Pruebas de vacío y corto circuito
Introducción Las máquinas máquinas de de corriente continua y de inducción inducción tienen tienen un amplio rango de aplicaciones industriales tales como tracción, bombeo, control control y y otros. Sin embargo, la operación del sistema sistema eléctrico eléctrico de potencia potencia requiere requiere la conversión de grandes cantidades de energía primaria (petróleo (petróleo,, gas natural,, agua natural agua,, carbón, uranio, en energía y potencia eléctrica. La energía eléctrica puede eléctrica puede ser transportada y convertida en otras !ormas de energía en !orma limpia y económica. La máquina sincrónica es "oy por "oy, la más ampliamente utili#ada para convertir grandes cantidades de energía eléctrica y mecánica mecánica.. $s por lo cual se reali#a los estudios respectivos a las pruebas pruebas de de circuito abierto y cortocircuito a los generadores sincrónicos, están pruebas también son conocidas como ensayo ensayo,, y sirven para determinar la tensión interna generada por una corriente de campo dada. La prueba en cortocircuito brinda in!ormación in!ormación acerca acerca de las potencialidades de corriente de un generador síncrono. Se lleva a cabo impulsando el generador a su velocidad velocidad nominal, nominal, con las terminales del devanado de la armadura en cortocircuito. Por otra parte también se "ace re!erencia gra!ica a los diagramas diagramas y y circuitos circuitos equivalentes equivalentes de estas dos importantes pruebas que se le reali#an a los generadores sincrónicos, como lo son la prueba de cortocircuito y de circuito abierto.
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Prueba de 'ircuito bierto La prueba a circuito abierto, o prueba sin carga consiste, en colocar el 1enerador en vacío, es decir sin carga alguna en sus bornes, "aciéndola girar a su velocidad nominal y con corriente de campo igual a cero. l l ir aumentando gradualmente el valor de de la corriente de campo, se obtienen diversos valores valores de de y ya que la corriente que circula por la armadura siempre será cero debido que se encuentra en vacío, se obtendrá que 1racias a ésta prueba, con los valores obtenidos, valores obtenidos, se puede 1
!ormar 3La curva de 'aracterísticas de 4acío3 que permite encontrar la tensión interna generada por una corriente de campo dada. La prueba de circuito abierto se lleva a cabo con los terminales de la máquina desconectada de cualquier circuito e5terno. $l procedimiento de la prueba básica es6 bra el circuito de los terminales del generador Llevar la máquina a la velocidad síncrona mediante un sistema mecánico e5terno Poco a poco aumentar la intensidad de campo y medir la tensión abierta en los bornes 'omo no "ay corriente en la armadura, la tensión en los bornes de medida es la tensión inducida6 Si la máquina está conectada en estrella, la tensión de medida será un volta7e línea a línea y la tensión inducida por !ase se puede encontrar en6 +écnicamente esta prueba se e!ect8a impulsando el generador a su velocidad nominal al tiempo que se de7a abierto el devanado de la armadura. La corriente del campo se varía en pasos apropiados y se registran los valores correspondientes del volta7e a circuito abierto entre dos pares cualesquiera de terminales de los devanados de la armadura.
iagrama del circuito para reali#ar una prueba de circuito abierto. La corriente del campo puede aumentarse "asta que el volta7e a circuito abierto sea el doble del valor especi!icado. e los datos registrados para el volta7e a circuito abierto es posible calcular el volta7e por !ase (circuito abierto. 'uando se gra!ica el volta7e por !ase (circuito abierto como !unción de la corriente de campo, se obtiene una grá!ica llamada característica (curva de saturación a circuito abierto (''. La '' sigue una relación en línea recta en tanto el circuito magnético del generador síncrono no se sature. ebido a que en la región lineal el 2
entre"ierro consume la mayor parte de la 9)), la recta recibe el nombre de línea del entre"ierro. medida que la saturación se establece, la '' comien#a a desviarse de la línea de entre"ierro. 'orriente e 'ampo
Prueba de 'ortocircuito 'omo su nombre indica, la prueba de corto circuito se lleva a cabo con los terminales de la máquina de un cortocircuito, consiste en llevar nuevamente la corriente de campo a cero, para luego cortocircuitar los bornes del generador y proseguir a ir incrementando la corriente de campo. $l procedimiento de ensayo básico es como sigue6 $stable#ca el campo actual a cero n cortocircuito en los terminales de la armadura ccionar el generador a la velocidad síncrona con el sistema mecánico e5terno Poco a poco aumentar el devanado de campo en curso "asta que la corriente de corto circuito de la armadura alcan#a el valor nominal de dise:o La prueba en cortocircuito brinda in!ormación acerca de las potencialidades de corriente de un generador síncrono. Se lleva a cabo impulsando el generador a su velocidad nominal, con las terminales del devanado de la armadura en cortocircuito. +écnicamente esta prueba se e!ect8a colocando un amperímetro en serie con una de las tres líneas en cortocircuito. Se incrementa gradualmente la corriente de campo y se registra el valor correspondiente de la corriente a corriente má5ima de la armadura en cortocircuito, no debe e5ceder el doble de la corriente especi!icada del generador. 'on base en los datos registrados se calcula la corriente por !ase en el cortocircuito. 'uando esta 8ltima se gra!ica como !unción de la corriente del campo, la grá!ica se llama característica en cortocircuito (''' de un generador. Por ra#ones prácticas, la '' y la ''' se tra#an en la misma grá!ica, Puesto que el volta7e en las terminales en condiciones de cortocircuito es igual a cero, el volta7e por !ase generado debe ser igual a la caída de volta7e a través de la impedancia síncrona. 3
'aracterísticas de la Prueba de 'ircuito bierto $l primer dato se toma cuando la corriente de
'ampo que corresponde al valor de la tensión residual. Posteriormente la corriente de campo se va incrementando gradualmente y progresivamente con el reóstato %, tomando lecturas de la corriente de campo y del volta7e de armadura "asta llegar al ;<=> del volta7e nominal. 'on esta in!ormación se construye la característica de saturación en vacío. Se observa en la curva característica de vacío, la linealidad que se presenta para corrientes de campo ba7as, pero a medida que la corriente de campo empie#a a aumentar se acerca a la #ona de saturación. $ntre algunas venta7as que presenta este ensayo se encuentran6 la !acilidad en su implementación, además de ser una prueba que no ocasiona da:os a la máquina. 'aracterísticas de la Prueba de Prueba de 'ortocircuito l encontrarse el generado sincrónico girando a velocidad nominal con los terminales cortocircuitados, a medida que varía la resistencia de campo %, se toma en !orma simultánea, las lecturas de las corrientes de armadura y de la corriente de campo *ormalmente se toman datos para el , ?=> @?>, ;==> y el ; de la corriente nominal de armadura La prueba de circuito cortocircuito puede reali#arse !ácilmente, ya que para su implementación no se necesitan equipos costosos ni de di!ícil consecución.
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'I%'I+& $AI4L$*+$ 0 I1%) 9S&%IL $ L P%$/ $ 'I%'I+& /I$%+& 0 '&%+&'I%'I+&
Prueba de 'ircuito bierto 'ircuito $quivalente de la Prueba de 'ircuito bierto iagrama 9asorial de la Prueba de 'ircuito bierto Prueba de 'ortocircuito 'ircuito $quivalente de la Prueba de 'ortocircuito
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iagrama 9asorial de la Prueba de 'ortocircuito %elación de cortocircuito y circuito abierto 'on la prueba de vacío y cortocircuito se pueden determinar las reactancias
Saturadas de e7e directo y la reacción no
Saturada de e7e directo 6
Para determinar las reactancias saturadas de e7e
directo se utili#a la siguiente ecuación6 Seg8n la ecuación anterior, la reacción no saturada de e7e directo se obtiene tomando el volta7e nominal de armadura de la curva característica de circuito abierto para una corriente de campo y la corriente de armadura de la curva de característica de cortocircuito, para esta misma corriente Para determinar la reactancia saturada de e7e directo se parte de la característica de saturación de vacío y de la característica en cortocircuito tal como se muestra en la siguiente ecuación6
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Seg8n la ecuación anterior, la reactancia saturada de e7e
irecto se obtiene tomando el valor de corriente de campo
que
corresponde a la corriente nominal de armadura en la curva de cortocircuito y la corriente de campo que corresponde al volta7e nominal de armadura de la curva de vacío.
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Prueba en vacio 12 10 8
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12
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Prueba de corto circuito 0.61
0.6
0.6 0.59 0.58 0.57
I amperios
0.56
0.56 0.55
0.55 0.54 0.53 0.52 54
56
58
60
62
64
66
68
70
V voltaje
'&*'L'I&*$S6 'uando las maquinas son peque:as las pérdidas son mayores por que el alambre es peque:o entonces menos sección más resistencia. )ás resistencia más perdida.
•
Los generadores son accionados por turbinas, ruedas "idráulicas y motores diésel u otros tipos de motores principales. 'uando se produce un cortocircuito en el sistema accionado por un generador, el generador sigue para producir tensión en los terminales del generador como la e5citación del campo se mantiene y el primer motor acciona el generador a velocidad normal. $l volta7e generado produce un !lu7o de magnitud gran !alla corriente desde el generador a la corriente de cortocircuito. $l !lu7o de corriente de de!ecto está limitado solamente por la impedancia del generador y la impedancia del circuito entre el generador y el circuito corto. $n el caso de un cortocircuito en los terminales del generador, la corriente de de!ecto está limitada por la impedancia del generador solamente.
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