procedimientos y pruebas para generadores sincrónicos.pdf

7/27/2019 procedimientos y pruebas para generadores sincrnicos.pdf

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Universidad de Costa RicaFacultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Elctrica

IE 0502 Proyecto Elctrico

PRUEBAS EN MQUINAS SINCRNICASCONFORME LA NORMATIVA IEC 34 Y LA

IEEE STD. 115

Por:

Rafael Takeshi Minero Akiya

Ciudad Universitaria Rodrigo Facio

Julio del 2010


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PRUEBAS EN MQUINAS SINCRNICASCONFORME LA NORMATIVA IEC 34 Y LA

IEEE STD. 115

Por:

Rafael Takeshi Minero Akiya

Sometido a la Escuela de Ingeniera Elctrica

de la Facultad de Ingeniera

de la Universidad de Costa Rica

como requisito parcial para optar por el grado de:

BACHILLER EN INGENIERA ELCTRICA

Aprobado por el Tribunal:

_________________________________Ing. Peter Zeledn Mndez

Profesor Gua

_________________________________ _________________________________Ing. Rolando Sancho Chaves Ing. Moiss Salazar Parrales

Profesor lector Profesor lector


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DEDICATORIA

A mi padre, quien dese ms que nunca verme graduado. Que aunque pas a mejor

vida, siempre confi en m. Que gracias a su forma ordenada, disciplinada, respetuosa e

inteligente que fue, trato de seguir ese modelo. En estos momentos cumplo una promesa y

una meta. Seguirn retos ms difciles

A mi madre, por estar a mi lado apoyndome en las buenas y en las malas. Por

esperarme da y noche cuando me encontraba estudiando. A darme nimo para seguir con

los estudios por ms difcil que llegaron a estar las cosas.

A mi hermana, que a lo largo de la vida me seguir dando consejos y voto de

confianza para alcanzar la plenitud como persona, y ahora en esta nueva etapa como

profesional.

A mis amigos y compaeros, que a travs de los aos me dieron su apoyo y

confianza para seguir adelante.


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RECONOCIMIENTOS

Al Ing. Peter Zeledn Mndez por facilitarme toda la informacin posible para la

realizacin de este proyecto y darle forma como tal.

Al Ing. Rolando Sancho Chaves y Ing. Moiss Salazar Parrales, por ser parte de este

tribunal examinador y concluir de manera exitosa este trabajo.

Al Ing. Adrin Jimnez Herrera al abrir las puertas de su empresa para la realizacin

de la prctica profesional y tener un panorama real de la aplicacin de la ingeniera fuera de

las aulas.

A los profesores que tuve a lo largo de esta carrera, de quienes aprend no slo lo

terico, sino cada consejo y ancdota en el campo laboral y personal.


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v

NDICE GENERAL

NDICE DE FIGURAS ................................................................................ viiiNDICE DE TABLAS ..................................................................................... ixNOMENCLATURA ......................................................................................... xRESUMEN ........................................................................................................ 1CAPTULO 1: Introduccin ........................................................................... 21.1 Objetivos ................................................................................................................. 3

1.1.1 Objetivo general ..................................................................................................... 31.1.2 Objetivos especficos ............................................................................................. 3

1.2 Metodologa ............................................................................................................ 4CAPTULO 2: Mquinas Sncronas .............................................................. 52.1 Conceptos Bsicos .................................................................................................. 52.2 Generador Sincrnico ............................................................................................. 6

2.2.1 Rotor del generador sincrnico .............................................................................. 62.2.2 Estator del generador sincrnico ............................................................................ 72.2.3 Velocidad de giro del generador sincrnico .......................................................... 82.2.4 Voltaje inducido de un generador sincrnico ........................................................ 82.2.5 Par y Potencia en un generador sincrnico ............................................................ 92.2.6 Circuito equivalente del generador sincrnico .................................................... 102.2.7 Medicin de los parmetros del Circuito Equivalente del Generador Sincrnico...................................................................................................................................... 13

CAPTULO 3: Descripcin de Pruebas ....................................................... 173.1 Descripcin de pruebas de rutina para mquinas sincrnicas AMG y AMZ ................. 17

3.1.1 Inspeccin visual ............................................................................................... 173.1.2 Medicin del entrehierro y comprobacin del espaciamiento de los cojinetes 18 3.1.2 Medida de la resistencia de aislamiento ........................................................... 183.1.3 Medicin de la resistencia de los devanados / IEC 60034-4 ............................ 203.1.4 Verificacin de los detectores de temperatura y resistencias de calefaccin ... 223.1.5 Secuencia de fases y sentido de rotacin / IEC 60034-8 .................................. 233.1.6 Desplazamiento axial sin bloqueo de cojinetes ................................................ 233.1.7 Prueba de cojinete/soporte (correr primero) ..................................................... 243.1.8 Mediciones de la vibracin / IEC 60034-14 ..................................................... 243.1.9 Puntos en vaco / IEC 60034-4 ......................................................................... 253.1.10 Punto de cortocircuito/ IEC 60034-4 ............................................................ 273.1.11 Pruebas de reguladores de voltaje instalados en generadores sncronos(AMG) 283.1.12 Prueba de excitacin de cubiculo de motores sncrono (AMZ) .................... 28


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vi

3.1.13 Prueba de exceso de velocidad / IEC 60034-1 ............................................. 293.1.14 Prueba de alto voltaje (ensayos dielctricos) / IEC 60034-1 ........................ 293.1.15 Medicin de resistencia de aislamiento ........................................................ 313.1.16

Referencias normativas ................................................................................. 31

3.2 Descripcin de pruebas de tipo para mquinas sincrnicas AMG y AMZ .................... 32

3.2.1 Prueba de factor de potencia cero/ IEC 60034-2 .......................................... 323.2.2 Prueba de incremento de temperatura (Prueba de elevacin de latemperatura) / IEC 60034-1, IEEE 115 ........................................................................ 343.2.2.1 General .............................................................................................................. 343.2.2.2 Mtodos de prueba ............................................................................................ 353.2.2.3 Prueba del circuito ............................................................................................ 393.2.2.4 Procedimiento de ensayo .................................................................................. 403.2.2.5 Medicin de los resultados ............................................................................... 413.2.3 Curva de vaco / IEC 60034-4 .......................................................................... 423.2.4

Curva de Cortocircuito / IEC 60034-4 .............................................................. 46

3.2.5 Prdidas y eficiencia / IEC 60034-2 ............................................................. 493.2.6 Momento de inercia / IEC 60034-2 .................................................................. 55

3.3 Descripcin de las pruebas especiales ............................................................................ 563.3.1 Medicin del Nivel de ruido/ ISO 1680, ISO 3746 ............................................. 563.3.2 Prueba sbita de corto circuito / IEC 60034-4, IEEE 115 ................................... 573.3.3 Prueba de recuperacin de Tensin / IEC 60034-4, IEEE 115 ............................ 593.3.4 Medicin de la tensin del eje ............................................................................. 603.3.5 Medida de forma de onda de tensin / IEC 60034-1, IEEE 115 ......................... 613.3.6 Arranque del motor sncronico ............................................................................ 623.3.6.1 Clculo de los resultados de las pruebas ........................................................... 643.3.7 Prueba de encendido / apagado de carga ............................................................. 653.3.8 ndice de polarizacin / IEEE 43 ......................................................................... 663.3.9 Prueba de sobrecarga (prueba de sobrecorriente) / ABS, BV, CCS, DNV, GL,LRS, RINA ................................................................................................................... 673.3.9.1.General .............................................................................................................. 673.3.9.2 Mtodos de prueba ............................................................................................ 683.3.9.3 Procedimiento de ensayo .................................................................................. 693.3.10 Prueba de sobretensin ...................................................................................... 703.3.11 Medicin de la curva V ...................................................................................... 713.3.12 Prueba bajo deslizamiento / IEC 60034-4, IEEE 115 ........................................ 733.3.13 Prueba de tensin aplicada (baja velocidad) ...................................................... 743.3.14 Prueba sostenida de cortocircuito de lnea a lnea (X2 + R2) / IEC 60034-4,IEEE 115 ....................................................................................................................... 773.3.15 Prueba sostenido lnea a lnea y neutro en cortocircuito (X0 y R0) / IEC 60034-4, IEEE 115 ................................................................................................................... 793.3.16 Medicin de impedancia .................................................................................... 813.3.17 Prueba de rotor bloqueado para motor / IEC 60034-4, IEEE 115 ..................... 833.3.18 Prueba de decaimiento de campo / IEC 60034-4 ............................................... 84


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vii

CAPTULO 4: Condiciones de funcionamiento, criterios de aceptacin ypruebas de laboratorio ................................................................................... 86CAPTULO 5: Conclusiones y recomendaciones ....................................... 98

BIBLIOGRAFA .......................................................................................... 100ANEXOS ....................................................................................................... 102


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viii

NDICE DE FIGURAS

Figura 2.2 Curva de Circuito Abierto tipica................................................................................. 14Figura 2.3 Curva de Cortocircuito tipica ...................................................................................... 15Figura 2.4 Circuito equivalente del generador en la Prueba de Cortocircuito ......................... 15Figura 3.1 Medicin de la resistencia de aislamiento del bobinado del estator de una mquina

sincrnica ................................................................................................................................ 19Figura 3.2 Medida de resistencia de los devanados...................................................................... 21Figura 3.3 Medicin de circuito para el vaco / corto circuito de medicin de punto de una

mquina sncrona ................................................................................................................... 26Figura. 3.4 Prueba de alta tensin para devanado del estator .................................................... 30Figura. 3.5 Circuito de medicin para la prueba de factor de potencia cero ............................ 33Figura. 3.6 Circuito de prueba para prueba de calor con sobreexcitacin ................................ 36Figura. 3.7 Circuito de prueba back to back ............................................................................ 38Figura. 3.8 Circuito de prueba de funcionamiento de calor ........................................................ 39Figura. 3.9 Prueba del circuito para la medicin de la curva sin carga. .................................... 44Figura. 3.10 Curva sin carga de una mquina sincrnica. .......................................................... 46Figura. 3.11 Prueba del circuito para la medicin de la curva de corto circuito. ..................... 47Figura. 3.12 Curva de cortocircuito de una mquina sincrnica ............................................... 49Figura.3.13 Prueba del circuito para la prueba sbita de cortocircuito .................................... 58Figura.3.14 Circuito de prueba para la prueba de recuperacin de tensin ............................. 59Figura. 3.15. Determinacin del par de arranque ........................................................................ 64Figura. 3.16 Circuito de prueba para la carga de encendido / apagado .................................... 66Figura. 3.17 Prueba del circuito para la prueba de sobrecarga (con carga reactiva) ............... 69Figura. 3.18 Prueba del circuito para la prueba de sobrecarga (en corto circuito) .................. 69Figura. 3.19 Prueba del circuito para la prueba de sobretensin ............................................... 70Figura. 3.20 Circuito de prueba para curva V ............................................................................. 72Figura. 3.21 Curva V ...................................................................................................................... 73Figura. 3.22 Prueba del circuito para la prueba bajo deslizamiento .......................................... 74Figura. 3.23 Prueba del circuito para la prueba bajo deslizamiento .......................................... 75Figura. 3.24 Oscilograma tpico de la prueba de tensin aplicada ............................................. 76Figura. 3.25 Circuito de prueba para prueba sostenida de cortocircuito de lnea a lnea ........ 78Figura. 3.26 Circuito de prueba para Prueba sostenida de lnea a lnea y neutro en

cortocircuito ............................................................................................................................ 80Figura. 3.27 Medicin de las impedancias de los devanados. ...................................................... 82Figura. 3.28 Circuito de prueba para prueba rotor bloqueado .................................................. 83Figura 4.1. Ajuste lineal de la curva caracterstica de cortocircuito. ......................................... 93Figura 4.2 Caractersticas de cortocircuito y circuito abierto. ................................................... 94Figura 4.3 Resultados de la prueba de cortocircuito y circuito abierto de la ABB. .................. 96Figura 4.4 Valores tpicos de reactancias, resistencias t constantes de tiempo para mquinas

sincronas .................................................................................................................................. 97


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ix

NDICE DE TABLAS

Tabla 4.1. Valores Mximos en condiciones de desequilibrio trifsico ...................................... 87Tabla 4.2. Valores de tolerancia de acuerdo a los Resultados de las pruebas efectuadas. ....... 90Tabla 4.3. Resultados de las pruebas de circuito abierto, corto circuito y corriente directa. .. 92Tabla 4.4. Valores obtenidos de las curvas caractersticas de circuito abierto y cortocircuito.94Tabla 4.5 Resultados para la reactancia sncrona saturada ........................................................ 95


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x

x

NOMENCLATURA

e voltaje inducido

dt diferencial de tiempo

d flujo magntico

rpm revoluciones por minuto

fe = frecuencia elctrica

m= velocidad mecnica del campo magntico, rpm

P= nmero de polos de la mquina

EA = Tensin inducida, VK = constante que depende de la construccin de la mquina

= flujo magntico de la mquina, Wb/m2

= velocidad de giro de la mquina, rad/s

P = potencia de salida, W

V = voltaje de fase del generador, V

EA = voltaje de fase generado, V

XS = reactancia sincrnica,

= ngulo de par de la mquina

ind = par inducido, Nm

Vf= fuente de CC que alimenta el devanado de campo

IF = corriente de campo

RF = resistencia del devanado de campo

LF = Inductancia del devanado de campo

EA = tensin generada por cada fase

XS = reactancia sincrnica


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xi

xi

RA= resistencia de armadura

IA = corriente de armadura

V = voltaje de fase

U1 voltaje de lnea a lnea

Uuv,vw,uw voltaje de fase (uv,vw,uw)

Im corriente de excitacin

Iu,v,w corriente de fase (u,v,w)

AVR regulador automtico de voltaje

Ruv,vw,uw resistencia en el devanado del estator (uv,vw,uw)

Pa = potencia de entrada de la mquina CC

PCua = prdidas en el cobre de la mquina CC

PB = prdidas cepillo de la mquina CC

Padd = prdidas de carga adicionales

P0DC = mide las prdidas sin carga de la curva de calibracin Motor de CC

Ua = Tensin de inducido del motor de CC

Ia = Corriente de armadura del motor de CC

Ra = Valor de la resistencia en fro del motor de CC


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1

RESUMEN

Este proyecto consiste en el anlisis de las pruebas realizadas a mquinas

sincrnicas por parte de la compaa ABB de acuerdo a la normativa de la IEEE Std-115 y

de la IEC-34.

Para dicho anlisis se facilitaron los manuales de prueba empleados por parte de la

compaa, asi como de los resultados de algunas de las pruebas realizadas.

Primero se compararon las pruebas que venan referenciadas con alguna de las

normas para conocer el objetivo de cada ensayo, as como las variables a medir y el equipo

necesario para tomar los datos. Se utilizaron ambas normas ya que para algunos casos con

diferentes pruebas se pueden obtener un dato en comn. Ciertas pruebas se encontraban en

otras normas fuera de alcance.

Se realiz una bsqueda de los criterios de aceptacin para cada una de las pruebas,

de las cuales solo en ciertos casos se encuentra en alguna literatura especializada, como es

el caso de los valores tpicos del reactivo, resistencias y constantes de tiempo de las

mquinas sincrnicas, para la mayora de las pruebas no se cuenta con la informacin

disponible. Para otras pruebas, debido a su simpleza no es necesario con algn parmetro

estandarizado.

Por ltimo se busc realizar una prueba adicional a las que se realiza en los

laboratorios del curso de mquinas elctricas de la escuela, sin embargo no se cuenta con

un equipo de medicin ms detallado para lograr la captura de los datos.


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CAPTULO 1: IntroduccinLas mquinas sincrnicas son de gran importancia en la generacin de energa

elctrica en nuestro pas, ya que producen una gran parte de la electricidad que se demanda.

Los generadores los cuales sern instalados por primera vez, necesita de pruebas

destinadas a conocer su estado antes de su puesta en marcha, es por ello que se requieren de

normativas estandarizadas; sin embargo al ser normas estadounidenses y/o europeas es

necesario estudiar con detalle el objetivo de cada prueba y si se ajusta a la realidad de

nuestro pas, especialmente las condiciones climticas.

Tambin al ser equipos muy costosos, se requiere de un mantenimiento preventivo

que prolongue su vida til y ms importante, conocer su estado; todo ello basado en los

estndares internacionales, evitando as la salida en operacin de unidades por falta de

informacin oportuna de su estado.

El proyecto naci por el inters de conocer y aplicar para nuestro caso las normas

internacionales, tanto IEEE como IEC a las mquinas sincrnicas que instala el ICE,

especialmente cuando estas se adquieren por primera vez; as como desarrollar un

documento en el cual se describan y expliquen los procedimientos descritos en la normativa

IEEE Std. 115 y la normativa IEC 34 para la realizacin de pruebas en mquinas

sincrnicas.


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1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo general

Analizar los procedimientos de pruebas en mquinas sincrnicas descritos en lanormativa IEEE Std. 115 y la normativa IEC 34.

1.1.2 Objetivos especficos

Estudiar la normativa IEC 34.

Estudiar el estndar 115 de la IEEE.

Desarrollar un documento en el cual se describan y expliquen los procedimientos

descritos en la normativa IEEE Std. 115 y la normativa IEC 34 para la realizacin

de pruebas en mquinas sincrnicas.

Desarrollar un ejemplo de simulacin utilizando el equipo de LABVOLT de la

Escuela de Ingeniera Elctrica de la Universidad de Costa Rica.

Desarrollar un ejemplo prctico utilizando el equipo de laboratorio de mquinas

elctricas de la Escuela de Ingeniera Elctrica de la Universidad de Costa Rica.


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4

1.2 Metodologa

Este proyecto se bas en un anlisis sobre los procedimientos de prueba en

mquinas sincrnicas de acuerdo a las normativas de la IEE y la IEC.

Para el anlisis terico se necesit de una investigacin completa de ambas

normativas, as como la bsqueda de dichas pruebas por parte de otras compaas

fabricantes de mquinas sincrnicas. Tambin fue necesario repasar los conceptos bsicos

de funcionamiento de las mquinas sincrnicas.

Para cada prueba se busc el propsito de sta, la norma en la cual se basa, los

parmetros a medir y el equipo de medicin necesario.

Dentro de la parte experimental se busc simular la prueba ms real de acuerdo al

equipo disponible del laboratorio de Maquinas Elctricas.


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CAPTULO 2: Mquinas Sncronas

2.1 Conceptos Bsicos

Para la determinacin de los de los voltajes inducidos por medio de los campos

magnticos se utiliza la ecuacin:

de

dt

=

(2.1)

Dado el movimiento mecnico, se producen cambios en la dispersin de flujo ,

provocando la conversin de energa electromecnica. En las mquinas de rotacin, estos

voltajes se obtienen de los devanados al ser girados de forma mecnica a travs de un

campo magntico, o por el contrario, al girar mecnicamente un campo magntico por un

devanado o grupo de bobinas provocando que la reluctancia vare con la rotacin del rotor.

De cualquiera de las dos formas hace que el acoplamiento del devanado cambie de forma

cclica generando un voltaje variante en el tiempo.

En las mquinas de corriente alterna, como lo son las mquinas de induccin o

sincrnicas, el devanado de armadura se localiza en el estator, la parte estacionaria del

motor.

En estas mquinas se incluye un devanado secundario que lleva corriente directa,

para la produccin del flujo principal de operacin de la mquina, denominado devanado de

excitacin, localizado en el rotor.

El funcionamiento como generador o como motor se puede explicar a continuacin:


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Para la operacin como generador se hace girar el rotor mediante un primotor (ej.

turbina hidrulica) el cual hace que el campo magntico creado por los conductores del

rotor sea giratorio y por lo tanto induzca un sistema de voltajes trifsicos en los devanados

de armadura (estator).

Para su funcionamiento como motor se hace circular un sistema trifsico de

corriente de igual magnitud y desfasados 120 por los devanados de armadura, creando un

campo magntico giratorio, el cual interacta con el campo magntico del devanado del

rotor generando un par en el eje de la mquina.

2.2 Generador Sincrnico1

Como se mencion anteriormente, es una mquina sincrnica operando en modo

generador, es decir, convirtiendo la energa mecnica en energa elctrica.

2.2.1 Rotor del generador sincrnico

Constructivamente, el rotor puede ser de polos salientes o polos lisos. Un polo

saliente es un polo magntico que sobresale de la superficie del rotor, mientras que uno no

saliente se construye a ras de la superficie del rotor. Los rotores lisos se usan en mquinas

de alta velocidad, como en turbinas de gas y vapor de 1800 o 3600 rpm, y se emplean para

dos a cuatro polos. Los rotores de polos salientes se usan para cuatro o ms polos en

mquinas de baja velocidad (1200, 900, 600 rpm) como en las turbinas hidrulicas.


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7

Debido a que el rotor gira, se hace necesario suministrar la corriente continua al

devanado de campo por medio de construcciones especiales, las dos formas ms usadas

son:

Por medio de anillos rozantes y escobillas, proveer la energa al rotor desde una

fuente externa

Suministrar la corriente de campo, con una fuente especial (excitatriz sin escobillas)

montadas sobre el eje del generador.

El rotor debe construirse con laminaciones, esto con el objetivo de reducir las

prdidas por corrientes parsitas debido a que el rotor est sometido a campos magnticos

variables.

2.2.2 Estator del generador sincrnico

El estator est formado por varias bobinas en cada fase, las cuales se distribuyen en

ranuras ubicadas en la superficie interior del estator, Cada bobina es, casi siempre, una

unidad independiente formada por un grupo de espiras aisladas entre s. Cada espira a su

vez est formada por un grupo de conductores o soleras tambin aisladas entre s. Cada

bobina se encuentra aislada del estator.

El estator se construye con bobinas premoldeadas formando un devanado de dos

capas distribuido con el objetivo de disminuir los armnicos del voltaje y corrientes

suministrados.

1 Rojas Prado, OrlandoManual de Pruebas para Generadores Sincrnicos. Julio 1995


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2.2.3 Velocidad de giro del generador sincrnico

El sincronismo en un generador significa que no existe desplazamiento entre el

campo magntico del rotor en relacin con el campo del estator.

La siguiente ecuacin relaciona la frecuencia elctrica y la velocidad mecnica del

campo magntico:

120m

e

Pf

=

(2.2)

Donde:

fe = frecuencia elctrica

m= velocidad mecnica del campo magntico, rpm

P= nmero de polos de la mquina

En un generador sincrnico, la velocidad del campo magntico es igual a la

velocidad de giro del rotor.

2.2.4 Voltaje inducido de un generador sincrnico

El voltaje inducido en una fase del devanado del estator se puede expresar mediante

la siguiente ecuacin simplificada:

AE k= (2.3)


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Donde:

EA = Tensin inducida, V

K = constante que depende de la construccin de la mquina

= flujo magntico de la mquina, Wb/m2

= velocidad de giro de la mquina, rad/s

2.2.5 Par y Potencia en un generador sincrnicoNo toda la potencia mecnica que le suministra al generador sale como potencia

elctrica. Esta diferencia se debe a prdidas en el cobre, en el ncleo y prdidas por friccin

y ventilacin.

Si se desprecia la resistencia elctrica de los devanados de la armadura RA, dado

que la reactancia XS es mucho mayor que RA, se tiene la siguiente ecuacin para evaluar la

potencia que entrega el generador:

3 A

S

V E senP

X

=

(2.4)

Donde:

P = potencia de salida, W

V = voltaje de fase del generador, V

EA = voltaje de fase generado, V


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10

XS = reactancia sincrnica,

= ngulo de par de la mquina (ngulo entre V y EA)

El par inducido en el generador sincrnico se puede expresar mediante la siguiente

ecuacin:

3 Aind

m S

V E sen

X

=

(2.5)

Donde

ind = par inducido, Nm

= velocidad de giro, rad/s

2.2.6 Circuito equivalente del generador sincrnico

El voltaje generado internamente en la mquina EA, normalmente no es el mismo

voltaje que se obtiene en los terminales del generador. Los siguientes factores son los que

provocan la diferencia entre EA y V:

1-Reaccin de armadura

2-La inductancia propia de los devanados de la armadura

3-La resistencia de los devanados de armadura

4-El efecto de los polos salientes

A partir de estos factores se obtendr el circuito equivalente del generador

sincrnico. Es muy importante aclarar que el efecto de los polos salientes no se tomar en

cuenta, es decir, se asumir que la mquina es de polos lisos. Con esta suposicin se


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11

obtendr un modelo que no es exacto, pero los errores son relativamente pequeos, adems

se simplificar el anlisis.

El efecto de la reaccin de armadura se puede explicar de la siguiente manera: el

voltaje EA que se induce en el estator provoca una corriente de armadura, I A, cuando se

conecta carga en los terminales de salida. Esta corriente induce un campo magntico en el

estator que distorsiona el campo magntico original del rotor, originando un cambio en el

voltaje de fase.

Ahora, si se modela la reaccin de armadura mediante una reactancia Xra, la

reactancia correspondiente a la inductancia propia del estator por XA y la resistencia

elctrica de los devanados de armadura por RA, entonces la diferencia entre EA y V se

representa por la ecuacin:

A RA A A A A AV E jX I jX I R I = (2.6)

Por lo general se combina la reactancia de reaccin de armadura y la

autoinductancia en una sola reactancia XS, llamada reactancia sincrnica:

S RA AX X X= + (2.7)

La expresin para V, ser entonces:

S A A AV E jX I R I =

(2.8)

Esta ecuacin se puede reducir an ms:


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12

A S AV E Z I = (2.9)

Donde ZS = la impedancia sincrnica (RA + jXS)

Por ltimo, el modelo del generador sincrnico se muestra en la fig 2.1

Figura 2.1 Modelo del Generador Sincrnico

Vf= fuente de CC que alimenta el devanado de campo

IF = corriente de campo

RF = resistencia del devanado de campo

LF = Inductancia del devanado de campo


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EA = tensin generada por cada fase

XS = reactancia sincrnica

RA= resistencia de armadura

IA = corriente de armadura

V = voltaje de fase

2.2.7 Medicin de los parmetros del Circuito Equivalente del Generador SincrnicoPara modelar el generador sincrnico es necesario determinar tres magnitudes: la

relacin entre la corriente de campo y el voltaje generado, la reactancia sincrnica y la

resistencia de armadura.

El mtodo que se utiliza es el siguiente, primero se construye la caracterstica de

magnetizacin (de vaco) del generador. Con esta curva es posible determinar el voltaje

generado EA para cualquier corriente de excitacin. La fig 2.2 muestra una caracterstica de

vaco tpica.


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14

Figura 2.2 Curva de Circuito Abierto tpica

Al principio esta curva es casi lineal, pero a medida que aumenta la corriente de

excitacin, llegar a un punto de saturacin. La condicin de saturacin se presenta cuando

se ha saturado el hierro, y por lo tanto su reluctancia ha aumentado grandemente.

La parte lineal de la curva de magnetizacin se llama lnea de entrehierro.

El segundo paso consiste en construir la caracterstica de cortocircuito. Con esta

curva se puede obtener el valor de la corriente de armadura para una corriente de campo

determinada.

En la fig. 2.3 se presenta una curva de cortocircuito tpica.


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15

Figura 2.3 Curva de Cortocircuito tpica

En la fig 2.4 se muestra el circuito equivalente del generador durante la prueba de

cortocircuito

Figura 2.4 Circuito equivalente del generador en la Prueba de Cortocircuito

De este circuito se obtiene que la magnitud de IA est dada por:

( )2 2A

A

A S

EI

R X=

+(2.10)

Lo que significa que la impedancia interna de la mquina (ZS) es:


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16

( )2 2S A SA

EZ R X

I= + =

(2.11)

Por lo tanto, si EA e IA son conocidos, puede calcularse la reactancia sincrnica del

generador a partir de la ecuacin:

( )2 2S S AX Z R= (2.12)

El mtodo para obtener la reactancia sincrnica se puede resumir en los siguientes pasos:

1- obtener EA a partir de la curva de magnetizacin para una determinada corriente de

excitacin.

2- Determinar, para esa misma corriente de excitacin, y a partir de la caracterstica de

cortocircuito la corriente de armadura correspondiente.

3- Calcular la reactancia sincrnica utilizando la ecuacin 2.12

Este mtodo es para mquinas de polos lisos, sin embargo, es una buena

aproximacin para el clculo de la reactancia sincrnica de mquinas de polos salientes.

Es importante saber que este mtodo es bastante aceptable slo para la parte recta de

la curva de magnetizacin. En el punto de saturacin el valor de EA calculado por medio de

la curva de vaco para cierta corriente de campo, no es igual al valor de EA que generara la

misma corriente de campo en condiciones de cortocircuito.


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CAPTULO 3: Descripcin de PruebasLos programas de prueba estndar se dividen en tres partes: las pruebas de rutina,

pruebas de tipo y pruebas especiales. El programa de pruebas de rutina se hace para cada

mquina. La prueba de tipo es realizado, adems de las pruebas de rutina normalmente a

una de las mquinas de una serie de mquinas similares o por una peticin del cliente. Las

pruebas especiales son necesarias si la mquina funcionar en condiciones especiales, por

ejemplo aplicaciones marinas. El programa de pruebas especiales es especificado por el

cliente.

3.1 Descripcin de pruebas de rutina para mquinas sincrnicas AMG y

AMZ

3.1.1 Inspeccin visual

Antes de cualquier prueba a realizar a la mquina, se verifican los siguientes puntos:

- Nmero de serie correcto de la mquina se encuentra localizado en el marco (se

refiere a mquinas completamente ensamblado)

- Ventiladores y sopladores con sus escudos, otros escudos y otras cubiertas,

cajas de conexin y auxiliares estn correctamente ensamblados

- Extensiones de eje y las ranuras no estn daados

- Cojinetes estn llenos de grasa de la calidad correcta

- La brushgear de una mquina provista de anillos est en buenas condiciones

- Cepillo de puesta a tierra eventual est en buenas condiciones

- Juntas de tuberas de refrigeracin de agua y tuberas de aceite lubricante estn


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impecables

- Tipo y modelo del regulador de tensin (por AMG) estn de acuerdo con las

instrucciones de fabricacin y la orden

3.1.2 Medicin del entrehierro y comprobacin del espaciamiento de los cojinetes

Los entrehierros de la mquina principal y la excitacin se miden utilizando una

jaula de espesores, cuando la mquina est ensamblada. El entrehierro de la mquina

principal se mide desde 4 puntos diferentes y de ambos extremos del estator usando el

mismo polo del rotor mismo en cada medicin. El polo del rotor utilizado en la medicin

del entrehierro es marcado. Todos los valores medidos se registran en el documento final de

montaje, la cantidad mnima y mxima de valores registrados se transfieren al informe de la

prueba final.

De la misma manera la holgura de los cojinetes se mide y registran.

3.1.2 Medida de la resistencia de aislamiento

El propsito de la medicin de la resistencia de aislamiento es para comprobar el

estado de los aislamientos de las bobinas, terminales, brusher y otras partes conductoras

contra el marco de la mquina. Aislamientos defectuosos y hmedos muestran un bajo

valor de resistencia de aislamiento. La resistencia de aislamiento se mide antes de que

cualquier cable est conectado a la mquina. Cuando todas las pruebas se han realizado, las

resistencias de aislamiento se medirn de nuevo para controlar la condicin final.


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Las resistencias de aislamiento de las bobinas se miden utilizando un probador

Megger o instrumento similar. La prueba de tensin es de 1000 VCC, si no se especifica lo

contrario (de acuerdo con la mayora de las sociedades de clasificacin la tensin de prueba

para los devanados del estator de las mquinas tienen una tensin nominal del estator de

7200 V o ms es de 5000 VCC). La conexin de prueba para un devanado trifsico se

muestra en la fig. 3.1. La prctica normal es medir todas las fases en conjunto, porque en

cualquier caso, el Megger mostrar el valor de aislamiento de menor resistencia.

Figura 3.1 Medicin de la resistencia de aislamiento del bobinado del estator de una

mquina sincrnica

En caso de una mquina sin escobillas, los aislamientos del devanado del rotor de la

mquina principal y el devanado del rotor de la excitacin se prueban en conjunto. Los

diodos y tiristores del puente rectificador de diodos se ponen en cortocircuito durante la

prueba. Eventuales anillos y brushgear se ponen a prueba junto con el devanado del rotor.

Durante las pruebas, el marco de la mquina y los devanados que no estn a prueba

se ponen a tierra para evitar voltajes inducidos. Despus de la prueba, los devanados que se


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probaron se conectan a tierra para eliminar las cargas elctricas. Las lecturas de las

resistencias de aislamiento se toman despus de un minuto de aplicado el voltaje.

La resistencia de aislamiento de los calentadores es posible medirlos a 500 Vcc. Los

detectores de temperatura son probados a 500 Vcc. Los aislamientos de rodamiento se

ponen a prueba a 100 Vcc.

3.1.3 Medicin de la resistencia de los devanados / IEC 60034-4

Las resistencias de los devanados se miden para averiguar:

- Conexiones defectuosas y dimensiones incorrecta del conductor

- Eventuales asimetras de los devanados

- Un valor exacto de la resistencia del devanado a temperatura ambiente y la

temperatura correspondiente del devanado para la prueba de calor (vase los

ensayos de tipo MDD 8006328)

Las resistencias de los bobinados se miden mediante un micro-hmetro o el uso de

dos medidores digitales y una fuente de corriente constante, ver fig. 3.2. Toda corriente de

la fuente constante de corriente, debe fluir a travs de las bobinas a realizar la prueba.

Eventuales circuitos en paralelo se debe desconectar antes de las mediciones. La

temperatura de las bobinas del estator se mide siempre.


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21

Figura 3.2 Medida de resistencia de los devanados

Las resistencias de los bobinados del estator se miden antes de conectar cualquier

fuente u otros cables. Las lecturas de resistencia (o lecturas de voltaje y de corriente) se

toman tan pronto se obtienen valores estables. Al mismo tiempo, la temperatura del

devanado se mide utilizando los detectores de temperatura (Pt-100) incrustado en el

bobinado.

Si la mquina a prueba se ha llevado desde un lugar ms fro o ms clido, la

temperatura del devanado no puede ser medido utilizando detectores incrustados o un

termmetro de superficie, la mquina debe permanecer en el banco de pruebas durante la

noche. Despus de ello, la temperatura de la carcasa de la mquina se toma como la

temperatura del devanado.


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La resistencia del devanado del rotor de una mquina con excitacin de anillo

rozante se mide entre los anillos. La corriente puede ser suministrado a travs de as

escobillas, pero el voltaje siempre se mide entre los anillos.

En caso de una mquina sin escobillas, la resistencia del devanado del rotor se mide

entre las conexiones finales. Desconectar el puente de diodos no es necesario debido a que

la tensin es baja.

Los valores medidos de la resistencia del devanado se calculan a la temperatura

estndar de 20 C en acuerdo con la ecuacin (X).

,20 ,

235 20

235 measmeas meas t measR R

t

+=

+ (3.1)

3.1.4 Verificacin de los detectores de temperatura y resistencias de calefaccin

Los detectores de temperatura son elementos de la resistencia lineal (Pt-100) o

termistores. Ambos son verificados por medicin de los valores de resistencia. Las

mediciones se realizan con un bajo voltaje (menos de 2,5 V) por un instrumento digital. La

resistencia medida y los valores de temperatura son registrados con las marcas en

terminales correspondientes.

Las resistencias de los calentadores de espacio son medidas y comparadas con los valores

calculados mediante la ecuacin (3.2).

2heat

heat

heat

UR

P=

(3.2)


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3.1.5 Secuencia de fases y sentido de rotacin / IEC 60034-8

El sentido de giro y las marcas correspondientes en terminales se comprueban sin

carga durante la marcha de prueba axial, o sin carga. En cualquier caso, la direccin de

rotacin tiene que ser revisado antes de la prueba final de calor, porque el ventilador,

posiblemente montado en el eje de la mquina, a menudo gira en una sola direccin. El

sistema de enfriamiento de la mquina se ve perjudicado si la mquina gira en sentido

inverso.

La mquina a probar se inicia con la ayuda de un motor CC. La corriente de

excitacin se incrementa hasta que la tensin en bornes es lo suficientemente alta para que

la secuencia de fases se puede observar mediante un instrumento especial (RST meter). La

secuencia de fases tambin se puede comprobar mediante el trazado de los voltajes del

estator al mismo grfico y determinando la secuencia de fases de eso. Al mismo tiempo, el

sentido de giro es revisado en la unidad final de la mquina sncrona.

3.1.6 Desplazamiento axial sin bloqueo de cojinetes

Durante el montaje de las mquinas sincrnicas montados sobre cojinetes de manga,

el rotor se coloca primero simtricamente en relacin con el estator en direccin axial.

Cuando la mquina est en marcha, las fuerzas magnticas entre estator y el rotor, as como

la fuerza mecnica causada por el ventilador posible montado en el eje puede cambiar la

posicin del rotor. Teniendo en cuenta los cojinetes de la mquina el rotor es capaz de


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moverse, pero puede resultar en un mal funcionamiento de los rodamientos, del

acoplamiento del eje del manejo de la mquina.

Para ajustar el juego axial del rotor, un indicador de cuadrante est montado para

medir la posicin del rotor en relacin con el estator inmediatamente despus del montaje.

La lectura del indicador se registra. Luego la mquina se opera sin carga con velocidad

nominal y tensin nominal. Las lecturas del indicador se registran de nuevo. La diferencia

de las dos lecturas es la correccin que debe hacerse. Despus, el estator de la carcasa del

cojinete (pedestales) ser trasladado a conseguir la igualdad de distancias axiales en ambos

lados de los rodamientos (o autorizaciones se indica en los dibujos).

3.1.7 Prueba de cojinete/soporte (correr primero)

La prueba de cojinete/soporte se realiza en todas las mquinas. La mquina sncrona

est impulsada por un motor CC a velocidad nominal.

Durante la prueba de rodamiento, el asiento correcto y el funcionamiento de los

rodamientos son controlados. Posibles derrames de aceite se observan y se sellan. La

temperatura se siente con la mano. El ruido y las vibraciones se toman en consideracin.

La duracin de la prueba de es cinco a diez minutos o ms si se considera necesario.

3.1.8 Mediciones de la vibracin / IEC 60034-14

Las vibraciones se derivan de diversas razones, tales como:

- Desequilibrio del rotor, que pueden ser de origen esttica o dinmica

- Arrastre magntico desigual entre el estator y el rotor, que puede ser causada


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por ejemplo por un entrehierro asimtrico

- Devanados asimtricos, defectuoso o daados

Las vibraciones del rotor se transferirn sobre el eje a los soportes que lleven o

pedestales que sostienen. Grandes fuerzas de vibracin y las estructuras de soporte elstico

producirn grandes amplitudes. Las caractersticas de la vibracin medidas en la superficie

de la caja del cojinete dar una indicacin sobre las fuerzas que se trate y sobre el grado de

severidad de la fatiga. Basado en las experiencias sobre los diferentes tipos de mquinas,

los lmites de vibracin se dan en las publicaciones pertinentes.

La medicin de las vibraciones se realiza en todas las mquinas. Las mediciones de

las vibraciones son medidas cuando la mquina sincrnica se encuentra manejada por el

motor CC a velocidad y voltaje nominal y sin carga. Las vibraciones se miden en los

soportes o pedestales en direccin horizontal, vertical y axial.

3.1.9 Puntos en vaco / IEC 60034-4El propsito del punto de medicin sin carga es:

- Verificar el correcto funcionamiento de la mquina cuando no se carga

- Medir la cantidad de electricidad y otras cantidades asociados con la operacin

sin carga

La mquina sncronica a probar es conducido por un motor CC, que es capaz de

funcionar a la velocidad nominal, vase la fig 3.3. La excitacin necesaria para producir

tensin nominal del estator se suministra desde una fuente independiente. El regulador de

voltaje del generador sncrono est desconectado.


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Figura. 3.3 Medicin de circuito para el vaco / corto circuito de medicin de punto de

una mquina sncrona

Despus de la puesta en marcha, la mquina a probar debe operar unos cinco

minutos a la velocidad nominal y tensin en bornes nominal.

El ruido, las vibraciones y las temperaturas se observan. Cuando la operacin se

haya restablecido, las siguientes cantidades se miden:

- Valor medio de las tensiones terminales lnea a lnea U1

- Cada tensin terminal lnea a lnea terminal Uuv, Uuw, Uvw

- Velocidad n

- Corriente de excitacin (Im) de la excitatriz sin escobillas

- Para las mquinas con excitacin de anillo rozante, corriente rotor Ir

- Temperatura del bobinado del estator (utilizando el incorporado Pt-100 detector

de temperatura).


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27

3.1.10 Punto de cortocircuito/ IEC 60034-4

El propsito de la prueba de cortocircuito es medir la corriente excitacin

correspondiente con la corriente nominal del estator, cuando las terminales estn en

cortocircuito en el circuito de prueba.

La mquina sincrnica a probar es conducida por el mismo motor CC, que se utiliza

para la prueba en vaco, ver fig 3.3. La excitacin se extrae de una fuente independiente

CC.

El regulador de voltaje del generador sincrnico se desconecta.

Cuando la mquina sincrnica est funcionando a velocidad nominal, la excitacin

est encendida y la corriente se aument lentamente hasta que la corriente del estator se

iguale a la corriente nominal. Las corrientes de fase se comparan para comprobar la

simetra. Las siguientes cantidades se miden:

- Valor medio de las corrientes de fase I1

- Cada corriente de fase Iu, Iv, Iw

- Velocidad n

- Corriente de excitacin Im de la excitatriz sin escobillas

- Para las mquinas con excitacin de anillo rozante, corriente rotor I r

- Temperatura del bobinado del estator (utilizando el detector Pt-100 detemperatura)


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3.1.11 Pruebas de reguladores de voltaje instalados en generadores sncronos (AMG)

Los ensayos de reguladores de voltaje incluyen los siguientes puntos:

- El cableado del regulador de tensin y dispositivos auxiliares, como

transformadores de corriente, transformadores de potencia, circuito interruptor,

resistencias y rels de derivacin es inspeccionado

- La configuracin bsica para el regulador automtico de voltaje (AVR) son

hechos a medida:

- Voltaje sin carga del generador se establece en el valor nominal

- Amplificacin y las caractersticas dinmicas se ajustan para obtener un

funcionamiento estable

- La gama de reactivo kVA (cada de voltaje) se establece en el valor correcto

- El lmite de frecuencias que se establece en el valor correcto

- Limitadores de excitacin se establecen en los valores propios

- Se mide el ancho de pulso de tensin de excitacin

- El limitador de corriente de excitacin (ECL) se establece en el valor correcto,

si est equipado

- La corriente de cortocircuito sostenido se prueba

- La tensin de remanencia se mide

3.1.12 Prueba de excitacin de cubculo de motores sncrono (AMZ)

Los ensayos de excitacin cubculo incluye los siguientes puntos:

- Inspeccin visual


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29

- Ajuste del regulador de acuerdo con las especificaciones

- Ajuste y prueba de funcionamiento de detectores de velocidad y rels

- Ajuste de los rels de control de acuerdo a las instrucciones del departamento

de ingeniera

- Ajuste y pruebas de funcionamiento de los rels de tiempo

- Control de medicin

- Prueba de excitacin a partir de cubculo

- Pruebas de control del factor de potencia- Pruebas de funcionamiento

3.1.13 Prueba de exceso de velocidad / IEC 60034-1

Todos los generadores sincrnicos (y tambin algunos motores) estn sujetos a la

prueba de sobrevelocidad, porque en operaciones temporales pueden llegar a velocidades

ms altas que la nominal. La mquina sincrnica es conducida por un motor de CC, con

terminales circuito abierto y sin excitacin. La velocidad se incrementa 1,2 veces la

velocidad nominal durante 2 minutos, si no se acuerde otra cosa.

3.1.14 Prueba de alto voltaje (ensayos dielctricos) / IEC 60034-1

Las pruebas de alto voltaje se realizan para detectar posibles puntos dbiles en los

aislamientos de la mquina. Una tensin de prueba a una frecuencia de lnea (50 Hz) se

aplica. En algunos casos se utiliza voltaje de CC, entonces la tensin de prueba es de 1,7

veces la tensin CA. La duracin de la prueba de alta tensin es de un minuto, si no se


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acuerde otra cosa. El prueba de voltaje que se aplican, son al menos tan altas como las

indicadas en la norma, para los valores exactos de ensayos, vase el programa de pruebas.

El circuito de prueba de alto voltaje se muestra en la fig. 3.4.

Figura. 3.4 Prueba de alta tensin para devanado del estator

Las bobinas de la mquina y los circuitos son probados uno a la vez. Cuando los

devanados de fase del estator son fcilmente desconectados entre s, se les prueba uno por

uno. Los devanados de fase que no est siendo examinado son aterrizados. Si no es posible

desconectar el punto neutro para la prueba, la prueba de alta tensin se realiza para todo el

estator del sistema a la vez.

Medidas preliminares que deben realizarse antes de la prueba:

-Detectores de temperatura en los devanados estn en cortocircuito y puestos a

tierra

- El eje de la mquina est conectada a tierra para la prueba de los bobinados del

rotor


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- Los diodos y tiristores del puente rectificador est en cortocircuito con un cable

de cobre desnudo y puesto a tierra

- La prueba de alta tensin se inicia aplicando menos de la mitad de la tensin

plena de la prueba

- La tensin de prueba se incrementa paulatinamente a la totalidad del valor en

un tiempo no inferior a 10 segundos

- La tensin de prueba completo se mantiene durante un minuto

- La tensin de prueba se redujo a cero sin problemas antes de apagar- Eventuales cargas elctricas en los devanados restantes a la prueba son

neutralizados por corto tiempo aterrizndolos

3.1.15 Medicin de resistencia de aislamiento

Cuando todas las pruebas se han realizado, las resistencias de aislamiento se miden

de nuevo para el control de la condicin final. Para ms detalles, vase el apartado 3.3.3

Medida de la resistencia de aislamiento.

3.1.16 Referencias normativas

A menos que se especifique lo contrario todas las pruebas se realizan segn la

norma IEC 60034.


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3.2 Descripcin de pruebas de tipo para mquinas sincrnicas AMG y

AMZ

Estas son las pruebas que se realizan en adicin a las pruebas de rutina.

3.2.1 Prueba de factor de potencia cero/ IEC 60034-2

La corriente de excitacin de una mquina sincrnica a la carga nominal y la tensin

en los terminales puede ser directamente medibles slo cuando estas condiciones de carga

puede hacerse realidad. Cuando la carga es posible solo con la corriente reactiva, o cuando

se ejecuta el calor se realizan sin carga y en cortocircuito, el valor nominal de la corriente

de excitacin se deriva de la prueba de factor de potencia cero (determinado de la

reactancia Potier), y de la no-carga y cortocircuito caractersticas.

La prueba de factor de potencia cero se realiza cuando la mquina est operando

como motor con sobreexcitacin, sin carga y a la tensin nominal. Los voltio-amperios

reactivos deben ser suministrados a una carga reactiva apropiada (una mquina sncrona

auxiliar), o a la lnea de tres fases. El circuito de prueba se muestra en la fig. 3.5.


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Figura. 3.5 Circuito de medicin para la prueba de factor de potencia cero

La mquina sncrona a probar se inicia con la ayuda del Motor de CC. La tensin en

terminales se aumenta hasta el valor nominal y la mquina se sincroniza con la mquina

auxiliar (carga reactiva), o a la lnea. El motor CC de suministro se desconecta. La mquina

a la cual se esta sometiendo a prueba est funcionando como motor sin carga. Las prdidas

estn cubiertas por la mquina auxiliar o desde la lnea de tres fases.

La corriente de excitacin se incrementa hasta que la corriente del estator iguale a la

corriente nominal. El lmite de la corriente de excitacin es de 1,5 veces el valor nominal.

Para mantener la tensin en terminales a su valor nominal, la corriente de excitacin

de la maquina auxiliar se reduce en proporcin.

Los parmetros a medir son los siguientes:

- Valor medio de tensiones en los terminales de lnea a lnea U

- Valor medio de las corrientes de fase I

- Potencia real P


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- Velocidad n

- Corriente de rotor (Ir) y voltaje (Ur)

- Corriente de excitacin (Im) y tensin (Um)

- Temperaturas correspondientes

La prueba de factor de potencia cero se utiliza para la determinacin de la corriente

de excitacin (corriente del rotor) a carga nominal, con fundamento en los diagrama ASA y

de conformidad con la norma IEC 60034-2. De la misma manera, los valores de corriente

de excitacin se calculan en otras condiciones de carga. Los valores de la corriente de

excitacin se utilizan para clculos de prdida.

3.2.2 Prueba de incremento de temperatura (Prueba de elevacin de la temperatura)

/ IEC 60034-1, IEEE 115

3.2.2.1 General

El propsito de la prueba de calor es para medir el aumento de temperatura de las

bobinas, rodamientos (cojinetes) y otros partes importantes de la mquina con carga

conectada. Las condiciones de operacin corresponden cuando se encuentra con carga

nominal, tensin en terminales a voltaje nominal y otros parmetros. La prueba de

elevacin de temperatura se realiza por mtodos indirectos. Las condiciones de ensayo

como voltaje terminal, corriente terminal y velocidad deben permanecer estables durante la

prueba.

Para la ejecucin de prueba de calor, varios termopares podra ser colocado en los

puntos crticos en la mquina como se determina en la prueba, y conectado a un registrador

grfico o un grabador de exploracin. Los detectores de temperatura esencial en los


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35

bobinados, rodamientos, sistema de enfriamiento y otros lugares de la mquina estn

conectados a la misma grabadora.

En el caso de las mquinas de anillos, el brushgear es inspeccionado y los brush

pressure son controlados.

Se comprueba que todas las cubiertas estn en su lugar y las puertas de

mantenimiento estn cerradas. Las corrientes de aire deben de prevenirse. Los filtros de aire

deben ser colocados en su sitio.

El flujo de agua del radiador de la mquina se comprueba, as como la direccin del

flujo de agua.

En el caso de mquinas equipadas con cojinetes y circulacin de aceite lubricante, el

flujo del aceite lubricante es controlado.

3.2.2.2 Mtodos de pruebaPrimer mtodo. La prueba de calor se realiza dejando que la mquina sncrona

funcionando como un motor con sobreexcitacin, a corriente nominal y frecuencia nominal.

La corriente de carga se compone principalmente de reactivo.

Esta prueba con la sobreexcitacin y un factor de potencia cero, la corriente nominal

producir un aumento de la temperatura del devanado del estator, que es aprobada para el

valor correcto, de acuerdo con las normas de ensayo. El circuito de prueba se muestra en la

fig. 3.6. El motor CC se desconecta de la fuente de alimentacin y es utilizado solamente

para frenar.


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Figura. 3.6 Circuito de prueba para prueba de calor con sobreexcitacin

Debido a la sobreexcitacin, la tensin en terminales de la mquina tiene que

disminuirse con respecto al valor nominal, para retener las condiciones magnticas

apropiadas (estator y rotor a corriente nominal). El voltaje es de aproximadamente 0,8 a 0,9

veces la tensin nominal o incluso menos cuando se prueban los motores.

El segundo mtodo para realizar la prueba de calor es de realizar distintas pruebas

de aumento de temperatura en corto circuito, sin carga (y sin excitacin), vase la IEEE

115. Los resultados se combinan para producir aumento de la temperatura en condiciones

nominales.

La prueba se realizara en las siguientes condiciones:

- En cortocircuito a la corriente nominal del estator

- Sin carga a la tensin nominal

- Sin excitacin (terminales abiertos)


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El aumento de temperatura del bobinado del estator, con la carga nominal, se

calcula como la suma de los aumentos de la temperatura en cortocircuito y el aumento de la

temperatura sin carga restando el aumento de la temperatura de la prueba sin excitacin. El

aumento de la temperatura del bobinado de rotor suele calcularse sobre la base de la prueba

de aumento de temperatura en cortocircuito.

El tercer mtodo para la prueba de calor es la prueba back-to-back. Dos mquinas

similares son necesarias. Los ejes de las mquinas se acoplan entre s y, adems, los

terminales del estator estn conectadas a barras comunes. Uno de las mquinas funcionar

como un generador, el otro como un motor. Las prdidas estn cubiertas por la energa

mecnica suplida por una mquina CC acoplada al eje comn, o por la energa elctrica

absorbida de la lnea de suministro.

A menudo, la mquina CC se coloca entre las mquinas a ensayar, ver fig. 3.7.


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38

Figura. 3.7 Circuito de prueba back to back

Los terminales del estator estn conectados a las barras comunes respecto a los

instrumentos de medicin adecuados, y un interruptor automtico. La secuencia de fases de

las mquinas deben ser idnticas, en relacin con el sentido de giro.

Un acoplamiento ajustable especial se monta en la lnea de eje, entre las mquinas

sncronas. El ngulo entre los rotores es ajustado para corresponder a la carga que deben

aplicarse en las mquinas. Una configuracin preliminar de ngulo que se utilizar es de 30

a 50 grados elctricos. Al comienzo de la prueba de calor, el ajuste final se hace para

obtener la transferencia de potencia correcta.


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La potencia necesaria para cubrir las prdidas se suministra con el motor CC, o se

extrae de una de las tres fases de la fuente.

Una de las mquinas es la mquina a probar. La otra mquina trabaja como carga

del dispositivo. El motor tiene que girar antes de que lo haga el generador.

3.2.2.3 Prueba del circuito

El circuito de prueba general se muestra en la fig. 3.8.

Figura. 3.8 Circuito de prueba de funcionamiento de calor

Los instrumentos de medicin utilizados en el circuito de prueba son los siguientes:

- Instrumentos de medicin de tensin, corriente y potencia en CA. Dos

vatmetros para mediciones en las tres fases en el lado del estator.

- Instrumentos para la medicin de corriente y voltaje del rotor.

- Instrumentos para la medicin de corriente y tensin de la excitacin y la

tensin de la excitatriz

- Medidor rpm (tacmetro)


51/132

40

- Instrumentos para la medicin de corriente y tensin de armadura, as como la

corriente de excitacin del Motor de CC

- Multicanal registrador grfico de barrido o grabadora para mediciones de

temperatura

3.2.2.4 Procedimiento de ensayo

La frecuencia se mantiene constante durante la prueba. La tensin terminal y (o) la

corriente de carga se conservan en los valores indicados. Las cantidades que figuran a

continuacin se registran a intervalos de media hora.

- Media de las corrientes de fase I (no en la prueba sin carga)

- Valor medio de tensiones en los terminales de lnea a lnea U (no en el corto

circuito de prueba)

- Potencia real de P (con sobreexcitacin)

- Los valores de excitacin

La prueba de calor se contina hasta que las temperaturas no suban ms de 2 K ( C)

por hora, como se ha sealado desde el trazador de curvas por el registrador de la

temperatura. Cuando se considera til, la duracin de la prueba de calor puede ser acortada

mediante la reduccin del sistema de refrigeracin o el flujo de agua, o bien aumentando la

corriente de carga en una proporcin razonable.

Cuando las temperaturas se han estabilizado como se ha dicho, la mquina bajo

prueba se desconecta y se detiene.


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Eventuales sopladores externos se detienen para prevenir la circulacin del aire. En

caso de una mquina de refrigeracin por agua, la vlvula de agua est cerrada. Las bobinas

que se probarn sern conectadas a tierra por un momento para eliminar las cargas

elctricas.

Las resistencias de las bobinas se miden en intervalos cortos durante unos minutos.

Los valores de resistencia se representan grficamente en funcin del tiempo transcurrido.

La resistencia del devanado del estator Ruv se mide a intervalos apropiados. En la

mayora de los casos el intervalo es de 10 segundos. La primera lectura se toma

aproximadamente 1 minuto despus de que la mquina se ha detenido. Demasiado corto

tiempo de estabilizacin rendimiento de las lecturas demasiado alto.

Despus de 3 a 5 minutos, cuando las temperaturas comienzan a notarse,

resistencias de los bobinados y Ruw Rvw se miden y se compara con la curva de

enfriamiento del refrigerante Ruv para comprobar que las temperaturas se encuentran en el

mismo nivel en los tres devanados.

3.2.2.5 Medicin de los resultados

La resistencia del devanado al apagar el equipo de la mquina es tomada de acuerdo

con la tabla de abajo.

Potencia de salida Tiempo transcurrido desde el apagado50 a 200 kVA 90 segundosms de 200 hasta 5000 kVA 120 segundosms de 5000 kVA bajo previo acuerdo


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42

El aumento de la temperatura promedio de una bobina de cobre se calcula de acuerdo con la

ecuacin (3.3).

( )2 1 11

1 235 aR

t t tR

= + + (3.3)

donde:

R2 = resistencia del devanado al apagar el equipo

R1 = resistencia del devanado correspondiente con la temperatura t1

t1 = temperatura del devanado en la prueba de resistencia al anterior ( C)

ta = temperatura media del medio refrigerante (temperatura del aire) al final de la

prueba de calor

235 = coeficiente de temperatura del cobre

3.2.3 Curva de vaco / IEC 60034-4

El propsito de la prueba de la curva sin carga es:

- Para medir la corriente de excitacin de la mquina en circuito abierto a

velocidad nominal y en la terminal de varias voltajes. Sobre la base de las

mediciones, la lnea del entrehierro se traza para la mquina

- Para medir las prdidas en vaco de la mquina (cuando se acuerde en uncontrato). Las prdidas se componen de las prdidas de hierro PFe, y la friccin y

las prdidas de ventilacin Pr


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43

El generador sncrono o motor a probar est directamente acoplado a un motor CC

calibrada. Las prdidas del motor CC puede calcularse con exactitud en el rango de

operacin en cuestin. Para los clculos de la prdida, la corriente de armadura y el voltaje

del motor CC, as como la corriente de excitacin se debe medir. El mismo manejo del

motor CC tambin debe utilizarse para la prueba de la curva de corto circuito y la prueba

del factor de potencia cero.

El regulador de tensin del generador se desconecta.

El circuito de prueba para el ensayo en vaco se muestra en la fig. 3.9. Slo los

transformadores de potencia se conectan a las terminales del estator. La corriente de

excitacin y la tensin son, en caso de una mquina sin escobillas, la medicin se realiza

sobre unos anillos rozantes, que se montan en el eje para las pruebas solamente. La

corriente de excitacin de la mquina sin escobillas se suministra de su propia excitacin.


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44

Figura. 3.9 Prueba del circuito para la medicin de la curva sin carga.

La corriente de excitacin de la excitatriz de una mquina sin escobillas es

suministrada por una fuente CC ajustable. Esto tambin afectar a la corriente de excitacinde una mquina de anillo rozantes.

Para la prueba de la curva sin carga, la mquina sncrona se ha iniciado y conducido

con la ayuda del motor CC. La corriente de excitacin del motor CC se mantiene a un valor

constante. La velocidad de sincronismo es mantenida por la tensin de la armadura a un

valor constante.

La excitacin de la mquina sncrona est encendido. La excitacin se incrementa

continuamente, hasta que la tensin en los terminales es elevado a 1,35 veces la tensin

nominal, si es posible. La corriente de excitacin de la maquina sincrnica no debe

aumentar ms de 1,5 veces el valor nominal.

Cuando se obtienen lecturas estables, las siguientes cantidades se registran en:


- Cada terminal de tensin lnea a lnea Uuv, Uuw, Uvw a una tensin nominal

- Velocidad n

- Corriente de excitacin (Im) de la excitatriz sin escobillas, ms corriente del

rotor (Ir) y la tensin Urcuando se midan las prdidas

- Para las mquinas con excitacin de anillo rozante, corriente rotor Ir(Urcuandose midan las prdidas)


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45

- Corriente de armadura Ia, voltaje Ua y corriente de excitacin Im1 del motor CC

(cuando se midan las prdidas)

La prueba se repetir al menos en 1.2, 1.0, 0.9, 0.7 y 0.4 veces la tensin nominal,

adems, con la corriente de excitacin en cero. La corriente de excitacin se debe disminuir

de forma continua. A tensin nominal los terminales, la temperatura del devanado del

estator se mide con la ayuda de los detectores de temperatura, para permitir el clculo de las

prdidas.

La curva de vaco se representa con base en los resultados de las pruebas, ver fig.

3.10. La remanencia magntica hace que la curva de interseccin del eje vertical pase un

poco por encima del punto cero de la tensin. Las normas de ensayo actual estado que la

curva de vaco debe comenzar en cero voltaje correspondiente con cero corriente de

excitacin. Por esa razn, la curva final sin carga es a menudo derivado de la medida por

moverlo hacia la derecha tanto como sea necesario.


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46

Figura. 3.10 Curva sin carga de una mquina sincrnica.

La tangente a la curva sin carga a cero de tensin es la lnea de entrehierro. La lnea

de entrehierro muestra las caractersticas de la mquina sin saturacin magntica. La

medida sin carga se desva de la lnea de entrehierro debido a la saturacin.

3.2.4 Curva de Cortocircuito / IEC 60034-4

El propsito de la prueba de la curva de corto circuito es:

- Para medir las caractersticas de la mquina sncrona en varios valores de

corriente de excitacin, con la terminales del estator en cortocircuito.

- Para controlar la simetra de los bobinados de fase del estator.

- Para medir las prdidas en el cobre PCu y las prdidas adicionales de carga PAdd

en el bobinado de estator (cuando se).


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El generador sncrono o motor a probar es acoplado directamente un motor CC

calibrado, que ha sido utilizado para pruebas sin carga.

El regulador de voltaje del generador se desconecta. Todos los protectores, las tapas

y las guas areas de la mquina sincronica para la prueba, debe estar en su lugar.

El circuito para la prueba de corto circuito se muestra en la fig. 3.11. Los terminales

del estator estn en cortocircuito sobre corriente transformadores y ampermetros. La

corriente de excitacin de una mquina sin escobillas se suple de su propia excitacin. El

corriente de excitacin y la tensin se miden con anillos rozantes especiales, que se montan

en el eje de las pruebas solamente.

Figura. 3.11 Prueba del circuito para la medicin de la curva de corto circuito.

La corriente de excitacin de la excitatriz de una mquina sin escobillas essuministrada por una fuente CC ajustable. Esta tambin afectar a la corriente de excitacin

de una mquina de anillo rozante.


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Para la prueba de la curva de corto circuito, la mquina sncrona se puso en marcha

y conducida con la ayuda del Motor de CC. La corriente de excitacin del motor CC se

mantiene constante. La velocidad sincronica se mantiene dejando la tensin de armadura a

un valor constante.

La corriente de excitacin de la mquina sncrona se encuentra encendida. La

corriente de excitacin se aumenta, hasta que la corriente de cortocircuito es elevado a 1,5

veces la corriente nominal del estator.

Cuando se obtienen lecturas estables, las siguientes cantidades se registran:

- Valor medio de las corrientes de fase I

- Cada corriente de fase Iu, Iv, Iw a la corriente nominal

- Velocidad n

- Corriente de excitacin Im de la excitatriz sin escobillas, ms corriente del rotor

Iry tensin Urcuando se miden las prdidas.

- Para las mquinas con excitacin de anillo rozante, corriente de rotor Ir (Ur

cuando se miden las prdidas)

- Corriente de armadura Ia, voltaje Ua y corriente de excitacin Im1 del motor CC

(cuando se miden las prdidas)

La prueba se repite en las corrientes de corto circuito de 1.1, 1.0, 0.75, 0.5 y 0.25

veces la corriente nominal, y, adems, a corriente de excitacin cero. La corriente de

excitacin se debe disminuir de forma continua. En la corriente nominal del estator, la


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temperatura de los bobinados del estator se mide con la ayuda de los detectores de

temperatura, para permitir el clculo de las prdidas.

La curva de corto circuito se traza para la mquina como se muestra en la fig. 3.12.

Debido a la saturacin baja, la curva es una lnea recta.

Figura. 3.12 Curva de cortocircuito de una mquina sincrnica

3.2.5 Prdidas y eficiencia / IEC 60034-2

La eficiencia de una mquina sncrona se calcula comnmente aplicando el mtodo

de prdida de segregacin. La mquina a probar es impulsado por un motor CC calibrado,

para determinar las prdidas sin carga y en corto circuito.

A partir de estas prdidas, las prdidas de la mquina sncrona en diferentes

condiciones de operacin pueden ser derivadas.


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50

La corriente de excitacin se determina con base en la prueba de factor de potencia cero, o

se toma desde los clculos del diseo.

La friccin y las prdidas de ventilacin se miden despus de la prueba de curva de

corto circuito a la velocidad nominal. La mquina sncronica se acciona por el motor CC,

con terminales abiertos y sin excitacin. Sobre la base de la tensin de inducido y la

corriente del motor CC, su potencia de salida mecnica se calcula. La salida es igual a la

friccin y las prdidas de ventilacin P de la mquina sncrona, dando en la ecuacin

2a Cua B add 0DC a a a a a a a 0DCP P P P P P U I I R 2 V I 0.005 U I P = = (3.4)

donde:

Pa = potencia de entrada de la mquina CC

PCua = prdidas en el cobre de la mquina CC

PB = prdidas cepillo de la mquina CC

Padd = prdidas de carga adicionales

P0DC = mide las prdidas sin carga de la curva de calibracin Motor de CC

Ua = Tensin de inducido del motor de CC

Ia = Corriente de armadura del motor de CC

Ra = Valor de la resistencia en fro del motor de CC


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Las prdidas en el ncleo se determinan sin carga, a la tensin nominal y la

velocidad nominal. En primer lugar la potencia mecnica de una mquina CC se calcula

segn la ecuacin (3)

2DC0 a0 a0 a0 a a0 a0 a0 0DCP U I I R 2 V I 0.005 U I P= (3.5)

donde:

Ua0 = tensin de inducido Motor de CC sin carga de la curva

Ia0 = corriente de armadura motor CC sin carga de la curva

Para una mquina sin escobilla, las prdidas en el ncleo PFe se calculan como (3.6)

FE DC0 m0 DC0 r0 r0 r0P P P P P U I 2 V I P = = (3.6)

donde

Pm0 = prdidas de excitacin sin carga

P = friccin y las prdidas de correccin vertical de la ecuacin (2)

Ur0 = voltaje medido rotor sin carga de la curva

Ir0 = medida de corriente del rotor sin carga de la curva

Para una mquina de deslizamiento de anillos, con la corriente de excitacin

suministrada por una fuente independiente, las prdidas en el ncleo son calculado en (3.7)

FE DC0P P P= (3.7)


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52

Prdidas de carga Pk se determinan con base en la prueba de la curva de corto

circuito. Al principio, la potencia mecnica de salida del motor de CC debe calcularse con

las corrientes de estator adecuadas (3.8)

2DCk ak AK ak a AK K ak 0DCP U I I R 2 V I 0.005 IA U P= (3.8)

donde

Uak= tensin de inducido del motor CC de la curva de cortocircuito

Iak= corriente de armadura del motor CC de la curva de cortocircuito

Las prdidas de carga para una mquina sin escobillas se calculan como se muestra

en la ecuacin (3.9)

k DCk MK DCk rK rk rK P P P P P I U 2 V I P = = (3.9)

donde

Pmk= prdidas de excitacin a cortocircuito

P = friccin y las prdidas de correccin vertical de la ecuacin (2)

Urk= voltaje medido del rotor de la curva de cortocircuito

Irk= corriente medida del rotor de la curva de cortocircuito

Para una mquina de anillo rozante, con la excitacin de corriente que obtiene de

una fuente distinta, la prdida de carga se calcula (3.10)


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53

k DCk P P P= (3.10)

Las prdidas de excitacin se calculan de las corrientes del rotor correspondiente

con las condiciones de carga requerida. Los valores de las corrientes del rotor se han

tomado de los clculos de diseo, o de los resultados de la prueba de factor de potencia cero

por medio del diagrama ASA. El coeficiente de correccin para las resistencias se calcula

primero como (3.11)

0

235

235ktk

t

=

+ (3.11)

siendo:

t0 = medida de la temperatura en fro de la resistencia

tk= clculo de la temperatura (clase B: 95 C y clase F o H: 115 C)

Las prdidas de excitacin de la mquina sin escobillas Pm se calculan de acuerdo a

la ecuacin (3.12)

2

2 22

3 22

3m rl r rl ml m rl P k I R V I k I R k m I R

m

= + + +

(3.12)Donde

Irl = calcula corriente del rotor para la carga de corriente correspondiente

Iml = excitacin calculada actual de la carga de corriente correspondiente

m = nmero de la fase del excitador (3 o 6)


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Rr= resistencia del rotor principal

Rm = resistencia del estator excitador

R2 = resistencia de la fase de excitacin del rotor

Para la mquina de anillo rozante, las prdidas de excitacin se determinan en

(3.13)

rl2 r rlP k I R 2 V I= + (3.13)

Las prdidas totales son entonces PH (3.14)

H Fe k mP P P P P= + + + + (3.14)

La eficiencia del generador se calcula como (3.15)

2

2 H

P

P P =

+

(3.15)donde

P2 = SN cos

SN = potencia aparente nominal

cos = factor de potencia

La eficiencia del motor es (14)

1

1

HP P

P

=

(3.16)donde


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P1 = es la potencia de entrada.

3.2.6 Momento de inercia / IEC 60034-2

El momento de inercia de una mquina sincrnica se mide para el estudio de

vibraciones de torsin y tensiones en el rotor, que es mecnicamente acoplado a la

conduccin o a la mquina de trabajo. Cuando es necesario, el almacenado de energa

constante se puede calcular. Esta cantidad se utiliza para la evaluacin de las oscilaciones y

la estabilidad de la mquina en situaciones de funcionamiento.

El momento de inercia se mide despus de la prueba en vaco o una prueba de

cortocircuito, cuando la mquina pueda fcilmente ser llevado con la ayuda del motor CC.

La mquina a probar funciona sin excitacin. La velocidad es medido por medio de un

generador de tacmetro.

La velocidad de la mquina se incrementa aproximadamente un 10% sobre la

velocidad sincrnica. El suministro del motor CC, as como su excitacin se desconectan.

Cuando la velocidad se reduce hasta un valor de 1,05 veces la velocidad de sincronismo, el

cronmetro se inicia. Cuando la velocidad se ha reducido a un valor de 0,95 veces de la

velocidad de sincronismo, el cronometro se detiene. El tiempo transcurrido se registra. Un

registrador grfico se puede utilizar en lugar del tacmetro y el cronmetro.

Para los clculos, el momento de inercia del motor CC y del acoplamiento del eje

debe ser conocido. La friccin y las prdidas de ventilacin de la mquina sncrona y del


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motor CC se han tomado de los datos medidos de ambas mquinas. Despus de restar los

momentos de inercia adicional, el clculo se realiza como muestra en la ecuacin (15).

50,9119 10meas aux aux aux

s

TJ J J J P J

d nn

dt t

= = =

(3.17)Donde:

Jaux= momento de inercia del motor CC y el acoplamiento del eje

T = par correspondiente con la friccin comn y expuesta al viento

P = potencia debido a la friccin comn y expuesta al viento, la prdida kW

ns = velocidad de sincronismo, rpm.

n = reduccin de la velocidad, rpm.

t = tiempo de retardo correspondiente, segundos

3.3 Descripcin de las pruebas especiales

3.3.1 Medicin del Nivel de ruido/ ISO 1680, ISO 3746

El propsito de la medicin de nivel de sonido es:

- Para determinar la presin de ruido global y nivel de potencia procedente de la

mquina

- Para investigar las bandas de octava contenida en el ruido

- Para determinar las principales orientaciones de la radiacin de ruido

La mquina sincrnica es conducido sin carga con tensin nominal y velocidad

nominal con la ayuda de un motor CC.


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Varias muestras se miden alrededor de la mquina. El nmero de puntos de

medicin depende del tamao de la mquina. Cuando todos los puntos necesarios se miden,

la mquina se detiene y el ruido de fondo

se mide. De las mediciones con ponderacin de presin sonora y niveles de potencia se

calculan.

3.3.2 Prueba sbita de corto circuito / IEC 60034-4, IEEE 115

El objetivo de esta prueba sbita de corto circuito es:

- Para asegurarse de que la construccin mecnica de la mquina es lo

suficientemente fuerte como para soportar tensiones, que son causados por

cortocircuitos y de otras perturbaciones eventuales

- Para saber la informacin bsica sobre las caractersticas de la mquina

sncrona durante condiciones transitorios (reactancias Xd, Xd, Xd y constantes

de tiempo Td, Td)

El circuito de prueba se muestra en la figura 3.13. Los terminales del estator de la

mquina sncronica se conectan a la del interruptor de cortocircuito. Las resistencias de

derivacin para ser medidas estn conectadas al otro lado del interruptor. El otro extremos

de las resistencias estn conectadas entre s y conectados a tierra.


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58

Figura.3.13 Prueba del circuito para la prueba sbita de cortocircuito

La prueba sbita de cortocircuito por lo general se realiza a una tensin terminal

cercana a la mitad de la tensin nominal. Los resultados de las pruebas se refieran a una

mquina no saturado. Antes de la prueba, las siguientes cantidades se miden:


- Velocidad n

La mquina a probar es conducida por un motor CC a la velocidad nominal. La

memoria del registrador se inicia y el interruptor de cortocircuito se cierra. Las tres

corrientes de cortocircuito se miden. Las reactancias y constantes de tiempo de la mquina

sncrona se calculan de acuerdo con la norma IEC 60034-

procedimientos y pruebas para generadores sincrónicos.pdf

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