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PRACTICA #2
PRÁCTICA #2 “ALTERNADOR TRIFÁSICO (PARTE 1)”
OBJETIVO El alumno obtendrá la curva de saturación en vacío, observara las características de corto circuito y observara al alternador trifásico trabajando con diferentes cargas.
INTRODUCCIÓN Los alternadores denominados trifásicos, en los que la corriente inducida sale del alternador por seis cables o hilos que, al tratarse de corriente alterna, se hacen innecesarias las seis salidas, reduciéndose éstas a tres fases, ya que en este tipo de máquinas las polaridades se alternan al haber mayor número de polos y tratarse de este tipo de energía.
FUNCIONAMIENTO
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PRACTICA #2
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Partimos de la base de que si un conductor eléctrico corta las líneas de fuerza de un campo magnético, se origina en dicho conductor una corriente eléctrica. La generación de corriente trifásica tiene lugar en los alternadores, en relación con un movimiento giratorio. Según este principio, existen tres arrollamientos iguales independientes entre sí, dispuestos de modo que se encuentran desplazados entre sí 120°. Según el principio, de la inducción, al dar vueltas el motor (imanes polares con devanado de excitación en la parte giratoria) se generan en los arrollamientos tensiones alternas senoidales y respectivamente corrientes alternas, desfasadas también 120° entre sí, por lo cual quedan desfasadas igualmente en cuanto a tiempo. De esa forma tiene lugar un ciclo que se repite constantemente, produciendo la corriente alterna trifásica. Aunque las tres corrientes son de igual frecuencia e intensidad, la suma de los valores instantáneos de las fuerzas electromotrices de las tres fases, es en cada momento igual a cero, lo mismo que la suma de los valores instantáneos de cada una de las fases, en cada instante, como podemos ver en la siguiente figura
PARTES DE UN ALTERNADOR Una máquina eléctrica rotativa está compuesta de los siguientes partes: Un circuito magnético -
Estator. Parte fija.
-
Rotor. Parte móvil que gira dentro del estator.
Entrehierro. Espacio de aire que separa el estator del rotor y que permite que pueda existir movimiento. Debe ser lo más reducido posible. Dos circuitos eléctricos, uno en el rotor y otro en el estator.
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Arrollamiento o devanado de excitación o inductor. Uno de los devanados, al ser recorrido por una corriente eléctrica produce una fuerza magnetomotriz que crea un flujo magnético. Inducido. El otro devanado, en el que se induce una f.e.m. que da lugar a un par motor (si se trata de un motor) o en el que se induce una fem que da lugar a un par resistente (si se trata de un generador). En el estator se alojan tres bobinas, desfasadas entre si 120º. Cada una de las bobinas se conecta a una de las fases de un sistema trifásico y dan lugar a un campo magnético giratorio:
La velocidad del campo magnético giratorio se denomina velocidad síncrona (*s) y depende de la frecuencia de la red eléctrica a la que esté conectado el motor. En el ejemplo anterior por cada periodo de la red el campo dará una vuelta. ns = 60 f Sólo se creaban un par de polos magnéticos. En general se pueden originar p pares de polos. Para un devanado con p pares de polos: (velocidad de giro del campo magnético, velocidad de sincronismo en r.p.m.) El rotor, es la parte móvil giratoria que se localiza en el interior del estator. Está hecho a base de placas apiladas y montado sobre el eje del motor. Dispone de unas ranuras donde van colocados los conductores que forman la bobina de inducido que están cerrados sobre sí mismos constituyendo un circuito cerrado. Al ser afectados los conductores por un campo magnético variable se generan en ellos f.e.m. que dan lugar a corrientes eléctricas. Al circular las corrientes eléctricas por unos conductores dentro de un campo magnético, aparecen fuerzas que obligan al rotor a moverse siguiendo al campo magnético.
Un componente clave del generador asíncrono es el rotor de jaula. (Solía llamarse rotor de jaula de ardilla. Laboratorio
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Este es el rotor que hace que el generador asíncrono sea diferente del generador síncrono. El rotor consta de un cierto número de barras de cobre o de aluminio, conectadas eléctricamente por anillos de aluminio finales. Escobillas o Carbones Las escobillas están fabricadas de carbón prensado y calentado a una temperatura de 1200°C.
Se apoyan rozando contra el colector gracias a la acción de unos resortes, que se incluyen para hacer que la escobilla esté rozando continuamente contra el colector. El material con que están fabricadas las escobillas produce un roce suave equivalente a una lubricación. Porta Carbones Son elementos que sujetan y canalizan el movimiento de los carbones. Los se deslizan libremente en su caja siendo obligadas a apoyarse sobre el colector por medio de un resorte que carga al carbón con una tensión determinada
1. Material Empleado en la Práctica. Fuente de poder. Consola. Modulo interruptor de sincronización. Módulo de medición de voltaje CA. Módulo de medición de corriente CA. Módulo de medición de corriente CD.
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Módulo de medición de voltaje CD. Módulo de motor de CD. Módulo de medición de voltaje CA. 30 Conectores. Banda de Plástico. Tacómetro. Multímetro Digital.
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DESARROLLO 1) Monte el equipo como se muestra a continuación:
2) Conecte la fuente de alimentación. El motor debe comenzar a funcionar. Siendo nula la excitación de CD, mida y anote el voltaje trifásico generado, E1, E2 y E3. E1 =0 Laboratorio
E2 = 0
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E3 = 0 5
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3) Cierre el interruptor S 4) Aumente gradualmente la excitación CD, y llene una tabla con corrientes de excitación desde 0 hasta 0.9 Amp. Anotando los valores correspondientes de E1, E2 y E3
I (A)
E1 (V)
E2 (V)
E3 (V)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0 70 120 170 195 220 230
0 70 130 180 200 225 240
0 70 130 180 200 230 245
ECA (V) Promedio 0 70 126.7 176.7 198.333 225 238.3333
Observación: No se pudo generar una corriente de excitación mayor a 0.6 A, por lo que solo se obtuvieron las mediciones de 0A hasta 0.6 A. 5) Conecte el circuito de la siguiente figura. Observe que el interruptor está conectado de tal manera, que al cerrarlo, quedan en corto el circuito de los devanados del alternador
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Observación: debido a que la fuente del laboratorio no estaba operando correctamente, se usó un motor de CA en lugar del motor de CD. 6) Conecte la fuente de alimentación y ajuste la excitación de CA hasta que E1 = 208V CA. El motor debe estar funcionando y las tres lámparas del módulo de sincronización deben estar prendidas. 7) Mida y anote la corriente de excitación de CA (I1), cierre el interruptor de sincronización para poner en corto circuito el alternador, observe el comportamiento de la corriente del alternador (I2). ¿Cuál es el valor final de estado permanente de I2 e I1? I1 = 0.43 A
I2= 0A
I1 = 0.43 A
I2= 1.22A
Estado permanente:
EL ALTERNADOR TRABAJANDO CON CARGA
Carga resistiva: 1) Acople el motor al alternador mediante la banda 2) Conecte el circuito de la siguiente figura
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3) Ajuste el reóstato del motor a su posición extrema haciendo girar su perilla de control en el sentido de las manecillas del reloj (para resistencia mínima), y ponga el reóstato de campo del alternador en la otra posición extrema moviendo la perilla de control en el sentido de las manecillas del reloj para una resistencia máxima. 4) Cierre el interruptor S. Abra los interruptores de las tres resistencias de carga para que el alternador trabaje al vacío. Mida E1, I1 e I2 con carga y sin carga
Sin carga: E1 = 208V
I2 = 0.43A
I1 = 0A
Con Carga: E1 = 189V
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I2 = 0.41A
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I1 = 0.34A
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Carga Inductiva: 5) Repita el mismo método pero con un carga inductiva.
Sin carga: E1 = 208V
I2 = 0.44A
I1 = 0A
Con Carga: E1 = 170V
I2 = 0.43A
I1 = 0.33A
Carga Capacitiva 6) Repita el mismo método pero con un carga Capacitiva.
Sin carga: E1 = 208V
I2 = 0.45A
I1 = 0A
Con Carga: E1 = 150V
I2 = 0.44A
I1 = 0.34A
7) Calcule la regulación del alternador con los tres tipos de carga. MEMORIA DE CÁLCULO: =
−
100%
Carga resistiva: =
208 189 100% 189
= 10.053%
Carga Inductiva: = Laboratorio
208 170 100% 170
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= 22.35%
Carga Capacitiva: =
208 150 36.67% 150 = 36.67%
CURVA DE SATURACIÓN AL VACÍO DE UN ALTERNADOR TRIFÁSICO
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CONCLUSIONES En esta práctica se pudo observar que una maquina síncrona puede ser usada como motor o alternador bajo ciertas condiciones. A pesar de no haber podido obtenerse los puntos necesarios para la gráfica de la curva de saturación se pudo observar su comportamiento y su codo en donde empieza el área de saturación del mismo. Se conoció una de las características importantes del alternador, se observa que es capaz de soportar un corto circuito a pesar de que la corriente aumente significativamente. Finalmente se observa el comportamiento para los diferentes tipos de cargas como la resistiva capacitiva e inductiva, se observa que la regulación de Voltaje es diferente para cada tipo de carga por lo que hay que tenerlo en consideración al realizar conexiones con este tipo de maquinas
BIBLIOGRAFÍA
Practicas del laboratorio de Maquinas síncronas y de Corriente Directa. http://html.rincondelvago.com/alternadores-trifasicos.html Maquinas Eléctricas Stephen Chapman
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