Universidad Autónoma del Estado de Morelos FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍA MANUAL DE...

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍA

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIOCONVERSION ELECTROMAGNETICA III

Asignatura:Conversión

Electromagnética III

Clave:Créditos:

IE21 10

Universidad Autónoma delEstado de Morelos

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍA

ETAPA DE FORMACION:Disciplinaria

LICENCIATURA A LA QUEPERTENECE;

Ingeniería Eléctrica

APROBÓ:

ELABORADO POR:Dr. Limón Mendoza Mario REVISADO POR; FECHA:

Noviembre 2011

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍACONVERSION ELECTROMAGNETICA III

MANUAL DE PRACTICAS

MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO CONVERSIONELECTROMAGNETICA III

1.- INTRODUCCIÓN

En la Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería dependientede la Universidad Autónoma del Estado de Morelos, el programaacadémico de Ingeniería Eléctrica, incluye en su sextosemestre, la materia de Conversión Electromagnética III.

Ésta asignatura tiene un valor curricular de diez créditos,producto de cuatro horas clase y dos horas práctica .Las horasprácticas de la materia de Conversión Electromagnética III selleva a cabo en el TMF del TAMULBA.

La finalidad de este Manual de Prácticas, es que sirva deguía para la realización de prácticas y de los reportescorrespondientes; con la ventaja de que al hacer las mismasprácticas todos los alumnos logren una formación más uniformeen la asignatura.

La electricidad es la más flexible y versátil de todas lasformas de energía existentes. ¿Quién no conoce sus numerosasaplicaciones tanto caseras, como industriales, ya sea paraalumbrado, calefacción o propulsión de motores y otrosdispositivos electromecánicos?

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MANUAL DE PRACTICAS

Por lo tanto, no es sorprendente que la energía eléctrica ylas maquinas eléctricas ocupen preponderante en todos losniveles de estudio de la tecnología industrial. Este manualestá dedicado específicamente al tema de potencia eléctrica yal de los motores y generadores eléctricos.

El método de presentación seguido en los Lab Volt EMS(Sistemas para la enseñanza de electromecánica) es único debidoa su equipo modular y por qué hace énfasis en que cadaestudiante participe activamente en la ejecución de losexperimentos y demostraciones.

Se principia con la ley de Ohm y el tema se desarrollaprogresivamente hasta abarcar los principios de los circuitosde c-d y c-a, la corriente monofásica y trifásica, los motoresy generadores de c-d y c-a, el control de la velocidad y laregulación del voltaje, los transformadores, las conexiones deestrella y delta, y la instrumentación de potencia.

Al final de cada experimento de laboratorio hay una serie depreguntas y problemas que el estudiante debe resolver por sísolo ya sea en clase o en casa. Por lo general, los temas sepresentan en orden de dificultas creciente y, con conforme sepasa de un experimento a otro, los ejercicios requierenconocimientos cada vez más avanzados y especializados.

Uno de los mayores méritos de este manual estriba en laimportancia dada a la demostración práctica de las teoríasanalizadas y en que no se requieren matemáticas avanzadas, locual se ha logrado sin sacrificar el rigor técnico. El métodoseguido es experimental y directo, además tiene granflexibilidad que permite adaptarlo a los requisitos de casicualquier curso sobre tecnología de potencia y sistemaselectromecánicos.

2.- OBJETIVO GENERAL

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Lograr que el estudiante comprenda los principios de laconversión de la energía electromagnética, mostrando la formaen que estos principios se aplican en el diseño yfuncionamiento de los tipos más comunes de circuitos, máquinasy dispositivos eléctricos y a su vez comprobar estos principiosestudiando el comportamiento de los motores y los generadores,a base de experimentos de laboratorio.

3.- PRÁCTICAS

PRACTICA NO. 1:EL MOTOR SINCRONO PARTE I

PRACTICA NO. 2:EL MOTOR SINCRONO PARTE II

PRACTICA NO. 3:EL MOTOR SINCRONO PARTE III

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MANUAL DE PRACTICAS

PRACTICA NO. 1

EL MOTOR SINCRONO PARTE I

OBJETIVOS:

1.- Analizar la estructura de un motor síncrono trifásico.2- Calcular las características de arranque del motor síncronotrifásico.

EXPOSICION:

El motor síncrono deriva su nombre del término velocidadsíncrona, que es la velocidad natural del campo magnéticogiratorio del estator. Como ya se vio antes, la velocidadnatural de rotación está determinada por el número de pares depolos y la frecuencia de la potencia aplicada.

Al igual que el motor de inducción, el motor síncronoutiliza un campo magnético giratorio, pero a diferencia delmotor de inducción, el par desarrollado no depende de lascorrientes de inducción del rotor. En resumen, el principio deoperación del motor síncrono es el siguiente: se aplica unafuente multifásica de c-a a los devanados del estator y seproduce un campo magnético rotatorio. Se aplica una corriente

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directa a los devanados del rotor y se produce un campomagnético fijo. El motor está construido en tal forma quecuando estos dos campos magnéticos reaccionan entre sí, elrotor gira a la misma velocidad que el campo magnéticogiratorio. Si se aplica una carga al eje del rotor, éste tendráun atraso momentáneo con relación al campo giratorio; peroseguirá girando a la misma velocidad síncrona.

Para entender cómo se produce este atraso, imagínese que elrotor está acoplado a un campo giratorio por medio de una bandaelástica. Las cargas pesadas harán que se estire la banda demodo que la posición del rotor tendrá cierto atraso conrespecto al campo del estator, pero el rotor seguirá girando ala misma velocidad. Si la carga es demasiado grande, el rotorse saldrá de sincronismo con el campo giratorio y, comoresultado, se parará. En este caso, se dice que el motor estásobrecargado.

El motor síncrono no tiene par de arranque propio v su rotorde modo que, una vez parado el motor, no habría manera de hacerque el rotor entre en acoplamiento magnético con el campomagnético giratorio. Por esta razón, todos los motoressíncronos tienen algún medio de arranque. La forma más sencillade arrancar un motor síncrono es usar otro motor que lo impulsehasta que el rotor alcance aproximadamente 90 por ciento de suvelocidad síncrona. Entonces el motor de arranque sedesconecta, y el rotor entra en acoplamiento con el campogiratorio. En la práctica, el método de arranque más usadoconsiste en que el rotor incluya un devanado de inducción dejaula de ardilla. Este devanado de inducción hace que el rotoralcance una velocidad próxima a la síncrona, funcionando comoen un motor de inducción. La jaula de ardilla sigue útilincluso después de que el motor ha llegado a la velocidadsíncrona, ya que tiende a amortiguar las oscilaciones del rotorproducidas por cambios repentinos en la carga. El módulo demotor síncrono/generador contiene un rotor con dispositivo dearranque de jaula de ardilla.

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OBSERVACIONES:

¡En este Experimento de Laboratorio se manejan altosvoltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente estéconectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cadamedición!

INSTRUMENTOS Y EQUIPO:

Módulo de motor síncrono /generadorEMS 8241

Modulo de electrodinamómetro EMS8911Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V, 3Ø, 120V c-d, 0-120 V c-d)

EMS 8821Modulo de interruptor de sincronización

EMS 8621 Módulo de medición de c-a (8) EMS8425Módulo de medición de c-a (250V) EMS 8426Tacómetro de mano EMS 8920Cables de conexión EMS 8941Banda EMS 8942

PROCEDIMIENTO:

1.- Examine la estructura del Módulo EMS 8241 de motor síncronogenerador, fijándose especialmente en el motor, los anilloscolectores, el reóstato, las terminales de conexión y elalambrado.

2.- Observe el motor desde la parte posterior del módulo:

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a) Identifique los dos anillos colectores y las escobillas.

b) ¿Se pueden mover las escobillas? = SI

c) Observe que las terminales de los dos devanados del rotor sellevan hasta los anillos colectores a través de una ranura enel eje del rotor.d) Identifique los devanados amortiguadores de c-d en el rotor.(Aunque sólo son dos devanados, están conectados en tal formaque sus fuerzas magnetomotrices actúan en oposición, creandoasí cuatro polos.)e) Identifique los cuatro polos salientes inmediatamente debajode los devanados de amortiguación.f) Identifique el devanado del estator y observe que esidéntico al de los motores trifásicos de jaula de ardilla y derotor devanado.

3.- Observe desde la cara delantera del módulo:a) Los tres devanados independientes del estator estánconectados a las terminales =

___1___ y ___4___, ___2___ y ___5___, ___3___ y __6___

b) ¿Cuál es el voltaje nominal de los devanados del estator? =120 VOLTS

c) ¿Cuál es la corriente nominal de los devanados del estator?= 1 Ampere

d) El devanado del rotor se conecta (a través del reóstato de150Ω) a las terminales =

___7___ y ___8___

e) ¿Cuál es la corriente nominal del devanado del rotor? = 0.6Ampere

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f) ¿Cuál es el voltaje nominal del devanado del rotor? = 120VOLTS c-d

g) ¿Cuál es la velocidad nominal y la potencia del motor?

r/min = 1800 rpm

hp = ¼ hp

CARACTERÍSTICAS DE ARRANQUE

Figura 1-14.- Conecte el circuito ilustrado en la Figura 1-1, utilizandolos Módulos EMS de motor síncrono/generador, fuente dealimentación y medición de c-a. Observe que los tres devanadosdel estator están conectados en estrella a la salida trifásicafija de 208V de la fuente de alimentación, terminales 1,2 y 3.

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5.-a) Conecte la fuente de alimentación. Observe que el motorcomienza suavemente a funcionar y sigue operando como un motorordinario de inducción.b) Observe el sentido de rotación.

Rotación = ____Sentido horario_______, I1 =____1.21_______ A c-a

c) Desconecte la fuente de alimentación e intercambie dos delos tres cables que van a la fuente de alimentación.d) Conecte la fuente de alimentación y observe el sentido derotación.

Rotación = __Anti horario_________, I1 = ___1.21________ Ac-ae) Desconecte la fuente de alimentación.

6.- Conecte el circuito que aparece en la Figura 1-2, con losMódulos EMS del electrodinamómetro y el interruptor desincronización. Acople el motor al electrodinamómetro por mediode la banda.

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Figura 1-2

7.- a) El módulo de interruptor de sincronización se utilizarácomo interruptor para la potencia trifásica que va a losdevanados del estator. Ponga el interruptor en la posición"off".b) El electrodinamómetro se conecta a la salida fija de 120V c-a de la fuente de alimentación, terminales 1 y N. Ajuste laperilla de control del dinamómetro al 40 por cientoaproximadamente de excitaciónc) El rotor del motor síncrono se conecta a la salida fija de120V c-d de la fuente de alimentación 8 y N. Ajuste el reóstatode campo a una resistencia cero (la perilla de control debeponerse en la posición extrema, haciéndola girar en el sentidode las manecillas del reloj).d) Si el motor síncrono tiene el interruptor S, ciérrelo alllegar a este paso.

8.- a) Conecte la fuente de alimentación. A continuaciónaplique potencia trifásica cerrando el interruptor desincronización y observe lo que sucede. ¡No aplique la potenciamás de 10 segundos!b) Describa lo que sucede. = El motor se amarra y no puedearrancar conectado directamente a la corriente. (El motorempezó a vibrar)

El motor no pudo arrancar correctamente debido a que teniaconectado una carga, esa carga hizo que se amarrara el motordebido que era muy grande.

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c) ¿Qué lectura dio el amperímetro? = 5.2 Ampere

d) Si un motor síncrono tiene carga, ¿debe arrancarlo cuandoexiste excitación de c-d en su campo? = NO, debido a que tienebajo par de arranque

9.- a) Conecte el rotor del motor síncrono a la salida variablede 0-120V c-d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N.No cambie ninguna de las otras conexiones o los ajustes delcontrol.b) Con el control del voltaje variable de salida en cero,conecte la fuente de alimentación. Aplique potencia trifásicacerrando el interruptor de sincronización y observe lo quesucede.

c) Describa lo que pasó.Este caso sucedió lo contrario que en el caso anterior, elmotor si puedo trabajar debido a que la corriente suministradafue gradual, esto hace que el motor inicie lentamente debidoala carga que tiene conectada.

d) ¿Funciona el aparato como motor de inducción? SI, porque notrabaja con corriente directa. (No tiene corriente directa)

e) Ajuste cuidadosamente la salida de la fuente de alimentacióna 120V c-d, según lo indique el medidor de la fuente dealimentación.f) Describa lo que sucede. = La corriente de excitación aumentoy la corriente de armadura disminuyo.

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10.- a) Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 1-3.Observe cómo está conectado el motor síncrono; ésta es laconfiguración normal de arranque (como un motor de induccióntrifásico de jaula de ardilla).b) Ajuste la perilla de control del dinamómetro en su posiciónextrema haciéndola girar en el sentido de las manecillas delreloj (a fin de proporcionarle al motor síncrono la máximacarga en el arranque).c) Si el motor síncrono tiene el interruptor S, ciérrelo alllegar a este paso.

Figura 1-3

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11.- a) Conecte la fuente de alimentación y mida rápidamenteE 1, E 2, I 1 y el par de arranque desarrollado. Desconecte lafuente de alimentación.b) Calcule la potencia aparente suministrada al motor en elarranque.

potencia aparente = (El dato obtenido de la corriente esmuy elevado y me arroja un voltaje muy alto) VA

c) Calcule el par a plena carga correspondiente a 1/4 hp a 1800 r/min.

par a plena carga = lbf.plg

d) Calcule la relación entre el par de arranque y el par aplena carga.

relación =

e) Explique por qué se indujo un alto voltaje en c-a, E2 en losdevanados del rotor.

Porque se induce un voltaje, esto sucede debido a el campomagnético de los devanados.

12.- Sin cambiar el circuito, conecte la fuente de alimentacióny, para reducir la carga, haga girar con lentitud la perilla decontrol del dinamómetro en sentido contrario al de lasmanecillas del reloj. El motor aumentará a velocidad plena yfuncionará como motor de inducción de jaula de ardilla. Observeel efecto producido en el voltaje inducido E2.

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a) ¿Por qué se reduce E2 conforme se incrementa la velocidad delmotor? =

Porque cuando el motor toma su velocidad nominal deja deinducir voltaje.

P RUEBA DE CONOCIMIENTOS:

1.- ¿Qué precauciones deben tomarse durante el período dearranque de un motor síncrono?

Debe estar desconectado la carga del motor debido a que estacarga hace que el arranque del motor sea casi nulo y comience avibrar.

2.- Si se quitara el devanado de jaula de ardilla de un motorsíncrono, ¿podría arrancar por si solo? NO, debido al bajo parde arranque.

3.- Indique dos razones por las que el devanado del rotor de unmotor síncrono se conecta casi siempre a una resistenciaexterna durante el arranque. =

a) = Para aumentar el par de arranque, mediante una resistenciavariable (reóstato de campo).

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b) = Para disminuir la corriente de arranque.

4.- Compare las características de arranque el motor síncronocon las del motor de inducción trifásico de jaula de ardilla(Experimentos de Laboratorio N° 16)

La maquina sincrónica va a la velocidad de sincronismo, esdecir a la misma velocidad en la que "gira" el campomagnético de estáto y la velocidad de un motor de induccióndepende además de la frecuencia de alimentación, de la cargaque se le aplique al mismo, entre mas carga, mayor será eldeslizamiento que sufra.

El motor síncrono tiene bajo par de arranque, se necesita tener un par de arranque externo, y el motor de inducción tiene un alto par de arranque.

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PRACTICA NO. 2

EL MOTOR SÍNCRONO PARTE II

OBJETIVOS:

1.- Entender por qué el motor síncrono puede comportarse comoinductancia o capacitancia variables.2.- Obtener la cuna característica de la corriente de c-a enfunción de la corriente en c-d, para el motor síncrono.

EXPOSICION:

Como ya se vio antes, se necesita una potencia reactivapositiva para crear el campo magnético en un motor de corrientealterna. Esta potencia reactiva tiene la desventaja de producirun factor de potencia bajo. Los factores de potencia bajos sonindeseables por varias razones. Los valores nominales de losgeneradores, transformadores y circuitos de abastecimientoestán limitados por la capacidad que tienen para llevarcorriente. Esto significa que la carga en kilowatts que puedenentregar es directamente proporcional al factor de potencia delas cargas que alimentan. Por ejemplo, a un factor de potenciao 0.7, un sistema sólo proporciona el 70 por ciento de la cargaen kilowatts que podría entregar a un factor igual a la unidad.

El motor síncrono requiere una considerable potenciareactiva cuando opera en vacío sin ninguna excitación en c-daplicada al rotor. Actúa como una carga inductiva trifásica en

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una línea de potencia. Cuando el rotor se excita, se produceparte del magnetismo dentro del motor, dando como resultado queel estator tiene que proporcionar una menor cantidad y la po-tencia reactiva obtenida de la línea de alimentación disminuye.Si el rotor se excita hasta que produce todo el magnetismo, lalínea de alimentación sólo tendrá que proporcionar potenciareal al estator y el factor de potencia será igual a la unidad.En lo que respecta a la línea de aumentación, el motor síncronose comporta ahora como una carga resistiva trifásica.

Si el rotor se excita más todavía, tendiendo a crear másmagnetismo que el que requiere el motor, entonces la línea depotencia comienza a proporcionar una potencia reactiva negativaal estator a fin de mantener constante el flujo total. Sinembargo, la potencia reactiva negativa corresponde a uncapacitor y el motor síncrono actúa entonces como una cargacapacitiva trifásica con relación a la línea de potencia.

Cuando funciona en vacío, el motor síncrono tiene lapropiedad de actuar como un capacitor variable/inductorvariable, en donde el valor de la reactancia (X L ó Xc) quedadeterminada por la intensidad de corriente directa qué fluyepor el rotor.

Cuando un motor síncrono se usa en el mismo sistema depotencia junto con motores de inducción, mejora el factor depotencia general del sistema.

OBSERVACIONES:



Módulo de motor/generador síncrono EMS

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8241Modulo de electrodinamómetro EMS8911Modulo de wattímetro trifásico EMS8441Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V, 3Ø, 0-120 V c-d) EMS8821Módulo de medición de c-a (0.5/2.5A) EMS8425Módulo de medición de c-a (250V) EMS 8426Módulo de medición de c-d (0.5/2.5A) EMS8412Cables de conexión EMS 8941

PROCEDIMIENTO:

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Figura 2-11.- Conecte el circuito que aparece en la Figura 2-1,utilizando los Módulos EMS de motor/generador síncrono,wattímetro, fuente de alimentación y módulos de medición.Observe qué los devanados del estator están conectados, através del wattímetro, a la salida fija de 208V, 3Ø de la fuentede alimentación, terminales 1, 2 y 3. El devanado de rotor estáconectado, a través del amperímetro, a La salida variable de 0-120V c-d de la fuente de alimentación, terminales 7 y N. Laperilla de control de voltaje debe estar en cero.b) Si el motor está equipado con un interruptor S, ábralo alllegar a este paso.c) Ajuste el campo del reóstato para resistencia cero (hagagirar totalmente la perilla en el sentido de las manecillas delreloj.

2.- a) Conecte la fuente de alimentación; el motor debecomenzar a funcionar. Observe el valor de la corriente alternaEl motor toma potencia reactiva positiva de la fuente dealimentación a una excitación de c-d igual a cero, y funcionacomo un inductor.b) Si el motor tiene un interruptor S, ciérrelo al llegar aeste paso.c) Aumente gradualmente la excitación de c-d hasta que lacorriente alterna I1 esté en su valor mínimo. Los doswattímetros deben indicar lecturas positivas idénticas y, en loque respecta a la fuente de alimentación, el motor se comportacomo una resistencia.d) Observe I1, I2, W1, Y W2

I1 min = 0.14 A c-a, I2 min = 0.6 A c-d

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W1 = 10 W, W2 = 10 W

e) Aumente la excitación de c-d y observe que la corrientealterna I1 comienza a aumentar nuevamente. El motor toma unapotencia reactiva negativa de la fuente de alimentación y secomporta como un capacitor.

3.- a) Reduzca la excitación de c-d a cero; mida y anote E„ I„W 1 y W2, en la Tabla 2-1.b) Repita esta operación para cada valor de corriente directaindicado en la Tabla 2-1. Cuando la excitación exceda de 0.6Ac-d, tome las mediciones tan rápidamente como sea posible.Desconecte la fuente de alimentación y cambie la escala delamperímetro cuando la corriente descienda por abajo de 0.5A c-d. Recuerde que debe observar las indicaciones de polaridad delwattímetro.c) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente dealimentación.

4.- Llene la Tabla 2-1, calculando la potencia aparente(recuerde que debe multiplicar por 1.73), la potencia real y elfactor de potencia para cada valor de corriente directaindicado.

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Tabla 2-1

5.- a) De acuerdo con los resultados de la Tabla 2-1, calculela potencia reactiva, para una corriente del rotor en c-d iguala cero. =

b) El factor de potencia ¿es adelantado o atrasado? = Atrasado.

6.- a) De acuerdo con los resultados de la Tabla 2-1, calculela potencia reactiva para la máxima corriente del rotor en c-d.= 0

I2(amps)

E1(volts)

I1(amps)

POTENCIA(VA) W1 W2

POTENCIA (watts) FP

0 225 1.25

281 75 165 0.58

0.1 225 1.1 247 65 135 0.540.2 225 0.8 180 45 100 0.55

0.3 225 0.65

146 30 80 0.54

0.4 225 0.5 112 20 60 0.530.5 225 0.3 67 0 25 0.370.6 225 0.2 45 0 10 0.22

0.7 225 0.15

33 15

0 0

0.8 225 0.23

45 30 0 0

0.9 225 0 0 40 5 0

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b) ¿El factor de potencia (es adelantado o atrasado? =Adelantado (Teóricamente debe ser adelantado, debido a que losdatos obtenidos no son los correctos, este dato no puede sermostrado)

7.- De acuerdo con los resultados de la Tabla 2-1, calcule lapotencia reactiva a la corriente mínima de estator.

Potencia reactiva = 33.77 var (en este casosucede lo mismo, debido a los datos obtenidos no se puedeasegurar que el dato sea el correcto)

Figura 2-2

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1.- a) En la gráfica de la Figura 2-2 marque los valoresanotados de corriente alterna en función de los valores decorriente directa según la Tabla 2-1.b) Trace una curva continua por todos los puntos marcados.c) En la gráfica de la Figura 2-2 marque los factores depotencia medidos en función de los valores de corriente segúnla Tabla 2-1.d) Dibuje una curva continua por los puntos marcados.e) Haga sus comentarios acerca de la forma de ambas curvas.

Con forme se incrementa la corriente en el rotor se corrige elfactor de potencia.

2.- El motor síncrono se denomina a veces capacitor síncrono.Explique esto.

Se comporta como capacitor porque la corriente es alta en elrotor, esto debido al alto campo magnético del estator. ( Estocorrige el factor de potencia)

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3.- ¿Podría llamársele a un motor síncrono, in ductor síncrono?

SI, porque a una corriente mínima en el rotor, el único campomagnético presente es el del estator. (Esto atrasa el factor depotencia).

4.- Escriba sus observaciones acerca de la potencia realconsumida por el motor durante el Procedimiento 3

La potencia real disminuye conforme aumenta la excitación en elrotor.

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PRACTICA NO. 3

EL MOTOR SÍNCRONO PARTE III

OBJETIVOS:

1.- Determinar las características a plena carga del motorsíncrono.2.- Determinar el par de salida del motor síncrono.

EXPOSICION:

Al igual que se pudo variar el factor de potencia del motorsíncrono en vacío, se puede cambiarlo en condiciones de plenacarga. Aunque el factor de potencia del motor se mantienenormalmente cerca del 100 por ciento, se puede sobreexcitarlocon una corriente directa a fin de mejorar el factor depotencia general de un sistema eléctrico grande.Cuando en el mismo sistema eléctrico, los motores síncronosoperan con motores de inducción u otros dispositivos quefuncionan a factores de potencia atrasados, entonces loskilovars adelantados que proporcionan los primeros, compensanlos kilovars atrasados de los motores de inducción u otrosdispositivos, dando como resultado un mejoramiento en el factorde potencia general del sistema eléctrico.Los motores síncronos, al igual que los de inducción, se puedensobrecargar en forma temporal. Sin embargo, a diferencia delmotor de inducción, el síncrono mantendrá una velocidadconstante hasta que las condiciones de sobrecarga no excedandeterminado punto. El punto máximo de sobrecarga depende de laexcitación de c-d del rotor. Cuando se sobrepasa este punto,los polos del rotor "se desacoplan" del campo giratorio del

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estator y el rotor pierde su sincronismo. Este punto desobrecarga se denomina par de salida del motor. Si no fuera porlos devanados de jaula de ardilla, dejaría de desarrollar pary, en consecuencia, se detendría rápidamente. Cuando un motorsíncrono sale de sincronismo, hay que desconectarlo de la líneade alimentación tan rápidamente como sea posible.

OBSERVACIONES:



Módulo de motor/generador síncrono EMS8241Modulo de electrodinamómetro EMS8911Modulo de wattímetro trifásico EMS8441Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V, 3Ø, 0-120 V c-d) EMS8821Módulo de medición de c-a (2.5A) EMS 8425Módulo de medición de c-a (250V) EMS 8426Módulo de medición de c-d (200V/2.5A) EMS8412Cables de conexión EMS 8941Banda EMS 8942

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PROCEDIMIENTO:

Figura 3-11.- Conecte el circuito ilustrado en la Figura 3-1, utilizandolos Módulos EMS de motor/generador síncrono, wattímetro,electrodinamómetro, fuente de alimentación y medición. Observeque los devanados del estator están conectados a la salida tri-fásica variable de la fuente de alimentación, terminales 4, 5 y6, y que el devanado del rotor se conecta a la salida fija dec-d de la fuente de alimentación, terminales 8 y N.

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2.- a) Acople el motor al electrodinamómetro utilizando labanda.b) Ponga la perilla de control del dinamómetro en su posiciónextrema haciéndola girar en sentido contrario al de lasmanecillas del reloj.c) Ajuste el reóstato del motor síncrono en su posición extremahaciéndolo girar en sentido contrario al de las manecillas delreloj, para obtener una resistencia máxima. (Si el motor tieneun interruptor S, debe mantenerlo abierto).d) Conecte la fuente de alimentación y ajuste rápidamente E1 a208V c-a, según lo indique el voltímetro. El motor debe comenzara funcionar.

3.- a) Si el motor tiene un interruptor S, debe cerrarlo.b) Aumente en forma gradual el par hasta llegar a 9 Ibf.plg, entanto que hace variar la excitación de c-d, hasta que laindicación en los dos wattímetros sea la misma, es decir, hastaque el factor de potencia sea igual a la unidad. (I1 debe estartambién en su valor mínimo.)

c) Mida y anote I1, I2, E2, W1, y W2.

I1 = ___0.29____ A c-a, I2 = __0.5_____A c-d, E2 =___140____V c-d

W1 = ___35____ W, W2 = ___35____ W

4.- Sin cambiar la excitación de c-d del Procedimiento 3,aumente de un modo gradual la carga hasta que el motor quedefuera de sincronismo. Anote el par requerido para ello ydesconecte la fuente de alimentación.

par de salida = 21 lbf.plg

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5.- a) Repita los Procedimientos 2 y 3, pero en esta ocasiónaumente la excitación de c-d a 0.8A c-d, en tanto que mantengaun par de 9 Ibf.plg.

b) Mida y anote I1, E2, W1, y W2.

I1 = 0.5 A c-a, E2 = 140 V c-d

W1 = 70 W, W2 = 0 W

c) Explique por qué aumentó el valor de I1 Debido al sobreexcitamiento del motor y como consecuencia elfactor de potencia es adelantado.

d) ¿Es adelantado o atrasado el factor de potencia? = Adelantado

6.- Determine el par de salida con una excitación de 0.8A c-d.Desconecte la fuente de alimentación.

par de salida = 9 lbf.plg


1.- Con los resultados del Procedimiento 3 calcule lascaracterísticas a 9 lbf. plg del motor síncrono.

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MANUAL DE PRACTICAS

a) potencia aparente = 0.1 x 208 x 1.73= 35.9 VA

b) potencia real = 30 W

c) potencia reactiva = = 26.25 var

d) factor de potencia = 0.8

e) potencia en c-d = 70 W

f) potencia (hp) = 0.042 hp

g) eficiencia = 0.29/0.042= 6.9 %

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MANUAL DE PRACTICAS

2.- Calcule la relación del par de salida (Procedimiento 3) alpar a plena carga.

3.- Con los resultados del Procedimiento 5, calcule lascaracterísticas a 9 lbf. plg (con el rotor sobreexcitado) delmotor síncrono.

a) potencia aparente = 0.5 x 208 x 1.73 = 179 VA

b) potencia real = 70 W

c) potencia reactiva = 140 x 0.6= 84 var

d) factor de potencia = 0.3888

e) potencia en c-d = 140 x 0.6= 84 W

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MANUAL DE PRACTICAS

f) potencia (hp) = 0.112 hp

4.- ¿Es positiva o negativa la potencia reactiva de la pregunta3? =Negativa, esto es debido a que el motor esta sobreexitado.

5.- ¿Influye en el par de salida el grado de excitación de c-d?Explique por qué.SI, todo depende de la excitación de rotor mediante cd, si estepunto se sobrepasa los polos se desajustan y la maquina pierdeel sincronismo.

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MANUAL DE PRACTICAS

4.- ANEXOS:

SIMBOLOS Y ABREVIATURAS

Corriente alterna c-a Fuerza magnetomotriz FMMAmerican wire gauge ( calibres) AWG megavolt MV

Ampere amp, A microampere µAAmpere (instantáneo) a fase ØAmpere-vuelta Av picofarad pFPotencia aparente VA potencial E

Voltaje aplicado VA Libre-fuerza pulgada lbf-plg

Promedio prom. Potencia aparente VACapacitancia C Potencia reactiva varReactancia capacitatica XC Reactancia inductiva XL

En el sentido de las manecillas del reloj esmr Resistencia-

capacitancia RC

Coseno cos Resistencia-inductacnia RL

Coulomb C Revoluciones por minuto r/min

En el sentido contrario de las manecillas del reloj

escmr Revoluciones por segundo r/seg

Corriente I Corriente de fuente IsCiclos por segundo Hz Voltaje de fuente VsCorriente directa c-d Corriente total IT

Valor efectivo (c-a) rmc Voltaje v

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MANUAL DE PRACTICAS

(instantáneo)Fuerza electromotriz FEM Voltaje (aplicado) VA

frecuencia f voltampere VAhenry H watthora Whhertz HzCaballo de potencia HpImpedancia ZInductancia LInductancia-capacitancia LCKilohertz kHzkilovar kvarCarga (resistencia) RL

TABLA 1RESISTENCIAS/REACTANCIAS TOTALES EQUIVALENTES QUE SE PUEDEN

OBTENER CON LOS MODULOS EMS 8311, 8321 Y 8331

VALORES EQUIVALENTES DE RESISTENCIAS/REACTANCIAS

PRIMERA SECCION,INTERRUPTORESCERRADOS (EN PARALELO)

SEGUNDA SECCION,INTERRUPTORESCERRADOS ( EN PARALELO CON LA PRIMERA SECCION)

TERCERA SECCION,INTERRUPTORESCERRADOS( EN PARALELO CON LA SEGUNDA SECCION)

1200Ω 1200 Ninguno Ninguno600Ω 600 Ninguno Ninguno300Ω 300 Ninguno Ninguno400Ω 1200 & 600 Ninguno Ninguno240Ω 1200 & 300 Ninguno Ninguno200Ω 600 & 300 Ninguno Ninguno

171.4Ω 1200 & 600 & 300 Ninguno Ninguno

150Ω 1200 1200 & 600 & 300 Ninguno

133.3Ω 600 1200 & 600 & Ninguno

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MANUAL DE PRACTICAS

300120Ω 300 600 & 300 Ninguno

109.1Ω 300 1200 & 600 & 300 Ninguno

100Ω 1200 & 300 1200 & 600 & 300 Ninguno

92.3Ω 600 & 300 1200 & 600 & 300 Ninguno

85.7Ω 1200 & 600 & 300

1200 & 600 & 300 Ninguno

80Ω 1200 1200 & 600 & 300

1200 & 600 & 300

75Ω 600 1200 & 600 & 300

1200 & 600 & 300

70.6Ω 300 600 & 300 1200 & 600 & 300

66.7Ω 300 1200 & 600 & 300

1200 & 600 & 300

63.1Ω 1200 & 300 1200 & 600 & 300

1200 & 600 & 300

60Ω 600 & 300 1200 & 600 & 300

1200 & 600 & 300

57.1Ω 1200 & 600 & 300

1200 & 600 & 300

1200 & 600 & 300

NOTA: se puede usar muchas combinaciones en paralelo (además de estas) para obtener los mismos valores equivalentes resistencia/reactancia aquí incluidos.

5.- REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

EXPERIMENTOS CON EQUIPO ELÉCTRICO

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MANUAL DE PRACTICAS

THEODORE WILLDI, PROFESOR DE INGENIERIA ELECTRICA, UNIVERSIDAD LAVAL, QUEBEC, CANADA Y MICHAEL J. DE VITO, INGENIERIA DE PROYECTOS, BUCK ENGINEERING CO. INC. FAR MINGDALE, NEW JERSEY, U.S.A., LIMUSA, 1987

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