ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
ESCUELA POLITCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA
LABORATORIO DE CONVERSION E/M DE ENERGIA
INFORME DE LABORATORIO
Prctica No. 6 Tema: Funcionamiento y operacin de las mquinas de
corriente continua y sincrnicas.
Realizado por: Estudiantes: Arcos Enriquez Luis JeampoolGrupo: 3
Santiago David Pilicita
Fecha de entrega: 04 / 02 / 2015Perodo: 2014-B
OBJETIVOS: Conocer el funcionamiento de las maquinas sincrnica y
continua, adems de establecer sus principales diferencias. Conocer
cmo se conforman mecnica, elctrica y magnticamente estas
mquinas.
EQUIPOS: Maquina Sincrnica. Mquina de continua. Voltmetro de ca
y cc. Ampermetro de ca y cc. Frecuencmetro. Vatmetro. Banco de
resistencias.
INFORME
INFORME1. DESCRIBA CADA UNO DE LOS ESQUEMAS UTILIZADOS EN LA
PRCTICA Y PRESENTE LOS DATOS TABULADOS.MOTOR 1807 RPM
Corriente de campo=0[A]Voltaje remanente=10,7[V]
TABULACION DE DATOSMOTOR DE INDUCCION
MEDICIONITINN (RPM)
1ra Medicin44.3 [A]5.9 [A]768
2da Medicin51.1 [A]5.8 [A]1796
MOTOR 3
1ra Medicin2[A]0.8[A]2667
DATOS DE PLACA
Potencia nominal: Es la potencia que el transformador consume
cuando est trabajando a plena carga. (1,0/0,75 HP/Kw). Numero de
fabricacin: Indica el modelo el modelo del motor (1LA3 082-4YC60)
Numero de fases: Indica el nmero de fases con las que trabaja el
transformador. (3~Motor). Peso total: Es el peso total del
transformador (Refrigerante, ncleo, bobinas). (9.1 kg) Frecuencia
Nominal: La frecuencia de trabajo del transformador. (60 Hz)
Aceite: Es el tipo de aceite que usa el transformador para su
sistema de refrigeracin. Volumen de aceite: Es la cantidad de
aceite que cabe dentro del depsito de aceite para la refrigeracin
del transformador. Tipo de conexin: Indica el tipo de conexin del
transformador Los taps que forman parte de la placa de
caractersticas sirven para subir o bajar el voltaje en pasos
dependiendo para el uso que se le quiera dar. Factor de potencia:
(cos 0.86) Velocidad nominal en revoluciones por minuto: (1670
RPM). Identificacin del tipo de conexin del arrollamiento: (220
YY). Mquinas de cc y sncronas: corriente nominal de excitacin.
Motores de inducido de anillos rozantes: intensidad nominal del
motor (440 Y). Intensidad nominal: (1.75 A). Clase de aislamiento:
(Cl. Aisl F). Clase de proteccin: (IP44).
2. ESTABLECER LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UBICAR LA ARMADURA
EN EL ESTATOR DE UNA MQUINA SINCRNICA.VENTAJAS Reactancia de
armadura reducida: La armadura estacionaria presenta una
reluctancia al flujo. Debido a una seccin transversal de hierro
mayor. La reluctancia reducida tambin reduce la cantidad de flujo
disperso producido por la armadura. En grandes estatores polifsicos
el devanado de la armadura es ms complejo que el devanado de campo:
Las varias bobinas y conexiones entre las fases pueden ser
construidas ms fcilmente en una estructura estacionaria rgida que
en un rotor. Mejor aislamiento: Es ms fcil aislar el estator que el
rotor. Nmero necesario de anillos colectores aislados: Para el caso
de una armadura rotativa, seran necesarios tres anillos colectores
para un generador trifsico. Habra problemas en el momento de
transferir altas tensiones, por ejemplo 13200 V/fase en altas
corrientes de los anillos colectores de la armadura para las
escobas estacionarias en contacto con estos anillos. Aislar del eje
los anillos colectores es un problema.
3. DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO,
ESTABLEZCA LAS PRINCIPALES SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS ENTRE CADA UNA
DE LAS MAQUINAS EN ESTUDIO.
VENTAJAS: Si la maquina se usa como motor entonces pierde menos
energa en forma decalor. Son menores las perdidas por
histresis.
DESVENTAJAS: El acceso a los devanados es ms difcil y eso
dificulta su reparacin. Existen perdidas por el contacto
deldevanado con los carbones.
4. CMO SE REALIZA EL CONTROL DE FRECUENCIA Y VOLTAJE EN UN
GENERADOR SINCRNICO Y DE VOLTAJE EN UN GENERADOR DC? El control de
la frecuencia se controla con la velocidad angular del generador y
el voltaje con la corriente de excitacin.5. DIBUJE LA CURVA DE
SATURACIN PARA CADA MQUINA.
6. EN UN GENERADOR DE DC QUE ALIMENTA A UNA INDUSTRIA QU TIPO DE
CONEXIN ELEGIRA USTED: EXCITACIN INDEPENDIENTE O AUTOEXITADO
(DERIVACIN)? JUSTIFIQUE SU RESPUESTA.
En este tipo de generador, la tensin en los bornes es
prcticamente independiente de la carga de la mquina y de su
velocidad, su tensin puede ser regulado a travs del restato de
campo, aunque naturalmente, dentro de ciertos lmites, porque la
excitacin del campo inductor no puede aumentar ms de la saturacin,
por lo que es mejor trabajar dicha conexin ya que la conexin de
auto excitado donde dicha excitacin depende de la carga que se vaya
a conectar, de esta manera se limita la corriente de excitacin.7.
EN UN GENERADOR DE 100 MVA LA ARMADURA (CONOCIDO TAMBIN COMO
INDUCIDO) EST EN EL ROTOR O EN EL ESTATOR? JUSTIFIQUE SU
RESPUESTA.La armadura se encuentra en el estator porque se trabaja
con altas potencias, de tal manera que al estar en el estator
disminuye el tamao, el costo, y podemos evitar cualquier tipo de
dao por el rozamiento entre los devanados de armadura y de campo.8.
ENTRE UN GENERADOR SINCRNICO CON TURBINA HIDRULICA Y UNO CON
TURBINA DE VAPOR (CENTRAL TRMICA): Cul tiene mayor nmero de
polos?La turbina hidrulica tiene mayor nmero de polos.Las turbinas
de vapor estn presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan
un fluido que pueda cambiar de faseEn el caso de la turbina trmica
el tipo de rotor es un rotor liso. Qu pasa con sus velocidades? La
velocidad en un generador o turbina hidrulica es mucho menor a una
con turbina de vapor. En dnde se deber encontrar la armadura en el
estator o en el rotor? Para ambos casos el estator contendr la
armadura debido a su alta potencia de generacin Cul tiene el costo
de produccin del kW/h ms alto y por qu?La generacin trmica es
mscostosa debido a que debe usar la combustin de petrleo, o
cualquier material que genere grandes valores deenerga calorfica.9.
DESCRIBA LOS TIPOS DE MOTORES ESTUDIADOS DURANTE LA PRCTICA.MOTOR
DCElmotor de corriente continua(denominado tambinmotor de corriente
directa,motor CComotor DC) es una mquina que convierte laenerga
elctricaenmecnica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la
accin del campo magntico.Una mquina de corriente continua
(generadoro motor) se compone principalmente de dos partes.
Elestatorda soporte mecnico al aparato y contiene los devanados
principales de la mquina, conocidos tambin con el nombre de polos,
que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo
decobresobre ncleo de hierro. Elrotores generalmente de forma
cilndrica, tambin devanado y con ncleo, alimentado con corriente
directa mediante escobillas fijas (conocidas tambin como
carbones).El principal inconveniente de estas mquinas es el
mantenimiento, muy caro y laborioso, debido principalmente al
desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las
delgas.Algunas aplicaciones especiales de estos motores son
losmotores lineales, cuando ejercen traccin sobre un riel, o bien
losmotores de imanes permanentes. Los motores de corriente continua
(CC) tambin se utilizan en la construccin deservomotoresymotores
paso a paso. Adems existenmotores de CD sin escobillas.El rotor
tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la
corriente se activa en el conductor apropiado.Normalmente se aplica
una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del
rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.Fuerza
contra electromotriz inducida en un motor.Es la tensin que se crea
en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las
lneas de fuerza, es el efecto generador de pines.La polaridad de la
tensin en los generadores es inversa a la aplicada enbornesdel
motor.Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque
son debidas a que con la mquina parada no hayfuerza contra
electromotrizy el bobinado se comporta como una resistencia pura
del circuito.La fuerza contra electromotriz en el motor depende
directamente de la velocidad de giro del motor y del flujo magntico
del sistema inductor.
Nmero de escobillasLasescobillasdeben poner encortocircuitotodas
las bobinas situadas en la zona neutra. Si la mquina tiene dos
polos, tenemos tambin dos zonas neutras. En consecuencia, el nmero
total de escobillas ha de ser igual al nmero de polos de la mquina.
En cuanto a su posicin, ser coincidente con las lneas neutras de
los polos En realidad, si un motor de corriente continua en su
inducido lleva un bobinado imbricado, se debern poner tantas
escobillas como polos tiene la mquina, pero si en su inducido lleva
un bobinado ondulado, como solo existen dos trayectos de corriente
paralela dentro de la mquina, en un principio es suficiente colocar
dos escobillas, aunque si se desea se pueden colocar tantas
escobillas como polos.
Esquema del funcionamiento de un motor de c.c. elemental de dos
polos con una sola bobina y dosdelgasen el rotor. Se muestra el
motor en tres posiciones del rotor desfasadas 90 entre s.1, 2:
Escobillas;A, B:Delgas;a, b: Lados de la bobina conectados
respectivamente a las delgas A y B.
MOTOR DE INDUCCION TRIFASICO.Los motores de induccin o
asincrnicos, son los ms utilizados debido a su robustez, sencillez
constructiva y poco mantenimiento. La utilizacin de los mismos, es
apta para aquellos requerimientos en los cuales no se deba mantener
una velocidad constante, ya que este tipo de motores, disminuye
ligeramente su velocidad con el aumento de la carga en su eje. El
estator de un motor trifsico de induccin est formado por un
conjunto de tres bobinas, las cuales son alimentadas por un sistema
trifsico de corrientes, lo cual da origen a un campo magntico
giratorio de mdulo constante, segn se ha estudiado anteriormente.
Este campo magntico gira a la velocidad que llamamos de
sincronismo. Coloquemos dentro del estator una espira, montada
sobre un eje, cuyo nico movimiento permitido es el de rotacin tal
como se muestra en la figura 8.14. En esta situacin, en la cual
tenemos un campo magntico de mdulo fijo girando alrededor de la
espira mencionada, est concatenar un flujo magntico que vara con el
tiempo, lo cual dar origen a una fuerza electromotriz inducida (Ley
Faraday).El sentido de la fuerza electromotriz inducida se puede
obtener de acuerdo a la siguiente regla de la mano derecha: Se
coloca la palma de la mano derecha recibiendo en forma
perpendicular el flujo magntico. Se coloca el pulgar en direccin
contraria al sentido del movimiento del campo magntico (en este
caso en sentido antihorario). El sentido del resto de los dedos nos
indica el de la fuerza electromotriz inducida.Si ahora cerramos la
espira por ejemplo cortocircuitndola, tal como se muestra en la
figura 8.16, circular una corriente en el mismo sentido de la
fuerza electromotriz inducida, cuyo valor depender de dicha fem y
de la impedancia que presente dicha espira.
En esta situacin nos encontramos, con un conductor por el cual
circula corriente y se encuentra en presencia de un campo magntico,
lo cual da origen a fuerzas en los conductores, pudiendo determinar
el sentido de las mismas mediante la mano izquierda.Para determinar
el sentido de las fuerzas se sigue el siguiente proceso: Se coloca
la palma de la mano izquierda recibiendo en forma perpendicular el
flujo magntico. Se colocan los dedos en el sentido de la corriente.
El pulgar nos indica el sentido de la fuerza. En nuestro caso, en
el conductor superior la fuerza es hacia la derecha, y en el
inferior hacia la izquierda, como se observa en la figura 4.18.
Dado que las fuerzas se originan, nicamente, a lo largo de los
conductores paralelos al eje (Corriente perpendicular al flujo
magntico), y estando estos separados, se produce una cupla que hace
mover la espira, y estando est montada sobre un eje, comienza a
girar, siguiendo el movimiento del campo magntico rotante. La
espira aumenta su velocidad hasta llegar a una velocidad levemente
inferior a la del campo magntico, ya que de alcanzar la misma, la
espira no cortara lneas de campo magntico, con lo cual no habra
flujo concatenado variable lo cual llevara a la desaparicin de las
fuerzas mencionadas, tendiendo la espira a disminuir su velocidad,
con lo que volvera a aparecer la cupla. La velocidad a la que gira
es levemente inferior a la del campo magntico rotante, y la misma
est determinada por el equilibrio entre la cupla motora analizada y
las cuplas antagnicas o resistentes (debidas a la carga mecnica en
el eje y los rozamientos propios).
MOTOR MONOFASICO DE INDUCCION.
Son motores de poca potencia, estando los mismos alimentados en
su estator por medio de una tensin monofsica senoidal.Debido a esto
la bobina que se encuentra desarrollada en el estator da origen a
un campo magntico pulsante de eje fijo. El rotor es similar al de
jaula de ardilla del motor trifsico de induccin, por lo tanto el
campo pulsante induce en las barras o conductores del mismo fuerzas
electromotrices, con lo cual circularn corrientes, que en presencia
del campo magntico originan fuerzas. En la figura 8.52. Se observa
que de acuerdo al sentido que presenta el campo magntico en el
instante analizado, en los conductores ubicados a la derecha, las
corrientes son entrantes y los de la izquierda saliente (se oponen
originando un campo magntico en sentido contrario).Dado que las
corrientes de los conductores opuestos al eje del campo magntico
son de igual magnitud, las fuerzas que ellas originan son de igual
valor y de sentido contrario, lo cual al estar ubicadas en el mismo
plano, se compensan, no produciendo cupla alguna. Como conclusin en
estas condiciones esta mquina no presenta cupla de arranque.10.
DESCRIBA LOS DIFERENTES TIPOS DE ARRANQUE UTILIZADOS DURANTE LA
PRCTICA.
A los efectos de reducir la corriente que toma en el momento de
arranque este tipo de motores, la cual puede afectar a las
instalaciones anexas al mismo, los sistemas que se utilizan son los
siguientes:ARRANQUE DIRECTOSe puede realizar siempre que la red
pueda suministrar la corriente de arranque, sin afectar otras
instalaciones anexas (como computadoras, flujo luminoso en
instalaciones de iluminacin por efectos de la cada de tensin, etc).
Se utiliza normalmente en motores de pequea potencia.
ARRANQUE A TENSIN REDUCIDAPara reducir la corriente de arranque,
se aplica a los motores en el momento de arranque una tensin menor
a la nominal o de plena potencia. Se debe tener en cuenta que la
cupla motora se ve reducida con el cuadrado de la tensin aplicada,
por lo que se debe verificar que la cupla resistente sea inferior a
esta.
ARRANQUE ESTRELLA-TRINGULOEl mismo consiste en arrancar el motor
con sus bobinados conectados en estrella y luego que alcanza una
cierta velocidad, cambiar la conexin a tringulo, recibiendo plena
tensin. Con esto se logra reducir la corriente de la lnea a la
tercera parte, pero tambin la cupla se reduce a la tercera parte.
En la figura 8.45 a y 8.45 b se ven las curvas de cupla y corriente
en el proceso de arranque.
Este sistema se utiliza para arrancar en vaco o con par
resistente dbil. En la figura 8.46 se presenta el esquema elctrico
de comando con las protecciones correspondientes.
La secuencia de arranque es el siguiente:a) Se cierra la llave
seccionadora para habilitar con tensin al sistemab) Se cierra el
contactor K2, con lo cual se forma el centro de estrella de las
bobinas del motor.c) Se cierra el contactor K1 con lo cual el motor
recibe tensin del sistema de alimentacin y se produce el
arranque.d) Despus de un cierto tiempo predeterminado de acuerdo al
tipo de motor, se abre el contactor K2 y se cierra el K3 con lo
cual los bobinados se conectan en tringulo y trabaja a plena
potencia.e) Este proceso se realiza en forma automtica y con
enclavamientos que no permitan efectuar maniobras errneas que
puedan perjudicar el sistema (por ejemplo los contactores K2 y K3
no pueden estar simultneamente cerrados ya que estaramos en
presencia de un cortocircuito. Se debe tener en cuenta que para
este tipo de arranque, tanto la tensin de suministro como la tensin
que soportan las bobinas del motor. En otras palabras la tensin de
lnea del suministro debe ser igual a la tensin que soportarn las
bobinas conectadas en tringulo. Por ejemplo si la tensin de
alimentacin es de 3 x 380 V, la bobina del motor debe ser apta para
380 V. Si en cambio la bobina es apta para 220 V, el motor solo
puede trabajar en conexin estrella y no se puede realizar este tipo
de arranque.
ARRANQUE CON AUTOTRANSFORMADOR
Mediante este sistema, la tensin de arranque se puede reducir al
valor que se desee de acuerdo a las necesidades. En la figura 8.47
se ha dibujado el esquema elctrico correspondiente.
En este caso al cerrar los contactores K1 y K2, el motor recibe
una tensin preestablecida a travs del autotransformador, despus de
un cierto tiempo se abren dichos contactores y se cierra el K3, con
lo cual el motor trabaja a plena tensin.ARRANQUE CON RESISTENCIA O
REACTANCIAS INDUCTIVAS EN SERIE CON EL ESTATORAqu la tensin se
reduce debido a la cada de tensin en la impedancias que colocan en
serie con las bobinas estatricas. En la figura 8.48 se observa el
esquema elctrico de este tipo de arranque.
ARRANQUE A TRAVS DE UN VARIADOR DE FRECUENCIA.Un variador de
frecuencia (siglas VFD, del ingls: Variable Frequency Drive o bien
AFD Adjustable Frequency Drive) es un sistema para el control de la
velocidad rotacional de unmotor de corriente alterna(AC) por medio
del control de la frecuenciade alimentacin suministrada al motor.
Un variador de frecuencia es un caso especial de unvariador de
velocidad.Generalmente se lo usa para el arranque de un motor es
decir, se vara su velocidad a una velocidad pequea respecto a la
velocidad nominal para asi evitar que la corriente de arranque sea
demasiado grande.
11. QUE ES UN REGULADOR DE VELOCIDAD.En la actualidad se realiza
con dispositivos de potencia electrnicos, mediante un proceso por
el cual la alimentacin de corriente alterna con tensin y frecuencia
constante se rectifica y por medio de transistores que trabajan en
modulacin del ancho del pulso, generan corriente trifsica de tensin
y frecuencia variable que alimenta el motor. Los tiempos de disparo
de los transistores del modulador, los fija un microprocesador, con
lo que se logra que el flujo magntico del motor se mantenga
constante, independiente de la frecuencia.12. SE BAJA LA VELOCIDAD
DE ACUERDO A LA CARGADisminuye ligeramente su velocidad con el
aumento de la carga en su eje.CONCLUSIONES Debido a que la mquina
de induccin posee un mayor rendimiento comparado con las maquinas
DC, adems de que su costo de construccin y mantenimiento es menor a
la maquina DC, se concluye que las maquinas ms recomendables para
la industria son las mquinas de induccin. Ya que una mquina de
induccin antes de encenderse se encuentra en estado esttico y con
los valores obtenidos durante la prctica se observa que la
corriente de arranque de un motor es muy alto, comparado con la
corriente nominal a la que generalmente opera, debido a este
comportamiento se concluye que este fenmeno se produce porque la
maquina se encuentra en estado estatico y para vencer esa inercia y
empezar a tomar su velocidad nominal necesita realizar una gran
cantidad de trabajo para vencer dicha inercia, por lo que se
necesita una gran cantidad de corriente. Se verifico que para que
haya induccin de voltaje en una mquina de induccin es necesario que
la velocidad del rotor sea menor a la velocidad sincrnica.Santiago
Pilicita
Las maquinas sincrnicas son utilizadas como generadores para
convertir grandes cantidades de energa primaria en energa
elctricas; tambin pueden utilizarse como motores en los lugares
donde se necesita velocidad constante; estos motores sincrnicos
tienen la caracterstica de trabajar tomando o entregando potencia
reactiva, la dificultad para usar esta mquina como motor es que no
desarrolla par de arranque, pero si se incluye en el rotor un
devanado auxiliar de jaula de ardilla es posible obtener un par de
aceleracin y sincronizarse con la red. El generador sin escobillas
debido a que no presenta ningn contacto mecnico entre el rotor y el
estator estas mquinas requieren menos mantenimiento y bajos costos.
La razn por la cual los motores sincrnicos no son muy comunes, al
menos en aplicaciones en las que tiene que arrancar y detenerse
como parte del ciclo de trabajo, es que se necesita de un motor de
induccin al eje de la maquina sincrnica, para que ste arranque el
rotor y lo lleve hasta una velocidad cercana a la sincrnica; luego
el rotor se energiza (la excitatriz) y se completa el
emparejamiento de la velocidad. Por supuesto que esta maniobra no
es sencilla ni barata, el motor de induccin es parte del conjunto y
sigue dando vueltas, arrastrado por el motor. Arcos Luis
RECOMENDACIONES
1.- El trabajo preparatorio del estudiante debe constar las
conexiones para las diferentes clases de arranque en las maquinas
elctricas a estudiarse, para tener en claro el trabajo que se debe
realizar en el laboratorio.
2.- Es muy importante siempre revisar la placa de caractersticas
de las mquinas elctricas con las que trabajamos en el laboratorio,
ya que hay se encuentra todos los datos importantes de dicha
mquina, conocer estos datos nos permite reducir el riesgo de
accidentes porque se toma en cuenta los peligros que lleva trabajar
con voltajes un poco altos.
BIBLIOGRAFA
http://www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/electrotecnica_y_maquinas_electricas/apuntes/8_motores_de_induccion.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuencia
file:///C:/Users/Luis%20Jeampool/Downloads/Maquinas%20Sincronicas-sep-2011(UNET).pdf
http://www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/electrotecnica_y_maquinas_electricas/apuntes/9_maquina_sincronica.pdf
http://www.ing.unlp.edu.ar/cys/DI/MaqElec.pdf