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Prácticas de la Máquina Síncrona

José Manuel Arroyo Sánchez

Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Automática y

Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales

Universidad de Castilla – La Mancha

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Prácticas de la Máquina Síncrona En este documento se describen las prácticas de laboratorio relacionadas con la máquina síncrona, dentro de la asignatura Ampliación de Máquinas Eléctricas. En primer lugar se presentan los objetivos principales que se persiguen con la realización de estas prácticas. A continuación se detalla información de interés relacionada con los equipos empleados en el laboratorio. Posteriormente, se describen en detalle cada una de las prácticas, estableciendo paso a paso el procedimiento a seguir para la realización de los montajes. Asimismo se proporcionan las preguntas y tablas que el alumno debe contestar y rellenar, respectivamente. Por último, se incluyen las referencias bibliográficas básicas para la realización de estas prácticas.

1. Objetivos Los objetivos de las prácticas de laboratorio de la máquina síncrona se pueden dividir en dos grandes bloques: (i) objetivos generales inherentes a cualquier trabajo experimental realizado en un laboratorio, y (ii) objetivos particulares específicamente relacionados con la máquina eléctrica objeto de experimentación. La realización de estas prácticas está motivada por la consecución de los siguientes objetivos generales por parte del alumno: • Comprobación empírica de los resultados desarrollados de forma teórica. • Familiarización con el material de prácticas de laboratorio. • Implementación física de las conexiones entre fuentes, máquinas y cargas. • Detección de fallos en los montajes. • Resolución de problemas de forma autónoma y en equipo. • Comprobación numérica de los resultados obtenidos de forma empírica. Asimismo, las prácticas de la máquina síncrona se plantean para que el alumno alcance los siguientes objetivos particulares: • Identificación de los devanados del estátor y del rotor. • Reconocimiento de características nominales en placa de características. • Análisis del funcionamiento como generador:

o Montaje físico de los ensayos de vacío, cortocircuito y de factor de potencia nulo. o Determinación de las impedancias síncronas saturada y no saturada. o Análisis de los reguladores de velocidad y de tensión con una conexión a carga aislada. o Implementación de la maniobra de sincronización a la red. o Análisis de los reguladores de velocidad y de tensión con una conexión a red.

• Análisis del funcionamiento como motor.

2. Información de interés En este apartado se resume la información necesaria para llevar a cabo las prácticas de forma satisfactoria. En primer lugar se detalla el material empleado en los experimentos. Posteriormente se presentan las normas de seguridad a seguir en el Laboratorio de Máquinas

2 Prácticas de la Máquina Síncrona

Eléctricas. Finalmente, se describen las instrucciones básicas para el uso correcto de los equipos empleados en estas prácticas.

2.1. Material empleado Cada puesto de trabajo incluye los siguientes equipos: • Máquina síncrona.

Figura 1. Máquina síncrona Las características de la máquina síncrona se encuentran en la chapa serigrafiada ubicada en la parte superior de la caja de bornas. Las principales magnitudes nominales son:

Tabla 1. Características nominales de la máquina síncrona Y Δ

VN (V) 400 230 IN (A) 0.66 1.14

Iexc máx (A) 0.95 n (rpm) 1500

• Polímetro (incluye voltímetro y amperímetro).

Figura 2. Polímetro

Prácticas de la Máquina Síncrona 3

• Fuente monofásica de tensión continua variable.

Figura 3. Fuente monofásica de tensión continua variable

• Dinamofreno.

Figura 4. Dinamofreno • Unidad de control de la dinamofreno.

Figura 5. Unidad de control de la dinamofreno


• Cargas trifásicas resistivas.

Figura 6. Módulo con cargas trifásicas resistivas

• Cargas trifásicas inductivas.

Figura 7. Módulo con cargas trifásicas inductivas • Cargas trifásicas capacitivas.

Figura 8. Módulo con cargas trifásicas capacitivas

• Sincronoscopio de lámparas.

Figura 9. Sincronoscopio de lámparas


• Máquina de corriente continua.

Figura 10. Máquina de corriente continua

• Vatímetro trifásico.

Figura 11. Vatímetro trifásico • Acoplamientos de ejes y protecciones. • Tacómetro óptico. • Secuencímetro. • Cables de conexión y bornas trifásicas. • Maleta de conexiones a la red.

2.2. Normas de seguridad El cumplimiento de las siguientes normas garantiza la seguridad de las personas y de los equipos en la realización de las prácticas: 1. Norma de seguridad básica.

En caso de problema o accidente la primera medida a tomar es la desconexión del interruptor magnetotérmico de la torre a la que está conectada la maleta de conexiones.

2. Seguridad en el manejo de cables de conexión.

Los cables de conexión requieren el cumplimiento de las siguientes normas:

• Al desconectar el cable que une la red de alimentación con un equipo, se debe desconectar primero el borne conectado a la red y después el borne conectado al equipo.


• Nunca se debe coger los bornes de dos cables simultáneamente, y en ningún caso un borne en cada mano. La protección diferencial de la instalación no detecta esta circunstancia por lo que existe un elevado riesgo de electrocución.

• No se debe usar cables con terminales protegidos en polímetros.

3. Seguridad en la conexión y el uso de aparatos de medida.

La conexión correcta de los voltímetros y amperímetros debe observar las siguientes normas:

• Antes de accionar el interruptor de la alimentación, se debe comprobar que los

voltímetros están conectados correctamente en paralelo y que se usan los bornes adecuados de los polímetros (borne común y borne de voltios).

• Antes de accionar el interruptor de la alimentación, se debe comprobar que los amperímetros están conectados correctamente en serie, pues, en caso contrario, existe riesgo de explosión. Al igual que con el voltímetro, se debe asegurar el uso correcto de los bornes (borne común y borne de amperios o miliamperios). Para la medida de miliamperios el polímetro está protegido mediante un fusible por lo que si por el amperímetro circula una corriente superior a la escala de miliamperios el fusible se funde y el amperímetro deja de funcionar.

4. Seguridad en el uso de fuentes de tensión y autotransformadores.

Antes de accionar el interruptor de la alimentación, se debe comprobar que los selectores de tensión de las fuentes de tensión y de los autotransformadores (fuentes de tensión variable trifásica) están en el valor 0. En caso contrario hay riesgo de sobretensiones y sobrecorrientes inesperadas que pueden dañar la integridad de los equipos y de las personas.

5. Seguridad en la interacción persona-máquina rotativa.

La máquina síncrona es una máquina rotativa con velocidades de giro elevadas. Por lo tanto, es fundamental tener especial cuidado con el pelo largo, colgantes y demás elementos susceptibles de enredarse con el eje para reducir el riesgo de accidentes fatales.

2.3. Instrucciones básicas de funcionamiento

El cumplimiento de las siguientes instrucciones garantiza la realización eficiente de las prácticas:

1. Maleta de conexiones.

La energía eléctrica necesaria para realizar las prácticas se toma desde la maleta de conexiones, la cual debe estar correctamente conectada a la torre asociada a cada puesto de trabajo.

2. Uso de la dinamofreno.

Para poder utilizar correctamente la dinamofreno se deben seguir los siguientes pasos: a) En primer lugar se debe conectar las mangueras de la dinamofreno a la unidad de

control. b) A continuación se conectan los terminales de seguridad de la unidad de control y de la

máquina síncrona (bornas verdes de la máquina síncrona y terminales “θ-MOTOR” en la unidad de control).

c) Para encender la unidad de control se debe accionar el botón “POWER”. La unidad de control pasa al estado “OFF”.


d) Seguidamente se debe seleccionar el modo de funcionamiento (“SET MODE”) de la dinamofreno pulsando el botón correspondiente:

i) Para usar la dinamofreno como máquina motriz se debe seleccionar el modo

“SPEED CONTROL”. ii) Para usar la dinamofreno como carga mecánica debe seleccionar el modo

“TORQUE CONTROL”.

Es importante observar que para cambiar el modo de funcionamiento la unidad de control debe estar en estado “OFF”.

e) Para comenzar a trabajar con la dinamofreno se debe pulsar el botón “RUN”. f) La velocidad o el par se pueden modificar con los botones amarillos de ajuste rápido y/o

fino situados debajo de la pantalla analógica correspondiente. En la pantalla digital se puede visualizar los valores de velocidad en rpm y los valores de par en Nm (el símbolo “%” representa Nm).

g) Si se desea parar sin desconectar la unidad de control, se debe pulsar el botón “OFF”. h) Al finalizar la sesión de prácticas se deberá desconectar la unidad de control, pulsando

el botón “POWER”. 3. Conexión del vatímetro trifásico.

El vatímetro trifásico está formado por dos bobinas: (i) la bobina amperimétrica, que mide intensidad de corriente y se conecta en serie con una fase del circuito; y (ii) la bobina voltimétrica, que mide tensión y se conecta en paralelo con las otras dos fases. El modo de conexión del vatímetro monofásico se muestra en una pegatina situada en la base del aparato y se puede resumir en los siguientes pasos:

a) Las bornas marcadas con * deben unirse mediante un cable. Estas bornas junto con la

borna L son los terminales de la bobina amperimétrica. La corriente debe entrar por el terminal marcado con * y salir por el terminal L.

b) Los terminales de la bobina voltimétrica son el S y el T y se conectan con las fases que no han sido utilizadas por la bobina amperimétrica.

c) Algunos modelos de vatímetro trifásico permiten seleccionar el nivel de intensidad con el que van a funcionar mediante unas chapas metálicas similares a las usadas en el vatímetro monofásico. Por lo tanto, en aquellos vatímetros que dispongan de esta opción se debe escoger el nivel de intensidad adecuado.

4. Datos o consignas de entrada.

Las prácticas están diseñadas para un rango determinado de valores de diversas magnitudes. A continuación se describen los pasos a seguir para la consideración correcta de estos datos de entrada. a) Consignas de tensión, corriente y par:

i) Se conecta el circuito incluyendo todo el equipo de medida. ii) Se mide la consigna correspondiente. iii) Se toma el resto de medidas.

b) Consignas de cargas: i) Se ajusta la carga a la consigna correspondiente. ii) Se conecta el circuito incluyendo las cargas y el equipo de medida. iii) Se toma el resto de medidas.


5. Inconsistencia de las medidas y/o resultados.

Si se sospecha que las medidas y/o los resultados no son correctos se deben seguir los siguientes pasos:

a) Asegurarse de que las medidas de tensión y corriente proceden de los polímetros y no

de las pantallas de las fuentes de tensión, ya que las medidas proporcionadas por éstas son imprecisas.

b) Comprobar el perfecto estado de los fusibles de las fuentes y de los autotransformadores.

c) Comprobar el perfecto estado de cada uno de los cables de conexión empleados. d) Si, a pesar de los pasos anteriores, las medidas y/o resultados siguen siendo

inconsistentes se recomienda volver a conectar la instalación partiendo de cero en lugar de tratar de encontrar el error sobre el montaje.

3. Programa de prácticas El programa de prácticas de la máquina síncrona está compuesto por los siguientes experimentos: 1. Familiarización con la máquina síncrona. 2. Determinación de la resistencia por fase del estátor. 3. Ensayo de vacío. 4. Ensayo de cortocircuito. 5. Ensayo del factor de potencia nulo. 6. Generador conectado a carga aislada. 7. Generador conectado a la red. 8. Funcionamiento como motor síncrono. A continuación se presenta cada uno de los experimentos indicando los objetivos, el material necesario, el procedimiento a seguir y las tareas que el alumno debe llevar a cabo. Los resultados de estas actividades deben ser consignados en la memoria de prácticas que cada alumno debe entregar para su evaluación.

3.1. Práctica 1. Familiarización con la máquina síncrona Objetivos • Identificación de los devanados del estátor y del rotor en la caja de bornes. • Reconocimiento de los valores nominales de corrientes, tensiones y potencias. Conceptos básicos • Devanados del estátor y del rotor. • Corriente, tensión y potencia nominales. Material necesario • Máquina síncrona. Procedimiento 1. A partir de la inspección visual de la caja de bornas de la máquina síncrona se debe deducir

qué bobinas constituyen el devanado trifásico del estátor (inducido) y el devanado del rotor (inductor).


2. Asimismo, la potencia aparente nominal (tanto en estrella como en triángulo) puede calcularse a partir de los datos de tensión y corriente nominales disponibles en la chapa de características.

Tareas 1. Rellene la tabla siguiente:

Tabla 2. Características de la máquina síncrona Terminales del devanado inductor Terminales del devanado inducido

SN_Y (VA) SN_Δ (VA)

2. ¿Cuántos polos tiene la máquina?

3.2. Práctica 2. Determinación de la resistencia por fase del estátor

Objetivos • Medida de la resistencia de cada fase del devanado del estátor. Conceptos básicos • Resistencia del estátor. Material necesario • Máquina síncrona. • Fuente de tensión continua variable. • Voltímetro. • Amperímetro. Procedimiento 1. Aplique una tensión continua de 5 V a cada devanado del estátor. 2. Mida la corriente que circula por cada devanado del estátor y calcule su resistencia. La

resistencia por fase del estátor será el valor medio de las resistencias de cada fase. Tareas 1. Rellene la tabla siguiente:

Tabla 3. Determinación de la resistencia del estátor U1-U2 V1-V2 W1-W2

V (V) 5 5 5 I (A) R (Ω)

2. Determine el valor de la resistencia del estátor. 3. En la práctica, la resistencia de un devanado alimentado con corriente continua no coincide

con la resistencia medida con corriente alterna. Explique qué ocasiona esta diferencia y


justifique por qué es razonable utilizar como resistencia del estátor la determinada mediante este ensayo con corriente continua.

3.3. Práctica 3. Ensayo de vacío Objetivos • Determinación de la curva de vacío de la máquina síncrona funcionando como generador. • Determinación del magnetismo remanente de los polos. • Determinación de las impedancias síncronas saturada y no saturada. Conceptos básicos • Curva de vacío. • Magnetismo remanente. Material necesario • Máquina síncrona. • Fuente de tensión continua variable. • Dinamofreno y unidad de control. • Voltímetro. • Amperímetro.

Figura 12. Esquema del ensayo de vacío Procedimiento 1. Conecte el estátor de la máquina síncrona en estrella y en vacío, es decir, sin carga

eléctrica. 2. Mediante una máquina motriz (dinamofreno actuando como motor) se lleva la máquina

síncrona a la velocidad de sincronismo. 3. Antes de conectar la excitación al devanado del rotor, mida la tensión en bornas de la

máquina.


4. Conecte la excitación al devanado del rotor y aumente la corriente de la excitación, Iexc, hasta un valor máximo de 0.95 A.

5. Para cada valor de Iexc se mide la tensión en los terminales de la máquina síncrona, V, que

coincide con E0. Tareas 1. Rellene la tabla siguiente:

Tabla 4. Medidas del ensayo de vacío E0 (V) Iexc (A) 0.00 0.05 0.15 0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95

donde E0 representa la tensión compuesta de vacío.

2. Determine la tensión debida al magnetismo remanente de los polos. 3. Dibuje la curva de vacío E0 = f(Iexc).

3.4. Práctica 4. Ensayo de cortocircuito Objetivos • Determinación de la característica de cortocircuito de la máquina síncrona funcionando

como generador. • Determinación de las impedancias síncronas saturada y no saturada. Conceptos básicos • Característica de cortocircuito. • Impedancia síncrona. Material necesario • Máquina síncrona. • Fuente de tensión continua variable. • Dinamofreno y unidad de control. • Amperímetro. Procedimiento 1. Conecte el estátor de la máquina síncrona en estrella y en cortocircuito. 2. Mediante una máquina motriz (dinamofreno actuando como motor) se lleva la máquina

síncrona a la velocidad de sincronismo. 3. Antes de conectar la excitación al devanado del rotor, mida la corriente que circula por el

inducido de la máquina. 4. Manteniendo el estátor cortocircuitado (V = 0), se conecta la excitación al devanado del

rotor y se aumenta Iexc hasta obtener una Iexc igual a 0.95 A (Iexc máx) o hasta llegar a una corriente en el inducido igual a 0.86 A (es decir, un 30% superior a la corriente nominal).


Figura 13. Esquema del ensayo de cortocircuito 5. Las medidas obtenidas en los ensayos de vacío y de cortocircuito permiten obtener la curva

de la impedancia síncrona en función de la corriente de excitación, tal como se muestra en la Figura 14:

Figura 14. Curva de impedancia síncrona


Tabla 5. Medidas del ensayo de cortocircuito I (A)

Iexc (A) 0.00 0.05 0.15 0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 2. Dibuje la curva I = f(Iexc). 3. A partir de los resultados obtenidos en los ensayos de vacío y cortocircuito, rellene la tabla

siguiente:

Tabla 6. Impedancia síncrona

Zs (Ω) Iexc (A) 0.05 0.15 0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95


4. Dibuje la curva de la impedancia síncrona en función de la corriente de excitación. 5. Determine la impedancia síncrona saturada y la impedancia síncrona no saturada. 6. Calcule la reactancia síncrona correspondiente a los valores de impedancia síncrona

obtenidos en el apartado anterior.

3.5. Práctica 5. Ensayo del factor de potencia nulo Objetivos • Obtención de la curva reactiva. • Determinación de la reacción de inducido. • Cálculo de la reactancia de Potier. Conceptos básicos • Curva reactiva. • Reacción de inducido. • Reactancia de Potier. Material necesario • Máquina síncrona. • Fuente de tensión continua variable. • Dinamofreno y unidad de control. • Carga trifásica inductiva. • Voltímetro. • Amperímetro. Procedimiento 1. Conecte el estátor de la máquina síncrona a una carga inductiva. Tanto el devanado del

estátor como la carga inductiva han de conectarse en estrella (véase la Figura 15). 2. Mediante una máquina motriz (dinamofreno actuando como motor) se lleva la máquina

síncrona a la velocidad de sincronismo. 3. Para diversas cargas inductivas, ajuste la corriente de excitación de forma que la corriente

del inducido se mantenga constante e igual a 0.1 A.

Figura 15. Esquema de ensayo de factor de potencia nulo



Tabla 7. Medidas del ensayo de factor de potencia nulo V (V)

Iexc (A) L (H/fase) 0.83 1.00 1.25 1.67 2.50 3.75 5.00

2. Dibuje la curva reactiva V = f(Iexc). 3. Obtenga de forma aproximada la reacción de inducido para una corriente de inducido igual

a 0.1 A. 4. Determine la reactancia de Potier y compare el valor obtenido con los valores de reactancia

síncrona calculados en la Práctica 5.

3.6. Práctica 6. Generador conectado a carga aislada Objetivos • Comprobación del resultado de accionar el regulador de velocidad. • Comprobación del resultado de accionar el regulador de tensión. • Determinación de la característica exterior para diversos factores de potencia. • Determinación de la característica de regulación para diversos factores de potencia. Conceptos básicos • Reguladores de velocidad y de tensión en conexión a carga aislada. • Característica exterior. • Característica de regulación. Material necesario • Máquina síncrona. • Fuente de tensión continua variable. • Dinamofreno y unidad de control. • Carga trifásica resistiva. • Carga trifásica capacitiva. • Voltímetro. • Amperímetro. Procedimiento 1. Realice el montaje de la Figura 16, en el que la máquina síncrona es accionada por una

máquina motriz (la dinamofreno hace las veces de turbina) y el devanado del estátor, en estrella, está conectado a una carga también en estrella. La unidad de control de la dinamofreno (máquina motriz) juega el papel del regulador de velocidad, mientras que la fuente de tensión continua conectada al devanado del rotor constituye el regulador de tensión de la máquina.

2. Para una corriente de excitación fija, observe el efecto de actuar sobre el regulador de

velocidad (variación de la energía mecánica de entrada al rotor mediante el accionamiento de la máquina motriz).


3. Si se mantiene la velocidad del rotor igual a la velocidad de sincronismo, observe el efecto de actuar sobre el regulador de tensión (modificación de la corriente de excitación).

4. La característica exterior muestra la relación que existe entre la tensión V y la corriente de

inducido I cuando la corriente de excitación Iexc es constante y la máquina gira a la velocidad de sincronismo. Para obtener los puntos de esta curva se debe modificar convenientemente la carga y actuar sobre los reguladores de tensión y de velocidad para mantener constantes Iexc y la velocidad de giro, respectivamente.

5. La característica de regulación muestra la relación que existe entre la corriente de inducido I

y la corriente de excitación Iexc cuando la tensión de salida V es constante y la velocidad de giro es igual a la velocidad de sincronismo. Los puntos de esta curva se obtienen modificando convenientemente la carga y actuando sobre los reguladores de tensión y de velocidad para mantener constantes V y la velocidad de giro, respectivamente.

Figura 16. Esquema de conexión a carga aislada Tareas 1. Para una carga R = 470 Ω/fase, ¿qué ocurre con la velocidad de giro y con la tensión de

salida de la máquina cuando se acciona el regulador de velocidad manteniendo fijo el regulador de tensión? Justifique las respuestas.

2. Para una carga R = 470 Ω/fase, ¿qué ocurre con la velocidad de giro y con la tensión de

salida de la máquina cuando se acciona el regulador de tensión manteniendo fijo el regulador de velocidad de forma que la velocidad sea la de sincronismo? Justifique las respuestas.

3. Rellene las tablas siguientes para Iexc = 0.25 A y velocidad nominal:

Tabla 8. Carga aislada resistiva V (V) I (A)

R (Ω/fase) 319.7 357.8 470.0 600.0 1000.0 1500.0 1970.0 2500.0

Tabla 9. Carga aislada capacitiva pura V (V) I (A)

C (μF/fase) 0.47 0.54 0.68 0.96 1.50 2.18 2.70


4. Rellene las tablas siguientes para V = 100 V y velocidad nominal:

Tabla 10. Carga aislada resistiva I (A)

Iexc (A) R (Ω/fase) 319.7 357.8 470.0 600.0 1000.0 1500.0 1970.0 2500.0

Tabla 11. Carga aislada capacitiva pura

I (A) Iexc (A)

C (μF/fase) 0.47 0.54 0.68 0.96 1.50 2.18 2.70 5. Dibuje las características exterior y de regulación correspondientes a las tablas de los

apartados anteriores. 6. Compruebe numéricamente la consistencia de los valores medidos de tensiones y

corrientes del inducido respecto a los valores de las cargas.

3.7. Práctica 7. Generador conectado a la red Objetivos • Maniobra de sincronización. • Comprobación del resultado de accionar el regulador de velocidad. • Comprobación del resultado de accionar el regulador de tensión. • Contrastación numérica de los resultados obtenidos empíricamente. Conceptos básicos • Sincronización. • Reguladores de velocidad y de tensión en conexión a red de potencia infinita. Material necesario • Máquina síncrona. • 2 fuentes de tensión continua variable. • Máquina de corriente continua. • Sincronoscopio de lámparas. • Voltímetro. • Amperímetro. • Vatímetro trifásico. • Tacómetro óptico. • Secuencímetro. Procedimiento 1. En este experimento la máquina de corriente continua se acopla mecánicamente al eje de

la máquina síncrona que va a arrastrar, sustituyendo por tanto a la dinamofreno como motor primario. La máquina de corriente continua se debe conectar en paralelo (conexión de terminales E1-A1 y E2-A2). La energía eléctrica de alimentación de la máquina de corriente continua se obtiene de una fuente de corriente continua que se debe conectar a los terminales A1-A2. Obsérvese que al modificar la tensión de alimentación en la máquina de corriente continua se producirá un par de rotación que moverá a la máquina síncrona.

2. El segundo paso de este experimento consiste en identificar las fases homólogas de la red

(R, S y T) y de la máquina síncrona (U, V y W) empleando el secuencímetro. El


secuencímetro es un circuito formado por resistencias y condensadores (véase la Figura 17) en el que mediante la medida de tensiones se puede determinar la secuencia de fases de un sistema trifásico. Obsérvese que si la tensión entre los terminales P y Q es 0, la secuencIa es ABC. Si, por el contrario, la tensión entre los terminales P y Q es mayor que 0, la secuencia es ACB.

Figura 17. Circuito del secuencímetro

El procedimiento es el siguiente:

a) Para determinar la secuencia de la red la borna trifásica se debe conectar directamente a la torre con un interruptor magnetotérmico distinto al de la maleta de conexión. Los terminales de la borna trifásica RST deben conectarse a los terminales ABC del secuencímetro y mediante un voltímetro se debe medir la tensión entre los terminales P y Q.

b) Para determinar la secuencia de la máquina síncrona los terminales del devanado del inducido se deben conectar a los terminales ABC del secuencímetro y mediante un voltímetro se debe medir la tensión entre los terminales P y Q. La máquina síncrona debe accionarse mediante la máquina de corriente continua a una velocidad próxima a la de sincronismo. Para medir la velocidad de giro se debe usar el tacómetro óptico. Asimismo, aumente la corriente de excitación de la máquina síncrona hasta que la tensión de salida sea próxima a la tensión de la red.

3. A continuación se conectan los aparatos de medida: (i) amperímetro para medir la corriente

del inducido, (ii) voltímetro para medir la tensión de salida, (iii) amperímetro para medir la corriente de excitación, (iv) voltímetro para medir la tensión de la fuente de corriente continua que alimenta a la máquina motriz, y (v) vatímetro trifásico para medir la potencia activa generada (véase el apartado 2.3 para la conexión del vatímetro).

4. Conecte adecuadamente la máquina síncrona al sincronoscopio de lámparas (terminales de

las bobinas U, V y W con terminales X, Y y Z, respectivamente), asegurándose de que el interruptor del sincronoscopio está en la posición OFF, es decir, abierto (véase la Figura 18).

5. Conecte adecuadamente la red al sincronoscopio de lámparas (véase la Figura 18) a través

de la borna trifásica (terminales R, S y T), teniendo cuidado de que el interruptor del sincronoscopio sigue en la posición OFF, es decir, abierto. Al igual que en el paso 2, la borna trifásica se debe conectar directamente a la torre con un interruptor magnetotérmico distinto al de la maleta de conexión.

6. Mediante la máquina de corriente continua haga girar a la máquina síncrona a una

velocidad próxima a la de sincronismo. Para medir la velocidad de giro se debe usar el tacómetro óptico. Asimismo, aumente la corriente de excitación de la máquina síncrona hasta que la tensión de salida sea próxima a la tensión de la red.


R

S

T S R T

1 2 3

GENERADOR

V U W

Y X Z SINCRONOSCOPIO

Figura 18. Esquema de sincronización con sincronoscopio de lámparas

7. Pase a la posición ON el interruptor de la torre de alimentación correspondiente a la borna trifásica RST y restablezca rápidamente los valores de velocidad y tensión de línea de la máquina síncrona ya que hay riesgo de sobrecorrientes que pueden quemar los cables. Se observará una rotación del brillo de las lámparas. El acoplamiento a la red (paso del interruptor del sincronoscopio a la posición ON) se debe efectuar cuando la lámpara 1 está apagada y las lámparas 2 y 3 tienen brillo máximo. Para realizar una sincronización a red segura, el período de encendido-apagado de una lámpara debe ser mayor que 4-5 segundos, lo cual indica que las velocidades de giro de ambos sistemas son muy parecidas. El momento adecuado de sincronización se produce cuando la corriente de excitación de la máquina síncrona es alrededor de 0.55 A y la tensión de la fuente de corriente continua que alimenta a la máquina motriz es alrededor de 120 V.

8. Una vez acoplada la máquina síncrona a la red, observe el efecto de modificar la posición

del regulador de velocidad (fuente de corriente continua conectada a la máquina de corriente continua).

9. Una vez acoplada la máquina síncrona a la red, observe el efecto de modificar la posición

del regulador de tensión de la excitación (fuente de corriente continua conectada al devanado inductor de la máquina síncrona).

10. Pasos a seguir para la desconexión:

a) Pasar el interruptor de la torre que representa la red (RST) a la posición OFF. b) Pasar el interruptor de la torre que suministra a la maleta de conexiones a la posición

OFF. c) Pasar el interruptor del sincronoscopio a la posición OFF.


Tareas 1. Rellene las tablas siguientes:

Tabla 12. Medidas obtenidas actuando sobre el regulador de velocidad Iexc (A) 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 I (A) 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 V (V)

Pg (W) n (rpm) Q (VAr)

Tabla 13. Medidas obtenidas actuando sobre el regulador de tensión

Vcc (V) 120 120 120 120 120 Iexc (A) 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 I (A) V (V)

Pg (W) n (rpm) Q (VAr)

donde Vcc representa la tensión de la fuente de corriente continua que alimenta a la máquina motriz.

2. Compruebe el efecto de actuar sobre el regulador de velocidad. ¿Qué ocurre con la

velocidad de giro del rotor? ¿Qué ocurre con la potencia activa? 3. Compruebe el efecto de actuar sobre el regulador de tensión. ¿Qué ocurre con la tensión y

la potencia activa? 4. ¿Es posible saber si los valores de Q calculados previamente se corresponden con

potencias reactivas generadas o consumidas? Es decir, ¿podría determinar si el factor de potencia es inductivo o capacitivo? Justifique la respuesta.

5. Compruebe numéricamente el valor de E0 calculado con el circuito equivalente con el

obtenido en el ensayo de vacío para cada uno de los casos del apartado 1. Determine el error incurrido.

3.8. Práctica 8. Funcionamiento como motor síncrono Objetivos • Análisis del funcionamiento como motor. • Contrastación numérica de los resultados obtenidos empíricamente. Conceptos básicos • Funcionamiento como motor. • Sobreexcitación vs. subexcitación. Material necesario • Máquina síncrona. • 2 fuentes de tensión continua variable. • Máquina de corriente continua. • Dinamofreno.


• Sincronoscopio de lámparas. • Voltímetro. • Amperímetro. • Vatímetro trifásico. Procedimiento 1. Repita el montaje de la práctica anterior acoplando además la dinamofreno al conjunto

máquina de corriente continua-máquina síncrona. 2. Después de que la máquina síncrona haya sido acoplada a la red siguiendo los pasos

descritos en la práctica anterior, se disminuye la velocidad del motor primario (máquina de corriente continua) hasta desconectarlo totalmente (desconectando la fuente de corriente continua del inductor de los terminales A1 y A2). En ese momento la máquina síncrona empieza a funcionar como motor siendo arrastrada por la red.

3. Mediante el control del par de la dinamofreno (“SET MODE” igual a “TORQUE CONTROL”)

analice diversos puntos de funcionamiento como motor variando el par mecánico. Tenga en cuenta que para medir la potencia activa consumida el sentido de la energía ha cambiado, por lo que el vatímetro deberá conectarse de forma adecuada.


Tabla 14. Medidas del funcionamiento como motor Iexc (A) 0.57 0.57 0.57 0.57 0.57 T (Nm) 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 n (rpm)

I (A) V (V)

Pcons (W) Q (VAr) Pútil (W)

η (%) 2. ¿Es posible saber si los valores de Q calculados previamente se corresponden con

potencias reactivas consumidas o generadas? Es decir, ¿podría determinar si el factor de potencia es inductivo o capacitivo? Justifique la respuesta.

3. Compruebe numéricamente el valor de E0 calculado con el circuito equivalente con el

obtenido en el ensayo de vacío para cada uno de los casos del apartado 1. Determine el error incurrido.

4. Bibliografía [1] J. Fraile. “Máquinas Eléctricas”. McGraw-Hill. Madrid. 2008 (6ª Ed.). [2] J. M. Arroyo. “Transparencias de Ampliación de Máquinas Eléctricas”.

http://www.uclm.es/area/gsee/aie/amplme. 2010.

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