Practicas de Laboratorio

EXPERIMENTO DELABORATORIO NQ50

EL MOTOR DE INDUCCIONDE ROTOR DEVANADO,PARTE 11

50-'

OBJETIVOS

1. Determinar las características de arranque del mo-tor de inducción 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 observó que se produce un voltaje considerable enlos devanados del rotar cuando el circuito está abierto,y que este voltaje varía linealmente con el deslizamien-to del rotar en T / min, haciéndose cero a la velocidadsíncrona.

Si los devanados del rotar están en corto circuito,el voltaje inducido producirá 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 excitación.La potencia (V A) 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 está parado o a baja veloci-dad, las corrientes del rotar, las del estator yel par, serán elevadas.

b) A la velocidad sincrona, la corriente del rotory el par serán cero, y el estator sólo llevará lacorriente de excitación.

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

0-250Vc-a

MOTOR DE IHDUCCIOHDE ROTOR DEV AHADO

INSTRUME TOS Y EQUIPO

Módulo de motor de inducción conrotor devanado

Módulo de electrodinamómetroMódulo de fuente de alimentación

(0-120/208V, 3</»Módulo de medición de coa (250V)Módulo de medición de e-a

(2.5./2.5/2.5 /8/ 25A)Cables de conexiónBanda

PROCEDIMIENTOS

EMS 8321EMS 8911

EMS 8821EMS 8426

EMS 8425EMS 8941EMS 8942

Advertencia: ¡En este Experimento de Laborato-rio se manejan altos voltajes! ¡No haga ningunaconexión cuando la fuente esté conectada! ¡Lafuente debe desconectarse después de hacer cadamedición!

o 1. Conecte el circuito que se ilustra en la Figu-ra 50-1, usando los Módulos EMS de motor con ro-tor devanado, electrodinamómetro, fuente de ali-mentación y medición de coa. Observe que los tresdevanados del estator están conectados a la salida tri-fásica variable de la fuente de alimentación, termina-les 4, 5 Y 6.

ELECTRO-DIHAMOMETRO

120 Vc-a

Figura 50-1

50-2 Experimento de laboratorio Nc¡50

MOTOR DE INDUCCIONDE ROTOR DEVANADO

o120 Ve-a

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

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

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

o e ) Ajuste la perilla de control del dinamóme-tro a su posición extrema haciéndola girar en el sentidode las manecillas del reloj (a fin de proporcionarle almotor la máxima carga en el arranque).

o 3. a) Conecte la fuente de alimentación y ajúste-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-namómetro. Conforme se reduce la carga, aumentarála velocidad del motor.

o b ) ¿Continúan 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 inducción de rotor devanado, Parte 11

Figura 50-2

ELECTRO·DIHAMOMETRO

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 alimentación.

O 5. a) Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 50-2. Observe que ahora se usa la. salida trifásicafija de la fuente de alimentación, terminales 1,2 Y 3.

o b ) Ajuste la perilla de control del dinamóme-tro en su posición extrema haciéndola girar en el sen-tido de las manecillas del reloj (para proporcionar unamáxima carga en el arranque, al motor).

o 6. a) Conecte la fuente de alimentación y midarápidamente 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 fórmula:

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

---_._----

. .lbf·plg

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

__________ relación de par = _

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

._--------

50-4

--relación de corriente =-------- ------

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

a) ¿En qué proporción se reducirá la corrientede arranque?

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

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

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

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

b) ¿En qué proporción se reducirá la potenciaaparente?

-------------= ---------_%e) ¿En qué proporción se reducirá el par de

arranque?

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

Experimento de laboratorio NQ 50

EXPERIMENTO DELABORATORIO N9 51

EL MOTOR DE INDUCCIONDE ROTOR DEVANADO,PARTE III

51-1

OBJETIVOS

1. Observar las características del motor de induc-ción de rotar devanado, en condiciones de vacíoy 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-tísico se llevan hasta tres anillos colectores montadossobre el eje del rotar. Las escobillas que hacen con-tacto con los anillos colectores desempeñan un papelmuy importante para lograr la máxima ventaja posibledel motor de rotar devanado. Si las escobillas se co-nectan a través de reóstatos, se puede desarrollar unpar de arranque más elevado que el que se obtiene conun motor de jaula de ardilla. En el momento de arran-que la resistencia total de los reóstatos se intercala en elcircuito del rotor, proporcionando así el par máximode arranque.

Conforme el motor se acerca a la velocidad nor-mal de operación, la resistencia del reóstato 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 más 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 característica especial del motor de rotardevanado, es su capacidad para operar a velocidades va-riables. Si se hace variar la resistencia del reóstato, sepuede variar el deslizamiento y, por lo tanto, la velo-cidad del motor. En estos casos, la operación del mo-tor a una velocidad menor que la plena significa queéste funciona a una eficiencia y potencia reducidas.Además, el motor se hace más susceptible a variacio-nes en velocidad cuando la carga varía, debido a la altaresistencia del rotor.

INSTRUMENTOS Y EQUIPO

Módulo de motor de inducción derotar devanado

Módulo de electrodinamómetroMódulo de reóstato para el control

de velocidadMódulo de wattímetro trifásicoMódulo de fuente de alimentación

(0-120j208V, 3cp)Módulo de medición de coa

(2.5j2.5j2.5A)Módulo de medición de coa (250V)Tacómetro de manoCables de conexiónBanda

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 después de hacer cadmedición! a

o 1. a) Examine la estructura del Módulo EMSde reóstato de control de velocidad y fíjese bien enel diagrama esquema tico del circuito que aparece en lacara del módulo.

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

o c ) Observe que los tres rcóstatos están unidosv sus resistencias individuales varían simultáneamentecuando 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 posición extrema la resistencia de cada reós.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 reóstatoes 16 Oh111S.

o 2. Conecte el circuito que se ilustra en la Figu-ra 51-1, utilizando los Módulos de motor de rotordevanado, electrodinamómetro, wauímetro, reósta-to de control de velocidad, fuente de alimentaciónde e-a. iEsta vez no acople el motor con el elecirodi-namometro,

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

o b ) Conecte la fuente de alimentación 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 línea, 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 alimentación.

o 4. a) Acople el motor al electrodinamómetro me-diante la banda.O b) Ponga la perilla de control del dinamómetroen su posición extrema, haciéndola 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 51·1, manteniendoel voltaje de entrada a 208V a-c.


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

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

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

...tt».............

Tabla 51-1

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

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

o 5. a) Ponga la perilla de control de velocidad delreóstato en su posición extrema haciéndola girar en elsentido de las manecillas del reloj, para tener la resis-tencia máxima.

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

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

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-a

N - ®I -

Figura 51-1

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

>jj: .....

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

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

o 7. a) Acople el motor al electro d.inarnómetro pormedio de la banda.O b) Ponga la perilla de control del dinamómetroen su posición extrema, haciéndola 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 reóstato dán-dole toda la vuelta desde una posición extrema, hastala otra.O e) ¿Cambia la velocidad del motor? ----------------

Tabla 51-2

O f) ¿Varía el par desarrollado? --------------------O g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentación.O 8. a) Conecte el circuito que aparece en la Figu-ra 51-2. Observe que la salida trifásica fija de la fuentede alimentación, terminales 1, 2 Y3, son las que se uti-lizan ahora.O b ) Ponga la perilla de control del dinamómetroen su posición extrema haciéndola girar en el sentidode las manecillas del reloj (con el fin de proporcionar-le al motor la máxima carga en el arranque).O c ) Coloque la perilla de control de velocidaddel reóstato en su posición extrema, haciéndola giraren el sentido de las manecillas del reloj (para obtenerla máxima 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 alimentación y midarápidamente El> 11, 12 Y el par de arranque desarrolla-do. Desconecte la fuente de alimentación.

11 ------ A Coa, 12 = -------A coa

El ------- 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 características del motor de rotar devana-do trabajando en vacío.

a) corriente medía

. = A coa

b) potencia aparente _

_ VA

e) potencia real _

__________ w

d) potencia reaciiva _

____________ var

El motor de inducción de rotor devanado, Parte 111

e) factor de potencia

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

a) corriente medía _

________________________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 características 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 cálculos de relaciones(use las características 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 está 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.V·l,2" I/ob-' lo7il

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

52-'

OBJETIVOS

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

2. Determinar sus características de arranque, de va-cío y de plena carga.

EXPOSICION

El rotar más sencillo y de mayor aplicación en losmotores de inducción, es el que se denomina de jaulade ardilla, de donde se deriva el nombre de motor deinducción de jaula de ardilla. El rotar de jaula de ar-dilla se compone de un núcleo de hierro laminado quetiene ranuras longitudinales alrededor de su periferia.Barras sólidas 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 sólida. Puesto quelas barras en corto circuito tienen una resistencia mu-cho menor que la del núcleo, no es necesario que seles aísle en forma especial del núcleo. En algunos ro-tores, las barras y los anillos de los extremos se fundenen una sola estructura integral colocada en el núcleo.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 comparación con el complicado devanado delrotar .devanado, o con la armadura de un motor de c-d,elrotor de jaula de ardilla es relativamente simple. Esfácil de fabricar y generalmente trabaja sin ocasionarproblemas de servicio.

En un motor de inducción de jaula de ardilla en-samblado, la periferia del rotar está separada del esta-tor por medio de un pequeño entrehierro. La magni-tud de este entrehierro es, en efecto, tan pequeña como10 permitan los requerimientos mecánicos. Esto ase-gura que, al efectuarse la inducción electromagnéticaésta sea la más fuerte posible.

Cuando se aplica potencia al estator de un mo-tor de inducción, se establece un campo magnéticogiratorio, conforme a todos los métodos que se hanestudiado hasta aquí. Cuando el campo comienza agirar, sus líneas de flujo cortan las barras de corto cir-cuito que están alrededor de la superficie del rotor dejaula de ardilla y generan voltajes en ellas por induc-ción electromagnética. Puesto que estas. barras estánen 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 magnéticos intensos. Estos campos locales deflujo del rotar producen sus propios polos magnéticos

52-2

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

El par de arranque del motor de inducción 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 podría esperar que la corriente del ro-tar tuviera un atraso de 90 grados en relación 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 alimentación una energía realmente útilpara su operación.

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 máximo 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 disminución, 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 estabilización ocurre debidoa que el par del motor disminuye por disminuir los vol-tajes y corrientes inducidas en el rotar, ya que por elpequeño deslizamiento, las .barras del rotar cortan pocoflujo del campo giratorio del estator. En consecuencia,el motor presenta un control automático de velocidadsimilar a la del motor en derivación de e-d.


Módulo de motor de inducción dejaula de ardilla

Módulo de electrodinamómetroMódulo de wattímetro trifásicoMódulo de fuente de alimentación

(0-120/208V, 3cf»Módulo de medición de e-a (250V)Módulo de medición de e-a

(2.5/ 2.5/ 2.5/ 8A)Tacómetro de manoCables de conexiónBanda

EMS 8221EMS 8911EMS 8441

EMS 8821EMS 8426

EMS 8425EMS8920EMS 8941EMS 8942

PROCEDIMIENTOS

Advertencia: j En este Experimento de Laborato-rio se manejan altos voltajes! j No haga ningunaconexión cuando la fuente esté conectada! j Lafuente debe desconectarse después de hacer cadamedición!

Experimento de laboratorio N9 52

o 1. Examine la construcción del Módulo EMS8221 de motor de inducción de caja de ardilla,fijándose especialmen te en el motor, las terminales deconexión v el alambrado.

o .2. a) Identifique los devanados del cstator. Observe que se componen de muchas vueltas de alam-bre de un diámetro pequeño, uniformemente espacia-das alrededor del esta tor. (Los devanados del esta torson idénticos a los de un motor de inducción 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 conexión eléctrica entre el ro-tor y cualquier otra parte del motor?

o 3. Si observa el módulo 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-;

0-250Vc·a VATIMETRO

@@1 2 3 4 5 6

0-208V

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

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

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

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

r l miri

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

o 4. Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 52-1, usando los Módulos EMS de motor de jau-la de ardilla, electrodinamómetro, wattÍmetro trifá·sico, fuente de alimentación y medición de e-a, ¡Noacople el motor al dinamómetro todavía! Observe quelos devanados del estator están conectados en estrellaa través del wattunetro, a la salida trifásica variable dela fuente de alimentación, terminales 4. 5 Y 6.

0-2.5 Ac·a(3)

3

MOTOR DE INDUCCIONDE JAULA DE ARDILLA

o2

ELECTRO·DINAMOMETRO

1

20 Vc·a

N

~I -1

Figura 52-1

El motor de inducción de jaula de ardilla 52·3

2

MOTOR DE IHDUCCIOHDE JAULA DE ARDILLA

208V~ 3~ +-__o3J1rYl

oELECTRO·

DIHAMOMETRO

120 Vc-a

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

o 5. a) Conecte la fuente de alimentación 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 línea, las lecturas del wattímetro y la velo-cidad del motor.D e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentación.

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

D b) Mueva la perilla de control del dinamórne-tro a su posición extrema haciéndola 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 alimentación.

Figura 52-2

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

D b ) Ponga la perilla de control del dinamómetroen su posición extrema haciéndola girar en el sentidode las manecillas del reloj (con el fin de darle al mo-tor una carga máxima en el arranque).

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

E, = --------Ve-a, 11 = ---------A coa

par 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::::::::::::<-:<.:.;.:-;.;.;.:-:.;.:-: ................:::::::::j~::::::):::::::::::::::::;:::::::::::

52-4

Tabla 52-1

. Experimento de laboratorio N'! 52

PRUEBA DE CO OCIMIENTOS

1. Con los resultados de la Tabla 52-1, calculelas características en vacío 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 características a 9 lbf.plg del motor de jaulade ardilla.

a) corriente media

______________________A ac

b) potencia aparente . L _

______________________ _ V A

El motor de inducción 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 cálculos de rela-ciones (use las características 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 vacío

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

52-5

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

5. El motor de inducción de jaula de ardilla esuna de las máquinas más seguras y más usadas en laindustria. ¿Por qué?,

52-6

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

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

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

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

6. Si la frecuencia de la línea de alimentaciónfuera de 50 Hz:

a) ¿A qué velocidad giraría el motor?

=

b ) ¿Aumentaría la comente de excitación, se re-duciría o permanecería igual?


EXPERIMENTO DELABORATORIO N9 53

EL MOTOR SINCRONO,PARTE I

53-'

OBJETIVOS

1. Analizar la estructura del motor sincrono trifásico.2. Calcular las características de arranque del motor

síncrono trifásico.

EXPOSICION

El motor sincrono deriva su nombre del términovelocidad sincrona, que es la velocidad natural delcampo magnético giratorio del estator. Como ya sevio antes, la velocidad natural de rotación está deter-minada por el número de pares de polos y la frecuen-cia de la potencia aplicada.

Al igual que el motor de inducción, el motor sin-crono utiliza un campo magnético giratorio, pero a di-ferencia del motor de inducción, el par desarrolladono depende de las corrientes de inducción del rotar.En resumen, el principio de operación del motor sin-crono es el siguiente: se aplica una fuente multifásicade e-a a los devanados del estator y se produce uncampo magnético rotatorio. Se aplica una corrientedirecta a los devanados del rotar y se produce un cam-po magnético fijo. El motor está construido en talforma que cuando estos dos campos magnéticos reac-cionan entre sí, el rotar gira a la misma velocidad queel campo magnético giratorio. Si se aplica una carga aleje del rotar, éste tendrá un atraso momentáneo conrelación al campo giratorio; pero seguirá girando a lamisma velocidad síncrona.

Para entender cómo se produce este atraso, ima-gínese que el rotar está acoplado a un campo giratoriopor medio de una banda elástica. Las cargas pesadasharán que se estire la banda de modo que la posicióndel rotar tendrá cierto atraso con respecto al cam-po del estator, pero el rotar seguirá girando a la mismavelocidad. Si la carga es demasiado grande, el rotarse saldrá de sincronismo con el campo giratorio y, comoresultado, se parará. En este caso, se dice que el mo-tor está sobrecargado.

El motor síncrono no tiene par de arranque pro-pio y su rotar de modo que, una vez parado el motor,no habría manera de hacer que el rotar entre enacoplamiento magnético con el campo magnético gi-ratorio. Por esta razón, todos los motores sincronostienen algún medio de arranque. La forma más sen-cilla de arrancar un motor síncrono 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 prác-tica, el método de arranque más usado consiste en queel rotar incluya un devanado de inducción de jaula deardilla. Este devanado de inducción hace que el rotaralcance una velocidad próxima a la síncrona, funcio-

53-2

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


Módulo de motor sincrono / generadorMódulo de electrodinamómetroMódulo de fuente de alimentación

(0-120/208V, 3cp, 120V c-d, 0-120Ve-d)1\ fódulo de interruptor de sincronizaciónMódulo de medición de e-a (8)Módulo de medición de e-a (250V)Tacómetro de manoCables de conexiónBanda

EMS 8241EMS 8911

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

PROCEDIMIENTOS


D 1. Examine la estructura del Módulo EMS8241 de motor sÍncrono generador, fijándose es-pecialmente en el motor, los anillos colectores, el reós-tato, las terminales de conexión y el alambrado.

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

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 através de una ranura en el eje del rotor.

D d) Identifique los devanados amortiguadores dec-d en el rotar. (Aunque sólo son dos devanados, estánconectados en tal forma que sus fuerzas magnetomo-trices actúan en oposición, creando así cuatro polos.)

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

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


03. Observe desde la cara delantera del módulo:

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

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

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

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

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

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

o g) ¿Cuál 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 sÍnero-

no/generador, fuente de altmentación y mediciónde e-a. Observe que los tres devanados del estator es-tán conectados en estrella a la salida trifásica fija de208V de la fuente de alimentación, terminales d, 2 y 3.

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

208V

MOTORSIHCROHO

208V 2

~3~ ~3~~,~--------------~Figura 53-1

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

o b ) Observe el sentido de rotación.

rotación = -----, 11 = -------A coa

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

o d) Conecte la fuente de alimentación y obser-ve el sentido de rotación.

rotación = ----------,11 = ----------A e-e

o e) Desconecte la fuente de alimentación.

o 6. Conecte el circuito que aparece en la Figu-ra 53-2, con los Módulos EMS del eleetrodinamó-metro y el interruptor de sineronización. Acopleel motor al electrodinamómetro por medio de la banda.

EMS8621 MOTOR

SIHeROHO3

TOOO208VfJ 3}---- .....•

N~---- .

120 Vc-a

ELECTRO-DIHAMOMETRO

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

El motor síncrono, Parte 1

Figura 53-2

53-3

o 7. a) El módulo de interruptor de sincronizaciónse utilizará como interruptor para la potencia trifásicaque va a los devanados del estator. Ponga el interrup-tor en la posición "off".

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

o e) El rotar del motor síncrono se conecta a lasalida fija de 120V c-d de la fuente de alimentación8 y N. Ajuste el reóstato de campo a una resistenciacero (la perilla de control debe ponerse en la posiciónextrema, haciéndola girar en el sentido de las maneci-llas del reloj).O d) Si el motor síncrono tiene el interruptorS, ciérrelo al llegar a este paso.

O 8. a) Conecte la fuente de alimentación. A conti-nuación aplique potencia trifásica cerrando el interrup-tor de sincronización y observe lo que sucede. ¡Noaplique la potencia más de 10 segundos!

O b) Describa lo que sucede.

O e) ¿Qué lectura dio el amperímetro?

O d) Si un motor síncrono tiene carga, ¿debearrancarlo cuando existe excitación de c-d en su campo?

O 9. a) Conecte el rotar del motor síncrono a lasalida variable de 0-120V c-d de la fuente de alimen-tación, 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 alimentación. Apli-que potencia trifásica cerrando el interruptor de sin-cronización y observe lo que sucede.

O e) Describa lo que pasó.

53-4

Oción?

d ) ¿Funciona el aparato como motor de induc_

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

O f) Describa lo que sucede.

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

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

O g) ¿Está operando el motor como motor sin-crono? -------------------

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

O 10. a) Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 53-3. Observe cómo está conectado el motor sin-crono; ésta es la configuración normal de arranque(como un motor de inducción trifásico de jaula deardilla).

O b) Ajuste la perilla de control del dinamórne-tro en su posición extrema haciéndola girar en el sen-tido de las manecillas del reloj (a fin de proporcionar-le al motor síncrono la máxima carga en el arranque).O e) Si el motor síncrono tiene el interruptorS, ciérrelo al llegar a este paso.

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

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

T, = --------A e-u, par de arranque = --------lbf.Plg

O b) Calcule la potencia aparente suministrada almotor en el arranque. .

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

O e) Calcule el par a plena carga correspondientea 1/4 hp a 1 800 r/ mino

par a plena carga = -------------------lbf.plg

o d) Calcule la relación entre el par de arranquey el par a plena carga.

relación = ------------------

Experimento de laboratorio NQ53

208V

MOTORSINCROHO

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

ELECTRO·DIHAMOMETRO

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

o e) Explique por qué 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 síncrono, ¿podría arrancar por sí solo?

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

a) _

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

b) . _

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


4. Compare las características de arranque delmotor síncrono con las del motor de inducción trifási-co de jaula de ardilla (Experimento de Laborato-rio NQ52).

l. ¿Qué precauciones deben tomarse durante elperíodo de arranque de un motor síncrono?

El motor sÍncrono, Parte I 53-5

EXPERIMENTO DELABORATORIO Ne.54

EL MOTOR SINCRONO,PARTE 11

'"

54-1

OBJETIVOS

1. Entender por qué el motor síncrono puedecomportarse como inductancia o capacitanciavariables.

2. Obtener la curva característica de la corriente decoa en función 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 magnético 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 abastecimientoestán 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 sistemasólo proporciona el 70 por ciento de la carga en kilo-watts que podría entregar a un factor igual a la unidad.

El motor sincrono requiere una considerable po-tencia reactiva cuando opera en vacío sin ninguna exci-tación en c-d aplicada al rotar. Actúa como una cargainductiva trifásica en una línea 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 línea de alimentacióndisminuye. Si el rotar se excita hasta que produce todoel magnetismo, la línea de alimentación sólo tendráque proporcionar potencia real al estator y el factorde potencia será igual a la unidad. En lo que respectaa la línea de alimentación, el motor sincrono se com-porta ahora como una carga resistiva trifásica.. Si el rotar se excita más todavía, tendiendo a

crear más magnetismo que el que requiere el motor,entonces la línea 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 síncrono actúa entonces como una carga capacitivatrifásica con relación a la línea de potencia.

Cuando funciona en vacío, el motor sÍncronotiene la propiedad de actuar como un capacitar varia-ble/inductor variable, en donde el valor de la reactan-cia (XL ó 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 inducción,mejora el factor de potencia general del sistema.


Módulo de motor/generador sincrónicoMódulo de wattírnetro trifásico

EMS 8241EMS 8441

54-2

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

Módulo de medición de coa (0.5/ 2.5A)Módulo de medición de coa (250V)Módulo de 'medición de c-d (0.S/2.5A)Cables de conexión


PROCEDIMIENTOS

Advertencia: ¡En este Experimento de Laborato_rio se manejan altos voltajes! ¡No haga ningunaconexión cuando la fuente esté conectada! [Lafuente debe desconectarse después de hacer ca;lamedición!

o 1. Conecte el circuito que aparece en la Figu-ra 54-1, utilizando los Módulos EMS de motor/ge-nerador síncrono, wattímetro, fuente de alimen-tación y módulos de medición. Observe que los de-vanados del estator están conectados, a través delwattímetro, a la salida fija de 208V, 3cf> de la fuentede alimentación, terminales 1, 2 Y 3. El devanado derotar está conectado, a través del amperímetro, a lasalida variable de 0-120V c-d de la fuente de alimen-tación, terminales 7 y N. La perilla de control de vol-taje debe estar en cero.O b) Si el motor está equipado con un inte-rruptor S, ábralo al llegar a este paso.

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

O 2. a) Conecte la fuente de alimentación; 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 alimentación a una excita-ción de c-d igual a cero, y funciona como un inductor.O b) Si el motor tiene un interruptor S, ciérre-lo al llegar a este paso.

O e) Aumente gradualmente la excitación de c-dhasta que la corriente alterna 1, esté en su valor míni-mo. Los dos wattímetros deben indicar lecturas posi-tivas idénticas y, en lo que respecta a la fuente dealimentación, el motor se comporta co~o una resis-tencia.O d) Observe Z, , 12, W¡ y W2

1¡m ín = ---------------A coa 12 = -----------------A c-dW ¡ = W W 2 = ---------------W

O e) Aumente la excitación de c-d y observe quela corriente alterna 1,comienza a aumentar nuevamen-te. El motor toma una potencia reactiva negativa dela fuente de alimentación y se comporta como un ca-pacitor .O 3. a) Reduzca la excitación de c-d a cero; miday anote E" 1" W, Y w, en la Tabla 54-1.

O b) Repita esta operación para cada valor decorriente directa indicado en la Tabla 54-1. Cuando


0-2.5Ac·a

@@123456

208V

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

7r-------------------~

MOTORSINCRONO

2

3

0-120 Vc·d

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

la excitación exceda de O.6A c-d, tome las medicionestan rápidamente como sea posible. Desconecte la fuen-te de alimentación y cambie la escala del amperímetrocuando la corriente descienda por abajo de O.5A e-d.Recuerde que debe observar las indicaciones de pola-ridad del wattímetro.O e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte lafuente de alimentación.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 máxima 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~j¡J··~~:.~~j:!¡¡ ::{~~~j.!¡ ~~r~~~ti¡ii::!i!:t.!.:·!¡¡·! ·i:·¡:·!~~:¡·::.·¡i¡:rc~~u.~~¡¡'¡¡:!¡i.::F:r:¡"¡·¡·¡·i:f:r:~ü:::r:·

Tabla 54-1

El motor síncrono, Parte 11 54·3

1.0-A.

"'"--e 0.8o%•••••1- 0.6oA.

•••••Q

a::: 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 gráfica de la Figura 54-2 marque losvalores anotados de corriente alterna en función delos valores de corriente directa según la Tabla 54-1.

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

e ) En la gráfica de la Figura 54-2 marque .losfactores de potencia medidos en función de los valoresde corriente según la Tabla 54-1.

d) Dibuje una curva continua por los puntosmarcados.

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

54·4

0.9

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

3. ¿Podría llamársele a un motor síncrono, 111-

ductor síncrono? -------------------

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 características a plena carga delmotor síncrono.

2. Determinar el par de salida del motor síncrono.

EXPOSICION

Al igual que se pudo variar el factor de potenciadel motor síncrono en vacío, 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 eléctrico grande.

Cuando en el mismo sistema eléctrico, los moto-res síncronos operan con motores de inducción 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 inducción u otros dispositivos, dandocomo resultado un mejoramiento en el factor de po-tencia general del sistema eléctrico.

Los motores síncronos, al igual que los de induc-ción, se pueden sobrecargar en forma temporal. Sinembargo, a diferencia del motor de inducción, el síncro-no mantendrá una velocidad constante hasta que lascondiciones de sobrecarga no excedan determinadopunto. El punto máximo de sobrecarga depende de laexcitación 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, dejaría de desarrollar par y, en consecuencia, sedetendría rápidamente. Cuando un motor síncronosale de sincronismo, hay que desconectado de la líneade alimentación tan rápidamente como sea posible.


Módulo motor/generador síncronoMódulo de electrodinarnómetroMódulo de wattírnetro trifásicoMódulo de fuente de alimentación

{0-120/208V, 34>,120V c-d) EMS 8821Módulo de medición de e-a (250V) EMS 8426Módulo de medición de e-a (2.5A) EMS 8425Módulo de medición de c-d {200V, 2.5A) EMS 8412Cables de conexión EMS 8941Banda EMS 8942

EMS 8241EMS 8911EMS 8441

PROCEDIMIENTOS

Advertencia: ¡En este Experimento de Laborato-rio se manejan altos voltajes! j No haga ningunaconexión cuando la fuente esté conectada! ¡La

55-2

fuente debe desconectarse después de hacer cadamedición!O 1. Conecte el circuito ilustrado en la Figura55-1, utilizando los Módulos EMS de motor/genera.dor síncrono, wattÍmetro, electrodinamómetro,fuente de alimentación y medición. Observe que losdevanados del estator están conectados a la salida tri-fásica variable de la fuente de alimentación, terminales4, 5 y 6, y que el devanado del rotor se conecta a lasalida fija de c-d de la fuente de alimentación, termi-nales 8 y N.

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

o b) Ponga la perilla de control del dinamóme-tro en su posición extrema haciéndola girar en sentidocontrario al de las manecillas del reloj.

O e) Ajuste el reóstato del motor síncrono en suposición extrema haciéndolo girar en sentido contrarioal de las manecillas del reloj, para obtener una resis-tencia máxima. (Si el motor tiene un interruptor S,debe mantenerlo abierto).

O d) Conecte la fuente de alimentación y ajusterápidamente El a 208V e-a, según lo indique el voltí-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 excitaciónde c-d, hasta que la indicación en los dos wattirnetrossea la misma, es decir, hasta que el factor de poten-cia sea igual a la unidad. (11 debe estar también en suvalor mínimo.)

O e) Mida y anote 11,12' s., W1 Y W2.

11 = ------A e-a, 12 = -- A c-d, E2 = -- V c-d

W1 .= --- W, W2 = -- W

o 4. Sin cambiar la excitación 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 dealimentación.

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

o 5. a) Repita los Procedimientos 2 y 3, pero enesta ocasión aumente la excitación 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 Y W2•

11 = --------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 qué aumentó 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-ción de O.8A e-d. Desconecte la fuente de alimentación.

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

El motor sincrono, Parte III

ELECTRO-DIN.~MOMETRO


1. Con los resultados del Procedimiento 3calcule las características 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 relación del par de salida (Proce-dimiento 3) al par a plena carga.

I

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

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-tación de c-d? Explique por qué.

-----------

55-4 Experimento de laboratorio N'.' 55

EXPFRIMENTO DELABORATORIO N9 56

EL ALTERNADORTRIFASICO

56-1

OBJETIVOS

1. Obtener la curva de saturación en vacío del al-ternador.

2. Obtener las características de corto circuito delalternador.

EXPOSICION

Los términos generador de corriente alterna, ge-nerador síncrono, alternador sincrono y alternador, amenudo se utilizan indistintamente en libros de inge-niería. Puesto que los generadores sincronos se utilizanmucho más que los generadores de inducción en estaobra, el término alternador se aplica sólo a los primeros.

Los altemadores son la fuente más importantede energía eléctrica. Los alternadores generan un vol-taje de e-a cuya frecuencia depende totalmente de lavelocidad de rotación. El valor del voltaje generadodepende de la velocidad, de la excitación 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 excitación de campo de c-d,el flujo magnético y, por tanto, el voltaje de salida, au-mentarán en proporción directa a la excitación. Noobstante, con incrementos progresivos en la corrientede campo de c-d, el flujo alcanzará finalmente un valorlo suficientemente alto para saturar el hierro del al-ternador.

La saturación del hierro significa que, para unincremento dado de la corriente de campo de c-d, setendrá un incremento menor en el flujo. Para conocerel grado de saturación se puede medir el voltaje gene-rado, ya que éste también se relaciona directamentecon la intensidad del flujo magnético.

Las tres fases del alternador están espaciadas me-cánicamente a intervalos idénticos unas de otras y, porlo tanto, los voltajes respectivos generados no están enfase, sino que están defasados entre sí en 120 gradoseléctricos.

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


Módulo motor j generador síncronoMódulo de motor de inducción de

jaula de ardillaMódulo de interruptor de sincronización

EMS 8241

EMS 8221EMS 8621

56-2

Módulo de fuente de alimentación(l20j208V, 3</>,0-120V e-d)

Módulo de medición de e-a(250 j 250 j250V)

Módulo de medición de e-a (2.5j25A)Módulo de medición de c-d {0.5 j 2.5A)Cables de conexiónBanda

EMS 8821


PROCEDIMIENTOS


o 1. Conecte el circuito ilustrado en la Figura56-1, usando los Módulos EMS de motor/generadorsíncrono, motor de jaula de ardilla, fuente de ali-mentación y medición. El motor de jaula de ardillase usará para impulsar el motor j generador síncronocomo alternador; durante este Experimento de La-boratorio, se supondrá que tiene velocidad constante.Observe que el motor de jaula de ardilla está conectadoa la salida fija de 208V 3</>de la fuente de alimenta-ción, terminales 1, 2 Y 3. El rotor del alternador vaconectado a la salida variable de 0-120V c-d de lafuente de alimentación, terminales 7 y N.

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

o b) Ajuste el reóstato del campo del alternadora su posición 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 posición extrema haciéndola 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 alimentación. El mo-tor debe comenzar a funcionar.

o b) Siendo nula la excitación de c-d, mida yanote El, E2 Y E3 (use las escalas más bajas de losvoltímetros).

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

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

Experimento de laboratorio Nq 56

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

O b) Aumente gradualmente la excitación 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 alimentación.

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 alimentación y ajustela excitación de c-d hasta que El = 208V coa. Mida yanote E2 y Ea.

El = 208 V Coa, E2 = -------V e-a, Ea = ------ V coa

O b) Desconecte la fuente de alimentación sintocar el control de ajuste del voltaje.

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

o d) Conecte la fuente de alimentación. 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-<l

fd ').----, oMOTOR DE IHDUCCIOHDE JAULA DE ARDILLA

0-1 OVc-d

Figura 56-1

. ..::::::::::Q~5:::::::::

>:.:.;.;-:<-:.:-:-:-:.:

Tabla 56-1


o f) Compare los resultados de (a) y (d).¿Coinciden con los que se obtendrían normalmente deuna fuente de alimentación trifásica convencional?

.;.;.;.:-:-:-;.:.;.:.;.:- .

0-250 Vc-a(3)

E,

GEHERADORSIHCROHO

1,

2

3

0-2.5 Ac·d

El alternador trifásico 56-3

9Jm----,

MOTOR DE INDUCClONDE JAULA DE ARDILLA

208V o9Jm--....,

0-120 Vc·d

GENERADORSINCRONO

'O O O4 5

A0-2.5 Ác·d

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

o 8. a) Abra el interruptor de sincronización.

o b) Conecte la fuente de alimentación y ajustela excitación de c-d hasta que E, = 208V coa. El mo-tor debe estar funcionando y las tres lámparas delmódulo de sincronización deben estar prendidas.

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

11 = ---- A c-d

o d) Cierre el interruptor de sincronización paraponer en corto circuito el alternador; observe el com-portamiento de la corriente alterna 12•

o e) ¿Hasta qué valor máximo (aproximadamen-te) aumentó 12?

12 = ---- A c-a

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

1, = ----- A c-d, 12 = --------A coa

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

56-4

Figura 56-2


1. a) En la gráfica de la Figura 56-3, marque losvalores promedio de voltaje en función 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 qué valor forma una línea más o me-nos recta la curva del voltaje? ---------------

d) ¿En dónde se encuentra el codo de la curvade saturación? --------- V coa.

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

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

Experimento de laboratorio N? 56

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

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

-.ni

u200~~-+-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 trifásico 56-5

EXPERIMENTO DELABORATORIO NI)57

EL ALTERNADORCON CARGA

57-1

OBJETIVOS

1. Determinar las características de regulación 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 bá-sicamente del flujo total que se tenga en el entrehie-rro. Cuando está en vacío, este flujo se establece ydetermina exclusivamente mediante la excitación 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. Estosúltimos 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 magnético,la regulación 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 trifásico tiene unacarga grande, su voltaje se reducirá debido a las pérdi-das por IR e IX/. en el devanado del estator. Estacaída e1e voltaje no se puede compensar modificandola corriente de campo de c-d, debido a que los voltajesde las otras dos fases también variarían. Por consi-guicnte, es esencial que los alternadores trifásicos notengan cargas quc estén muy desbalanceadas.

INSTRUMENT05 y EQUIPO

Médula de motor j generador síncronoMédula de motor j generador de c-dMódulo de resistenciaMódulo de capacitancia .Módulo de inductanciaMódulo de fuente de alimentación

(O-120V c-d, 120V e-d)Módulo de medición (le coa (2.5A)Módulo de medición de coa

(250j250j250V)Módulo de medición de c-d (2.5A)Tacómetro de manoCables de conexiónBanda


EMS 8821EMS 8425

EMS 8426EMS 8412EMS8920EMS 8941EMS 8942

57-2

PROCEDIMIENTOS

Advertencia : j En este Experimento de Lahorato-rio se manejan altos voltajes! j No haga ningunaconexión cuando la fuente esté conectada! ¡Lafuente debe desconectarse después de hacer cadamedición!

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

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

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

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

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

O 3. a) Conecte la fuente de alimentación y, fiján-dose en el tacómetro de mano, ajuste el reóstato 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 síncrono tiene un interruptorS, ciérrelo al llegar a este paso.

O e) Ajuste la excitación 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-d

D. d) Abra los interruptores de las 3 resistenciasde carga, para que el alternador trabaje en vacío, 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-d

tr e) Reduzca el voltaje a cero v desconecte 1<Jfuente de alimentación.

Experimento de laboratorio N' 5i

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

% de regulación =volts en vacío - volts a plena carga------~----~----------x 100

volts a plena carga

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

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

o b) Ajuste cada sección 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-d

o d) Mida y anote los valores de El e 12 en vacío.

El = ---------Ve-a, 12 = ---------A c-d


MOTOR DE COEN OERIV ÁCION

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

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

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

o g) Con carga inductiva, ¿cómo 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 Módulo EMS de capacitancia.

o b) Ajuste cada sección 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 vacío de El e 12•

El = ---------Ve-a, 12 = ---------A c-d


N~------------------------------------------------~----------~0-2.5 Ác-d

El alternador con carga

Figura 57-1

57-3

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

-----------------------------------------=-----------------------------_%o g) Con carga capacitiva, ¿cómo 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 alimentacióny ajuste la velocidad del motor a 1800 r jmin.

o b) Ajuste la excitación 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 más todavíacolocando una reactancia adicional de 300 ohms conec:toda a través de cada sección, y observe lo que sucede.

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

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

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


o f) Explique el fenómeno 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 sólo hay una carga entre dosfases del alternador.

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

o e) Ajuste la excitación 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-a

o d) Desconecte la fuente de alimentación sin to-car ninguno de los controles variables.

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

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

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

E2 a s = ------- V c-a

Es a 6 = ----------- V c-a

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

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


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

El alternador con carga

2. ¿Es peligroso conectar un alternador a unalínea de transmisión larga, si la línea se comporta comoun capacitor? ------------ Explique por qué.

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

4. Si en la fábrica de un cliente de la compañíade luz y fuerza se conecta una carga monofásica grandea una línea trifásica de potencia, todos los demás usua-rios que utilicen esa línea tendrán una potencia trifá-sica desequilibrada, incluso aquellos cuyas cargas esténbalanceadas. Explique por qué.

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

57-5

EXPERIMENTO DELABORATORIO NQ58

SINCRONIZACION DELALTERNADOR

58-1

·OBJETIVOS

1. Aprender cómo se sincroniza un alternador alsistema de servicio eléctrico.

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

EXPOSICION

La frecuencia de un gran sistema de energía eléc-trica está determinada por la velocidad de rotación devarios alternadores muy potentes, todos ellos conecta-dos mediante diversas líneas de unión a la red generaLLa inercia colectiva y la potencia de estos generadoreses tan enorme que ninguna carga o perturbación puedecambiar su velocidad de rotación. Por lo tanto, la fre-cuencia de un sistema eléctrico es notablemente estable.

Si un alternador hade producir potencia para unsistema eléctrico 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 difícil de lograr como parece a primera vista,pues cuándo un alternador se conecta a un sistemaexistente, automáticamente entran en juego fuerzasque mantienen constante su frecuencia.

La sincronización de un alternador con un gransistema de alumbrado público llamado a veces circuitou "omnibus infinito" es como acoplar un engranepequeño con otro de tamaño gigantesco y de gran po-tencia. Si los dientes de los dos engranes están debi-damente sincronizados en el momento de contacto, elacoplamiento será suave. Sin embargo, si los dientesdel engrane pequeño chocan con los dientes del grandeen el instante crítico, se producirá un choque y es po-sible que el engrane más pequeño resulte dañado.

Para etectuar una sincrornzación suave de un alter-nador se requiere primeramente que su frecuencia seaigual a la de la fuente. Además, la secuencia de fases(o rotación) debe ser la misma también. Volviendo alejemplo de los engranes, a nadie se le ocurriría 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 términos eléc-tricos esto significa que el voltaje de. un alternador debeestar en fase con el voltaje de la fuente.

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

58-2

INSTRUMENTOS Y EQUfPO

Módulo de motor/generador síncronoMódulo de motor/generador de c-dMódulo de interruptor de sincronizaciónMódulo de fuente de alimentación

(120/208V 3cf>, 0-120V c-d, 120V c-d)Módulo de medición de coa (250/250V)Módulo de medición de e-a (2.5'A)Tacómetro de manoCables de conexiónBanda

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 ningunaconexión cuando la fuente esté conectada! ¡Lafuente debe desconectarse después de hacer cadamedición!

o 1. Conecte el circuito que aparece en la Figu-ra 58-1, utilizando los Módulos EMS de motor/gene-rador síncrono, motor /generador de c-d, interrup-tor de sincronización y de medición. Observe quela salida del alternador está conectada, a través del in-terruptor de sincronización, a la salida trifásica fijade 208V de la fuente de alimentación, terminales 1, 2y 3. El rotar del alternador va conectado a la salidafija de 120V c-d de la fuente de alimentación, termi-nales 8 y N. El motor en derivación de c-d se conectaa la salida variable de 0-120V c-d de la fuente de ali-mentación, terminales 7 y N.O 2. a) Acople el motor de c-d al alternador pormedio de la banda.O h) Ponga el reóstato de campo del motor dec-d en su posición extrema, haciéndolo girar en elsentido de las manecillas del reloj (para resistenciamínima).O e) Cambie el reóstato de campo del alternadora la otra posición extrema, haciéndolo girar en senti-do contrario al de las manecillas del reloj (para resis-tencia máxima).O el) Ponga el interruptor de sincronización enposición abierta.O e) Si el motor síncrono tiene un interruptorS, ábralo al llegar a este paso.O 3. a) Conecte la fuente de alimentación y, conel tacómetro de mano, ajuste la salida de la fuente dealimentación para una velocidad del motor de aproxi-madamente 1 800 r jmin, •O b) Mida el voltaje que proporciona la compa-ñía de luz y fuerza E2•

E2 = ------------ V coaO c) Si el motor tiene un interruptor S, ciérre-lo al llegar a este paso.O d) Ajuste la excitación de c-d del alternadorhasta que el voltaje de salida de éste, El, sea igual alvoltaje que proporciona la compañía 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 sincronización deben par-padear, encendiéndose y apagándose intermitentemente.

o 4. a) Ajuste con cuidado la velocidad del motor dee d hasta que la frecuencia de encendido de las lámpa-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-táneamente, la secuencia de fase es incorrecta. Desco-necte la fuente de alimentación 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 compañía de luz y fuerza.O e) Cuando los tres focos se hayan apagado porcompleto, los voltajes del alternador y del sistema esta-rán en fase.

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

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

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

O b ) Cierre el interruptor de sincronización cuan-do los tres focos estén opacos y observe cómo varía 1l enese momento.

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

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

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

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

0-120 Vc·dEN DERIVACIONMOTOR DE CD

3GENERADORSINCRONO,.o O O

8

120 Vc·d

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

Sincronización del alternador

Figura 58-1

58-3

o 6. él) Con el interruptor de sincronización abiertoajuste la excitación 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 estén sincronizados.

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

1, en el momento de cierre = . _

1, después del cierre = _

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

o el) Abra el interruptor de sincronización.


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

o b) Trate de sincronizar el alternador comoantes.

o e) ¿Cómo reaccionaron los focos?

o d) ¿Qué significa esto?


58-4

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

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


1. ¿Qué condiciones se deben satisfacer para po-der sincronizar un alternador a una línea de potenciatrifásica existente?

2. Un alternador podría sufrir grandes daños me-cánicos durante el proceso de sincronización con l¡t lí-nea de alimentación. ¿En cuáles dos condiciones pue-de suceder esto?

3. Un alternador puede generar un voltaje dife-rente del de la línea de alimentación y puede no estarexactamente en fase con ella, pero debe satisfacer unacondición para que pueda entregarle potencia. ¿Cuáles esta condición?


EXPERIMENTO DELABORATORIO N" 59

POTENCIA DELALTERNADOR

59-'

OBJETIVOS

l. Estudiar el efecto que produce la excitación 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 excepción hecha de los alternadores de coaportátiles o móviles impulsados por un motor de com-bustión que se instalan en zonas remotas o para traba-jar en casos de emergencia, la mayoría de los genera-dores de coa se usan para alimentar grandes redes dedistribución eléctrica en las que la frecuencia y el vol-taje están 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-ción de tremenda potencia. La frecuencia y el voltajeexistente de este "sistema", no se puede alterar me-diante la adición de otro alternador.

Este alternador de entrada tendrá 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 más grande que lo que se requiere, el estator tomaráuna potencia reactiva adelantada o capacitiva del siste-ma, y el alternador funcionará como capacitar.

Si se varía la excitación de c-d de un alternador"ligado" a un "omnibus", lo único que sucede es queel alternador intercambia más o menos potencia reac-tiva con el sistema.

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

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

59-2

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


Módulo de motor/generador sincronoMódulo de motor/generador de c-dMódulo de interruptor de sincronizaciónMódulo de wattímetro trifásicoMódulo de fuente de alimentación

(l20j208V, 3</>, 0-120V c-d, 120V c-dMódulo de medición de coa (250)Módulo de medición de coa {O. S j2.5A)Módulo de medición de c-d (0.5/2.5A)Tacómetro de manoCables de- conexiónBanda

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 ningunaconexión cuando la fuente esté conectada! ¡Lafuente debe descone-ctarse después de hacer cadamedición!

o 1. Conecte el circuito que se ilustra en la Fi-gura 59-1, utilizando los Módulos EMS de motor/ge-nerador síncrono, motor/generador de c-d, in-terruptor de sincronización, fuente de alimentacióny medición. Observe que la salida del alternador estáconectada, a través del wattírnetro y el interruptor desincronización, a la salida trifásica fija de 208V de lafuente de alimentación, terminales 1, 2 Y 3. El rotordel alternador va conectado a la salida variable de0-120V c-d de la fuente de alimentación, terminales7 y N. El motor de derivación de c-d se conecta a lasalida fija de 120V c-d de la fuente de alimentación,terminales 8 y N.

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

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

o e) Si el motor síncrono no está equipadocon el interruptor S, ajuste el reóstato de campodel motor de cd a su posición extrema haciendogirar la perilla 6de control en el sentido de las mane-cillas del reloj (para resistencia máxima).

o d ) Abra el interruptor de sincronización.

o e) Si el motor sÍncrono está equipado conun interruptor S, ábralo al llegar a este paso.


o 3. a) Conecte la fuente de alimentación y, guián-dose por el tacómetro de mano, ajuste el reóstato delmotor de c-d para una velocidad de 1 800 T / minoO b) Si el motor síncrono tiene un interruptorS, ciérrelo al llegar a este paso.

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

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

- O e) Ajuste con cuidado la excitación de c-d delalternador, así corno la velocidad del motor, hasta quelos dos wattímetros 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 línea de potencia, ni recibe potencia de la línea ni leentrega potencia a ésta.

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

Wl = -- W, W2 = ---- W

El = -- V e-a, E2 = ---- A c-d

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

@@ '0123456

pim------'

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

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 Vc·d

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

Figura 59-1

Potencia del alternador 59-3

o d ) Al incrementarse la excitación 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 wattímetros den una lectura de cero watts

o 6. a) Reduzca solo la excitación de c-d del alter-nador, haciéndolo 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 alimentación.

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

potencia aparente _

-----------

= VA

potencia real _

__________ w

o d) Con la reducción de la excitación de c-d¿ha variado la potencia real o la potencia aparente en.tregada por el alternador? _

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

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

59-4

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

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

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

08. a) Reduzca solo la excitación del campo delmotor de c-d, haciendo que aumente gradualmente supar, hasta que 1, = 0.33A e-a.

(La velocidad del motor, que está ligada con la del al-ternador, la cual, a su vez está ligada con la [recuenciade la línea de alimentación, no puede aumentar.)

W 1 = ---------W, W2 = ------ W

E, = ------ V e-a, 12 = ---- A c-d

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

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, ¿qué ha variadomas, la potencia real o la potencia activa entregadapor el alternador?

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

o 10. Ajuste la excitación 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 métodos:


o a) Alternador sobreexcitado

Wl = ---- W, W2 = --------W11 = -------A c-<t, 12 = -------A c-d

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

o b) Alternador subexcitado

W 1 = ----------W, W 2 = --------W11 = ----------A C-<1, 12 = --------A c-d

El = ----- V e-a,

o n. Ajuste la excitación de c-d del alternador yel par del motor de c-d, de tal manera que el alterna-dor se comporte como una capacitancia trifásica perfec-ta, y entregue 120 varo Mida w, W2, El, 11 e 12,

Wl = ----- W, W2 = ----- W

11 = --- A e-a, 12 = ------- A c-d

El = -- Vc-<t

o 12. Ajuste la excitación de c-d del alternador yel par del motor dec-d, de manera que el alternador secomporte como una inductancia trifásica perfecta yentregue 120 varo Mida W17 W2, E17 11 e 12•

Wl = ----- W, W 2 = --------W11 = -- A c-<t, 12 = ---- A c-d

El = ---- V c-a


1. Un generador de e-a, impulsado por una tur-bina hidráulica, produce 10 000 kVA a un factor depotencia de 95 %.

a) Si la excitación de c-d se reduce, ¿aumentaráo disminuirá la potencia aparente? ----------------

b) Si se incrementa la excitación de cd, ¿aumen-tará o disminuirá la potencia aparente?

Potencia del alternador

2. Un motor de c-d que impulsa a un alterna-dor, desarrolla 100 hp. Si la eficiencia del alternadores del 94 %, calcule la potencia real que puede entre-gar a un sistema.

_________________________ = W

3. El factor de potencia de un alternador queestá conectado a un sistema, no depende de los dispo-sitivos electromecánicos que estén conectados tambiénal mismo sistema. Explique por qué.

4. La frecuencia de salida de un alternador uni-do a un sistema, depende de la frecuencia del mismo.Explique por qué.

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59-5

Practicas de Laboratorio

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