengan una luz tenue y observe las va-riaciones d 1I en ese momento.

~1~--------------------------~----~208V

~2~------------------------~~~~208V

~3~--------------------------~-+-,

0-120 VcdEN DERIVACIONMOTOR DE CD

3GENERADORSINCRONO,.o O O

8

120 Vcd

N~--------------------------------------------------------------------~

Sincronizacin del alternador

Figura 58-1

58-3

o 6. l) Con el interruptor de sincronizacin abiertoajuste la excitacin de c-d del alternador hasta qne elvoltaje de salida E, = 2,OV e-a.

o b) Ajuste la velocidad del motor hasta que lostres focos estn sincronizados.

o e) Cierre el interruptor de sincronizacin cuan-do las tres luces estn sumamente bajas y observe elefecto en 1, en ?l momento de cierre, y un poco despus.

1, en el momento de cierre = . _

1, despus del cierre = _

----------------------------------

o el) Abra el interruptor de sincronizacin.o e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

o 7. a) Invierta la rotacin del motor de c-d, inter-cambiando el campo en derivacin.

o b) Trate de sincronizar el alternador comoantes.

o e) Cmo reaccionaron los focos?

o d) Qu significa esto?


58-4

o f) Cmo se puede sincronizar nuevamente elalternador sin invertir el motor de c-d?

--------------------------------------------------_._--------------


1. Qu condiciones se deben satisfacer para po-der sincronizar un alternador a una lnea de potenciatrifsica existente?

2. Un alternador podra sufrir grandes daos me-cnicos durante el proceso de sincronizacin con lt l-nea de alimentacin. En cules dos condiciones pue-de suceder esto?

3. Un alternador puede generar un voltaje dife-rente del de la lnea de alimentacin y puede no estarexactamente en fase con ella, pero debe satisfacer unacondicin para que pueda entregarle potencia. Cules esta condicin?


EXPERIMENTO DELABORATORIO N" 59

POTENCIA DELALTERNADOR

59-'

OBJETIVOS

l. Estudiar el efecto que produce la excitacin dec-d sobre la potencia entregada por un alternador.

2. Estudiar el efecto de la potencia entregada porun alternador, sobre el par del motor primario.

EXPOSICION

Con excepcin hecha de los alternadores de coaporttiles o mviles impulsados por un motor de com-bustin que se instalan en zonas remotas o para traba-jar en casos de emergencia, la mayora de los genera-dores de coa se usan para alimentar grandes redes dedistribucin elctrica en las que la frecuencia y el vol-taje estn establecidos por medio de otros generadoresque operan dentro del sistema. Se dice que los alter-nadores alimentan un "omnibus" o "sistema infinito",porque generalmente, se trata de una red de distribu-cin de tremenda potencia. La frecuencia y el voltajeexistente de este "sistema", no se puede alterar me-diante la adicin de otro alternador.

Este alternador de entrada tendr un flujo cons-tante en su entrehierro, debido a la frecuencia fija yal voltaje del "sistema" al que se conecta. El flujo seproduce normalmente por la corriente de c-d del rotar')0 las corrientes alternas del estator. Si la corrientede c-d es menor que la que se requiere para producirel flujo necesario, entonces el estator debe proporcio-nar la diferencia tomando potencia reactiva atrasadao inductiva del sistema.

Por el contrario, si la corriente del rotar de c-des ms grande que lo que se requiere, el estator tomaruna potencia reactiva adelantada o capacitiva del siste-ma, y el alternador funcionar como capacitar.

Si se vara la excitacin de c-d de un alternador"ligado" a un "omnibus", lo nico que sucede es queel alternador intercambia ms o menos potencia reac-tiva con el sistema.

Un alternador slo puede entregar potencia real(watts) a un sistema, cuando fuerza su rotar a adelantar-se con respecto a su posicin normal en vaco; y a finde obtener y mantener esta posicin de rotor adelan-tado se debe aplicar un par mecnico. El par multi-plicado por la velocidad constituye una medida de lapotencia mecnica que recibe el alternador y, por lotanto, la potencia elctrica que entrega. Evidentemen-te, el motor primario debe aplicar el par al rotar.Mientras mayor sea el par aplicado, tanto mayor serla potencia real que entrega el alternador hasta quellega al lmite de su capacidad.

Un alternador puede pasar suavemente a operarcomo motor sncrono, cuando el motor primario dejede proporcionarle el par motor. En efecto, un alter-nador (que funciona como motor sncrono alimentadopor el sistema), puede entregar potencia mecnica a

59-2

su motor primario. Un alternadrr impulsado por unaturbina hidrulica, puede convertirse, de manera simi-lar, en motor sncrono que impulsa la turbina hidru-lica como si fuera una bomba de agua.


Mdulo de motor/generador sincronoMdulo de motor/generador de c-dMdulo de interruptor de sincronizacinMdulo de wattmetro trifsicoMdulo de fuente de alimentacin

(l20j208V, 3, 0-120V c-d, 120V c-dMdulo de medicin de coa (250)Mdulo de medicin de coa {O. S j2.5A)Mdulo de medicin de c-d (0.5/2.5A)Tacmetro de manoCables de- conexinBanda

EMS 8241EMS 8211EMS 8621EMS 8441

EMS 8821EMS 8426EMS 8425EMS 8412EMS 8920EMS 8941EMS 8942

PROCEDIMIENTOS

Advertencia: En este Experimento de Laborato-rio se manejan altos voltajes! o haga ningunaconexin cuando la fuente est conectada! Lafuente debe descone-ctarse despus de hacer cadamedicin!

o 1. Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 59-1, utilizando los Mdulos EMS de motor/ge-nerador sncrono, motor/generador de c-d, in-terruptor de sincronizacin, fuente de alimentaciny medicin. Observe que la salida del alternador estconectada, a travs del wattrnetro y el interruptor desincronizacin, a la salida trifsica fija de 208V de lafuente de alimentacin, terminales 1, 2 Y 3. El rotordel alternador va conectado a la salida variable de0-120V c-d de la fuente de alimentacin, terminales7 y N. El motor de derivacin de c-d se conecta a lasalida fija de 120V c-d de la fuente de alimentacin,terminales 8 y N.

o 2. a) Acople el motor de c-d al alternador, me-diante la banda.

o b) Ajuste el restato de campo del moto,' dec-d a su posicin extrema haciendo girar la perillade .contr?l en,e~ sentido de las manecillas del reloj (pararesistencia mnima).

o e) Si el motor sncrono no est equipadocon el interruptor S, ajuste el restato de campodel motor de cd a su posicin extrema haciendogirar la perilla 6de control en el sentido de las mane-cillas del reloj (para resistencia mxima).

o d ) Abra el interruptor de sincronizacin.o e) Si el motor sncrono est equipado conun interruptor S, bralo al llegar a este paso.


o 3. a) Conecte la fuente de alimentacin y, guin-dose por el tacmetro de mano, ajuste el restato delmotor de c-d para una velocidad de 1 800 T / minoO b) Si el motor sncrono tiene un interruptorS, cirrelo al llegar a este paso.

O e) Ajuste la excitacin de c-d del alternadorhasta que tenga un voltaje de salida El = 208V e-a.

O d) Sincronice el alternador con la lnea de po-tencia y cierre el interruptor de sincronizacin.

- O e) Ajuste con cuidado la excitacin de c-d delalternador, as corno la velocidad del motor, hasta quelos dos wattmetros indiquen 0 watts. Mida E" 11 e 12

El = --- V e-a, 1i = -- A e-a, 12 = ------A c-d

El alternador se encuentra ahora "flotando" enla lnea de potencia, ni recibe potencia de la lnea ni leentrega potencia a sta.

O 4. a) Aumente slo la excitacin de c-d del alter-nador, hacindolo gradualmente hasta que 11 = 033Ae-a. Mida w, W2, El e 12

Wl = -- W, W2 = ---- WEl = -- V e-a, E2 = ---- A c-d

flJ1l-------------.208V

@@ '0123456

pim------'

O b ) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de la alimentacin.

O e) Calcule la potencia aparente y la potenciareal entregadas por el alternador.

potencia aparente _

_____________ VA

potencia real _

_____________ w

MOTOR DE CD8~--------------~---E-H-D~E~R~IV~AC~IO~H~--h120 Vcd

N~------------------~~----~

Figura 59-1

Potencia del alternador 59-3

o d ) Al incrementarse la excitacin de c-d havariado la potencia real o la potencia reactiva entrega-da por el alternador?

o 5. a) Repita el Procedimiento 3 hasta que losdos wattmetros den una lectura de cero watts

o 6. a) Reduzca solo la excitacin de c-d del alter-nador, hacindolo gradualmente, hasta que 1, = 0.33Ae-a. Mida \V" W2, E, e [2'

---------W, W 2 = -------W-- Vc-a, 12 = ----------A c-d

o b) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

o e) Calcule las potencias aparente y real entre-gadas por el alternador.

potencia aparente _

-----------

= VA

potencia real _

__________ w

o d) Con la reduccin de la excitacin de c-dha variado la potencia real o la potencia aparente en.tregada por el alternador? _

o e) Fue idntica la naturaleza (positiva, nega-tiva) de la potencia reactiva en los Procedimientos4 y 6? ----.-------- Ample su respuesta.

---------------

59-4

-------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------

o 7. Repita el Procedimiento 3 hasta que losdos wattmetros den una lectura de cero watts.

08. a) Reduzca solo la excitacin del campo delmotor de c-d, haciendo que aumente gradualmente supar, hasta que 1, = 0.33A e-a.(La velocidad del motor, que est ligada con la del al-ternador, la cual, a su vez est ligada con la [recuenciade la lnea de alimentacin, no puede aumentar.)

W 1 = ---------W, W2 = ------ WE, = ------ V e-a, 12 = ---- A c-d

o b) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentacin.

o e) Calcule la potencia aparente y real entrega-da por el alternador.

potencia aparente _

_ VA

potencia real . _

w----------------- ---------------o d) Con el incremento del par, qu ha variadomas, la potencia real o la potencia activa entregadapor el alternador?

o 9. Repita el Procedimiento 3 hasta que losdos wattmetros indiquen cero watts.

o 10. Ajuste la excitacin de c-d del alternadory el par del motor de c-d, de tal manera que el alter-nador produzca 60 watts de potencia real a un factorde potencia del 50 por ciento. Haga las medicionesutilizando los siguientes mtodos:


o a) Alternador sobreexcitadoWl = ---- W, W2 = --------W11 = -------A c-

Practicas de Laboratorio

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