6.-manual de maquinas nueva reticula

SEP SNEST DGEST

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

MANUAL DE PRÁCTICAS DE

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

PRESENTA:

ING. JOSÉ ALFREDO ZENDEJAS TEPICHIN

METEPEC, MÉX. 2008

ÍNDICE

PRESENTACIÓN .................................................................................................................. 7

OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................... 7

DEFINICIONES ..................................................................................................................... 7

SUGERENCIAS DIDÁCTICAS ......................................................................................... 12

SUGERENCIAS PARA EL CUIDADO DEL EQUIPO ..................................................... 12

PRÁCTICA Nº 1 RECONOCIMIENTO DE LAS FUENTES DE ALIMENTACIÓN

PRINCIPAL Y AUXILIARES DEL LABORATORIO Y DE LAS MÁQUINAS

ELÉCTRICAS DE CORRIENTE DIRECTA Y SÍNCRONAS. ......................................... 13

PRÁCTICA Nº 2 EXPERIMENTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD ............................ 17

PRÁCTICA Nº 3 CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPO MOTOR-GENERADOR C.D. . 22

PRÁCTICA Nº 4 MOTOR CD SHUNT, OPERACIÓN EN VACÍO ................................ 24

PRÁCTICA Nº 5 MOTOR DE C.D. SHUNT. ESTUDIO DE EFICIENCIA ..................... 27

PRÁCTICA Nº 6 GENERADOR DE C.D. CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE,

CURVA DE SATURACIÓN. .............................................................................................. 30

PRÁCTICA Nº 7 GENERADOR DE C.D. SHUNT AUTO EXCITADO EN VACÍO Y

CON CARGA. ...................................................................................................................... 34

PRÁCTICA Nº 8 CONSTRUCCIÓN DE UN EMBOBINADO TRIFÁSICO Y

VERIFICACIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO. ................................................................ 38

PRÁCTICA Nº 9 ALTERNADOR SÍNCRONO EN VACÍO. ............................................ 40

PRÁCTICA No.10 ALTERNADOR SÍNCRONO, REGULACIÓN DE VOLTAJE. ........ 44

PRÁCTICA Nº 11 SINCRONIZACIÓN. ............................................................................ 48

CUESTIONARIO SOBRE SINCRONIZACIÓN. ............................................................... 52

PRÁCTICA Nº 12 TIPOS Y CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES ................ 53

PRÁCTICA Nº 13 MEDICIÓN DE RESISTENCIAS ÓHMICAS ..................................... 56

PRÁCTICA Nº 14 MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO ........................ 60

PRÁCTICA Nº 15 POLARIDAD ........................................................................................ 63

PRÁCTICA Nº 16 RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN ............................................... 67

PRÁCTICA Nº 17 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRANSFORMADOR

MONOFÁSICO .................................................................................................................... 70

PRÁCTICA Nº 18 CONEXIONES TRIFÁSICAS .............................................................. 73

PRÁCTICA Nº 19 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRANSFORMADOR

TRIFÁSICO ......................................................................................................................... 80

PRÁCTICA Nº 20 TRANSFORMADOR TRIFÁSICO CON CARGA ............................. 84

PRÁCTICA Nº 21 RIGIDEZ DIELÉCTRICA DEL ACEITE ............................................ 86

PRÁCTICA Nº 22 AUTO TRANSFORMADOR ............................................................... 89

PRÁCTICA Nº 23 MOTOR MONOFÁSICO ARRANQUE CON CAPACITOR ............. 93

PRÁCTICA Nº 24 MOTOR TRIFÁSICO JAULA DE ARDILLA, VACÍO, ROTOR

BLOQUEADO, CON CARGA ............................................................................................ 98

PRÁCTICA Nº 25 MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO DE ROTOR DEVANADO

............................................................................................................................................ 101

ELABORACIÓN Y PRESENTACIÓN DE REPORTES ................................................. 105

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 106

ANEXOS

Tablas

Tabla 4.1 Análisis de Mediciones motor de cd. De Lorenzo.. ................................ 25

Tabla 4.2 Análisis de Mediciones Motor de cd. Lavolt. ........................................... 26

Tabla 5.1 Análisis de Mediciones corriente de campo y armadura ....................... 28

Tabla 5.1 Análisis de mediciones. ............................................................................... 29

Tabla 6.1 IF vs EA. .......................................................................................................... 33

Tabla 7.1 Análisis de Mediciones ................................................................................ 37

Tabla 9.1 Corriente de Excitación contra Voltaje generado. .................................. 43

Tabla 10.1 Voltaje VS Carga. ...................................................................................... 47

Tabla 11.1 Corriente de excitación y armadura para el alternador. ...................... 51

Tabla 11.2 Corriente de excitación del motor de cd. Y corriente de armadura del alternador. ....................................................................................................................... 51

Tabla 11.3 Corriente de armadura y excitación. ....................................................... 52

Tabla 13.1 Tabla de Corriente, Voltaje y Resistencia óhmica del devanado primario del transformador monofàsico. ..................................................................... 57

Tabla 13.2 Tabla de Corriente, Voltaje y Resistencia óhmica del segundo devanado del Transformador monofásico. ................................................................ 58

Tabla 13.3 Tabla de Corriente, Voltaje y Resistencia óhmica del primer devanado del Transformador trifásico. ....................................................................... 58

Tabla 13.4 Tabla de Corriente, Voltaje y Resistencia óhmica del segundo devanado del Transformador trifásico. ....................................................................... 59

Tabla 14.1 Análisis de Resultados Devanado de alto voltaje VS devanado de bajo voltaje. ..................................................................................................................... 61

Tabla 14.2 Análisis de Resultados Devanado de alto voltaje VS devanado de bajo voltaje. ..................................................................................................................... 62

Tabla 14.3 Análisis de Resultados Alto Voltaje + tanque a tierra VS bajo voltaje. .......................................................................................................................................... 62

Tabla 17.1 Datos de placa del transformador. .......................................................... 71

Tabla 17.2 Análisis de Resultados de la prueba de transformador con carga. .. 72

Tabla 17.3 Análisis de Resultados de las pruebas de vació y circuito corto carga. .......................................................................................................................................... 72

Tabla 18.1 Análisis de Resultados para transformador trifásico............................ 79

Tabla 19.1 Análisis de resultados de la prueba de circuito abierto Y - Δ. ........... 83

Tabla 19.2 Análisis de resultados de la prueba de circuito corto Y - Δ. .............. 83

Tabla 21.1 Análisis de Resultados de la prueba dieléctrica del aceite. ................ 88

Tabla 22.1 Análisis de Resultados de corriente y voltaje se salida. del auto transformador ................................................................................................................. 92

Tabla 22.2 Análisis de Resultados de Potencia. del auto transformador ............. 92

Tabla 25.1 Análisis de Resultados del Motor para equipo de Lorenzo. ............. 103

Tabla 25.2 Análisis de Resultados del Motor para equipo Lavolt. ....................... 104

Figuras

Figura 1.1 ........................................................................................................................ 15

Figura 1.2 ........................................................................................................................ 15

Figura 1.3 ........................................................................................................................ 16

Figura 1.4 ........................................................................................................................ 16

Figura 1.5 ........................................................................................................................ 16

Figura 2.1 Circuito de una batería utilizando acido cítrico. ..................................... 18

Figura 2.2 Circuito de una batería usando una solución de NaCl. ........................ 18

Figura 2.3 Circuito de una batería usando hierro y cobre. ...................................... 19

Figura 2.4 Efectos de un campo magnético sobre un conductor. ......................... 19

Figura 2.5 Un electroimán ............................................................................................ 20

Figura 2.6 Circuito para medir el voltaje en una batería. ........................................ 21

Figura 2.7 Caída de voltaje interna en una batería. ................................................. 21

Figura 3.1 Diseño de un motor de CD sencillo. ........................................................ 23

Figura 4.1 Diagrama de un motor de cd shunt para de Lorenzo. .......................... 25

Figura 4.2 Diagrama de conexión del motor de CD. Para Lavolt. ......................... 26

Figura 5.1 Diagrama de armadura para motor de cd. Shunt ................................ 28

Figura 5.2 Diagrama de campo de motor de cd shunt. ........................................... 28

Figura 5.3 Diagrama de Conexión motor de cd. Shunt. .......................................... 29

Figura 6.1 Diagrama de conexión de generador de CD.......................................... 31

Figura 6.2 Diagrama de conexión de motor de CA de inducción rotor devanado equipo de Lorenzo ......................................................................................................... 31

Figura 6.3 Diagrama de conexión de motor de CA de inducción jaula de ardilla equipo Lavolt. ................................................................................................................. 32

Figura 6.4 Diagrama de conexión de campo y armadura de generador de cd. .. 32

Figura 7.1 Diagrama de conexión de motor de cd. .................................................. 35

Figura 7.2 Diagrama de conexión de motor de CA de inducción rotor devanado. .......................................................................................................................................... 35

Figura 7.3 Diagrama de conexión de motor de CA de inducción jaula de ardilla. .......................................................................................................................................... 36

Figura 8.1 Representación de 6 bobinas en el estator. ........................................... 39

Figura 9.1 Diagrama de conexión de Motor de CD de Lorenzo. ........................... 41

Figura 9.2 Diagrama de conexión motor Shrack ...................................................... 41

Figura 9.3 Diagrama de conexión Motor de CD equipo Lavolt. ............................. 42

Figura 9.4 Diagrama de conexión de Alternador Síncrono. .................................... 42

Figura 10.1 Diagrama de conexión de motor de CD de Lorenzo. ......................... 45

Figura 10.2 Diagrama de conexión Motor Shrack .................................................... 45

Figura 10.3 Diagrama de conexión Motor de CD. Equipo Lavolt. ......................... 46

Figura 10.4 Diagrama de conexión alternador síncrono. ........................................ 46

Voltaje (v) ....................................................................................................................... 47

Corriente (A) .................................................................................................................. 47

Figura 11.1 Diagrama de conexión motor impulsor de CD. .................................... 49

Figura 11.2 Diagrama de conexión del generador síncrono y sincronoscopio.... 49

Figura 11.3 Diagrama de conexión de generador sincrono y sincronoscopio con el generador en delta .................................................................................................... 50

Figura 12.1 Vista y corte de un núcleo ....................................................................... 53

Figura 12.2 Laminas de acero al Silicio ..................................................................... 54

Figura 12.3 Vista de un núcleo tipo acorazado con indicación de la longitud magnética media. ........................................................................................................... 54

Figura 13.1 Circuito Transformador Monofásico. ..................................................... 57

Figura 14.1 Circuito Devanado de alto voltaje VS devanado de bajo voltaje. ..... 61

Figura 14.2 Circuito Devanado de alto voltaje VS devanado de bajo voltaje. ..... 61

Figura 14.3 Circuito Alto Voltaje + tanque a tierra VS bajo voltaje. ....................... 62

Figura 15.1 Circuito para prueba de polaridad de golpe inductivo. ....................... 65

Figura 15.2 Circuito para prueba de polaridad con fuente de voltaje alterno. ..... 66

Figura 16.1 Circuito de transformador. ....................................................................... 68

Figura 16.2 Circuito por comparación con un transformador patrón de relación ajustable.. ........................................................................................................................ 68

Figura 16.3 Circuito para prueba de comparación del transformador.. ................ 69

Figura 17.1 Circuito del transformador para prueba con carga. ............................ 71

Figura 17.2 Circuito para prueba con carga. ............................................................ 71

Figura 17.3 Circuito para pruebas de vació y circuito corto. ................................. 72

Figura 18.1 Conexión Y – Y. ........................................................................................ 75

Figura 18.2 Conexión Y – Δ. ........................................................................................ 76

Figura 18.3 Conexión Δ. – Y. ...................................................................................... 77

Figura 18.4 Conexión Δ. – Δ. ...................................................................................... 78

Figura 18.5 Diagrama de conexión del transformador trifásico. ............................ 79

Figura 19.1 Diagrama de conexión prueba de circuito abierto Δ - Y. ................... 82

Figura 19.2 Diagrama de conexión prueba de circuito corto Y - Δ. ....................... 83

Figura 20.1 Diagrama de conexión para la carga que llevará el transformador trifásico. ........................................................................................................................... 85

Figura 21.1 Diagrama de conexión para la prueba dieléctrica del aceite. ........... 88

Figura 22.1 Diagrama de conexión para Autotranformador. .................................. 91

Figura 23.1 Diagrama de conexión devanado principal. ......................................... 95

Figura 23.2 Diagrama de conexión devanado auxiliar. ........................................... 95

Figura 23.3 Diagrama de conexión motor arranque con capacitor. ...................... 96

Figura 23.4 Diagrama de conexión motor arranque con capacitor. ...................... 97

Figura 24.1 Diagrama de conexión Y, prueba de CD. ............................................. 98

Figura 24.2 Diagrama de conexión Δ, prueba de CD. ............................................. 99

Figura 24.3 Diagrama de conexión prueba en Vació a Voltaje Nominal.. ............ 99

Figura 24.4 Diagrama de conexión prueba de Rotor Bloqueado a Corriente Nominal.. ....................................................................................................................... 100

Figura 25.1 Diagrama de conexión del motor de Inducción Trifásico. ................ 102

Figura 25.2 Diagrama de conexión del Generador de CD con carga de Resistencias. ................................................................................................................ 102

Figura 25.3 Diagrama de conexión del motor de Inducción Trifásico. ................ 103

Figura 25.4 Diagrama de conexión del motor de Inducción Trifásico de Lorenzo. ........................................................................................................................................ 103

Figura 25.5 Diagrama de conexión del motor de Inducción rotor devanado. .... 104

PRESENTACIÓN

El presente manual pretende poner a disposición de alumnos y maestros una guía de suficientes prácticas que se pueden realizar con base al equipo disponible en el Laboratorio de Ingeniería Electromecánica de Instituto Tecnológico de Toluca como el “de Lorenzo”, el “Lab Volt”, y equipo industrial que se ha adquirido comprándolo o por donación.

OBJETIVO GENERAL

Proporcionar una guía de prácticas para la asignatura de Máquinas Eléctricas I, que abarque la totalidad del programa de estudio, que sea de utilidad tanto para alumnos como para profesores de la misma y que se desarrollan con el equipo disponible en el Laboratorio de Ingeniería Electromecánica del Instituto Tecnológico de Toluca.

DEFINICIONES

EL APRENDIZAJE El conocimiento y la experiencia resultante, se constituyen en el ser humano, a partir de las acciones pensadas y desarrolladas cotidianamente en interacción con un medio concreto. El aprendizaje es un proceso de incorporación cognoscitiva de elementos de la realidad a esquemas del pensamiento y de acción. Esta concepción de aprendizaje se explica a partir de la interacción, la maduración y la experiencia, es lo que se llama aprendizaje en el sentido estricto.

Existe un aprendizaje solo a partir de la interiorización o abstracción de las propias acciones del individuo sobre los objetos. Interacción y experiencia son dos conceptos centrales a partir de los cuales es posible hablar de educación, de aprendizaje y de algo muy importante, la inteligencia. La inteligencia es la adaptación por excelencia. La adaptación entendida como un concepto activo, no pasivo e irreflexivo.

Se establece que la actividad es un requisito del aprendizaje, se entiende ésta como un proceso operativo. La promoción del desarrollo intelectual tiene a partir de la actividad. La acción constituye la acción previa y necesaria para toda enseñanza.

La tarea básica de todo estudiante es organizar en su pensamiento una posición de la realidad, a través de la interacción, la maduración y la experiencia, no sólo de copiarlo o reproducirlo mecánicamente. Esta tarea va asociada a la espontaneidad y la creatividad. Actitudes que se verán favorecidas a través de la acción docente en la medida en que sea posible organizar ambientes educativos adecuados.

A partir de estas condiciones, la acción docente constituye un reto ya que no se trata de entregar conocimiento digerido al estudiante, sino de organizar condiciones o ambientes que permitan la acción del propio estudiante, de manera que pueda tener acceso al conocimiento.

Tratando de explicar y ahondar en lo expuesto, si observamos cuidadosamente, la actuación cotidiana de cualquier estudiante situado en un ambiente escolar, podemos inferir que se encuentra inmerso en tres procesos básicos: de pensamiento, de comunicación y de investigación, los tres fuertemente relacionados, que en la realidad aparecen como uno solo; es decir, como un proceso de aprendizaje. Este, a su vez, se encuentra enmarcado en un contexto social.

Tratando de ahondar un poco en las manifestaciones y características de dichos procesos tenemos que: el hablar, leer y escribir se ubican como aspectos básicos del proceso de la comunicación; La inducción, deducción, análisis, síntesis, evaluación, etc., como formas lógicas del proceso del pensamiento. Y la observación, la indagación, experimentación, comprobación, descubrimiento, problematización, etc. como aspectos inherentes de la actividad de la investigación.

Todos estos procesos propios de procesos particulares se entretejen, interactúan, se superponen borrando sus fronteras artificiales, en aras de un proceso único: el proceso de aprendizaje.

El aprendizaje es social, los procesos ya mencionados, se concretan con la presencia de otros, implican vínculos, confrontaciones e interacciones. Si continuamos con nuestra atenta observación de la actuación cotidiana de cualquier estudiante en su ambiente escolar, lo vemos siempre rodeado de otros estudiantes, de docentes, etc.; siempre y en todo momento, el alumno concretará su actuación educativa con otros y entre otros.

Al tratar de explicar de esta manera el carácter social del aprendizaje; implica que sus logros no pueden ser la suma de interacciones obtenidas de manera aislada y fragmentada; sino que supone una actitud crítica, cooperativa y transformadora que en medio de un heterogeneidad, refleje una síntesis particular que obligue a pensar y actuar, no de una forma aislada, sino participativa.

En última instancia, las actividades propias del estudia-aprender, no son otra cosa; una forma particular de investigar, indagar y descubrir: con el docente, con el grupo, en los libros, en el aula, en el laboratorio, en los talleres, en el ámbito educativo y en su contexto social.

Se pretende que el estudiante, a través del desarrollo de las prácticas, recupere algunas técnicas de lectura, redacción e investigación; las estructure a partir de sus posibilidades y establezca un conjunto de métodos y estrategias para el aprendizaje, que le haga posible una mejor actuación en su formación académica.

Se pretende que, en el transcurso de las actividades organizadas en las prácticas, el estudiante se prepare con métodos propios, para que sea capaz, de dominar los contenidos de las disciplinas básicas iniciales, mediante su estudio organizado. Determine sus múltiples relaciones teóricas metodológicas, a través de los procesos lógicos correspondientes. Defina los campos de estudios interdisciplinarios de las ciencias de la ingeniería, o ciencias económico-administrativas y desarrolle actitudes de observación, indagación e investigación que le permitan confrontar su formación académica con los problemas productivos de su entorno social.

INVESTIGACIÓN

La investigación científica y tecnológica es una de las actividades características de las sociedades contemporáneas. El gran valor intrínseco y práctico de la ciencia la ha hecho trascender los estrechos muros del laboratorio, para permear las actividades educativas, profesionales y productivas. Así por ejemplo, la labor del profesionista moderno, cuando no requiere del dominio de la investigación y sus límites en la solución de problemas.

El conocimiento científico y la aplicación tecnológica están comprendidos en los planes y programas de estudio de las carreras de nivel superior; pero la ciencia, no es solo la acumulación de los conocimientos adquiridos, sino, sobre todo, es un quehacer y una manera de ver el mundo.

¿Cómo se plantea un problema?, ¿Cómo se desarrolla un experimento?, ¿Cómo se analizan los resultados? y ¿Como se comunican a otras personas?; ¿Qué es lo que hacemos al medir una magnitud física?; ¿Cuál es la relación entre la teoría y el experimento?. Esto y otros aspectos medulares de la práctica científica y tecnológica son rara vez tratados y cubiertos en el desarrollo de los programas de estudio.

Se pretende introducir a los estudiantes a la investigación desde el inicio de sus estudios, que aprendan investigando a través de sus prácticas en el taller, en el laboratorio; en el contexto de la institución, mediante la solución de problemas y las discusiones con los compañeros y los docentes, estimulando el hábito de cuestionar, imaginar y dudar.

Propiciar el pensamiento metódico y riguroso, y la creatividad, tanto en el trabajo manual (taller y laboratorio), como intelectual; fomentar que el estudiante protagonice el papel de investigador y pase por todas las etapas de una investigación: Plantear un problema, proponer hipótesis, establecer variables, diseñar la estrategia para resolverlo, realizar experimentos, analizar los resultados, sacar conclusiones, elaborar un reporte y plantear nuevos problemas.

Fomentar el trabajo individual, en equipo y grupal para analizar las diferentes ideas, los experimentos probados, sus dificultades y resultados; así como, los aspectos teóricos relacionados, formulando nuevas preguntas e hipótesis para futuras prácticas. Para esto, se debe dar importancia a las prácticas. La base del aprendizaje será la investigación y la experimentación, la lectura y las discusiones bajo la coordinación adecuada del docente.

En este sentido, el propósito de una práctica es adquirir, afianzar o completar algún conocimiento relacionado con un campo profesional. Hay miles de interrogantes que se pueden plantear. ¿Qué queremos averiguar? ¿Qué magnitudes podemos o debemos medir? ¿En qué condiciones se manifiesta el fenómeno que me interesa? ¿Cuáles condiciones son controlables?, etc.; Habrá preguntas relevantes y algunas otras irrelevantes; habría que tener el cuidado de destacar las primeras y desechar las segundas.

El conocimiento científico y tecnológico contemporáneo está contenido en múltiples publicaciones, por lo que es importante estar al tanto de esta información para poder referir adecuadamente nuestras prácticas. Otros aspectos importantes, es el tomar en cuenta el tiempo que se tiene disponible para obtener el producto deseado. El límite del tiempo nos dirá que tipo de experimento se puede realizar.

Para definir una práctica con mayor nitidez habrá que regresar a la literatura especializada y consultar a docentes para recolectar la información sobre experimentos similares y resultados que sirvan de antecedentes.

Es imposible hacer una buena práctica sin partir del conocimiento teórico. La teoría es esencial para formular las preguntas que se responderán con la práctica. Se debe conocer lo esencial de la teoría correspondiente al fenómeno de estudio.

Un aspecto necesario es la capacidad de "inventar el resultado". El "inventar el resultado" (hipótesis y variables), ayuda a seleccionar el equipo y las condiciones para el desarrollo del diseño, suministra una base para valorar el resultado. Para esta capacidad heurística1 son sumamente importantes los conocimientos antecedentes.

En la programación de una práctica se incluye la selección detallada de lo que se va a realizar y con qué equipo, así como los tiempos en que se realizarán las actividades.

PRÁCTICA

Del Pequeño Larousse tomo dos definiciones a saber:

Practicar. Ejercer o aplicar unos conocimientos o una profesión bajo la dirección de un profesor o jefe experto en la materia.

Práctica. En oposición a teórico, se dice de lo que tiende a la realización o aplicación de determinados conocimientos.

Con base a lo anterior, puedo afirmar con fines de aplicación para el presente manual, que la práctica es complemento de la teoría, la qué es indispensable que se lleve a cabo para la comprobación de los conocimientos vertidos en la cátedra y que apoya el desarrollo de habilidades y destrezas al manejar y controlar equipo eléctrico

1Proceso de acumulación de cualidades.

SUGERENCIAS DIDÁCTICAS

Es conveniente desarrollar siempre la teoría necesaria antes de realizar las prácticas, más aún se debe explicar el procedimiento de la práctica en el aula justo antes de la realización de la misma. También se sugiere que los mismos datos obtenidos a partir de las mediciones de la práctica sean utilizados para desarrollar y resolver un ejercicio más en el aula cerrando la teoría y práctica haciendo del proceso una sola cosa, un solo conocimiento: lo fundamental unido a lo pragmático.

SUGERENCIAS PARA EL CUIDADO DEL EQUIPO

Para conectar un circuito sigue las siguientes instrucciones:

1. Conecta el circuito siguiéndolo tanto por el diagrama como físicamente: de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, empieza con una rama en serie hasta terminar y continua con los elementos que están en paralelo en esa rama.

2. Sigue con otra rama en serie hasta terminar, que esté a su vez en paralelo

con la anterior rama en serie.

3. No conectes más de una terminal por borne de cada aparato de medición.

4. Los voltímetros se conectan al último y en paralelo.

5. Consultar los manuales de operación del equipo cuando sea requerido.

MANUAL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

ING. JOSÉ ALFREDO ZENDEJAS TEPICHIN 13

PRÁCTICA Nº 1 RECONOCIMIENTO DE LAS FUENTES DE ALIMENTACIÓN PRINCIPAL Y AUXILIARES DEL LABORATORIO Y DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE DIRECTA Y SÍNCRONAS.

OBJETIVOS:

1. Conocer el equipo con que se trabajará en el laboratorio dentro de la materia de máquinas eléctricas I, anotando los datos de placa, haciendo dibujos, especialmente los que detallen las diferencias en su construcción de las máquinas eléctricas

2. Identificar las partes y funcionamiento de los tableros y consolas de trabajo. 3. Identificar físicamente los diferentes tipos de motores y alternadores, tanto

en C.A. y C.D.

INTRODUCCIÓN: Es importante conocer el equipo disponible ya que podremos trabajar de manera más eficiente y rápida cuando sea necesario además que el conocer el equipo nos proporciona seguridad al realizar conexiones. Existen diferentes tipos de tableros eléctricos, de control, distribución, alumbrado, etc. A continuación se describen algunos. Un Tablero de Distribución es un panel grande sencillo, estructura o conjunto de paneles donde se montan, ya sea por el frente, por la parte posterior o en ambos lados, desconectadores, dispositivos de protección contra sobrecorriente y otras protecciones, barras conductores de conexión común y usualmente instrumentos de medición. Los tableros de distribución de fuerza son accesibles generalmente por la parte frontal y la posterior. Los tableros industriales son conjuntos de dispositivos e instrumentos cableados en planta, tales como controladores, interruptores, relevadores y dispositivos auxiliares. Los tableros pueden incluir dispositivos de desconexión así como dispositivos de protección de los circuitos que alimentan a los motores. En cuanto a los motores en algunos casos es posible identificar el tipo al que pertenecen por simple inspección visual, gracias a la disposición de sus devanados, escobillas y al tipo de rotor, pero no hay nada más exacto que la revisión detenida de sus datos de placa que despejan cualquier duda.

EQUIPO Y MATERIAL: Tablero principal de alimentación Máquinas de corriente directa “de Lorenzo” y Labvolt Máquinas de corriente alterna “de Lorenzo” y Labvolt 1 Multímetro por equipo de trabajo



PROCEDIMIENTO: 1. Identifica los motores y generadores a estudiar. 2. Observa su estructura tanto interna como externa. Dibuja los detalles de

construcción donde sean visibles las diferencias de los distintos tipos de máquinas.

3. Anota sus datos de placa.



4. Realiza lo mismo con las consolas correspondientes. 5. Describe los elementos indicados con las flechas.

Figura 1.1

Figura 1.2



Figura 1.3

Figura 1.4

Figura 1.5



PRÁCTICA Nº 2 EXPERIMENTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD

OBJETIVOS:

1. Comprobar distintas formas de crear fuentes de fuerza electromotriz. 2. Comprobar la fuerza magnética sobre un conductor y los principios de la

máquina lineal. 3. Comprobar la construcción de un electroimán y verificar el magnetismo

remanente. 4. Comprobar la existencia de la resistencia interna de una batería.

INTRODUCCIÓN:

Los motores y generadores eléctricos son un grupo de aparatos que se utilizan

para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios

electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica

se le denomina generador, alternador o dinamo, y a una máquina que convierte la

energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.

Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se establece o se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. El principio opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica sobre el conductor.

EQUIPO Y MATERIAL:

1 Vóltmetro. 1 limón. 1 lámina de Cu. 1 lamina de Zn. 1 recipiente transparente. 7 rondanas de ½”. Sal y agua. Alambre galvanizado. Alambre de cobre delgado. 1 Imán de herradura o 2 imanes de bocina 1 clavo de 2 pulgadas 2 Baterías o un eliminador para batería Objetos metálicos pequeños.



PROCEDIMIENTO: Con ayuda de las figuras realiza cada uno de los experimentos siguientes:

I. FUENTES DE FUERZA ELECTROMOTRIZ

En este experimento construiremos algunos dispositivos similares a la apila de Volta, pero utilizaremos otras sustancias, en lugar de ácido sulfúrico, que no requieran tanto cuidado. 1.El ácido sulfúrico puede sustituirse por el ácido contenido en el limón, para comprobar esto coloque una pequeña placa de cobre y otra de zinc en un limón partido, como se muestra. Usando un voltímetro, mida y anote la fem de esta pila.

Figura 2.1 Circuito de una batería utilizando acido cítrico.

2. Para comprobar que esta fem depende de la solución en la que estén sumergidas las láminas, introduzca las placas de cobre y zinc en agua simple, y después en una solución acuosa de sal de cocina. Mida con el voltímetro la fem de esta celda de agua y luego la de agua y sal, y vea si en realidad es diferente de la fem de la celda de limón. 3. Compruebe que la fem también depende del material de que están hechas cada placa. Para esto, sustituya la placa de zinc por una de hierro en la solución de sal de cocina, y mida la fem de esta nueva celda, compara con las otras dos.

Figura 2.2 Circuito de una batería usando una solución de NaCl.



4. Usted podrá construir una pila semejante a la que construyó Volta, apilando efectivamente discos de hierro, rondanas por ejemplo, y de cobre, separados por papel poroso mojado con solución de sal de cocina en agua. Este apilamiento debe hacerse en el orden que se indica en la figura. Con el voltímetro mida la fem de cada elemento (hierro, papel, cobre), y también mida la fem que forma la pila o batería de elementos.

Figura 2.3 Circuito de una batería usando hierro y cobre.

II. FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UN CONDUCTOR Y SIMULACIÓN DE LA MÁQUINA LINEAL.

1. Se fija el imán en una base de madera. 2. Se hace una especie de columpio con una aguja de acero que es soportada

por un conductor de cobre delgado (de teléfono) como se muestra en la figura.

3. Este se coloco sobre el campo generado por el imán y se energiza.

Figura 2.4 Efectos de un campo magnético sobre un conductor.



III. CONSTRUCCIÓN DE UN ELECTROIMÁN Enrolle un alambre fino (forrado o esmaltado) alrededor de un clavo grande de hierro, a manera de formar una bobina de unas 50 espiras. Conecte los extremos del conductor a los polos de una o dos pilas, como se observa en la fig. de esta manera habrá construido un electroimán con núcleo de hierro. Aproxime a uno de los extremos del electroimán, pequeños objetos de hierro o acero (alfileres, tachuelas, clips, etc.). Observe la atracción del clavo imantado sobre tales objetos. Corte la corriente que pase por el electroimán y describa lo que sucede con dicha atracción. Repita el experimento sustituyendo el clavo de hierro (núcleo de electroimán) por un objeto de acero (una pequeña llave de turcas) que no se encuentre previamente imantado. Tomando en cuenta lo que pasa cuando se corta la corriente, responda: ¿cuál de los materiales (hierro común o acero) presenta una histéresis más mas acentuada?.

Figura 2.5 Un electroimán



IV. CAIDA DE VOLTAJE INTERNA EN UNA BATERÍA Arme los siguientes circuitos, tome lecturas y calcule la resistencia interna

Figura 2.6 Circuito para medir el voltaje en una batería.

Figura 2.7 Caída de voltaje interna en una batería.

V1 =



PRÁCTICA Nº 3 CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPO MOTOR-GENERADOR C.D.

OBJETIVOS: Construir un prototipo de motor de corriente directa y comprobar su principio de funcionamiento observando que gire;

1. Construir un prototipo de generador de corriente directa y comprobar su funcionamiento observando y midiendo el voltaje generado

2. Acoplar los dos prototipos.

INTRODUCCIÓN: El campo magnético de un imán permanente sólo tiene fuerza suficiente como para hacer funcionar un generador pequeño o motor. Por ello, los electroimanes se emplean en máquinas grandes. Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades básicas: el inductor, que crea el campo magnético y que suele ser un electroimán, y la armadura o inducido, que es la estructura que sostiene los conductores que cortan el campo magnético y transporta la corriente inducida en un generador, o la corriente de excitación en el caso del motor.

En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a

los generadores. De hecho podrían describirse como generadores que funcionan

al revés. Cuando la corriente pasa a través de la armadura de un motor de

corriente continua, se genera un par de fuerzas debido a la acción del campo

magnético, y la armadura gira. La función del conmutador y la de las conexiones

de las bobinas del campo de los motores es exactamente la misma que en los

generadores.

EQUIPO Y MATERIAL: Alambre magneto 2 Cajas de cerillos o equivalente Palo redondo de madera o equivalente Imanes permanentes Base de madera o equivalente Argollas ligas clavos eliminador de baterías



PROCEDIMIENTO:

1. seguir los pasos de las imágenes 2. en lugar de pilas conectarlo directamente a la corriente para que pueda

trabajar adecuadamente 3. Construir dos ejemplares del mismo tipo, 4. Acoplarlos, mediante el uso de dos poleas y una banda, puede incluirse un

mecanismo para ajustar la banda; de tal manera que uno actúe como motor y el otro como generador.

Figura 3.1 Diseño de un motor de CD sencillo.



PRÁCTICA Nº 4 MOTOR CD SHUNT, OPERACIÓN EN VACÍO

OBJETIVOS:

1. Arrancar un motor de corriente directa tipo derivado (shunt) con un reóstato de arranque;

2. Variar su velocidad con un control manual de campo y alimentando con voltaje de alimentación variable;

3. Invertir su sentido de giro

INTRODUCCIÓN: El motor es un elemento indispensable en un gran número de aplicaciones que van desde las más pequeñas hasta las que necesitan mucha potencia. El conocimiento de su forma de trabajo y sus propiedades es imprescindible para cualquier persona interesada que emplee estos componentes; pero sin duda es de vital importancia tener un conocimiento detallado suficiente para el montaje, operación o mantenimiento de dichos equipos, con el objeto de poder efectuar la selección más adecuado y así poder obtener el mejor rendimiento de los mismos.

EQUIPO Y MATERIAL:

1 Motor de CD “DE LORENZO”. 1 motor de c.d de la marca “labvolt.”

1 Reóstato variable de 10 ohms. 1 arrancador de placa frontal

1 Reóstato variable de 100 ohms. 1 reóstato variable de 250 ohms o 500 ohms del equipo labvolt.

1 Multimetro. 1 Voltímetro de CD 300 V. 2 Amperímetros de CD 3 y 30 A. 18 Conectores (tres cortos, tres medianos, tres largos). 1 Tacómetro.

PROCEDIMIENTO:

1. Identificación del equipo: haciendo esquemas, leyendo y anotando datos de placa del motor, de los reóstatos, del equipo de medición, de la consola y de la fuente de alimentación.



2. Conecte el circuito siguiente para el motor DE LORENZO:

Figura 4.1 Diagrama de un motor de cd shunt para de Lorenzo.

3. Realiza el arranque del motor. Sigue las instrucciones de la teoría que se dio en clase y que debe estar contenida en los principios de funcionamiento del motor. Verifica que el reóstato de arranque esté en la posición de máximo valor y el reóstato de campo en el mínimo (cero). Toma mediciones en el arranque y en estado estable.

4. Varía la velocidad del motor mediante los dos procedimientos explicados en

clase, primero variando VT y luego variando IF. Mide la velocidad y los parámetros necesarios en distintas condiciones de velocidad. Toma las mediciones.

voltaje amperímetro de 3 A.

amperímetro de 30 A.

r.p.m. giro

Tabla 4.1 Análisis de Mediciones motor de cd. De Lorenzo..

5. Desconecta la alimentación y para el motor. De nuevo pon el reóstato de

arranque en su posición de máximo valor y el de campo en su mínimo.

6. Intercambia las terminales del campo o de la armadura y arranca de nuevo el motor de c.d. observa el giro del motor. ¿qué sucede?

7. Desconecta la alimentación para detener el motor.



8. conecte el circuito siguiente para el motor labvolt.

Figura 4.2 Diagrama de conexión del motor de CD. Para Lavolt.

9. realiza el arranque del motor. sigue las instrucciones de la teoría que se dio

en clase y que debe estar contenida en los principios de funcionamiento del motor o sigue las instrucciones del maestro y toma nota. verifica que el reóstato de campo esté en el mínimo valor (cero). toma mediciones en el arranque y en estado estable

10. Varia la velocidad del motor mediante los dos procedimientos explicados en

clase, primero variando VT y luego variando IF. Mide la velocidad y los parámetros necesarios en distintas condiciones de velocidad. Toma las mediciones.

voltaje amperímetro de 3 A.

amperímetro de 30 A.

r.p.m. giro

Tabla 4.2 Análisis de Mediciones Motor de cd. Lavolt.

11. desconecta la alimentación y para el motor, la palanca del arrancador deberá regresar automáticamente. poner otra vez el reóstato de campo en su mínimo valor.

12. cambia las terminales del campo o de la armadura y arranca de nuevo el motor de c.d. observa el giro del motor. ¿qué sucede?

13. desconecta la alimentación para detener el motor.



PRÁCTICA Nº 5 MOTOR DE C.D. SHUNT. ESTUDIO DE EFICIENCIA

OBJETIVOS: 1. Obtener las pérdidas de cobre en el motor, mediante medición de RA y RF. 2. Obtener las perdidas rotacionales midiendo voltaje y corriente (V1 y IA)

estando el motor en vació. 3. Calcular las pérdidas en escobillas y perdidas adicionales. 4. Calcular potencia de entrada nominal. 5. Calcular la eficiencia.

INTRODUCCIÓN:

Para calcular la eficiencia de un motor de corriente continua, se deben determinar las siguientes pérdidas: Las pérdidas en el cobre del motor son las pérdidas I

2R en los circuitos de

armadura y campo del motor. Estas pérdidas pueden encontrarse conociendo las corrientes en la máquina y las dos resistencias. Las pérdidas por caída en las escobillas se aproximan a menudo agrupándolas con las pérdidas en el cobre. Si se tratan por separado, pueden determinarse de una gráfica de potencial de contacto contra la corriente, para el tipo particular de escobillas que se estén usando. Las pérdidas en el núcleo y las mecánicas usualmente se determinan juntas. Si se deja girar libremente un motor en vacío a la velocidad nominal, entonces no hay potencia de salida desde la máquina. Puesto que el motor está sin carga, IA es muy pequeña y las pérdidas en el cobre del inducido son despreciables. Por lo cual, si las pérdidas en el cobre del campo se restan de la potencia de entrada al motor, la potencia de entrada restante consta de las pérdidas mecánicas y en el núcleo de la máquina a esa velocidad. Estas pérdidas del motor se denominan pérdidas rotacionales sin carga. En la medida que la velocidad del motor permanezca cercana a la cual fueron medidas las pérdidas rotacionales sin carga son una buena estimación de las pérdidas mecánicas y en el núcleo de la máquina bajo carga.

MATERIAL Y EQUIPO: 1 motor de corriente directa de Lorenzo o labvolt 1 amperímetro de c.d. 3 amperes 1 amperímetro de c.d. 30 amperes 1 voltímetro de c.d 300V. 1 reóstato. 1 multimetro 20 conectores distintos tamaños



PROCEDIMIENTO:

1. Conectar el circuito A) para medir VF e IA y poder determinar RA, variando VF. Conectar el circuito B) para medir VF e IF y determinar RF. Este método es conocido como de vólmetro-ampérmetro y VF esta determinado por los aparatos y por la capacidad de la fuente.

1

1

A

VRA

Figura 5.1 Diagrama de armadura para motor de cd. Shunt

2

2

A

VRF

Figura 5.2 Diagrama de campo de motor de cd shunt.

IA (A1) VF (V1) RA IF (A2) EF (V2) RF

Tabla 5.1 Análisis de Mediciones corriente de campo y armadura

2. calcular

AARI 2 BB RI 2



3. desacoplar el generador del motor.

4. Conectar el siguiente circuito en el cual el motor está en vacío, fijar un voltaje para VB y arrancar el motor.

Figura 5.3 Diagrama de Conexión motor de cd. Shunt.

5. realizar las siguientes mediciones que nos permitan determinar las perdidas

rotacionales.

VB (V1) IF (A1) IA (A2) potencia

Tabla 5.1 Análisis de mediciones.

6. Calcular perdidas rotacionales. Calcular la potencia de entrada y la potencia de salida.

7. Calcular la eficiencia del motor basándose en la teoría correspondiente.



PRÁCTICA Nº 6 GENERADOR DE C.D. CON EXCITACIÓN INDEPENDIENTE, CURVA DE SATURACIÓN.

OBJETIVOS:

1. Observar la variación de las magnitudes que son posibles de medir en las terminales del generador, al sufrir cambios en la intensidad de flujo y campo.

2. Obtener la curva de saturación de este generador.

INTRODUCCIÓN: Existen diferentes tipos de generadores dc, entre ellos podemos encontrar el generador de excitación separada, en el cual el flujo de campo se origina por una fuente de potencia independiente al generador en sí mismo. Estos tipos de generadores dc difieren en su característica en sus terminales (voltaje-corriente),y son comparados por sus voltajes, potencias nominales, eficiencias y regulaciones de voltaje. Todos los motores están accionados por una fuente de potencia mecánica denominada motor primario del generador, que puede ser una turbina de vapor, un motor diesel o un motor eléctrico, puesto que la velocidad del motor primo, afecta el voltaje de salida del generador, es costumbre suponer esta velocidad constante para comparar la regulación de voltaje y las características en terminales de los generadores. El voltaje en las terminales puede ser cambiado modificando el voltaje interno generado EA, y esto se logra de dos formas, cambiando la velocidad de rotación o cambiando la corriente de campo. En muchas aplicaciones el rango de velocidad del motor primario es muy limitada , por tal razón el voltaje en los terminales se controla, modificando la corriente de campo.

MATERIAL Y EQUIPO: 1 Generador CD (DE LORENZO o LABVOLT). 9 conectores cortos 20 conectores medianos 2 conectores grandes 1 multimetro 1 tacómetro Para el primo motor:

Motor-generador CD DE LORENZO

Motor CA de inducción de rotor devanado DE LORENZO o jaula de ardilla LAB VOLT.

3 amperímetros 2 de 3 A y 1 de 30 A.

1 amperímetro CD 3 A.

2 vólmetros de CD 300V 1 vólmetro de CD 300V

1 amperímetro de gancho.



PROCEDIMIENTO:

1. Identificación del equipo: haciendo esquemas, leyendo y anotando datos de placa del motor, del generador de excitación independiente, de los reóstatos, del equipo de medición, de la consola y de la fuente de alimentación.

2. Se conecta el motor primo con los siguientes circuitos.

Motor CD DE LORENZO.

Figura 6.1 Diagrama de conexión de generador de CD.

Para realiza el arranque del motor primario sigue las instrucciones siguientes: Verifica que el reóstato de arranque esté en la posición de máximo valor y el reóstato de campo en el mínimo (cero). Ajusta la velocidad a 1800 rpm.

Motor CA de inducción de rotor devanado DE LORENZO.

Figura 6.2 Diagrama de conexión de motor de CA de inducción rotor devanado equipo de Lorenzo



Motor CA de inducción jaula de ardilla labvolt

Figura 6.3 Diagrama de conexión de motor de CA de inducción jaula de ardilla equipo Lavolt.

3. Realiza la conexión del generador de excitación independiente de acuerdo con el siguiente circuito. La fuente VF es variable e independiente, para permitir variar la corriente de excitación.

Figura 6.4 Diagrama de conexión de campo y armadura de generador de cd.

4. Arrancar el primo motor hasta lograr una velocidad constante.

5. Variar poco a poco la corriente de excitación desde 0 A hasta la saturación, variando el valor de VF, medir y tomar nota de los valores de (IF) y de la tensión en bornes del inducido (EA). (en el generador)



6. Graficar los valores de IF contra EA.

IF

(A1)

EA

(V1)

Tabla 6.1 IF vs EA.



PRÁCTICA Nº 7 GENERADOR DE C.D. SHUNT AUTO EXCITADO EN VACÍO Y CON CARGA.

OBJETIVOS:

3. Observar la variación de las magnitudes que son posibles de medir en las terminales del generador, al sufrir cambios en la intensidad de flujo y campo, y también al variar la carga.

4. Obtener la curva característica de este generador. 5. Obtener el por ciento de regulación de vacío a carga.

INTRODUCCIÓN: Un generador en derivación (shunt) es aquel que suministra su propia corriente de campo conectando su campo directamente a los terminales de la máquina, la corriente del inducido de la máquina alimenta tanto al circuito de campo como a la carga conectada a la máquina. Este generador tiene una clara ventaja sobre el de excitación independiente, pues no necesita una fuente externa para el circuito de campo; siendo el generador shunt una maquina autoexitada, empezara a desarrollar su voltaje partiendo del flujo residual en los polos del generador, tan pronto como el inducido empiece a girar. Después a medida que el inducido va desarrollando voltaje este envía corriente a través del inductor aumentando él número de líneas de fuerza y desarrollando voltaje hasta su valor normal. La característica en los terminales de un generador shunt, difiere del de excitación separada en que la cantidad de corriente de campo en la máquina depende del voltaje en sus terminales. Para entender la característica del generador se parte de la máquina descargada, luego se adiciona carga y se observa lo que ocurre.

MATERIAL Y EQUIPO: 3 Generador CD (DE LORENZO o LABVOLT).

1 reóstato de 510 (DE LORENZO) o 200 (LABVOLT). 9 conectores cortos 20 conectores medianos 4 conectores grandes 2 multimetro 2 tacómetro

Motor-generador CD DE LORENZO

Motor CA de inducción de rotor devanado DE LORENZO o jaula de ardilla LAB VOLT.



2 vólmetros de CD 300V 1 vólmetro de CD 300V

2 reóstatos 10 y 100 1 amperímetro de gancho.



PROCEDIMIENTO:

7. Identificación del equipo: haciendo esquemas, leyendo y anotando datos de placa del motor, del generador de excitación independiente, de los reóstatos, del equipo de medición, de la consola y de la fuente de alimentación.

8. Se conecta el motor primo con los siguientes circuitos.

Motor CD DE LORENZO.

Figura 7.1 Diagrama de conexión de motor de cd.

Para realiza el arranque del motor primario sigue las instrucciones siguientes: Verifica que el reóstato de arranque esté en la posición de máximo valor y el reóstato de campo en el mínimo (cero). Ajusta la velocidad a 1800 rpm.

Motor CA de inducción de rotor devanado DE LORENZO.

Figura 7.2 Diagrama de conexión de motor de CA de inducción rotor devanado.



Motor CA de inducción jaula de ardilla LAB VOLT.

Figura 7.3 Diagrama de conexión de motor de CA de inducción jaula de ardilla.

9. Realiza la conexión del generador SHUNT de acuerdo con el siguiente circuito.

Figura 7.4 Diagrama de conexión de generador shunt con carga resistiva.

10. Pon el reóstato en el generador a su máximo valor.

11. Arrancar el primo motor hasta lograr una velocidad constante.

12. Variar poco a poco la corriente de excitación, varía el reóstato RF

disminuyendo el valor de su resistencia y obtén el valor nominal de voltaje.



13. El valor de A

VRF ; El valor de 'ffF RRR .

14. Obten el valor de Rf y Rf’.

Reóstato fR campo 'fR

15. Al voltaje nominal aplica carga cuidando de no exceder el valor nominal de corriente del generador, ni de los instrumentos de medición.

Resistencia V1 A1 A2 r.p.m

Tabla 7.1 Análisis de Mediciones



PRÁCTICA Nº 8 CONSTRUCCIÓN DE UN EMBOBINADO TRIFÁSICO Y VERIFICACIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO.

OBJETIVOS: 1. Comprobar la formación del campo magnético giratorio, 2. Construir una pequeña máquina eléctrica trifásica, con los principios del campo

magnético giratorio,

INTRODUCCIÓN: El campo creado por una corriente senoidal al circular por una bobina es también senoidal, es decir, que cambia de sentido en el tiempo pasando en cada inversión por cero. Para conseguir el giro del rotor en los motores CA es necesario crear un campo giratorio que mediante acoplamientos magnéticos provoque el giro. El giro del campo se consigue como resultante de dos o más campos senoidales defasados entre si. La suma de los campos generados por cada fase de un sistema polifásico produce en cada instante un campo resultante cuyo sentido es giratorio.

MATERIAL Y EQUIPO: A consideración del alumno de acuerdo con la forma y capacidad con la que considere construir su máquina,



PROCEDIMIENTO: Se puede obtener un campo giratorio haciendo circular tres corrientes defasadas entre sí 120º por tres bobinas cuyos ejes están desfasados a su vez 120º en el espacio. Para ello podemos aplicar corriente trifásica a tres bobinas colocadas a 120º unas de otras. Al colocar un imán en su centro, gira, indicando la existencia de un campo giratorio. En esta práctica se da la libertad de elegir la forma de construcción, pudiendo ser una de ellas la mostrada en la figura.

Figura 8.1 Representación de 6 bobinas en el estator.



PRÁCTICA Nº 9 ALTERNADOR SÍNCRONO EN VACÍO.

OBJETIVOS: 1 Observar la variación de las magnitudes que son posibles de medir en las

terminales del generador, al variar la intensidad de campo. 2 Obtener la curva de saturación de este generador.

INTRODUCCIÓN: Un generador sincrónico es un dispositivo para convertir la potencia mecánica de un motor primario en potencia eléctrica ac de voltaje y frecuencia específicos. El termino sincrónico se refiere al hecho de que la frecuencia eléctrica de esta maquina esta confinada o sincronizada con su tasa mecánica de rotación del eje. Este generador es utilizado para generar la gran mayoría de potencia eléctrica utilizada en todo el mundo.

El voltaje interno generado en esta máquina depende de la tasa de rotación del eje y de la magnitud del flujo de campo. El voltaje de fase de la máquina difiere del voltaje interno generado por efecto de la reacción del inducido en el generador y por la resistencia y reactancia interna de los devanados del inducido. El voltaje en terminales del generador será igual al voltaje de fase o está relacionado a éste por

3 dependiendo de si la conexión de la máquina es delta o es estrella.

MATERIAL Y EQUIPO: Alternador síncrono “de Lorenzo” o “labvolt” Motor impulsor de corriente directa “de Lorenzo” o Labvolt” o motor “Shrack” 20 conectores medianos 10 conectores grandes 1 multimetro

1 tacómetro 1 frecuencímetro 1 medidores para el motor impulsor 1 amperímetro de gancho para el motor “shrack”

Motor CD-generador síncrono DE LORENZO

Motor Shrack (trifase a collectore in derivazione)- generador síncrono DE

LORENZO

Motor CD LAB VOLT- generador síncrono LAB

VOLT.

2 1

amperímetro 3 A CD amperímetro 30 A CD

1 amperímetro CD 3 A. 1 arrancador de placa frontal 1 reóstato variable de 250 ohms o 500 ohms del equipo labvolt.

1 vólmetro de 300V CD

2 reóstatos 10 y 100 Ω

1 Frecuencimetro

1 vólmetro de 300V CA

1 vólmetro de CD 300V




PROCEDIMIENTO:

1 Identificación del equipo: haciendo esquemas, leyendo y anotando datos de placa del motor, del generador de excitación independiente, de los reóstatos, del equipo de medición, de la consola y de la fuente de alimentación.

2 Se conecta el motor primo con los siguientes circuitos.

a. Motor CD DE LORENZO.

Figura 9.1 Diagrama de conexión de Motor de CD de Lorenzo.

Para realizar el arranque del motor primario sigue las instrucciones siguientes: Verifica que el reóstato de arranque esté en la posición de máximo valor y el reóstato de campo en el mínimo (cero). Ajusta la velocidad a 1800 rpm.

Motor “Shrack”

Figura 9.2 Diagrama de conexión motor Shrack



Motor de corriente directa

Figura 9.3 Diagrama de conexión Motor de CD equipo Lavolt.

Alternador Síncrono

Figura 9.4 Diagrama de conexión de Alternador Síncrono.

3 Asegurar que el grupo motor-generador esté acoplado. 4 Arrancar el motor impulsor

5 Excitar el alternador síncrono a través de su circuito de campo.



6 Tomar medidas de la corriente de excitación y el voltaje generado logrando obtener y graficar la curva de saturación del alternador bajo prueba

Voltaje Generado (v)

Corriente de Excitación(A)

Tabla 9.1 Corriente de Excitación contra Voltaje generado.



PRÁCTICA No.10 ALTERNADOR SÍNCRONO, REGULACIÓN DE VOLTAJE.

OBJETIVO: 1 Probar el alternador síncrono bajo carga resistiva, capacitiva, inductiva. 2 Probar el alternador síncrono bajo carga resistiva-inductiva a un factor de potencia aproximadamente a 0.8. 3 Calcular la regulación de voltaje bajo esta última condición.

INTRODUCCIÓN El alternador síncrono trabaja bajo condiciones de carga resistiva, resistiva-capacitiva, resistiva-inductiva, siendo la más común esta última. La carga inductiva produce un decaimiento del voltaje considerable; caso contrario con la carga capacitiva, la que provoca que el voltaje generado se incremente. Para regular el voltaje en el caso de una carga resistiva o resistiva-inductiva es necesario incrementar la corriente de excitación, caso contrario con la carga resistiva-capacitiva, con la que se debe disminuí la corriente de excitación.

MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

Alternador síncrono “de Lorenzo” o “labvolt” Motor impulsor de corriente directa “de Lorenzo” o Labvolt” o motor “Shrack” 20 conectores medianos 10 conectores grandes 1 multimetro

1 tacómetro 2 frecuencímetro 1 medidores para el motor impulsor 1 amperímetro de gancho para el motor “shrack” 1 kid de cargas resistivas, capacitivas, inductivas según el alternador seleccionado

Motor CD-generador síncrono DE LORENZO

Motor Shrack (trifase a collectore in derivazione)- generador síncrono DE

LORENZO

Motor CD LAB VOLT- generador síncrono LAB

VOLT.

2 1

amperímetro 3 A CD amperímetro 30 A CD

1 amperímetro CD 3 A. 1 arrancador de placa frontal 1 reóstato variable de 250 ohms o 500 ohms del equipo labvolt.

1 vólmetro de 300V CD

2 reóstatos 10 y 100 Ω

1 Frecuencimetro

1 vólmetro de 300V CA

1 vólmetro de CD 300V




PROCEDIMIENTO:

1 Identificación del equipo: haciendo esquemas, leyendo y anotando datos de placa del motor, del generador de excitación independiente, de los reóstatos, del equipo de medición, de la consola y de la fuente de alimentación.

2 Se conecta el motor primo con los siguientes circuitos.

a. Motor CD DE LORENZO.

Figura 10.1 Diagrama de conexión de motor de CD de Lorenzo.

Para realizar el arranque del motor primario sigue las instrucciones siguientes: Verifica que el reóstato de arranque esté en la posición de máximo valor y el reóstato de campo en el mínimo (cero). Ajusta la velocidad a 1800 rpm.

Motor “Shrack”

Figura 10.2 Diagrama de conexión Motor Shrack



Motor de corriente directa

Figura 10.3 Diagrama de conexión Motor de CD. Equipo Lavolt.

Alternador Síncrono

Figura 10.4 Diagrama de conexión alternador síncrono.

3 Asegurar que el grupo motor-generador esté acoplado. 4 Arrancar el motor impulsor

5 Excitar el alternador síncrono a través de su circuito de campo y regular

el voltaje al voltaje nominal



6 Tomar medidas aplicando distintas tipos de cargas y especialmente la

carga resistiva-inductiva a f.p. 0.8 cuidando de regular el voltaje a voltaje nominal y cuando se regrese a la condición en vacío dejar el voltaje resultante: éste, es el voltaje en vacío que debe considerarse para el cálculo de regulación de voltaje para cada condición dada.

Voltaje (v)

Corriente (A)

Tabla 10.1 Voltaje VS Carga.



PRÁCTICA Nº 11 SINCRONIZACIÓN.

OBJETIVOS:

1. cumplir con las condiciones previas a la sincronización de un generador

síncrono a la red de alimentación. 2. Sincronizar o poner en paralelo el alternador a la red, cuidando que sea

justo cuando estén en fase. 3. Obtener curva V del alternador síncrono dando distintos valores de

excitación desde 0 hasta un valor que no haga exceder la corriente de armadura.

4. obtener la curva V del generador varando el control de velocidad del motor impulsor.

5. desconectar la fuente de alimentación del motor impulsor provocando que la máquina sincronía se motorice.

6. obtener curva V del motor síncrono.

INTRODUCCIÓN: Los generadores sincrónicos se usan en muy raras ocasiones para alimentar cargas individuales. Comúnmente se conectan a un sistema de potencia conocido como "Bus Infinito".

El bus infinito es una idealización de un sistema de potencia, el cual es tan grande que en él no varían ni el voltaje ni la frecuencia, siendo inmaterial la magnitud de las potencias activas o reactivas que se toman o suministran a él. Puede pensarse en el bus infinito como una supermáquina equivalente de dimensiones descomunales, que nada que se haga sobre él puede causarle mucho efecto. En las plantas generadoras, los generadores sincrónicos son conectados y desconectados, dependiendo de la demanda de energía en el bus infinito. La operación de conectar un generador sincrónico al bus infinito es conocida como sincronización con el bus infinito. Cuando un generador se pone en paralelo con otro generador o con un sistema grande (bus infinito), debemos considerar las siguientes situaciones: Voltajes iguales. Misma frecuencia. Igual secuencia de fases. Idéntica fase. En la planta generadora, el cumplimiento de estas condiciones es verificada por el aparato llamado "sincronoscopio", aunque podemos realizar la sincronización con lámparas.



MATERIAL Y EQUIPO:

1 Motor CD-generador sincrono de LAB VOLT. 4 amperímetros 2 de 3 A y 1 de 30 A para CD y uno de gancho. 1 vólmetro de CA 0-300V. 1 Frecuencímetro CA 0-300V. 1 Multímetro. 1 Secuencímetro. 1 Tacómetro. 1 Fuente variable de CD.

Conectores de diferentes tamaños.

PROCEDIMIENTO: 1. Conectar el motor impulsor según el diagrama.

Figura 11.1 Diagrama de conexión motor impulsor de CD.

2. Conectar el generador síncrono y sincronoscopio. a. Con el generador en estrella.

Figura 11.2 Diagrama de conexión del generador síncrono y sincronoscopio.



b. con el generador en delta

Figura 11.3 Diagrama de conexión de generador sincrono y sincronoscopio con el generador en delta

3. Arrancar el grupo motor-generador, llevar el motor a 1800 rpm. 4. Ajustar lo siguiente. ¡EL SINCRONOSCOPIO DEBE ESTAR ABIERTO¡

a. Los valores eficaces de los voltajes de línea tanto de la red como del alternador deben ser iguales.

b. Que el frecuencímetro marque la misma frecuencia ene el generador y de la línea; variando la velocidad del motor impulsor, pero al sincronizar la frecuencia del alternador debe ser ligeramente mayor que la frecuencia de la red.

c. Verificar que la red y el alternador tengan la misma secuencia de fases. Se logra colocando sus tres terminales tanto al generador como a la línea y verificando que el secuencimetro marque el mismo giro tanto para uno como para otro.

d. Observar el encendido de las lámparas. Si el encendido y apagado de las tres lámparas se realiza al mismo tiempo, quiere decir que tienen la misma secuencia de fases, de lo contrario tienen distinta secuencia de fases, ¡NO SINCRONIZAR! desconecte la excitación del campo y después intercambie dos terminales del generador conectadas al secuencimetro para lograr que la red y el alternador estén en fase, conectar la excitación. debe asegurarse de que las tres lámparas enciendan y apaguen al mismo tiempo.

e. Debe manipularse el control de velocidad del motor impulsor de tal manera que el encendido y apagado de las tres lámparas sea más lento.



5. CONECTE JUSTO CUANDO LAS LÁMPARAS ESTÉN DESCONECTADAS, ¡YA ESTA SINCRONIZADO¡

6. Mida corriente de excitación del alternador y la corriente de armadura del mismo, variando la excitación y grafique.

ALTERNADOR

IF IA

Tabla 11.1 Corriente de excitación y armadura para el alternador.

7. mida corriente de excitación del motor de corriente directa y la corriente de

armadura del alternador y grafique.

IF MOTOR IA ALTERNADOR

Tabla 11.2 Corriente de excitación del motor de cd. Y corriente de armadura del alternador.

8. ahora desconecte la fuente de alimentación del motor de corriente directa.



9. ahora, la máquina síncrona opera como motor síncrono. varíe la corriente

de excitación y mídala conjuntamente con la corriente de armadura del MOTOR SÍNCRONO y grafique.

IF MOTOR SINCRONO

IA MOTOR SINCRONO

Tabla 11.3 Corriente de armadura y excitación.

CUESTIONARIO SOBRE SINCRONIZACIÓN.

1. ¿Porqué se sincroniza justo cuando las lámparas están apagadas?

2. Cuando funciona como alternador y movemos el control de velocidad; el alternador: ¿qué tipo de energía varía; real o reactiva? ¿entrega o recibe? ¿y si pretendemos reducir la velocidad que sucede?

3. Cuando funciona como alternador y movemos la excitación del mismo

¿qué tipo de energía varía, real o reactiva? ¿al aumentar la excitación entrega o recibe? ¿y al disminuir la excitación?

4. ¿En una planta hidroeléctrica que se tiene que hacer para que el alternador

proporcione tanto potencia real como reactiva a la red?

5. Cuando funciona como motor síncrono ¿qué se tiene que variar y como para que el motor mejore el factor de potencia de la red?



PRÁCTICA Nº 12 TIPOS Y CONSTRUCCIÓN DE TRANSFORMADORES

OBJETIVOS:

1. Reconocer los tipos de construcción de los transformadores y observar los detalles de la construcción de bobinas, núcleo, y armazones

INTRODUCCIÓN: El propósito principal de un transformador es convertir la potencia alterna de un nivel de voltaje en potencia alterna de la misma frecuencia pero en otro nivel de voltaje. Los transformadores también se utilizan para otros propósitos (ejemplo, para mostrar voltajes, mostrar corrientes y transformar impedancias). Los transformadores de potencia se construyen de dos maneras. Un tipo de transformador consta de una pieza de acero rectangular, laminada, con los devanados enrollados sobre dos de los lados del rectángulo. Este tipo de construcción, es conocido como transformador tipo núcleo. El otro consta de un núcleo laminado de tres columnas, cuyas bobinas están enrolladas en la columna central. Este tipo de construcción se conoce como transformador tipo acorazado. En todo caso, el núcleo se construye con delgadas láminas aisladas eléctricamente unas de otras para minimizar las corrientes parásitas. NÚCLEOS Existen 2 tipos de núcleos fundamentales de estructura del transformador ellos son el tipo núcleo y el tipo acorazado. Tipo núcleo: Este núcleo no es macizo, sino que esta formado por un paquete de chapas superpuestas, y aisladas eléctricamente entre sí. Para colocarlas y poder ubicar el bobinado terminado alrededor del núcleo, se construyen cortadas, colocando alternadamente una sección U con una sección I. La capa siguiente superior cambia la posición I con respecto a la U.

Figura 12.1 Vista y corte de un núcleo



Figura 12.2 Laminas de acero al Silicio

El aislamiento entre chapas se consigue con barnices especiales, con papel de seda, o simplemente oxidando las chapas con un chorro de vapor. Núcleo tipo acorazado: este tipo de núcleo es más perfecto, pues se reduce la dispersión, obsérvese que las líneas de fuerza de la parte central, alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del núcleo puede tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como también para las 2 cabezas. Para armar el núcleo acorazado también se lo construye en trozos, unos en forma de E y otros en forma de I, y se colocan alternados, para evitar que las juntas coincidan.

Figura 12.3 Vista de un núcleo tipo acorazado con indicación de la longitud magnética media.

El hecho que los núcleos sean hechos en dos trozos, hace que aparezcan juntas donde los filos del hierro no coinciden perfectamente, quedando una pequeña luz que llamaremos entrehierro. Obsérvese que en el tipo núcleo hay dos entrehierros en el recorrido de las fuerzas, y que el acorazado también, porque los dos laterales son atravesados por la mitad de líneas cada uno.

MATERIAL Y EQUIPO:

Transformadores del Laboratorio.



PROCEDIMIENTO: 1. Anotar y dibujar características y datos de placa de los transformadores disponibles en el laboratorio.



PRÁCTICA Nº 13 MEDICIÓN DE RESISTENCIAS ÓHMICAS

OBJETIVOS:

1. Medir las resistencias óhmicas en los devanados del transformador.

INTRODUCCIÓN: Esta prueba nos sirve, básicamente, para comprobar que todas las conexiones internas efectuadas en los devanados y guías, fueron sujetadas firmemente, así como, también obtener información para determinar las perdidas de cobre y calcular la temperatura de los devanados en la prueba de temperatura. Al desarrollar la prueba de resistencia ohmica, debe medirse simultáneamente la temperatura de los devanados, para lo cual es necesario tener presente los siguientes puntos:

Si el transformador es de tipo seco, la temperatura de los devanados será determinada como el promedio de por lo menos tres termómetros colocados entre los devanados.

Si el transformador esta sumergido en liquido aislante, debe de ser desenergizado cuando lo menos 8 horas antes de efectuar la medición y la temperatura del devanado será considerada como la que tiene el propio liquido.

El lugar donde se efectúan las mediciones debe de estar protegido de variaciones bruscas del ambiente.

Existen dos métodos comúnmente utilizados para realizar esta prueba: 1.- Método del puente de Wheatstone o Kelvin. 2.- Método ce caída de potencial. El método del puente es el más usado por la sencillez de su manejo y por la gran exactitud que nos ofrece; además de que la corriente con la que opera es muy pequeña, por lo cual no se alteran las lecturas por efecto de calentamiento durante la medición. La norma establéese este método como el único en devanados donde la corriente nominal es menor que un ampere. El segundo método solo es empleado cuando la corriente nominal del devanado bajo prueba, es mayor que un ampere.



MATERIAL Y EQUIPO:

1 Transformador monofásico

1 Transformador trifásico

1 Voltímetro de C.D.

1 Amperímetro de C.D.

10 Conectores.

1 Fuente de C.D. Variable.

PROCEDIMIENTO:

1. Iniciar con 0 volts y aumentar el voltaje hasta un valor mínimo de corriente y voltaje suficientes para tomar lecturas.

Con el 1er. Transformador.

Figura 13.1 Circuito Transformador Monofásico.

Con devanado Primario.

Tabla 13.1 Tabla de Corriente, Voltaje y Resistencia óhmica del devanado primario del transformador monofàsico.

Voltaje de alimentación

Corriente i Voltaje v Resistencia

óhmica Ω

(v/i)



Con Devanado Secundario.

Tabla 13.2 Tabla de Corriente, Voltaje y Resistencia óhmica del segundo devanado del

Transformador monofásico.

Con el 2º. Transformador Trifàsico.

Con devanado primario.

Figura 13.2 Circuito Transformador Trifásico y primer devanado.


Corriente i Voltaje v Carga Ω Resistencia

óhmica Ω

(v/i)

Tabla 13.3 Tabla de Corriente, Voltaje y Resistencia óhmica del primer devanado del

Transformador trifásico.


Corriente i Voltaje v Resistencia

óhmica Ω

(v/i)



Con devanado secundario.

Figura 13.3 Circuito Transformador Trifásico y segundo devanado.

Tabla 13.4 Tabla de Corriente, Voltaje y Resistencia óhmica del segundo devanado del

Transformador trifásico.


Corriente i Voltaje v Carga Ω Resistencia

óhmica Ω

(v/i)



PRÁCTICA Nº 14 MEDICIÓN DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

OBJETIVOS:

1. Determinar el estado de los aislamientos en los devanados.

INTRODUCCIÓN: La medición de la resistencia de aislamiento sirve para tener una idea del estado en que se encuentran los aislamientos y con base en esto, decidir si están en condiciones de soportar los esfuerzos dieléctricos que se originan al aplicar tensiones en prueba o trabajo. El obtener valores bajos nos indica en forma decisiva que el aislamiento sea deficiente (en su diseño o aplicación), sino que hay suciedad o humedad en los aislamientos.

La medición de la resistencia de aislamiento se efectúa por lo general con un aparato llamado Megger que consta de una fuente de C.D. y un indicador de megaohms. La capacidad de la fuente de C.D, generalmente es baja, ya que la finalidad es ver el estado en que se encuentra aislamiento; es decir, está es un aprueba indicativa no destructiva, de tal forma que si un aislamiento está débil no lo agrave.

Las resistencias de aislamiento a determinar en un transformador, son la resistencia que presenta un devanado con respecto a otro y la que presenta un devando con respecto al núcleo y con respecto al tanque; es decir, las lecturas de resistencia de aislamiento que se toman por:

A.T contra B.T

A.T contra B.T + tanque a tierra

A.T + tanque a tierra contra B.T

MATERIAL Y EQUIPO:

1 Transformador

1 Megger

5 conectores.



PROCEDIMIENTO:

Las resistencias de aislamiento a determinar son las siguientes:

1. Devanado de alto voltaje VS devanado de bajo voltaje.

Figura 14.1 Circuito Devanado de alto voltaje VS devanado de bajo voltaje.

Tabla 14.1 Análisis de Resultados Devanado de alto voltaje VS devanado de bajo voltaje.

2. Alto voltaje VS bajo voltaje + tanque a tierra.

Figura 14.2 Circuito Devanado de alto voltaje VS devanado de bajo voltaje.



Tabla 14.2 Análisis de Resultados Devanado de alto voltaje VS devanado de bajo voltaje.

3. Alto voltaje + tanque a tierra VS bajo voltaje.

Figura 14.3 Circuito Alto Voltaje + tanque a tierra VS bajo voltaje.

Tabla 14.3 Análisis de Resultados Alto Voltaje + tanque a tierra VS bajo voltaje.



PRÁCTICA Nº 15 POLARIDAD

POLARIDAD

a) Prueba de polaridad por golpe inductivo b) Prueba de polaridad con fuente de voltaje alterno. OBJETIVOS:

1. Identificar la polaridad de los transformadores y determinar si son sustractivos o aditivos.

INTRODUCCIÓN:

Además de los ensayos de vacío y de cortocircuito usados para determinar la regulación y el rendimiento diario de los transformadores comerciales, se suelen realizar otros ensayos antes de poner un transformador en servicio. La identificación de fases es el proceso mediante el cual se identifican los terminales individuales que constituyen los devanados de cada una de las bobinas del transformador. El ensayo de polaridad se realiza de manera que las terminales individuales de los devanados de bobinas independientes de un transformador puedan ser marcadas o codificadas de manera que se identifiquen las terminales que tengan igual polaridad relativa instantánea.

La polaridad instantánea se codifica mediante un subíndice. En el código particular que se usa un subíndice número impar para designar la polaridad instantánea positiva de cada arrollamiento. Obsérvese que el subíndice de número impar corresponde también con el punto que representa la fem inducida positiva en cada arrollamiento. Así, en el caso de que las bobinas deban conectarse ya sea en paralelo o en serie para obtener distintas relaciones de tensión, puede hacerse adecuadamente la conexión teniendo en cuenta las polaridades instantáneas.

Un transformador con varios devanados puede tener como mínimo 5 o como máximo 50 conexiones, que llegan a la caja de terminales. Si fuera posible examinar los conductores desnudos de las bobinas, el diámetro de los hilos podría indicar qué conexiones o terminales están asociados con las bobinas de alta o con las de baja tensión. Las bobinas de baja tensión tendrán conductores de sección mayor que la de las bobinas de alta tensión. Las bobinas de alta tensión también pueden tener un aislamiento superior que las de baja tensión. Sin embargo, este examen físico no proporciona ninguna indicación relativa a la polaridad o desfase de las tomas de la bobina o de las terminales de la bobina asociados con las bobinas individuales que están aisladas entre sí.



Polaridad del transformador

Después de haber identificado los extremos de las bobinas, se determina la polaridad relativa instantánea según el método que muestra, usando un voltímetro de C.A. y una fuente de tensión de C.A. adecuada (de tensión nominal o inferior). El ensayo de polaridad consta de las siguientes etapas:

1-.Seleccionar cualquier arrollamiento de alta tensión y usarlo como bobina de referencia.

2-.Unir mediante una conexión una terminal de la bobina de referencia con una terminal de cualquier otro arrollamiento de polaridad desconocida.

3-.Designar al otro terminal de la bobina de referencia con un punto de polaridad (+).

4-.Conectar un voltímetro (C.A.) entre el terminal marcado con un punto de la bobina de referencia y el otro terminal de la bobina de polaridad desconocida.

5-.Aplicar tensión a la bobina de referencia.

6-.Anotar los valores de tensión en bornes de la bobina de referencia Vr y el de la tensión de ensayo entre bobinas, Vt.

7-.Si la tensión de ensayo, Vt es superior a Vr, la polaridad es aditiva, y debe marcarse un punto en la bobina ensayada.

8-.Si la tensión de ensayo, Vt es menor que Vr, la polaridad es sustractiva, y debe marcarse un punto en la bobina ensayada.

9-.Etiquetar el terminal marcado con punto en la bobina de referencia con la denominación H1 y el terminal marcado con punto en la bobina de ensayada con X1.

10-.Repetir las etapas 2 a 9 anteriores para los restantes arrollamientos del transformador.

MATERIAL Y EQUIPO:

1 transformador monofásico 15 KVA 6600 x 13200 120 / 240 V

1 transformador monofásico 15 KVA 13200 x 66000 127 / 254 V

10 conectores.

1 multímetro.



PROCEDIMIENTO: a) Prueba de polaridad por golpe inductivo 1. Realizar la conexión de acuerdo al diagrama que se presenta a continuación.

2. Cerrar el interruptor; si el voltímetro marca dentro de la escala significa que le fue aplicado a su borne (+), una tensión cuya polaridad era positiva con relación a su otro borne; esto quiere decir que la Terminal del transformador conectada al borne (+) del voltímetro es la correspondiente a la Terminal del devanado excitado conectado al borne (+) de la batería (polaridad sustractiva o colineal). 3. Observar si hay una deflexión en sentido contrario a la escala, la cual indica que el borne (-) del voltímetro le fue aplicado un voltaje (+); por lo tanto la Terminal conectada a este borne será la correspondiente a la Terminal (+) del devanado excitado (polaridad aditiva o diagonal).

Figura 15.1 Circuito para prueba de polaridad de golpe inductivo.



b) Prueba de polaridad con fuente de voltaje alterno. 1. Realizar la conexión de acuerdo al diagrama que se presenta a continuación.

2. Medir el voltaje, si éste tiene un voltaje igual a V1 + V2, sus marcas de polaridad serán diferentes (diagonales aditivos), por el contrario si éste es V1 - V2 entonces sus marcas de polaridad serán iguales (colineales substractivos).

__________________________________________________________________

Figura 15.2 Circuito para prueba de polaridad con fuente de voltaje alterno.



PRÁCTICA Nº 16 RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

OBJETIVOS: 1.- Estudiar la regulación de voltaje del transformador en bajo y alto voltaje. 2.- Determinar la relación de transformación.

INTRODUCCIÓN: La carga de un gran transformador de potencia, en una subestación, usualmente varia desde un valor muy pequeño en las primeras horas de la mañana, hasta valores muy elevados durante los periodos de mayor actividad industrial y comercia. El voltaje secundario del transformador varía un poco con la carga y, puesto que los motores, las lámparas incandescentes y los dispositivos de calefacción son mus sensibles a los cambios en el voltaje, la regulación del transformador tiene una importancia vital. El voltaje secundario depende de si el factor de potencia de la carga, es adelantado, atrasado o es la unidad. Por lo tanto de debe conocer la forma en que el transformador se comportará cunado se le somete a una carga. Si se considerara un transformador ideal, sus devanados no tendrían ninguna resistencia, es más no requeriría de una potencia reactiva para establecer el campo magnético en su interior, tendría una regulación perfecta en todas las condiciones de carga y el voltaje del secundario se mantendría absolutamente constante. Sin embargo los transformadores reales tienen cierta resistencia de devanado y requieren una potencia reactiva para producir sus campos magnéticos. En consecuencia los devanados primario y secundario poseen una resistencia general R y una reactancia general X.

MATERIAL Y EQUIPO:

Fuente de alimentación

Transformador patrón

Instrumentos para medir la tensión y la corriente

Galvanómetro

PROCEDIMIENTO: La determinación de la relación de transformación se puede hacer en las siguientes formas: 1. Medición directa o indirecta de los voltajes en los devanados de alto y bajo voltaje. a) Realizar las conexiones correspondientes. b) Medir al menos 4 valores de voltajes, tomando pasos de 10% del voltaje nominal. Se debe tener la precaución de intercambiar en cada paso los voltímetros para compensar sus errores, las lecturas se toman simultáneamente.



Si es necesario utilice transformadores de potencial para la medición, procurando que las relaciones de estos transformadores sean tales que produzcan en forma aproximada las mismas lecturas en los voltímetros.

Figura 16.1 Circuito de transformador.

2. Por comparación con un transformador patrón de relación ajustable. a) Conectar los transformadores de acuerdo al diagrama que se muestra a continuación. b) Comparar fase por fase del transformador a prueba con un transformador patrón monofásico cuya relación se conoce y es variable.

Figura 16.2 Circuito por comparación con un transformador patrón de relación ajustable..

3. Con un equipo denominado T.T.R (Test Turn Ratio), cuyo principio de operación está basado en el método de comparación; de esta manera, las marcas de polaridad se pueden obtener simultáneamente con este equipo.



a) Realizar el diagrama elemental para ésta prueba. b) Determinar la marca de polaridad del transformador bajo prueba con el T.T.R, y con los datos obtenidos. c) Trazar el diagrama vectorial de la tensión inducida den los devanados del transformador.

Figura 16.3 Circuito para prueba de comparación del transformador..



PRÁCTICA Nº 17 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

OBJETIVOS:

1. Obtener los valores de potencia, corriente y voltaje en las pruebas de vació y circuito corto

2. Calcular los circuitos equivalentes con referencia en el primario y referido al secundario

3. Calcular la regulación de voltaje a plena carga con base en el circuito equivalente y los datos de placa del transformador a F.P.=0.8

4. Conectar el transformador a la fuente fija de voltaje y aplicar carga plena a F.P.=0.8 medir voltaje en vació y a plena carga y calcular la regularización de voltaje con esos datos

5. Comparar los valores de regularización de voltaje obtenidos en los dos pasos anteriores

6. Calcular la eficiencia del transformador para los tres pasos anteriores

INTRODUCCIÓN: Para el estudio equivalente de un transformador trifásico, todos los valores deben ser manejados en valores por fase, (corriente y voltaje de fase); independientemente de la conexión Y o Δ. Los diferentes modelos de transformadores encontrados hasta este momento son a menudo más complicados de lo necesario para lograr buenos resultados en aplicaciones prácticas de ingeniería. Una de las principales quejas a cerca de ellos es que la rama de excitación del modelo da lugar a un nuevo nodo del circuito bajo estudio, complicando más de lo indicado la solución del circuito. Por la rama de excitación circula una corriente muy pequeña comparada con la corriente de carga de los transformadores; de hecho, ella es tan pequeña, que bajo condiciones normales ocasiona unas caídas de voltaje completamente despreciables en RP y en XP. Por lo tanto, es posible hallar un circuito equivalente simplificado que proporciona casi tan buenos resultados como el modelo inicial: simplemente se pasa la rama de excitación a la entrada del transformador, quedando conectados en serie las impedancias de primario y secundario. Al sumar estas impedancias resultan los circuitos equivalentes aproximados de las figuras a y b, que se muestran a continuación. En algunas aplicaciones, la rama de magnetización puede despreciarse completamente sin causar error apreciable. En estos casos el circuito equivalente del transformador queda reducido al circuito sencillo de las figuras c y d que se presentan.



MATERIAL Y EQUIPO:

Fuente de alimentación

Transformador

Instrumentos para medir la tensión y la corriente

Banco de resistencias e inductancias

PROCEDIMIENTO: 1. Anotar los datos de la placa del transformador.

VP = VS =

IP = IS =

S = Tabla 17.1 Datos de placa del transformador.

PRUEBA CON CARGA

Figura 17.1 Circuito del transformador para prueba con carga.

Figura 17.2 Circuito para prueba con carga.



VP0 = VS0 = VACIO

VPC VSC W A F.P.

Tabla 17.2 Análisis de Resultados de la prueba de transformador con carga.

2. Aproximar a F.P. la plena carga con resistencias e inductancias. PRUEBAS DE VACÍO Y CIRCUITO CORTO

Figura 17.3 Circuito para pruebas de vació y circuito corto.

VACIO CIRCUITO CORTO

P0 PCC

I0 ICC

V0 VCC

Tabla 17.3 Análisis de Resultados de las pruebas de vació y circuito corto carga.

1. La prueba en vacío se hace a voltaje nominal sin conectar nada entre 3 y 4 2. La prueba en circuito corto se hace regulando el voltaje de la fuente desde cero hasta obtener la corriente nominal teniendo 3 y 4 en corto.



PRÁCTICA Nº 18 CONEXIONES TRIFÁSICAS

OBJETIVOS:

1. Medir voltajes en primario y secundario de un transformador trifásico en las

cuatro conexiones trifásicas básicas y comprobar la relación de la 3 .

INTRODUCCIÓN: Conexiones de transformador trifásico Un transformador trifásico consta de tres transformadores monofásicos, bien separados o combinados sobre un núcleo. Los primarios y secundarios de cualquier transformador trifásico pueden conectarse independientemente en estrella( U ) o en delta( D ). Esto da lugar a cuatro conexiones posibles para un transformador trifásico. 1.- Conexión estrella (Y)- estrella (Y) 2.- Conexión estrella (Y)- delta (Δ) 3.- Conexión delta (Δ)- estrella (Y) 4.- Conexión delta (Δ)- delta (Δ) 1.- Conexión estrella (Y)- estrella (Y):

En esta conexión el voltaje primario de fase VØP= VLP/ 3 , y esta relacionada con

el voltaje secundario de fase mediante la razón de espiras del transformador. El voltaje secundario de fase y el voltaje secundaria de línea guardan la relación

VLS= 3 VØS.

Por tanto, la relación de voltaje en el transformador es

VLP / VLS = (√3 * VFP) / (√3 * VFS) = a

Se emplea en sistemas con tensiones muy elevadas, ya que disminuye la capacidad de aislamiento. Esta conexión tiene dos desventajas.

Si las cargas en el circuito del transformador están desbalanceadas, entonces los voltajes en las fases del transformador se desbalancearan seriamente.

No presenta oposición a los armónicos impares (especialmente el tercero). Debido a esto la tensión del tercer armónico puede ser mayor que el mismo voltaje fundamental.



Esta conexión brinda un servicio satisfactorio únicamente en las cargas trifásicas balanceadas; cuando la carga se desbalancea, el neutro eléctrico estará en el centro exacto de un punto que hará desigual los 3 voltajes de línea a neutro. Esta conexión se emplea en sistemas que operan con tensiones relativamente elevadas y en instalaciones de potencia a 4 hilos; sin embargo tiene los siguientes inconvenientes:

a. Las tensiones en las fases dependen de las cargas y de las características magnéticas de los núcleos de los transformadores.

b. La tercera armónica no puede existir en forma de corriente, debido a que no hay regreso por ella (solamente cuando se une el neutro del primario con el neutro del generador, en el caso de plantas).

c. En caso de fallar uno de los transformadores o fallar por alguna razón no es posible alimentar carga trifásica.

Si se aplica un sistema trifásico de tensiones a un transformador Y-Y, los voltajes de las diferentes fases estarán apartados 120º entre si. No obstante, los componentes de tercer armónico de las 3 fases están en fase entre si, ya que hay 3 ciclos de tercer armónico por cada ciclo de frecuencia fundamental. Este tercer armónico de tensión puede llegar a ser mayor que el mismo voltaje fundamental. Los problemas de desequilibrio de voltajes y de tercer armónico pueden solucionarse juntos mediante una de 2 técnicas:

i. Conectando solidamente a tierra los neutros de los transformadores.

Esto permite que los componentes adicionales del tercer armónico, causen un flujo de corriente en el neutro, en lugar de causar gran aumento en los voltajes. El neutro también proporciona un recorrido de retorno a cualquier corriente desbalanceada en la carga.

ii. Agregar un tercer devanado (terciario= conectado en delta al banco del

transformador.

Esto permite que se origine un flujo de corriente circulatoria dentro del embobinado, permitiendo que se eliminen los componentes del tercer armónico del voltaje, en la misma forma que lo hace la conexión a tierra de los neutros.



Figura 18.1 Conexión Y – Y.

2.- Conexión estrella (Y)- delta (Δ): En esta conexión los voltajes primarios de línea y de fase cumplen la relación VLP

= 3 VØS, mientras que las tensiones secundarias de línea y de fase son iguales

VLS= VØS .La relación de voltaje de cada fase es:

VFP / VFS = a

De tal manera que la relación total entre el voltaje de línea en el lado primario del grupo y el voltaje de línea en el lado secundario del grupo es:

VLP / VLS = (√3 * VFP) / VFS

VLP / VLS = (√3 * a)

La conexión delta-estrella se emplea para elevar los voltajes y la conexión estrella-delta para reducirlos; en ambos casos, los devanados conectados en estrella se conectan al circuito de más voltaje, fundamentalmente por razones de aislamiento. En sistemas de distribución, esta conexión es poco usual, salvo en algunas ocasiones para distribuciones a tres hilos.

El hecho de que un desplazamiento de la fase haya ocurrido puede causar problemas al conectar en paralelo los secundarios de dos grupos de transformadores. Los ángulos de fase de los transformadores secundarios deben



ser iguales si se supone que se van a conectar en paralelo, lo que significa que se debe poner mucha atención a la dirección de desplazamiento de 30º de la fase, que sucede en cada banco de transformadores que van a ser puestos en paralelo.

En Estados Unidos se acostumbra hacer que el voltaje secundario atrase al primario en 30º. Aunque esto es lo reglamentario, no siempre se ha cumplido y las instalaciones más antiguas deben revisarse muy cuidadosamente antes de poner en paralelo con ellos un nuevo transformador, para asegurarse que los ángulos de fase coincidan.

Se usa en los sistemas de transmisión de las subestaciones receptoras cuya función es reducir el voltaje. En sistemas de distribución es poco usual (no tiene neutro) se emplea en algunos ocasiones para distribución rural a 20 KV.

Figura 18.2 Conexión Y – Δ.

3.- Conexión delta (Δ)- estrella (Y):

Los voltajes primarios de línea y de fase son iguales VLP = VØP, mientras que las

tensiones secundarias cumplen la relación VLS = 3 VØS, por tanto la relación de

voltaje línea a línea de esta conexión es:

VLP / VLS = VFP / (√3 * VFS)

VLP / VLS = a /√3



Es de las más empleadas, se utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes de generación o de transmisión, en los sistemas de distribución (a 4 hilos) para alimentación de fuerza y alumbrado, su uso es conveniente debido a que se tiene acceso a dos tensiones distintas, de fase y línea.

Esta conexión tiene las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de fase que el transformador.

Figura 18.3 Conexión Δ. – Y.

4.- Conexión delta (Δ)- delta (Δ):

En una conexión de estas:

VLP = VFP

VLS = VFS

Así que la relación entre los voltajes de línea primario y secundario es

VLP / VLS = VFP / VFS = a

Esta conexión se utiliza frecuentemente para alimentar sistemas de alumbrado monofásicos y carga de potencia trifásica simultáneamente, presenta la ventaja de poder conectar los devanados primario y secundario sin desfasamiento, y no tiene problemas de cargas desbalanceadas o armónicas. Sin embargo, circulan altas corrientes a menos que todos los transformadores sean conectados con el mismo tap de regulación y tengan la misma razón de tensión.



Se usa generalmente en sistema cuyos voltajes no son muy elevados; especialmente en aquellos casos en que se debe mantener la continuidad de un sistema. Este sistema se emplea tanto para elevar la tensión como para reducirla; en caso de falla o reparación la conexión delta-delta, se puede convertir en una conexión delta abierta-delta abierta.

Figura 18.4 Conexión Δ. – Δ.

MATERIAL Y EQUIPO:

1. Un transformador de 3.5, 7 o 10 kVA “de Lorenzo” 2. Fuente variable trifásica 3. 25 conectores de todos los tamaños 4. Multimetro

PROCEDIMIENTO: 1. Medir voltajes de fase y de línea en las conexiones.

- delta - estrella

- delta – delta

- estrella - delta

- estrella – estrella Tanto al primario como al secundario.



DIAGRAMA

Figura 18.5 Diagrama de conexión del transformador trifásico.

2. Anote los resultados en la siguiente tabla.

VLP1 VLP2 VLP3 VP1 VP2 VP3 VLS1 VLS2 VLS3 VS1 VS2 VS3

-

-

-

-

Tabla 18.1 Análisis de Resultados para transformador trifásico.



PRÁCTICA Nº 19 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

OBJETIVOS:

1. Realizar pruebas a un transformador trifásico: Vacío y Circuito Corto 2. Obtener V30 , I30, P30 del transformador 3 , - del lado de baja

tensión

3. Obtener V3CC , I3CC , P3CC del transformador 3, - del lado de alto voltaje

4. Calcular los circuitos equivalentes con referencia al primario 5. Calcular los circuitos equivalentes con referencia de secundario

INTRODUCCIÓN: En un transformador trifásico cada columna está formada por un transformador monofásico, se debe tener en cuenta que las magnitudes que allí aparecen hace referencia ahora a los valores por fase. Una transformación trifásica puede efectuarse de dos formas: a) Mediante tres transformadores monofásicos independientes, unidos entre si en conexión trifásica. b) Mediante un solo transformador trifásico que, en cierto modo, reúne a tres transformadores monofásicos. En este caso, la interconexión magnética de los núcleos puede adoptar diversas disposiciones, que examinaremos más adelante. Un transformador trifásico consta de 3 transformadores monofásicos, bien separados o combinados sobre un núcleo. Los primarios y secundarios de cualquier transformador trifásico pueden conectarse independientemente en estrella o en delta. Para el estudio equivalente de un transformador trifásico, todos los valores deben ser manejados en valores por fase, (corriente y voltaje de fase); independientemente de la conexión Y o Δ. Los diferentes modelos de transformadores encontrados hasta este momento son a menudo más complicados de lo necesario para lograr buenos resultados en aplicaciones prácticas de ingeniería. Una de las principales quejas a cerca de ellos es que la rama de excitación del modelo da lugar a un nuevo nodo del circuito bajo estudio, complicando más de lo indicado la solución del circuito.



Por la rama de excitación circula una corriente muy pequeña comparada con la corriente de carga de los transformadores; de hecho, ella es tan pequeña, que bajo condiciones normales ocasiona unas caídas de voltaje completamente despreciables en RP y en XP. Por lo tanto, es posible hallar un circuito equivalente simplificado que proporciona casi tan buenos resultados como el modelo inicial: simplemente se pasa la rama de excitación a la entrada del transformador, quedando conectados en serie las impedancias de primario y secundario. Al sumar estas impedancias resultan los circuitos equivalentes aproximados de las figuras a y b, que se muestran a continuación. En algunas aplicaciones, la rama de magnetización puede despreciarse completamente sin causar error apreciable. En estos casos el circuito equivalente del transformador queda reducido al circuito sencillo de las figuras c y d que se presentan.

Figuras a y b



Figuras c y d MATERIAL Y EQUIPO:

2 Wattmetros.

25 Conectores

Transformador de 3, 7 o 10 kVA

2 Transformadores de corriente.

Multimetro

Amperímetro de gancho PROCEDIMIENTO: 1.- PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO (DELTA ESTRELLA). Realizar la conexión como se muestra en el siguiente diagrama y tomar los datos correspondientes.

Figura 19.1 Diagrama de conexión prueba de circuito abierto Δ - Y.



Datos obtenidos en vacío

P1 = PT =

P2 =

IL1 = ILPROM = IL2 =

IL3 =

VL(1-2) = VLPROM =

VL(2-3) =

VL(1-3) =.

Tabla 19.1 Análisis de resultados de la prueba de circuito abierto Y - Δ.

2.- PRUEBA DE CIRCUITO CORTO (ESTRELLA-DELTA). Realizar la conexión como se muestra en el siguiente diagrama y tomar los datos correspondientes.

Figura 19.2 Diagrama de conexión prueba de circuito corto Y - Δ.

Datos obtenidos en circuito corto

P1 = PT =

P2 =

IL1 = ILPROM = IL2 =

IL3 =

VL(1-2) = VLPROM =

VL(2-3) =

VL(1-3) =

Tabla 19.2 Análisis de resultados de la prueba de circuito corto Y - Δ.



PRÁCTICA Nº 20 TRANSFORMADOR TRIFÁSICO CON CARGA

OBJETIVOS:

1. Calcular y comprobar la regulación de voltaje a un f.p. 0.75 atrasado a plena carga.

2. Aplicar la carga de la condición anterior y comprobar sus resultados.

INTRODUCCIÓN: Los transformadores para circuitos trifásicos pueden construirse de 2 formas. Una de ellas consiste en tomar 3 unidades monofásicas y conectarlas en bancada trifásica. La otra alternativa es proveer un transformador trifásico constituido por 3 juegos de devanados arrollados sobre un núcleo común. La unidad trifásica se prefiere hoy en día ya que resulta más liviana, más pequeña, más barata y ligeramente más eficiente. Un transformador trifásico esta constituido por 3 transformadores, que se encuentran separados o combinados sobre un solo núcleo. Los primarios y los secundarios de cualquiera de ellos pueden conectarse independientemente en Y o

, dando un total a 4 posibilidades de conexión en el transformador trifásico.

I. - delta - estrella

II. - delta – delta

III. - estrella - delta

IV. - estrella – estrella

Cualquier transformador individual del banco se comporta exactamente igual al transformador monofásico. Para transformadores trifásicos los cálculos de impedancia, regulación de voltaje, eficiencia y otros similares se efectúan por fase.

MATERIAL Y EQUIPO:

1.- Un transformador de 3.5, 7 o 10 kVA “de Lorenzo” 2.- Fuente variable trifásica 3.- 25 conectores de todos los tamaños 4.- Multimetro 5.- Banco de resistencias e inductancias.



PROCEDIMIENTO:

1.- Con el circuito de la práctica 19 realizar la conexión del y transformador y agregar la siguiente carga.

2. Conectar el siguiente circuito:

Figura 20.1 Diagrama de conexión para la carga que llevará el transformador trifásico.

3.- Hacer el análisis de resultados correspondientes.



PRÁCTICA Nº 21 RIGIDEZ DIELÉCTRICA DEL ACEITE

OBJETIVOS:

1. Conocer la construcción física de un transformador. 2. Ubicar cuales son los devanados primario y secundarios del transformador. 3. Medir las resistencias de los devanados de los transformadores

INTRODUCCIÓN: En los transformadores sumergidos en aceite, este hace las veces de refrigerante y de aislante; la rigidez eléctrica del aceite se determina en un dispositivo construido de material aislante, que se conoce como “copa”. Este contiene dos electrodos en el interior, que se calibra desde el exterior con un calibrador circular. La rigidez dieléctrica permite medir la aptitud de un aceite para resistir las solicitaciones dieléctricas que se permiten en servicio. Un aceite seco y limpio se caracteriza por tener una elevada rigidez dieléctrica. El agua libre y las partículas sólidas (en especial cuando están asociadas con niveles elevados de agua disuelta) tienden a migrar hacia regiones de fuertes solicitaciones eléctricas y a reducir severamente la rigidez dieléctrica. Una rigidez dieléctrica elevada ensimismo, no indica la ausencia de agentes contaminantes. Aceites aislantes El aceite Aislante cumple múltiples funciones en los transformadores eléctricos: mejora el aislamiento entre componentes del Transformador, la homogeneidad de la temperatura interna y refrigeración, etc. Degeneración del aceite aislante El Aceite Aislante va degenerándose dentro del Transformador Eléctrico durante el funcionamiento normal del mismo. La degeneración dependerá de muchos factores, como el tipo de transformador, ubicación, carga y temperatura de trabajo, etc. La Contaminación de los Aceites Aislantes está básicamente relacionada con:

Presencia de humedad en el Aceite ( agua ): medida en PPM ( partes por millón). El valor max, según la norma IEC 296 para transformadores, no debe superar 30 PPM, aunque algunos fabricantes pueden recomendar



máximos de 10 PPM de agua, para transformadores eléctricos de Alta Tensión >170 KV

Partículas: la fabricación de los transformadores implica la utilización de papales y celulosa, que pueden desprender pequeñas partes por vibración, etc. Además, los transformadores necesitan un respirador para poder compensar las dilataciones del aceite, siendo foco de entrada de polvo, etc al interior del transformador, y por lo tanto al aceite.

Oxidación: Esfuerzos de trabajo, puntos calientes, degeneración de las partículas y suciedad y descompensaciones provocan la generación de gases disueltos y oxidación del Aceite Aislante del transformador.

Análisis aceites aislantes El Mantenimiento Preventivo de los Aceites Aislantes debe incluir el Análisis del Aceite, mediante diferentes pruebas que permitan conocer el estado funcional del mismo, que evite Fallas inesperadas de los Transformadores, con las consiguientes consecuencias económicas y de calidad en el servicio de suministro eléctrico. La necesidad de Mantenimiento de un Transformador Eléctrico es, por lo tanto, directamente proporcional al valor del mismo, y a la importancia del suministro de energía que ofrece.

MATERIAL Y EQUIPO:

Transformadores trifásicos y monofásicos

1 vóltmetro

1 multímetro

PROCEDIMIENTO:

1. Medir la rigidez dieléctrica del aceite, lavar la copa previamente con el mismo

aceite que se va a probar; el aceite se va a probar: el aceite se toma de la parte inferior del transformador (que es la parte donde posiblemente exista la mayor cantidad de impurezas)

2. Calibrar los electrodos a la separación de 0.25 cm.

3. Tomar una muestra (de la parte inferior) de aceite en la copa y dejar reposar unos 3 minutos, hasta que este en completo reposo y sin burbujas; procurar que el aceite cubra los electrodos.

4. Conectar las terminales de una fuente de potencia a los electrodos, aplicar tensión a razón de 3KV por segundo, aproximadamente, hasta lograr la ruptura y tomar la lectura correspondiente a la cual ocurrió.



5. Agitar el aceite y dejar reposar durante un minuto, aplicar nuevamente potencial y repetir la operación 3 veces.

6. Repetir todo el proceso anterior, con 2 o 3 muestras más de aceite.

El valor promedio obtenido en la forma antes descrita no debe ser menor de 25KV para considerar que el aceite está en buen estado; el diagrama para esta prueba aparece en la siguiente figura:

Figura 21.1 Diagrama de conexión para la prueba dieléctrica del aceite.

LECTURA MUESTRA 1 MUESTRA 2 RIGIDEZ DIELÉCTRICA

KV

OBSERV.

1 2 3 - -

Tabla 21.1 Análisis de Resultados de la prueba dieléctrica del aceite.



PRÁCTICA Nº 22 AUTO TRANSFORMADOR

OBJETIVOS: 1.- Estudiar la relación de voltaje y corriente de un auto-transformador. 2.- Aprender como se conecta un transformador estándar para que trabaje como auto transformador.

INTRODUCCIÓN: El auto transformador es un aparato que funciona en forma semejante al transformador, solo que la transferencia de energía se hace por inducción magnética y conducción eléctrica, debido a que los devanados están unidos eléctricamente. El auto transformador puede ser considerado simultáneamente como un caso particular del transformador o del bobinado con núcleo de hierro. Tiene un solo bobinado arrollado sobre el núcleo, pero dispone de cuatro bornes, dos para cada circuito, y por ello presenta puntos en común con el transformador. El circuito representativo es el siguiente:



El uso del auto transformador esta limitado, debido a que sus devanados están conectados eléctricamente y el nivel de aislamiento sólo permite la operación con pequeñas relaciones de transformación (generalmente 2/1). El estudio del auto transformador se hace por lo general a partir del transformador. La figura siguiente nos muestra un esquema del auto transformador. Consta de un bobinado de extremos A y D, al cual se le ha hecho una derivación en el punto intermedio B. Por ahora llamaremos primario a la sección completa A D y secundario a la porción B D, pero en la práctica puede ser a la inversa, cuando se desea elevar la tensión primaria.

La tensión de la red primaria, a la cual se conectará el auto transformador, es V1, aplicada a los puntos A y D. Como toda bobina con núcleo de hierro, en cuanto se aplica esa tensión circula una corriente que hemos llamado de vacío en la teoría anterior. Esa corriente de vacío está formada por dos componentes; una parte es la corriente magnetizante., que está atrasada 90° respecto de la tensión, y otra parte que está en fase, y es la que cubre las pérdidas en el hierro, cuyo monto se encuentra multiplicando esa parte de la corriente de vacío, por la tensión aplicada. Llamamos a la corriente total de vacío I0. En la práctica se emplean los auto transformadores en algunos casos en los que presenta ventajas económicas, sea por su menor costo o su mayor eficiencia. Pero esos casos están limitados a ciertos valores de la relación de transformación, como se verá en seguida.

Aplicaciones del auto transformador Las aplicaciones más comunes del auto transformador son las siguientes:

Arranque de motores (arranque a voltaje reducido)

Interconexión de líneas.

Bancos de tierras.

Como regulador de voltaje.



MATERIAL Y EQUIPO: 1.- Modulo del Transformador. 1- Fuente de alimentación de corriente alterna. 120 V 2.- Amperímetros de CA de 0 – 0.5 A 1.- Voltímetro 1.- Multímetro. 1 Banco de resistencias. 20 Conectores de diferentes tamaños

PROCEDIMIENTO:

1.- Conectar el siguiente circuito.

Figura 22.1 Diagrama de conexión para Autotranformador.

Obsérvese que el devanado 5 a 6 se conecta como el primario, a la fuente de alimentación de 120 V. La Derivación central del devanado, Terminal 9, se conecta a un lado de la carga, y la porción 6 a 9 del devanado se conecta como devanado secundario.

2.- Abra los interruptores del banco de resistencias, es decir sin carga para que la corriente sea igual a cero.

3. – Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 120 VCA, este será el voltaje nominal para el devanado 5 a 6.

4.- Ahora conecte la carga (RL) y ajústela aprox. A 120 ohms.



5.- Obtenga las mediciones correspondientes.

I 1 =

I2 =

E2 =

Voltaje de Salida

Tabla 22.1 Análisis de Resultados de corriente y voltaje se salida. del auto transformador

6.- Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. 7.- Calcule la potencia aparente en los circuitos primario y secundario.

( E1 )____X ( I1 )____ =

_____________ (VA) P

( E2 )____X ( I2 )____ =

_____________ (VA) S

Tabla 22.2 Análisis de Resultados de Potencia. del auto transformador

De acuerdo a lo obtenido conteste: ¿Se trata de un auto-transformador elevador o reductor?



PRÁCTICA Nº 23 MOTOR MONOFÁSICO ARRANQUE CON CAPACITOR

OBJETIVOS: 1.- Medir las características de arranque y funcionamiento del motor con arranque por capacitor. 2.- Analizar las características de arranque y operación continua por capacitor. 3.- Comparar su funcionamiento durante el arranque y operación continúa con el de motor monofàsico con arranque con capacitor y con el capacitor permanente,

INTRODUCCIÓN: Si se tiene una potencia monofásica para arrancar un motor de CA, se emplea un devanado auxiliar integrado dentro del estator que se conoce como devanado de arranque (auxiliar) para diferenciarlo del devanado de operación (principal) del estator. En los motores de CA de fase hendida el devanado de arranque se utiliza solo para poner en marcha el motor y tiene una resistencia elevada y poco reactancia inductiva. El devanado de operación tiene poca resistencia y elevada reactancia. Cuando se aplica inicialmente la potencia los dos devanados se energizan. Debido a sus diferentes reactancias inductivas, la corriente del devanado de funcionamiento se atrasa con respecto a la corriente del devanado de arranque. Creándose una diferencia de fase entre las 2. Lo ideal sería que la diferencia de fase fuese de 90 grados, pero esto no es así, si no mucho menor. Pesé a ello los cambos de los devanados están desfasados lo suficiente para crear un campo magnético giratorio en el estator, lo que produce un par en el rotor, con lo cual el motor arranca. Cuando el motor alcanza la velocidad de operación, el rotor puede seguir al campo magnético creado por el devanado de operación y ya no necesita el campo del devanado de arranque. Este devanado es desconectado por un interruptor centrífugo ya que funciona a base de la fuerza centrífuga creada por las revoluciones del rotor El sentido de giro de un motor de fase hendida se puede cambiar cambiando las conexiones de la bobina de arranque y su velocidad depende de la frecuencia de línea y el número de polos del motor. Se puede Obtener una variación de fase más cercana a 90 grados entre los campos del devanado de arranque y funcionamiento mediante el sistema de arranque por capacitor para crear un campo giratorio en el estator. Se utiliza un capacitor de poca reactancia conectado en serie con el devanado de arranque, dado que al hacer esto se obtiene un par de arranque superior al motor de monofásico de fase hendida sin capacitor.



El capacitor y el devanado de arranque se desconectan con el interruptor centrífugo. Ahora bien, dado que los motores monofásicos son ruidosos debido a que vibran a 120 Hz cuando funcionan en una línea de alimentación a 60 Hz. Ninguno de los medios para reducir el ruido como montaduras de hule elástico han sido efectivos para eliminar totalmente las vibraciones, sobre todo cuando el motor esta acoplado directamente a un ventilador grande que tiende a resonar. El motor de operación continua con capacitor ayuda a eliminar gran parte de estas vibraciones cuando el motor trabaja a plena carga, y como el capacitor forma parte del circuito no necesita interruptor centrífugo. Con esto Cuando el motor funciona en vació, es siempre más ruidoso que a plena carga, debido a que solo opera como verdadero motor bifásico cuando lo hace a plena carga. Si se escoge un valor adecuado de capacitancia las corrientes que pasan por cada uno de los dos devanados iguales del estator, a plena carga, serán tales que el factor de potencia del motor se acerqué al 100%. Sin embargo su par de arranque es bajo y por lo tanto el motor de operación continua por capacitor no es el adecuado para condiciones difíciles de arranque.

MATERIAL Y EQUIPO: 1 Motor de fase hendida con arranque por capacitor. 1 Fuente de 120 VCA 1 Multímetro 1 Amperímetro de 0 – 25 A 1 Voltímetro 1 Tacómetro 25 conectores diferentes tamaños



PROCEDIMIENTO: ARRANQUE CON CAPACITOR

1.- Identificar el devanado principal y auxiliar. Después Conectar el siguiente Circuito.

Figura 23.1 Diagrama de conexión devanado principal.

2.- Cierre el interruptor de la fuente de alimentación y mida tan rápidamente como sea posible (en menos de 3 segundos) la corriente que pasa por el devanado principal.

__________ principalDevanadoI

3.- Desconecte los cables del devanado principal y conéctelos al devanado auxiliar y al capacitor como se indica y alimente.

Figura 23.2 Diagrama de conexión devanado auxiliar.

4.- Cierre el interruptor de la fuente de alimentación y mida tan rápidamente como sea posible (en menos de 3 segundos) la corriente que pasa por el devanado auxiliar.



__________ auxiliarDevanadoI

5.- Conecte el siguiente circuito. El interruptor centrífugo se conecta en serie con el devanado auxiliar y ambos devanados se conectan en paralelo a las terminales 4 y N de la fuente de alimentación. Observe que el capacitor, que esta conectado entre las terminales 4 y 5 no se utiliza cuando módulo se conecta como motor de fase hendida.

Figura 23.3 Diagrama de conexión motor arranque con capacitor.

6.- Cierre el interruptor de la fuente de alimentación. ¿Se produjo en marcha el motor? ___________ 7.- ¿Funciono el motor centrífugo?________ 8.- Medir la velocidad en funcionamiento. _____________RPM. 9.- Reduzca el voltaje de entrada a 120 volts y mida de nuevo la velocidad. _________RMP Conteste ¿a que conclusiones se puede llegar con las corrientes del devanado principal? Y ¿a que conclusiones se puede llegar con las corrientes del devanado auxiliar?



7.- Conecte el circuito, observe que los devanados están conectados en paralelo y que el interruptor centrifugo esta en serie con los devanados del motor conectados en paralelo y las terminales 4 y N de la fuente de alimentación.

Figura 23.4 Diagrama de conexión motor arranque con capacitor.

8.- Antes de alimentar conteste: ¿Fluirá corriente por ambos devanados? ____ ¿Se producirá un par de arranque? ____ ¿Comenzará a girar el motor? ____ 9.- Cierre el interruptor de la fuente de alimentación, observe la operación del interruptor centrífugo. 10.- Vuelva el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

11.- ¿Puede arrancar un motor monofàsico de inducción si solo se excita el devanado principal o el de auxiliar? _____________________________________ __________________________________________________________________

12.- ¿Funcionara el motor con un solo devanado una vez que haya arrancado? 13.- ¿Cómo se invierte la rotación del motor?



PRÁCTICA Nº 24 MOTOR TRIFÁSICO JAULA DE ARDILLA, VACÍO, ROTOR BLOQUEADO, CON CARGA

MOTOR TRIFÁSICO JAULA DE ARDILLA

o VACÍO o ROTOR BLOQUEADO o CON CARGA

OBJETIVOS:

1. Obtener los parámetros del circuito equivalente. 2. Graficar la curva par – velocidad.

INTRODUCCIÓN: MATERIAL Y EQUIPO:

2 Transformadores de corriente

2 Wattmetros

1 Multimetro

1 Amperímetro de Gancho

1 Amperímetro de C.D

1 Voltímetro C.D.

30 conectores de todos los tamaños

PROCEDIMIENTO: 1. Prueba en C.D:

Figura 24.1 Diagrama de conexión Y, prueba de CD.

R1= V

2 A



Figura 24.2 Diagrama de conexión Δ, prueba de CD.

2. Prueba en Vacío- a Voltaje Nominal:

Figura 24.3 Diagrama de conexión prueba en Vació a Voltaje Nominal..

R1=

R1= 3 V

2 A



3. Prueba de Rotor Bloqueado- A corriente Nominal y evitando que gire:

Figura 24.4 Diagrama de conexión prueba de Rotor Bloqueado a Corriente Nominal..



PRÁCTICA Nº 25 MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO DE ROTOR DEVANADO

OBJETIVOS:

1. Observar la corriente de arranque y medirla. 2. Obtener el factor de potencia en vacío. 3. Aplicar carga y obtener el factor de potencia con carga. 4. Variar la velocidad con el reóstato conectado al rotor con carga y sin carga.

INTRODUCCIÓN: Los motores de rotor devanado tienen 2 ventajas sobre los del tipo jaula de ardilla:

1. En ellos se puede desarrollar un alto par de arranque con corriente de arranque baja y, además, pueden operar a plena carga con pequeño deslizamiento y con eficiencia.

2. Se puede cambiar el deslizamiento, cambiando la resistencia del rotor.

En los siguientes diagramas, se muestran los elementos generales para el control y protección de los motores de inducción.

MATERIAL Y EQUIPO:

2 Transformadores de corriente

2 Wáttmetros

1 Multímetro

1 Amperímetro de gancho

1 Voltímetro C.D

1 Reóstato 100Ω (para Lorenzo)



1 Banco de cargas resistivas (afuera de la caseta)

1 Reóstato trifásico (afuera de la caseta)

1 Tacómetro

PROCEDIMIENTO:

Figura 25.1 Diagrama de conexión del motor de Inducción Trifásico.

Figura 25.2 Diagrama de conexión del Generador de CD con carga de Resistencias.



Figura 25.3 Diagrama de conexión del motor de Inducción Trifásico.

Figura 25.4 Diagrama de conexión del motor de Inducción Trifásico de Lorenzo.

V I W1 W2 f.p rpm

VACÍO

CARGA

C.C.

CARGA

Máxima resistencia.

Tabla 25.1 Análisis de Resultados del Motor para equipo de Lorenzo.



PARA EQUIPO LAVOLT.

Motor de inducción rotor devanado LAB. Volt

Figura 25.5 Diagrama de conexión del motor de Inducción rotor devanado.

V I W1 W2 f.p rpm

VACÍO

CARGA

C.C.

CARGA

Máxima resistencia.

Tabla 25.2 Análisis de Resultados del Motor para equipo Lavolt.



ELABORACIÓN Y PRESENTACIÓN DE REPORTES

A continuación se muestran los elementos que deben ser considerados para realizar el reporte y en la tabla los puntos que el alumno debe incluir en el reporte al finalizar cada una de las prácticas. En el reporte el alumno deberá explicar aspectos tales como:

¿En qué consistió la práctica?

¿Cómo la vinculó con sus conocimientos?

¿Cómo la desarrolló?

¿A qué resultados llegó?

¿Qué problemas se le presentaron?

¿Qué dudas no pudo resolver?

INTRODUCCIÓN Finalidad de la práctica Síntesis de contenidos

MARCO TEÓRICO Definiciones, conceptos, fórmulas, etc.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Descripción del método utilizado, materiales y equipo, la ejecución del trabajo, aplicación de fórmulas, duración de la práctica.

RESULTADOS Explicación de los resultados que se obtuvieron en el resultado de la práctica

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Respecto a la práctica, al desempeño del maestro, consideraciones respecto a la experiencia obtenida al realizar la práctica.

ANEXOS Tablas, formatos, dibujos, planos, diagramas, fotografías, etc.



BIBLIOGRAFÍA

Electricidad Básica Vol. 5 Van Valkenburg, Nooger & Neville, Inc. Compañía Editorial Continental.

Máquinas Eléctricas Stephen J. Chapman..

Ed. Mc. Grau Hill

Circuitos Eléctricos. Joseph A. Edminister, Mahmood Nahvi Mc. Graw Hill. México, 1997

Tippens Física General

Mc. Graw Hill

Maquinas De Corriente Alterna. Garik-Whipple E D . C . E . C . S . A .

Maquinas Electricas Y Transformadores. Irvin L . Kosou. Ed. Reverte.

Maquinas Eléctricas. Charles Siskind. Ed. Mc. Grau Hill.

Maquinas Eléctricas, Transformadores Y Controles. Harold U. Gingrich. Ed. Prentice Hall.

Maquinas Eléctricas. Rafael Snajurjo. Ed. Mc. Grau Hill. .

6.-manual de maquinas nueva reticula

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