Lab. N° 8 Motor sincrono trifasico

LABORATORIO – MAQUINAS ELÉCTRICAS II

TECSUP - TRUJILLO 2017

LABORATORIO N° 8 MOTOR SÍNCRONO TRIFÁSICO”

“

Integrantes: Juárez Juárez Adrián Mendoza Carrero Nelki Menor Altamirano Einer López Flores Edgar Juárez Seminario José Santos

Profesor: Juan Vital Jáuregui

Carrera: Tecnología Mecánica Eléctrica

Ciclo: V

Fecha de realización: 18/07/2017 Fecha de presentación: 18/07/2017

2017 - I



INTRODUCCIÓN Las características más interesantes del motor sincrónico trifásico son su capacidad para funcionar a la misma velocidad que el campo magnético giratorio, operar con el factor de potencia unitario y suministrar potencia reactiva a una fuente CA.



MOTOR SÍNCRONO TRIFÁSICO 1. OBJETIVOS Lograr que el alumno sea capaz de demostrar cómo hacer arrancar un motor sincrónico y explicar las características principales del mismo. Analizar y evaluar principio de funcionamiento del motor síncrono.

2. MARCO TEÓRICO Los motores síncronos trifásicos son máquinas síncronas que se utilizan para convertir potencia eléctrica en potencia mecánica de rotación. La característica principal de este tipo de motores es que trabajan a velocidad constante que depende solo de la frecuencia de la red y de otros aspectos constructivos de la máquina. A diferencia de los motores asincrónicos, la puesta en marcha requiere de maniobras especiales a no ser que se cuente con un sistema automático de arranque. Otra particularidad del motor síncrono es que al operar de forma sobreexcitado consume potencia reactiva y mejora el factor de potencia. Los Generadores Síncronos también pueden operar como motores. Cuando operan como motores, necesitan una fuente alimentación trifásica y una fuente continua para operar.

Fig. 01 Motor síncrono trifásico



Aspectos constructivos: La máquina síncrona es una máquina reversible ya que se puede utilizar como generador de corriente alterna o como motor síncrono. Está constituido por dos devanados independientes: a) Un devanado inductor, construido en forma de arrollamiento concentrado o distribuido en ranuras, alimentado por corriente continua, que da lugar a los polos de la máquina y que se coloca en el rotor. b) Un devanado inducido distribuido formando un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna ubicado en el estator que está construido de un material ferromagnético, generalmente de chapas de acero al silicio. La estructura del rotor puede ser en forma de polos salientes o de polos lisos como se ve en la figura 1 si el motor tuviese solo un par de polos.

Fig. 02 Tipos constructivos de máquinas síncronas



Principio de funcionamiento: Si a un alternador trifásico se le retira la máquina motriz y se alimenta su estator mediante un sistema trifásico de corriente alterna se genera en el estator un campo magnético giratorio, cuya velocidad sabemos que es N = 60 f/p donde f es la frecuencia de la red, y p es el número de pares de polos del rotor. Si en estas circunstancias, con el rotor parado, se alimenta el devanado del mismo con corriente continua se produce un campo magnético rotórico fijo, delante del cual pasa el campo magnético del estator. Los polos del rotor están sometidos ahora a atracciones y repulsiones en breves periodos de tiempo, por part e de los polos del estator, pero el rotor no consigue girar, a lo sumo vibrará. Al llevar el rotor a la velocidad de sincronismo, haciéndolo girar mediante un motor auxiliar, al enfrentarse polos de signo opuestos se establece un enganche magnético que les obliga a seguir girando juntos, pudiendo ahora retirar el motor auxiliar. Este enganche magnético se produce ya que el campo giratorio estatórico arrastra por atracción magnética al rotor en el mismo sentido y velocidad.

Fig. 03 Principio de funcionamiento del motor síncrono



En la figura siguiente se muestra el gráfico potencia reactiva Q en función de la corriente de campo I F (corriente en el electroimán del rotor) de un motor sincrónico trifásico funcionando en vacio. Mientras la corriente de campo IF es mínima, el campo magnético producido por el rotor es débil y el motor consume un máximo de potencia reactiva (Q es positiva). Cuando la corriente I F aumenta a causa del incremento de la fuerza del campo magnético producido por el rotor, el consumo de potencia reactiva cae a cero. En el momento que la corriente I F excede cierto valor, que depende de las características del motor, el campo magnético del rotor es tan fuerte que el motor comienza a suministrar potencia reactiva, es decir, Q se vuelve negativa, como lo ilustra la Figura siguiente:

Fig. 04 Potencia reactiva Q en función de la corriente de campo I F para un motor sincrónico trifásico

Cuando los motores sincrónicos trifásicos funcionan en vacio se utilizan para regular el factor de potencia de las redes eléctricas trifásicas, y se les denomina “Condensadores Sincrónicos”.

El grafico de la corriente IL en función de la corriente de campo IF para un motor sincrónico trifásico, es una curva tipo “V”, semejante a la que se

aprecia en la figura 6.3. en este gráfico podemos observar que podemos



hacer mínima la corriente de línea del motor, ajustando la corriente de campo IF con un valor apropiado.

Fig. 05 Corriente de línea I L en función de la corriente de campo I F para un motor sincrónico trifásico funcionando en vacio.

3. EQUIPOS Y MATERIALES Cantidad

Descripción

Marca

Modelo

Observación

01

Fuente de alimentación variable

Lab-Volt

8133-00

Operativo

01

Motor Síncrono

Lab-Volt

8241-07

01

Motor de impulsión Dinamometro

Lab-Volt

8960-17

Operativo

01

Módulo de Adquisición Datos

Lab volt

9063-02

Operativo

01

Multímetro digital

Meterman

34XR

Operativo

01

Computadora personal

Lenovo

…..

Buen estado

Varios

Conductores de conexión

Banana

….

Algunos estuvieron rotos

Exel

….

….

….

…

Operativo

4. PROCEDIMIENTO 1. Dentro del puesto de trabajo EMS, instale los siguientes módulos: La fuente de alimentación, el motor de impulsión /Dinamómetro, el Motor /Alternador sincrónico, la carga resistiva y la interfaz para la adquisición de datos (DAI).



Acople mecánicamente el motor de impulsión / Dinamómetro al motor / Alternador sincrónico. 2. En la fuente de alimentación, asegúrese de que el interruptor principal esté en la posición o (apagado) y que la perilla de control de control de voltaje se encuentre girada completamente hacia la izquierda. Asegúrese de que la fuente de alimentación esté conectada a una fuente trifásica. 3. Asegúrese de que el cable chato de la computadora esté conectado al módulo DAI. Conecte las entradas ALIMENTACIÓN BAJA POTENCIA de los módulos DAI y motor den impulsión / Dinamómetro a la salida 24 V – CA de la fuente de alimentación. En la fuente de alimentación, coloque el interruptor 24 – CA en la posición I (encendido). 4. Inicie la aplicación Aparatos de Medición. 5. Conecte el equipamiento como lo muestra la Figura 5 – 4. Realice la conexión en paralelo de las tres secciones del módulo carga resistiva para obtener el resistor R 1.



Circuito implementado

6. Ajuste los controles del módulo Motor de impulsión / Dinamómetro de la siguiente forma: Selector MODO…………………………………………………..DIN. Selector MODO DE CONTROL DE CARGA………………….MAN. Perilla CONTROL DE CARGA……………………..MAX (Derecha). Selector VISUALIZADOR………………………….VELOCIDAD (N)

VOLTAJE 120 220 240

CORRIENTE DE LÍNEA DEL MOTOR 1.74 0.54 1.86

CORRIENTE DE CAMPO 0.14 0.21 0.26



Chart Title 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Arranque de un motor sincrónico trifásico. 7. En la aplicación aparatos de medición, asegúrese de que la función para corregir el par de medidor T esté seleccionada. En el motor / alternador sincrónico, coloque el interruptor EXCITACIÓN en la posición I (Cerrado) y gire la perilla EXCITACIÓN completamente hacia la derecha. Encienda la fuente de alimentación y ajuste la perilla de control de voltaje para que los voltajes de línea, indicado por el medidor E1 y el nominal del motor sincrónico resulten iguales. NOTA: Las características de cualquiera de las maquinas Lab-volt están indicadas en el ángulo inferior izquierdo del panel frontal del módulo. Si usted está realizando el ejercicio empleando LVSIM TM – EMS, Usted podrá obtener las características de cualquiera de ellas dejando el puntero del ratón sobre el rotor de la máquina de su interés. Después de unos segundos, aparecerá en la pantalla un recuadro con las características de dicha máquina.

En el espacio en blanco de más abajo. Anote el par de arranque TARRANQUE del motor sincrónico (indicado por el medidor T de la aplicación Aparatos de medición). TARRANQUE = 0.065 N.m (lbf.plg) (electroimán del rotor conectado) 8. En el motor / Alternador sincrónico, coloque el interruptor EXCITACIÓN en la posición o (abierto).



En el espacio en blanco de más abajo. Anote el par de arranque TARRANQUE del motor sincrónico. TARRANQUE = 0.057 N.m (ibf.plg) (electroimán del rotor desconectado) Compare los pares arranque obtenidos para el electroimán del rotor desconectado y conectado.

Al momento de inyectar el campo al electroimán genera para. A partir de los resultados obtenidos hasta aquí, ¿concluirá usted que es conveniente desconectar el electroimán del rotor antes de hacer arrancar el motor sincrónico? Explique brevemente.

Si es conveniente para nuestro caso. 9. En el motor de impulsión / Dinamómetro, gire lentamente la perilla CONTROL DE CARGA hasta la posición MIN (Completamente hacia la Izquierda). Luego espere hasta que la velocidad del motor sincrónico se estabilice y anote la velocidad n en el espacio en blanco de más abajo. n= 1620 rpm En el motor / Alternador sincrónico, gire la perilla EXCITACIÓN hasta la mitad de su alcance y luego coloque el interruptor EXCITACIÓN en la posición I (Cerrado). ¿Cambia la velocidad n del motor?

SI

NO

En el espacio en blanco de más abajo, anote la velocidad n del motor. n= 1620 rpm ¿Encuentra usted que ahora la velocidad n es igual a la velocidad nominal del motor / Alternador sincrónico (Velocidad de sincronismo n s)? SI

NO

10. En el Motor / Alternador sincrónico, varíe lentamente el ajuste de la perilla EXCITACIÓN entre las posiciones MIN y MAX, para cambiar la corriente de campo I F. Mientras realiza lo anterior, observe la velocidad n y la corriente de línea I LINEA del motor, que aparece en el medidor I1. ¿Encuentra usted que variador la corriente de campo I F, cambia la velocidad n del motor?



SI NO ¿Encuentra usted que la corriente de línea I LINEA del motor varía cuando se cambia la corriente de campo I F? SI NO En el Motor / alternador, coloque la perilla EXCITACIÓN en la posición MIN. Características de un motor sincrónico trifásico. 11. Cambie el valor del resistor R1 y ajuste la perilla EXCITACIÓN del motor / Alternador sincrónico para que la corriente de campo de la tabla de más abajo pase del valor mínimo al máximo. Realice la operación anterior en diez etapas igualmente espaciadas. Note que, para llevar la corriente de campo al valor máximo indicado en la tabla, puede resultar necesario cortocircuitar el resistor R 1. Para cada ajuste de dicha corriente, registre en la tabla de datos el voltaje de línea E LINEA. La corriente de línea I LINEA. La corriente de campo I F. la potencia activa P y la potencia reactiva Q del motor (indicadas por los medidores E1, I1, I3 C Y A. Respectivamente).

12. Después de registrar todos los datos, gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda y apague la Fuente de alimentación. En la ventana Tabla de Datos, confirme que todos fueron almacenados y edite la tabla para guardar solo los valores del voltaje de Línea E LINEA. La corriente de línea I LINEA. La corriente de campo I F, la potencia activa P y la potencia reactiva Q del motor (valores de las columnas E1. I1, I3, C Y A respectivamente). Luego titule la tabla de datos DT511 e imprima dicha tabla. Nota: Consulte el apéndice E de este manual para saber cómo editar titular e imprimir una tabla de datos.



13. En la ventana Grafico, realice los ajustes apropiados para lograr un gráfico de la corriente de Línea I LINEA. Del motor (obtenida del medidos I1). En función de su corriente de campo I F (obtenida del medidor I3). Titule el grafico G511, llame corriente de línea del motor sincrónico al eje X, nombre corriente de línea del motor sincrónico al eje Y e imprima el grafico. Nota: Consulte el Apéndice E de este manual con el objeto de conocer cómo utilizar la ventana Grafico de la aplicación Aparatos de medición para obtener y titular un gráfico, ponerle nombre a sus ejes e imprimirlo.

Utilice el grafico G511 para determinar la corriente de campo I F que hace mínima la corriente de línea I LINEA. Del motor. En el espacio en blanco de más abajo, anote el valor resultante. 14. En la ventana Grafico, realice los ajustes apropiados para lograr un gráfico de las potencias Activa (P) y reactiva (Q) del motor (obtenidas de los medidores C Y A). En función de si corriente de campo I F (obtenida del medidor I3). Para esto, utilice los datos registrados anteriormente en la tabla de datos. Titule el grafico G511-1, llame corriente de campo del motor sincrónico al eje X, nombre potencias activa y reactiva del motor sincrónico al eje Y e imprima al gráfico. ¿Encuentra usted que variando la corriente de campo I F, cambia sensiblemente la potencia activa que consume el motor sincrónico?

SI

NO

Cuando la corriente del campo I F aumenta. ¿Cómo varia la potencia reactiva Q? ¿Se podría utilizar un motor sincrónico funcionando en vacío para mejorar el factor de potencia de una red eléctrica trifásica? Explique brevemente. 15. Utilice el grafico G511-1 a fin de determinar la corriente de campo I F para la cual la potencia reactiva Q es cero. Anote su resultado en el siguiente espacio en blanco. Compare la corriente de campo que hace cero la potencia reactiva con la corriente de campo que minimiza la corriente de línea I LINEA. Del motor.



A partir de los resultados obtenidos hasta aquí, ¿puede usted concluir que la corriente de línea del motor es mínima cuando la potencia reactiva es cero? SI

NO

16. Coloque el interruptor 24 V – CA de la fuente en la posición O (apagado) y desconecte todos los cables.

5. PREGUNTAS DE REVISIÓN 1. El par de arranque de un motor sincrónico trifásico aumenta cuando. a. b. c. d.

El electroimán del rotor está conectado. El electroimán del rotor está desconectado. El factor de potencia de la red eléctrica es igual a la unidad. Se aplica una fuente c.c. a uno de los arrollamientos del estator.

2. Cuando un motor sincrónico sin carga está conectado a una red eléctrica c.a trifásica, el factor de potencia resultante depende. a. b. c. d.

De la velocidad del motor. De la potencia activa consumida por el motor. Del valor de la corriente de campo. De la corriente de línea.

3. La potencia reactiva en un motor sincrónico sin carga es mínima cuando. a. b. c. d.

La corriente de línea es máxima. La corriente de línea es mínima. La corriente de línea es igual a la corriente de campo. La corriente de Campo es mínima.

4. Condensador sincrónico es otro nombre con que se conoce. a. b. c. d.

El motor asincrónico. El motor jaula de ardilla. El motor de fase partida. El motor sincrónico operando en vacío.

5. La jaula de ardilla es un motor sincrónico con un rotor a electroimán. a. Minimiza la corriente de línea del motor. b. Previene la saturación del electroimán del rotor. c. Permite que el motor arranque cuando se aplica una alimentación c.a. a los arrollamientos del estator. d. Hace funcionas el motor como un condensador sincrónico.



6. OBSERVACIONES Se observó que en el laboratorio se nos hizo dificultoso recolectar los datos ya que estábamos confundidos al principio. Por otro lado, la curva o la “V” que formamos de acuerdo a los datos

nos fue muy dificultoso por que los datos salían distorsionados. El motor impulsor – Dinamometro estaba en mal estado ya que tuvimos que cambiarlo para que luego recién midamos los datos correctos.

7. RECOMENDACIONES Se recomienda tener mucho en cuenta las conexiones de los módulos para prevenir electrocuciones. También se recomienda recolectar los datos adecuados para saber cuál es la reacción y por qué se forma la onda “V”

8. CONCLUSIONES Se llegó a la conclusión que la onda “V” en Excel se dio gracias a la

diferencia de voltajes y también al aumento de resistencia. Por otro lado, esta curva sale de acuerdo a los datos recolectados y a la buena toma de datos. También la carga del dinamómetro nos permitió ver la reacción que se esperaba medir y observar.

9. FICHAS BIBLIOGRÁFICAS Motor síncrono trifásico http://www.monografias.com/trabajos93/el-motor-sincrono/el-motorsincrono.shtml



10. ANEXOS

Circuitos implementados durante el desarrollo del laboratorio

Lab. N° 8 Motor sincrono trifasico

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