UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE INDUSTRIAS

ALIMENTARIAS

LABORATORIO DE CIRCUITOS Y MAQUINAS ELECTRICAS 2011-B

ENSAYO: N°5

TEMAS: Maquinas Síncronas.

GRUPO: JUEVES 3-5 pm

FECHA: 05/11/2014

NOMBRE: GUIOVANI GOMEZ CCALAHUILLE

I.-

OBJETIVO:

a).- Examinar la construcción de un motor sincrono 3Φ.

b).- Obtener las características de los motores sincrono 3 Φ.

c).- Conocer el principio de funcionamiento de un motor síncrono.

II.- INTRODUCCION

Como la generalidad de las maquinas rotativas, consta de una parte fija (estator) y una

móvil (rotor), constituyendo el circuito magnético de la máquina. Igualmente dispone de

dos circuitos eléctricos situados sobre el estator y rotor de la máquina, relacionados a

través del circuito magnético, siendo su característica principal que el devanado

inducido se encuentra alojado en el ranurado del estator y el circuito inductor,

alimentado por corriente continua, en el rotor. En máquinas de pequeña potencia, esta

distribución suele estar invertida, estando el circuito inducido en el rotor y el inductor

en el estator.

El nombre de máquina síncrona viene como consecuencia del imperativo de funcionar,

únicamente, a la velocidad de sincronismo, que como se sabe, viene definida por la

frecuencia de las corrientes del estator y por el número de polos de la máquina

n1=60 f 1

P

La utilización de la maquina síncrona como generador de Corriente alterna está

generalizada (ya que no presentan par de arranque y hay que emplear diferentes

métodos de arranque y aceleración hasta la velocidad de sincronismo), siendo el

elemento convertidor de uso, prácticamente exclusivo en los centros de producción de

energía eléctrica. También se utilizan para controlar la potencia reactiva de la red por su

capacidad para, manteniendo la potencia activa desarrollada constante, variar la

potencia reactiva que absorbe o cede a la red. (Universidad de Alcalá, 2011)

Una máquina síncrona es una máquina eléctrica rotativa de corriente alterna que

convierte energía eléctrica en energía mecánica, siendo en este caso utilizada

como motor síncrono, o bien convierte energía mecánica en energía eléctrica, siendo en

este caso utilizada como (generador síncrono), o sin carga como compensador síncrono.

Por las formas constructivas del sistema de excitación, las maquinas síncronas se

clasifican en máquinas de polos saliente y de polos lisos. La utilización de uno u otro

tipo depende fundamentalmente de las velocidades a las que se trabaja. Generalmente,

las máquinas de bajo número de polos (alta velocidad), suelen ser de polos lisos,

ocurriendo justamente lo contrario, elevado número de polos (bajas velocidades) en el

caso de las máquinas de polos salientes. (Wikipedia, 2013)

III.- FUNDAMENTO TEORICO.

- ¿Qué es una maquina síncrona?

Una máquina síncrona es una máquina eléctrica rotativa de corriente alterna,

consta de una parte fija (estator) y una móvil (rotor), constituyendo el circuito

magnético de la máquina. Igualmente dispone de dos circuitos eléctricos

situados sobre el estator y rotor de la máquina, relacionados a través del circuito

magnético, siendo su característica principal que el devanado inducido se

encuentra alojado en el ranurado del estator y el circuito inductor, alimentado

por corriente continua en el rotor. En máquinas de pequeña potencia los

circuitos están invertidos.

- ¿Cuál es su principio de funcionamiento del motor síncrono?

Una turbina acciona el rotor de la máquina sincrónica a la vez que se alimenta el

devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua, que proporciona

un campo magnético, cuya curva de inducción en el entrehierro. El entrehierro

variable (máquinas de polos salientes) o la distribución del devanado de campo

(máquinas de rotor liso) contribuyen a crear un campo más o menos senoidal en

el entrehierro, que hace aparecer en los bornes del devanado estatórico

(devanado inducido) una tensión senoidal. Al conectar al devanado inducido una

carga trifásica equilibrada aparece un sistema trifásico de corrientes y una fuerza

magnetomotriz senoidal.

Si el circuito inducido se encuentra cerrado a través de una carga trifásica,

circularan unas corrientes que darán lugar a un campo que gira en el mismo

sentido que el rotor y con una velocidad igual a la del rotor.

o Funcionando como Motor

En este caso se lleva la máquina síncrona a la velocidad de sincronismo,

pues la máquina síncrona no tiene par de arranque, y se alimentan el

devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua y el

devanado estatórico (devanado inducido) con corriente alterna. La

interacción entre los campos creados por ambas corrientes mantiene el

giro del rotor a la velocidad de sincronismo.

- Datos nominales de un motor síncrono.

o Rango de potencias desde 0,25 HP hasta 12.5 HP

o 2,4 y 6 polos totalmente cerrados con ventilación exterior ó abiertos

ODP

o Factor de Servicio 1.15

o Armazón de lámina rolada

o Operación Continua

o Aislamiento clase F

o Dimensiones NEMA

o Incremento de temperatura clase B

o Ventilador de plástico anti-flama (Auto extinguible)

o Tensiones normalizadas: 115/208-230 V

o Frecuencia normalizada: 60 Hz

o Grado de protección interna IP55 para motores cerrados e IP 21 para

motores abiertos

o Variantes: Motores con base resilente, doble salida de flecha, para

compresores, para bombas centrífugas, para uso agrícola, a prueba de

explosión.

Aplicaciones.-

-Tipos de motores síncronos

- Detección fallas.

Las unidades generadoras grandes usan protección de alta rapidez para detectar las

fallas severas en el devanado del estator y minimizar el daño. El uso de métodos de

rápida desexcitación puede ser justificable para producir el decremento rápido de las

corrientes de falla. Normalmente se usa un relé diferencial de alta rapidez para detectar

fallas trifásicas, de fase a fase y de doble fase a tierra. (monografías.com, 2012)

IV.- MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

El siguiente equipo es necesario para realizar la experiencia.

1.- Fuente variable CA.

2.- Amperímetro de CA.

3.- Voltímetro de CA.

4.- Motor Sincrono.

5.-Conectores.

6.- Multímetro ( Digital).

7.- Vatímetro CA.

8-Pinza amperimetrica.

9.- Tacometro.

http://electronicaypotencia.com/subidas_electronica/Pract_008.pdf

V.- PROCEDIMIENTO.

1) Conociendo la máquina sincrónica motor / generador (aspectos constructivos).

Con la máquina que tiene a disposición, reconozca las principales partes constructivas

de la misma, tome todos los datos que se muestran en su placa, analice la bornera o caja

de terminales, sus parámetros nominales, los tipos de conexión, la nomenclatura

utilizada, etc..

-Identifique las escobillas están son las que le suministran la corriente de excitación al

rotor.

No tiene escobillas

- Verifique los devanados del rotor llegan al colector.

No tiene devanados.

- Identifique los retenes de los devanados del rotor. Están compuestos de barras de

cobre insertadas en las cabezas de los polos y soldadas a cada uno de los polos a una

lámina de cobre.

Tiene aislamientos

- Identifique los polos salientes justo debajo de los retenes de los devanados.

Tiene 4 polos salientes.

2. Examine los terminales del módulo del motor/generador síncrono. Dibújelo.

Los tres devanados separados del estator están conectados a los terminales.

Si: X W, Y V, Z U.

¿Cuál es el valor nominal del voltaje de los devanados del estator?

330V

¿Cuál es la velocidad nominal del motor?

1420 RPM.

Cuál es la potencia mecánica de salida del motor? (KW)

0.75 KW.

3.- Verificación del aislamiento.

Mediante el uso de un megger o megómetro verifique el aislamiento que debe presentar

la máquina sincrónica entre las partes señaladas en la tabla # 1.

Tabla # 1. Determinación del aislamiento de la máquina sincrónica.

Puntos de

Prueba

Inducido y

carcasa

Inducido e

inductor

Anillos y

carcasa

Devanados

L1 y L2

Devanados

L1 y L3

Devanados L2

y L3

Medida

MΩ

- - - ∞ ∞ ∞

4.- Determinación de la resistencia efectiva de los devanados de la Máquina

Sincrónica.

Mediante el uso de un multímetro digital realice mediciones en los devanados que le

permitan completar la tabla # 2. Observe.

Con los datos obtenidos de la tabla # 2, obtenga los valores de fase de las resistencias

(caso de triángulo y estrella) para finalmente obtener un valor promedio de la resistencia

de un devanado obtenida en frío con el objeto de posterior comparación con la que se

obtenga en caliente.

NOTA: Considere la resistencia que presentan los cables o puntas de prueba del aparato.

Terminales de la máquina

sincrónica ensayada.

Medición conexiones

triangulo.

Medición conexiones

estrella.

Tabla # 2. Medidas de resistencia en frío

Puntos de

medida

Fase

XW

Fase

VY

Fase

ZU

Estrella

U-V

Estrella

U-W

Estrella

V-W

Triangulo

U-V

Triangulo

U-W

Triangulo

V-W

Resistencia

Ω

10.9 10.8 10.9 20.7 20 21.4 8.1 8.1 8

R Promedio 10.87 R Estrella=20.2 R triangulo=8.02

4.-Conecte su motor/generador síncrono al módulo de conexión. Instale el

tacómetro eléctrico en su motor/generador síncrono.

5.- Conecte los tres devanados de los estatores en "Y", verifique la tensión de

alimentación de acuerdo a la placa de características.

6.- Encienda la fuente, arranque el motor, usando el arrancador del motor

síncrono. Note que el motor arranca lentamente y continúa corriendo como un

motor de inducción ordinario.

- ¿Cuál es la dirección de rotación? Regístrela.

La dirección de la rotación es Horario

- Mida y registre las tres corrientes de línea arranque.

R (I1) = 1.85A S (I2) = 7,59A T (I3) = 5,6A

- Mida y registre las tres corrientes de línea en vacío.

R (I1) = 0.43A S (I2) = 0.56A T (I3) = 0.60A

- Mida y registre las tres corrientes de línea arranque, con carga forzada (coloque una

manta aislante y trate de ejercer fuerza contraria al movimiento del rotor del

motor).Registre estos datos.

R (I1) = 2,18A S (I2) = 3,24A T (I3) = 1,13A

- Intercambie una de las conexiones de la fuente ¿Que sucede?

La conexión de la fuente era:

Luego se intercambió la conexión de la siguiente forma

Y se observó que el sentido de la rotación cambio

¿En qué dirección se dio la rotación?

Anti horario

Mida y registre las tres corrientes de línea

R (I1) = 0.53 A S (I2) = 0.55 T (I3) = 0.58

-Calcule la corriente de línea.

IL = (I1 + I2 + I3) / 3 = (0.53A+0.58A+0.55A)/3 = 0.55A

- Determinar los RPM

300RPM

- Calcule la potencia aparente del motor a voltaje pleno de arrancado.

330V*0.55A=181.5Watts

- Calcule el torque de plena carga correspondiente a 2KW a 1800rpm.

ind = P / W * m = 2000 W / ( 1800* 2* PI ) / 60 = 2000 / 188,44 = 10,61 N.m

Precauciones.-

Que precauciones debe tomar durante el periodo de arrancado de un motor sincrono?

Reducir la velocidad del campo magnético del estator a un valor suficientemente bajo

para que el rotor pueda acelerar y se enlace con él durante medio ciclo de rotación del

campo magnético. Esto se puede llevar a cabo reduciendo la frecuencia de la potencia

eléctrica aplicada.

VI.- RESULTADOS

Linea arranque Linea en Vacio linea arranque con carga forzada

Lineas cuando "R" cambio con "T)

R 1.56 0.53 0.64 0.53

S 2.91 0.59 0.75 0.55

T 2.3 0.54 0.95 0.58

0.25

0.75

1.25

1.75

2.25

2.75

3.25

Inte

nsid

ad (a

)

Grafico 1. Comparación de la Intensidad de las corrientes (Amperios) frente a

diferentes casos en los que se puede encontrar la linea.

EN el grafico 1 podemos observar que hay mayor intensidad en la línea de arranque “S”

al prender el motor (2.91A), cuando está en vacío (0.59A). Cuando hay carga forzada, la

línea T es la que presenta mayor intensidad, finalmente cuando se cambian las líneas se

“S” a “T”, “T” es la que va a tener mayor intensidad (0.58A). También se observa que

la resistencia es más alta en la resistencia estrella (20.2Ω) que en la resistencia

triangulo (8.02Ω).

VII.- CONCLUSIONES.

Se ha llegado a la conclusión que la línea “s” es la que posee mayor intensidad, y

cuando esta se cambia, la que ocupa su lugar es la que va ejercer esa intensidad, también

se puede indicar que hay errores en la medición debido al error calculado del multitester

para determinar las resistencia (error muy variable), además de que el error humano ha

influido en el desarrollo de la práctica.

BIBLIOGRAFIA

Scribd.com. Motor Asíncrono y Síncrono.

http://es.scribd.com/doc/62636825/Motor-Asincrono-y-Sincrono

Frba.unt.edu.ar. Perdidas por y Calentamiento en Maquinas Electricas.

http://www.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/Apuntes_EyM/Capitulo_6_P

erdidas_y_calentamiento.pdf

Monografias.com. Maquinas síncronas.

http://www.monografias.com/trabajos93/maquinas-sincronicas/maquinas-

sincronicas.shtml#ixzz2nM8dQbyH

Wikipedia.org. Maquinas síncronas. www.wikipedia.org

Slidesshare.net. Maquinas Síncronas.

http://www.slideshare.net/JoseSaenz5/capitulo-5-maquinas-sincronas

CUESTIONARIO

1. ¿Establezca semejanzas y diferencias con la máquina sincrónica y

asíncrona?

Las palabras "Síncrono" y "Asíncrono" quieren decir que está sincronizado y que

no está sincronizado.

La corriente alterna de por ejemplo 50 ciclos por segundo, crea un campo

magnético que cambia 50 veces por segundo de polaridad, entonces en un motor

síncrono, el rotor del motor, girará a la misma velocidad que gira el campo

magnético del estator, y en un motor asíncrono el rotor no girará a la misma

velocidad, esto es por la disposición de las bobinas o de las barras de cobre

cortocircuitadas (que hacen de bobinas) den rotor. Ya vienen así configurados de

fábrica.

2. ¿Cómo es la corriente de arranque en comparación de la nominal en la

conexión estrella y triangulo?

El arranque directo de un motor solo requiere incluir una adecuada protección

del mismo mientras que el arranque mediante la conexión estrella-triángulo

requiere una circuitería más compleja por medio de varios contactores y relés.

En las dos figuras siguientes se representan las variantes de conexión eléctrica:

3. Según Ud. Para que utiliza la conexión estrella y para que utiliza la

conexión triangulo? haga un análisis.

La conexión en estrella y triángulo en un circuito para un motor trifásico, se

emplea para lograr un rendimiento óptimo en el arranque de un motor. Por

ejemplo, si tenemos un motor trifásico, y este es utilizado para la puesta en

marcha de turbinas de ventilación que tienen demasiado peso, pero deben

desarrollar una rotación final de alta velocidad, deberemos conectar ese motor

trifásico con un circuito que nos permita cumplir con los requerimientos de

trabajo. Hemos observado, que los motores que poseen mucha carga mecánica,

como el ejemplo anterior, les cuesta comenzar a cargar y girar y terminar de

desarrollar su velocidad final. Para ello, se cuenta con la conexión estrella-

triángulo o estrella-delta.

4. ¿Qué tipos de pruebas hay adicionales a esta en máquinas síncronas y

asíncronas que datos buscan menciónelas en el anexo?.

Balance energético, rendimiento, deslizamiento y factor de potencia de un

motor de inducción.

- Balance energético.

- Rendimiento.

- Deslizamiento.

- Factor de potencia.

Arranque del motor trifásico. Corriente y par de arranque. Conexión estrella -

triángulo.

Arranque de los motores de jaula de ardilla trifásicos.

- Arranque directo.

- Arranque de motores con arrollamiento partidos.

- Arranque del motor asíncrono trifásico en estrella - triángulo.

- Arranque estatórico por resistencias.

Rotor con anillos rozantes, rotor de jaula y rotor de efecto skin. Características

del par.

Arranque rotórico por resistencias de motores de anillo.

Inversión del sentido de giro.

5. ¿Qué tipos de pérdidas se presentan en las maquinas síncronas y

asíncronas?

La potencia de entrada es Pm se presenta en forma de voltajes y corientes, la

primera potencia perdida en la maquina es I2R en los devanados del estator

(pedidas en los devanados del esator PSCI), luego cierta cantidad de potencia se

pierde por histéresis y corrientes parasitas en el estator (perdidas en el núcleo

Pnucleo)

6. ¿Qué tipo de potencia consume las maquinas síncronas y asíncronas?

Las maquinas síncronas consumen potencia activa

Y las maquinas asíncronas consumen potencia reactiva

7. ¿Qué tipo de potencia da un generador síncrono y asíncrono?

Los generadores síncronos generan potencia activa

Los generadores asíncronos generan potencia reactiva

8. ¿Cómo compensa la potencia reactiva inductiva que consume la maquina

síncrona?.

La regulación de tensión por conexión de potencia reactiva, se fundamenta en la

posibilidad de conectar potencia reactiva capacitiva en ciertos puntos de una red.

Las máquinas síncronas son susceptibles de trabajar con potencia reactiva

inductiva o capacitiva según el grado de excitación del campo. Si están sobre

excitadas se comportan como condensadores. Por el contrario si están sub-

excitadas se comportan como inductancias. La potencia de un condensador

sincrónico en condiciones de sobre-excitación, está limitada por la temperatura.

En condiciones de sub-excitación, la potencia queda limitada por la estabilidad

de la máquina. El condensador estático también juega un papel importante como

elemento regulador cuando se le instala en serie en una línea de transmisión o de

distribución. El comportamiento de un condensador estático conectado en

paralelo ha sido bien analizado y puede predecirse con exactitud.