1

´ UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIER´IAS ´ CARRERA DE INGENIER´IA ELECTRICA ´ “PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MAQUINAS ROTATIVAS DE BAJA POTENCIA FUNDAMENTADAS EN NORMAS IEEE”

Tesis previa a la obtenci´on del T´ıtulo de Ingeniero El´ectrico.

Autor:

Pa´ ul Santiago Ochoa Guti´errez.

Director:

Ing. Flavio Quizhpi Palomeque.

2011 - 2012 Cuenca – Ecuador

2

Todos los conceptos desarrollados, an´alisis realizados y las conclusiones vertidas en el siguiente trabajo, son de exclusiva responsabilidad de los autores

Cuenca, Febrero 07 del 2012.

´ S OCHOA G. PAUL

3

Ingeniero FLAVIO QUIZHPI PALOMEQUE Director de Tesis.

´ CERTIFICA: Que la tesis con el t´ıtulo “PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MAQUINAS ROTATIVAS DE BAJA POTENCIA FUNDAMENTADAS EN NORMAS IEEE”, ha sido desarrollada por el estudiante Pa´ ul Santiago Ochoa Guti´errez, ha sido revisada y asesorada de acuerdo a los requerimientos establecidos en la propuesta inicial y al cronograma definido, por lo que despu´es de reunir los requisitos estipulados en los Documentos Generales e Instructivos de Graduaci´on de la Universidad, autorizo su presentaci´on para los fines legales consiguientes.

Cuenca 07 de febrero del 2012.

Ing. Flavio Quizhpi P.

4

DEDICATORIA: Quisiera dedicar, no solo este trabajo, si no toda esta experiencia universitaria y las nuevas experiencias por venir a mi familia. Mi pap´ a Luis, mi mam´ a Rosa y a mis hermanas Mar´ıa y Diana. Gracias por todas sus ense˜ nanzas, paciencia y sobre todo por el esfuerzo realizado para desarrollar este proyecto.

5

RECONOCIMIENTO: Quisiera dar un importante reconocimiento a todos los profesores de la universidad por su apoyo y anuencia a la colaboraci´on en la realizaci´ on de este proyecto, pero en especial al profesor Ing. Flavio Quizhpi que sin su invaluable ayuda, apoyo y colaboraci´ on nada de esto hubiera sido posible

´ “PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MAQUINAS ROTATIVAS DE BAJA POTENCIA FUNDAMENTADAS EN NORMAS IEEE” ´ SANTIAGO OCHOA GUTIERREZ ´ PAUL 26 de marzo de 2012

1

´ DEL PROBLEMA. FORMULACION No existe normalizaci´on en el pa´ıs para realizar ensayos en las m´aquinas rotativas de baja potencia, fundamentadas en normas estandarizadas que den como resultado par´ametros que permitan determinar el estado funcional de las mismas. El reciente organismo OAE (Organismo de Acreditaci´on Ecuatoriano) no tiene un certificado de procesos para ensayos de las m´aquinas el´ectricas. En la actualidad las m´aquinas de inducci´on rotativas est´an experimentando un cambio revolucionario, con la alta demanda que se tiene de nuevos servicios y con la necesidad de satisfacer a los usuarios, y facilitar un protocolo de pruebas en busca de evaluar la infraestructura existente, con el objeto de adecuarla a nuestras necesidades y determinar el estado de las m´aquinas rotativas realizando pruebas para determinar en tiempo real las curvas caracter´ısticas de arranque, par, transitorios etc. O en su defecto los ensayos propios de laboratorio. En el Austro no se ha realizado ning´ un tipo de an´alisis t´ecnico para tratar de seguir con un solo lineamiento en la ejecuci´on de los ensayos, la utilizaci´on de equipos y normas para valoraci´on de las pruebas son introducidas por cada organismo de ense˜ nanza o unidades destinadas al mantenimiento.

´Indice general I 1.

´ INTRODUCCION

14

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION. 1.1. MEDICIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 1.1.1. ELECTRICAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1.1. VALORES RMS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1.2. SUMINISTRO DE ENERG´IA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE INSTRUMENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1.3. SELECCION ´ 1.1.1.4. INSTRUMENTOS DE TRANSFORMACION . . . . . . . . . . . 1.1.1.5. VOLTAJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1.6. CORRIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1.7. POTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.2. RESISTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.2.1. RESISTENCIA DE REFERENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.2.2. AMBIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ PARA ESPECIFICAR LA TEMPERATURA . . 1.1.2.3. CORRECCION ´ 1.1.3. MECANICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.3.1. POTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.3.2. VELOCIDAD Y DESLIZAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.4. PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.5. SEGURIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. TIPOS DE PRUEBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1. PERDIDAS EN EL ESTATOR I 2 R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1.1. TEMPERATURA ESPEC´IFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 1.2.2. PERDIDAS EN EL ROTOR I 2 R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ Y EFECTOS DEL VIENTO 1.2.3. PERDIDA EN EL HIERRO, POR FRICCION (PRUEBA SIN CARGA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3.1. CORRIENTE SIN CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 1.2.3.2. PERDIDAS SIN CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE PERDIDA ´ ´ 1.2.3.3. SEPARACION DEL HIERRO DE LAS PERDI´ Y EFECTO DEL VIENTO . . . . . . . . DAS POR FRICCION ´ Y EFECTO DEL VIENTO . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3.4. FRICCION ´ 1.2.3.5. PERDIDAS EN EL HIERRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 1.2.4. PERDIDAS PRODUCIDAS EN LA CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.4.1. MEDIDA INDIRECTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.4.2. MEDIDA DIRECTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 1.2.4.3. METODO DIRECTO ALTERNO PARA LOS MOTORES DE ROTOR BOBINADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 1.2.4.4. PRESUNTAS PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA . . . ´ 1.2.5. PERDIDAS EN LOS SOPORTES DE LAS ESCOBILLAS . . . . . . . . . ´ DE LA EFICIENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. DETERMINACION 1.3.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 1.3.2. METODOS DE PRUEBA PARA LA EFICIENCIA. . . . . . . . . . . . . . ´ 1.3.2.1. GU´IA PARA ESCOGER EL METODO DE LA PRUEBA DE EFICIENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 1.3.3. PRUEBA DEL METODO A - ENTRADA Y SALIDA . . . . . . . . . . . .

2

16 16 16 16 16 16 17 17 17 17 17 17 18 18 19 19 19 20 20 20 20 20 21 21 21 21 21 21 22 22 22 22 25 25 25 26 26 26 26 27

´INDICE GENERAL

3

1.3.3.1. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . 27 ´ 1.3.3.2. FORMA DEL CALCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 ´ ´ 1.3.4. PRUEBA DEL METODO B - ENTRADA Y SALIDA CON SEPARACION ´ DE LA PERDIDAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.3.4.1. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . 27 ´ 1.3.4.2. FORMA DEL CALCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ´ DE LA PERDIDA ´ 1.3.4.3. CORRECCION Y DE LA EFICIENCIA TOTALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.3.4.4. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR / GENERADOR . . . . . . 29 ´ ´ 1.3.5. PRUEBA DEL METODO C - MAQUINAS DUPLICADAS . . . . . . . . . 30 ´ 1.3.5.1. METODO DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ´ ´ ´ 1.3.5.2. PERDIDA POR PERDIDA EN LA CARGA (METODO INDIRECTO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.3.5.3. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR / GENERADOR . . . . . . 31 ´ ´ 1.3.6. PRUEBA DEL METODO E O E1- MEDIDA DE POTENCIA ELECTRICA ´ ´ CON LA SEGREGACION DE LAS PERDIDAS . . . . . . . . . . . . . . . 31 ´ 1.3.6.1. METODO DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 ´ 1.3.6.2. PERDIDAS DEL ESTATOR I 2 R . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 ´ 1.3.6.3. PERDIDAS EN EL ROTOR I 2 R . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 ´ 1.3.6.4. PERDIDAS EN EL HIERRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 ´ Y EFECTOS DEL VIENTO . . . . . . . . . . . . . . 32 1.3.6.5. FRICCION ´ ´ ´ DI1.3.6.6. PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA (MEDICION RECTA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 ´ 1.3.7. PRUEBA DEL METODO F O F1 - CIRCUITO EQUIVALENTE . . . . . 32 ´ 1.3.7.1. METODO DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 ´ 1.3.7.2. FORMA DEL CALCULO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 ´ ´ 1.3.7.3. CALCULO DEL TORQUE MAXIMO . . . . . . . . . . . . . . . 36 ´ 1.3.8. PRUEBA EL METODO C/F, E/F, O E1/F1 - CIRCUITO EQUIVALENTE CALIBRADO EN UN PUNTO DE CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 ´ ´ ´ 1.3.8.1. PERDIDA POR PERDIDA EN LA CARGA (METODO INDIRECTO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.3.9. FACTOR DE POTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.3.9.1. OBTENIDO INDIRECTAMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.3.9.2. OBTENIDO DIRECTAMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 ´ 1.3.9.3. CALCULO DEL CIRCUITO EQUIVALENTE (F-F1) . . . . . . 38 1.4. OTRAS PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.4.1. VOLTAJE DEL ROTOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.4.2. PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.4.2.1. CORRIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.4.2.2. PAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.4.2.3. POTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.4.3. PRUEBAS PARA LAS CURVAS DE VELOCIDAD-PAR Y VELOCIDADCORRIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.4.3.1. DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.4.3.2. PROCEDIMIENTO DE LA CURVA DE VELOCIDAD-PAR . . . 39 ´ DE LOS DATOS PARA EL FUNCIONAMIENTO DE VELOCIDAD1.4.4. CORRECCION PAR, VELOCIDAD-CORRIENTE, Y PRUEBAS DE ROTOR BLOQUEADO EN EL VOLTAJE REDUCIDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 ´ 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´ INCRONAS 2.1. PRUEBAS DIVERSAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1. RESISTENCIA DE AISLAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.1.2. PRUEBAS DIELECTRICAS Y PARCIALES DE DESCARGA . 2.1.2.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2.2. PREPARACION ´ 2.1.2.3. METODO 1. PRUEBA DE VOLTAJE ALTERNO A CUENCIA DE LA ENERG´IA . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . LA . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . FRE. . . .

43 43 43 43 43 43 44

´INDICE GENERAL

2.2.

2.3. 2.4.

2.5.

2.6.

2.7.

2.8.

2.9.

´ 2.1.2.4. METODO 2. PRUEBA DE VOLTAJE DIRECTO EN LAS BOBINAS DEL ESTATOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.1.2.5. METODO 3. PRUEBAS DE BAJA FRECUENCIA EN LAS BOBINAS DEL ESTATOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.1.2.6. METODO 4. PRUEBA PARCIAL DE LA DESCARGA . . . . . 2.1.3. MEDIDAS DE LA RESISTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ A LA TEMPERATURA ESPEC´IFICA . . . . . . 2.1.3.2. CORRECCION 2.1.3.3. REFERENCIA DE LA RESISTENCIA DE CAMPO . . . . . . . 2.1.3.4. REFERENCIA DE LA RESISTENCIA DEL CAMPO DESDE UNA PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO . . . . . . . . . . . . . 2.1.3.5. PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO PARA LA TEMPERATURA DE LA RESISTENCIA DEL CAMPO . . . . . . . . . . . . . . . ´ EN LAS ESCOBILLAS 2.1.3.6. EFECTO DE LA CA´IDA DE TENSION PRUEBAS DE CORTOCIRCUITO DE CAMPO GIRATORIO . . . . . . . . . . 2.2.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.2.1.1. METODO 1. CA´IDA DE VOLTAJE DE CORRIENTE CONTINUA ´ 2.2.1.2. METODO 2. CA´IDA DE VOLTAJE EN CORRIENTE ALTERNA ´ 2.2.1.3. METODO 3. RESISTENCIA POR CORRIENTE CONTINUA . ´ ´ DE LA BOBINA PARA ROTORES 2.2.1.4. METODO 4. EXCITACION ´ CILINDRICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ DE LA FORMA DE ONDA DEL RO2.2.1.5. METODO V. DETECCION TOR PARA ROTORES CIL´INDRICOS . . . . . . . . . . . . . . PRUEBA DE LA POLARIDAD PARA LOS POLOS DE CAMPO . . . . . . . . . CORRIENTE DE EJE Y AISLAMIENTO DEL COJINETE . . . . . . . . . . . . 2.4.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ DE LOS EXTREMO DEL EJES . . . . . . . . . 2.4.2. METODO 1. A TRAVES ´ ´ DE UNA PEL´ICULA DE ACEITE DEL COJI2.4.3. METODO 2. A TRAVES NETE, COJINETES SIN AISLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ DEL AISLAMIENTO DEL COJINETE . . . . . 2.4.4. METODO 3. A TRAVES ´ 2.4.5. METODO 4. AISLAMIENTO DEL COJINETE . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.4.6. METODO 5. AISLAMIENTO DEL COJINETE . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.4.7. METODO 6. DOBLE AISLAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SECUENCIA DE FASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.5.2. METODO 1. INDICADORES DE LA SECUENCIA DE FASE . . . . . . . ´ ´ DEL DIFERENCIAL DE VOLTAJE . . . . . 2.5.3. METODO 2. INDICACION ´ ´ ´ PARA MOTORES . . . . . . 2.5.4. METODO 3. DIRECCION DE ROTACION ´ FACTOR DE INFLUENCIA TELEFONICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.6.1. FACTOR DE INFLUENCIA TELEFONICA . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.6.2. FACTORES DE PONDERACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.3. CONSIDERACIONES POTENCIALES DEL TRANSFORMADOR . . . . ´ BALANCE DEL FACTOR DE INFLUENCIA TELEFONICA . . . . . . . . . . . 2.7.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.7.1.1. METODO 1. VOLTAJE L´INEA A L´INEA . . . . . . . . . . . . . ´ 2.7.1.2. METODO 2. VOLTAJE DE FASE . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ COMPONENTE RESIDUAL DEL FACTOR DE INFLUENCIA TELEFONICA . 2.8.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 2.8.2. METODO 1. MAQUINAS QUE PUEDEN SER CONECTADAS EN DELTA ´ ´ 2.8.3. METODO 2. MAQUINAS QUE NO PUEDEN CONECTARSE EN DELTA ´ 2.8.4. METODO 3. PRUEBA L´INEA - NEUTRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ FACTOR DE INFLUENCIA TELEFONICA L´INEA - NEUTRO . . . . . . . . . 2.9.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.9.2. METODO DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DEL BALANCE, RESIDUAL Y EL TIF L´INEA - NEU2.9.3. VERIFICACION TRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

44 44 44 45 45 45 45 45 46 46 46 46 47 47 47 47 48 48 48 48 48 48 49 49 49 49 49 49 50 50 51 51 51 52 52 52 52 52 52 53 53 53 53 53 54 54 54 54

´INDICE GENERAL

´ DE LA FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE EN LOS TERMINA2.10. DESVIACION ´ LES DEL ESTATOR Y FACTORES DE DISTORSION . . . . . . . . . . . . . . 2.10.1. PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11. PRUEBAS DE VELOCIDAD EXCESIVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11.2. PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.12. CAPACIDAD DE CARGA DE L´INEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.12.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.12.2. METODO 1. COMO MOTOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.12.3. METODO 2. COMO GENERADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.12.4. METODO 3. COMO GENERADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.13. RUIDO ACUSTICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.13.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.13.2. PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ PERDIDAS ´ 2.14. CURVAS DE LA SATURACION, SEPARADAS, Y EFICIENCIA . . 2.14.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.1.1. EFICIENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 2.14.1.2. METODOS DE MEDIDA DE LAS PERDIDAS . . . . . . . . . . ´ 2.14.1.3. ELIMINACION DE LA ENTRADA DEL EXCITADOR . . . . . ´ 2.14.1.4. EFECTO DE LA TEMPERATURA Y DE LA PRESION . . . . ´ 2.14.1.5. MAQUINAS ACOPLADAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.1.6. RECALENTAMIENTO DE LA TURBINA DE VAPOR . . . . . ´ 2.14.1.7. TURBINAS HIDRAULICAS DE SECADO . . . . . . . . . . . . ´ 2.14.1.8. ARRANQUE ELECTRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.14.2. METODO DE ARRANQUE SEPARADO PARA LAS CURVAS Y LAS ´ ´ PERDIDAS DE SATURACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.2.1. MOTOR IMPULSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.2.2. PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.14.2.3. DINAMOMETRO COMO IMPULSOR . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.14.2.4. ARRANCADOR MECANICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ EN CIRCUITO ABIERTO . . . . . 2.14.2.5. CURVA DE SATURACION 2.14.2.6. L´INEA DEL ENTREHIERRO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ ´ Y 2.14.2.7. PERDIDA EN EL HIERRO Y PERDIDA POR FRICCION EFECTO DEL VIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ EN CORTOCIRCUITO . . . . . . . 2.14.2.8. CURVA DE SATURACION ´ ´ ´ 2.14.2.9. PERDIDA POR CORTOCIRCUITO Y PERDIDA POR PERDIDA EN LA CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ CON FACTOR DE POTENCIA CERO 2.14.2.10.CURVA DE SATURACION ´ ´ ´ 2.14.3. METODO DE ENTRADA ELECTRICA PARA LAS PERDIDAS Y LAS ´ CURVAS DE SATURACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.3.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.14.3.2. INSTRUMENTO DE TRANSFORMACION . . . . . . . . . . . 2.14.3.3. TRANSFORMADORES DE CORRIENTE . . . . . . . . . . . . 2.14.3.4. TRANSFORMADORES DE POTENCIAL . . . . . . . . . . . . . 2.14.3.5. VOLTAJE EN LOS INSTRUMENTOS . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.3.6. MEDIDA DE LA POTENCIA DE ENTRADA . . . . . . . . . . . ´ 2.14.3.7. CONEXIONES DE APARATOS DE MEDICION . . . . . . . . . ´ ´ 2.14.3.8. METODO 1. MEDICION DE LA POTENCIA DE ENTRADA . ´ ´ DE LA POTENCIA DE ENTRADA . 2.14.3.9. METODO 2. MEDICION ´ ´ DE LA POTENCIA DE ENTRADA . 2.14.3.10.METODO 3. MEDICION 2.14.3.11.EXACTITUD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 2.14.3.12.PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA . . . . . . . . . . . ´ 2.14.3.13.PERDIDA EN CIRCUITO ABIERTO . . . . . . . . . . . . . . . ´ EN CIRCUITO ABIERTO . . . . . 2.14.3.14.CURVA DE SATURACION ´ ´ ´ 2.14.3.15.PERDIDAS POR CORTOCIRCUITO Y PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.14.3.16.CURVA DE LA PERDIDA TOTAL . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

54 54 55 55 55 56 56 56 56 56 56 56 56 57 57 57 57 57 58 58 58 58 59 59 59 60 60 60 60 61 62 62 62 64 64 64 64 64 65 65 65 65 66 66 66 67 67 67 68 68 69

´INDICE GENERAL

´ EN CORTOCIRCUITO . . . . . . . 2.14.3.17.CURVA DE SATURACION ´ ´ 2.14.4. METODO DE RETRASO PARA LAS PERDIDAS Y LAS CURVAS DE ´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LA SATURACION 2.14.4.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ Y EFECTO DEL VIENTO . . . . . 2.14.4.2. PERDIDA POR FRICCION ´ 2.14.4.3. PERDIDA EN EL HIERRO EN CIRCUITO ABIERTO . . . . . . ´ ´ 2.14.4.4. PERDIDAS POR CORTOCIRCUITO Y POR PERDIDA EN LA CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.4.5. EFECTO DEL APARATO CONECTADO . . . . . . . . . . . . . 2.14.4.6. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.4.7. CUANDO LA VELOCIDAD EXCESIVA NO PUEDE SER OBTENIDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ OMITE EL DISPOSITIVO DE 2.14.4.8. CUANDO ES BAJA TENSION ´ DISTRIBUCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 2.14.4.9. METODOS PARA MEDIR LA DESACELERACION . . . . . . ´ 2.14.4.10.CURVAS DE SATURACION EN CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DEL METODO ´ 2.14.4.11.DETERMINACION 1. DE J . . . . . . . . . . . ´ ´ DE J . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.4.12.METODO 2. DETERMINACION ´ ´ DE J . . . . . . . . . . . . . . 2.14.4.13.METODO 3. DETERMINACION ´ ´ J . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.4.14.METODO 4. DETERMINACION ´ ´ J . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14.4.15.METODO 5. DETERMINACION 2.14.5. EFICIENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 2.14.6. METODO 1. PERDIDAS SEGREGADAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.14.7. METODO 2. ENTRADA - SALIDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE LA CARGA Y REGULACION ´ DE VOLTAJE . . . . . . . . . 2.15. EXCITACION 2.15.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.15.2. METODOS DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.15.2.1. REACTANCIA DE LA SALIDA DE LA ARMADURA (Xl ) . . . 2.15.2.2. REACTANCIA DE POTIER DESDE LA PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA CERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE LA REACTANCIA DE POTIER BAJO 2.15.2.3. DETERMINACION ´ ´ OPERACION NORMAL DE LA MAQUINA . . . . . . . . . . . ´ ´ ´ DE LA CARGA PA2.15.3. METODOS DE CALCULO DE LA EXCITACION RA ESPECIFICAR LAS CONDICIONES DE LOS TERMINALES DE LA ´ MAQUINA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE LA EXCITACION ´ DE LA CARGA EN 2.15.3.1. DETERMINACION ´ CONDICIONES ESPECIFICAS DE OPERACION . . . . . . . . ´ 2.15.3.2. TERMINOLOGIA Y DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 2.15.3.3. ANALISIS DEL DIAGRAMA FASOR - MAQUINAS DE POLOS SALIENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 2.15.3.4. ANALISIS DEL DIAGRAMA FASOR PARA MAQUINAS DE ´ ROTOR CILINDRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ ´ USANDO LA 2.15.3.5. CALCULOS GRAFICOS DE LA EXCITACION REACTANCIA DE POTIER Y SIN PROTUBERANCIA DE LA ´ MAQUINA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE VOLTAJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.15.4. REGULACION ´ 2.15.4.1. DEFINICION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.15.4.2. REGULACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.16. PRUEBAS DE TEMPERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.16.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.16.2. METODOS DE CARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 2.16.2.1. METODO 1. CARGA CONVENCIONAL . . . . . . . . . . . . . ´ ´ S´INCRONA . . . . . . . . . . . 2.16.2.2. METODO 2. REGENERACION ´ 2.16.2.3. METODO 3. FACTOR DE POTENCIA CERO . . . . . . . . . . ´ 2.16.2.4. METODO 4. CARGA EN CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

69 70 70 70 70 70 71 71 72 72 72 76 76 76 76 76 76 77 77 78 78 78 78 78 79 80

82 82 82 82 84

84 87 87 87 88 88 88 88 88 89 92

´INDICE GENERAL

7

´ DE LA PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2.16.3. DURACION 2.16.3.1. CARGA CONTINUO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2.16.3.2. VALORES A CORTO PLAZO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2.16.3.3. CARGAS INTERMITENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 ´ 2.16.4. METODOS DE MEDIR TEMPERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2.16.4.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 ´ 2.16.4.2. METODO 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 ´ 2.16.4.3. METODO 2. DETECTOR ENCAJADO . . . . . . . . . . . . . . 94 ´ 2.16.4.4. METODO 3. RESISTENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 ´ 2.16.4.5. METODO 4. DETECTOR DE TEMPERATURA LOCAL . . . . 94 2.17. PRUEBA DEL PAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.17.1. GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.17.2. CORRIENTE Y PAR DE ROTOR BLOQUEADO. . . . . . . . . . . . . . 95 2.17.2.1. GENERAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 ´ DE LA CORRIENTE DE ROTOR BLOQUEA2.17.2.2. DETERMINACION DO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 ´ 2.17.2.3. METODO 1. PAR POR LA ESCALA Y LA VIGA. . . . . . . . 96 ´ ´ 2.17.2.4. METODO 2. PAR POR LA ENTRADA ELECTRICA. . . . . . 97 ´ 2.17.2.5. PAR EN CONDICIONES ESPECIFICAS. . . . . . . . . . . . . . 97 ´ DE LA CORRIENTE O DEL VOLTAJE IN2.17.2.6. DETERMINACION DUCIDO DE CAMPO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2.17.3. PRUEBAS DE VELOCIDAD-PAR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2.17.3.1. GENERAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 ´ 2.17.3.2. METODO 1. MEDIDA A LA SALIDA . . . . . . . . . . . . . . . 98 ´ ´ 2.17.3.3. METODO 2. ACELERACION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.17.3.4. PAR EN EL ENTREHIERRO, Tg , A CADA VELOCIDAD SE ´ USANDO LA CALCULA A PARTIR DE LA ACELERACION ´ ECUACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 ´ 2.17.4. METODO 3. ENTRADA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 ´ 2.17.5. METODO 4. MEDIDA DIRECTA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 ´ PARA LOS EFECTOS DEL VOLTAJE . . . . . . . . . . 100 2.17.6. CORRECCION ´ DEL PAR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 2.18. OBTENCION ´ 2.18.1. METODO 1. MEDIDA DIRECTA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 ´ ´ ´ 2.18.2. METODO 2. CALCULO DESDE LAS CONSTANTES DE LA MAQUINA 102 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA. 103 3.1. ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1. VALOR DEL FACTOR DE RIPPLE PARA LAS PRUEBAS DE MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA . . . . . . . . . . ˜ DE LAS PRUEBAS DE LOS MOTORES C.C PARA EL USO 3.1.2. DISENO ´ RECTIFICADAS. . . . . . . . . . CON FUENTES DE ALIMENTACION 3.1.3. OTROS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO. . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. PRUEBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1. GENERAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.2.1.1. PRUEBA ESTATICA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1.2. PRUEBA COMPLETA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1.3. PRUEBA RUTINARIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.2.2. METODOS ALTERNATIVOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.3. MEDIDAS Y FUENTES DE ENERG´IA ELECTRICAS PARA TODOS LOS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DEL INSTRUMENTO. . . . . . . . . . 3.3.1. FACTORES DE LA SELECCION 3.3.1.1. EN POTENCIA RECTIFICADA. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1.2. COMPONENTE DE C.A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2. MEDIDA DEL VOLTAJE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3. MEDIDA DE LA CORRIENTE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.4. MEDIDA DE LA POTENCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

103 103 103 103 103 103 104 104 104 104 104 104 105 105 105 106 106

´INDICE GENERAL

3.3.4.1. POTENCIA DE ENTRADA DEL CIRCUITO DE LA ARMADURA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.4.2. POTENCIA DE ENTRADA DEL CAMPO-SHUNT. . . . . . . . 3.3.5. FUENTES DE ENERG´IA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.5.1. FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA. . . . . . . . . . . . . . 3.3.5.2. FUENTE RECTIFICADA DE CORRIENTE ALTERNA. . . . . ´ 3.4. EXAMENES PRELIMINARES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1. CONDICIONES DE REFERENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ PARA LAS PRUEBAS. . . . . . . . . . . . . . 3.4.1.1. LOCALIZACION 3.4.1.2. AIRE AMBIENTE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1.3. MARCAS DE TERMINALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE LA ROTACION. ´ 3.4.1.4. DIRECCION . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.4.1.5. PROBAR LA CAPACIDAD DE LA MAQUINA. . . . . . . . . . 3.4.2. MEDIDAS DE LA RESISTENCIA DEL ENROLLAMIENTO. . . . . . . . ´ DE TEMPERATURA DE LAS RESISTENCIAS 3.4.2.1. CORRECCION DEL ENROLLAMIENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.4.2.2. METODO DE MEDIDA DE LA RESISTENCIA. . . . . . . . . . 3.4.3. MEDIDAS DEL ENTREHIERRO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.3.1. TOMA DE DATOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.4. POLARIDAD Y CA´IDA DE LA IMPEDANCIA DE LAS BOBINAS DE CAMPO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.4.1. POLARIDAD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.4.2. CA´IDA DE LA IMPEDANCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.4.5. VIBRACION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE LAS ESCOBILLAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.6. CONFIGURACION ´ DE UN BUEN AJUSTE DE LA ESCOBILLA. . . 3.4.6.1. DEFINICION ´ ´ DE ROTACION ´ (NEUTRO A PLE3.4.6.2. METODO DE INVERSION NA CARGA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE UN PE3.4.6.3. MOVIMIENTO DE LA ARMADURA A TRAVES ˜ ´ ´ QUENO ANGULO (METODO DEL RETROCESO). . . . . . . ´ 3.4.6.4. ARMADURA ESTACIONARIA (METODO DEL RETROCESO) 3.4.7. RESISTENCIA DEL AISLANTE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.8. PRUEBAS DEL ALTO POTENCIAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.8.1. EL VOLTAJE DE LA PRUEBA DEL ALTO-POTENCIAL. . . . 3.4.8.2. TERMINALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DEL FUNCIONAMIENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5. DETERMINACION ´ MAGNETICA. ´ 3.5.1. SATURACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1.1. ARRANQUE POR SEPARADO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1.2. AUTOARRANQUE (EXCEPTO LOS MOTORES BOBINADOS EN SERIE). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.5.2. CONMUTACION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.5.3. REGULACION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE LA VELOCIDAD DE MOTORES. . . . . . 3.5.3.1. REGULACION ´ DE VOLTAJE DE GENERADORES. . . . . . . 3.5.3.2. REGULACION ´ DE VOLTAJE COMBINADA DEL GENERADOR 3.5.3.3. REGULACION Y DEL MOTOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.4. EFICIENCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.4.1. CONDICIONES DE REFERENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.5.4.2. METODOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.4.3. MEDIDAS DE LA POTENCIA CONTINUA DE ENTRADA Y SALIDA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.5.4.4. METODO DEL PUMP-BACK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 3.5.4.5. METODO DE LAS PERDIDAS SEGREGADO. . . . . . . . . . . ´ ´ 3.5.5. DESCRIPCION DE LAS PERDIDAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.5.5.1. PERDIDA DE LA ARMADURA I 2 R. . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.5.5.2. PERDIDA I 2 R DE LAS BOBINAS CONECTADAS EN SERIE. ´ 3.5.5.3. PERDIDAS POR CONTACTO DE LAS ESCOBILLAS. . . . . .

8

106 106 106 106 106 107 107 107 107 107 107 107 108 108 108 110 110 110 110 110 110 111 112 112 112 112 113 113 113 114 114 114 114 115 115 115 115 115 116 116 116 117 117 119 120 120 120 120 120

´INDICE GENERAL

´ ´ 3.5.5.4. PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA. . . . . . . . . . . ´ 3.5.5.5. PERDIDA I2R DEL CAMPO SHUNT. . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 3.5.5.6. PERDIDA DEL REOSTATO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 3.5.5.7. PERDIDA EN LA EXCITACION. . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.5.5.8. PERDIDA ROTACIONALES EN LA CARCASA. . . . . . . . . ´ ´ DE LAS ESCOBILLAS. . . . . . . . 3.5.5.9. PERDIDA POR FRICCION ´ ´ Y EFECTOS DEL VIENTO. . . . . 3.5.5.10. PERDIDA POR FRICCION ´ ´ 3.5.5.11. PERDIDAS POR VENTILACION. . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.5.6. MEDIDA DE PERDIDAS ROTATORIAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 3.5.6.1. METODO DE ENTRADA DE POTENCIA MECANICA. . . . . ´ ´ 3.5.6.2. METODO DE LA POTENCIA ELECTRICA DE ENTRADA. . . ´ 3.5.6.3. METODO RETARDADO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.7. PRUEBA DE CARGA DE LOS MOTORES CON CABALLOS DE FUERZA FRACCIONARIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.8. PRUEBA DE CARGA DE LOS MOTORES CON CABALLOS DE FUERZA INTEGRAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.8.1. CARGA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.8.2. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.8.3. LECTURAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6. PRUEBAS DE LA TEMPERATURA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.6.1. PROPOSITO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.2. INSTRUCCIONES GENERALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.6.2.1. INSTRUMENTACION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.6.3. METODOS DE MEDIDA DE LA TEMPERATURA. . . . . . . . . . . . . 3.6.3.1. MEDIDA DE LA TEMPERATURA POR RESISTENCIA DE LA BOBINA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.3.2. MEDIDAS DE LA TEMPERATURA DE LOS COMPONENTES SUPERFICIALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.3.3. MEDIDA DE TEMPERATURAS AMBIENTE. . . . . . . . . . . 3.6.4. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.6.4.1. MAQUINAS CON VALORES NO CONTINUOS. . . . . . . . . . ´ 3.6.4.2. MAQUINAS CON VALORES CONTINUOS. . . . . . . . . . . . 3.6.4.3. EN PRUEBAS CON CARGA CONTINUA. . . . . . . . . . . . . 3.6.4.4. PRECAUCIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ DE TEMPERATURA DE LA ARMADURA A LA PA3.6.5. DETERMINACION RADA DEL SISTEMA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.5.1. MEDIDAS DE LA RESISTENCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.5.2. MEDIDAS SUPERFICIALES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.6. SUBIDA DE TEMPERATURA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.7. PRUEBAS MISCELANEAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7.1. PRUEBA DEL RUIDO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.7.2. PRUEBA DE INTERFERENCIA ELECTROMAGNETICA. . . . . . . . . 3.7.3. FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 3.7.3.1. METODO DEL OSCILOSCOPIO O DEL OSCILOGRAFO. . . ´ ´ ´ 3.7.3.2. METODO DEL VOLTIMETRO ELECTRONICO PARA LA LECTURA DEL PICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.7.4. MEDIDA A LA RESPUESTA DE LA EXCITACION. . . . . . . . . . . . . 3.7.5. MEDIDA DE LA INDUCTANCIA DEL BOBINADO. . . . . . . . . . . . . 3.7.5.1. PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CIRCUITO DE LA AR´ MADURA DE LAS MAQUINAS SHUNT Y DE BOBINADO COMPUESTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7.5.2. PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CIRCUITO DE LA AR´ ´ EN SERIE (INMADURA DE MAQUINAS DE EXCITACION CLUYENDO EL CAMPO EN SERIE). . . . . . . . . . . . . . . . 3.7.5.3. PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CAMPO SHUNT. . . . . 3.7.6. CORRIENTE DEL EJE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7.6.1. CAUSAS DE LA CORRIENTE DE EJE. . . . . . . . . . . . . . .

9

121 121 121 122 122 122 122 123 123 124 125 125 126 126 126 126 127 127 127 127 127 127 128 128 129 129 129 130 130 130 130 130 131 131 132 132 132 132 132 132 133 133

133

134 134 135 136

´INDICE GENERAL

3.7.6.2. PRUEBAS PARA LA CORRIENTE DEL EJE. 3.7.7. MEDIDA DEL MOMENTO DE INERCIA. . . . . . . . ´ 3.7.7.1. METODO DE PRUEBA RETARDADA. . . . . ´ ANGULAR. . . . 3.7.7.2. PRUEBA DE OSCILACION

10

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

136 137 137 139

´Indice de figuras 1.1. 1.2. 1.3. 1.4.

Resistor con cuatro terminales[2] . . . . . Determinaci´ on de las p´erdidas por fricci´on Circuito Equivalente[4] . . . . . . . . . . . Reactancia de la prueba sin carga[4] . . .

. y . .

. . . . . . . . . . . efecto del viento[4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

18 22 32 34

2.1. Instrumento de una secuencia de fases[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2. Indicador de secuencia de fase con l´amparas de ne´on [3] . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.3. Diagrama de conexi´ on para comparar la secuencia de fases de un generador con el de un sistema para indicar el voltaje a trav´es de un interruptor de desconexi´on[3] . 51 2.4. Diagrama de la onda para el factor de la desviaci´on[3] . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.5. Curva de saturaci´ on[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.6. Curva de las p´erdidas del hierro (perdida de potencia vs voltaje de armadura)[3] . 62 2.7. Curva de p´erdida por cortocircuito y p´erdidas por p´erdida en la carga[3] . . . . . . 63 2.8. Diagrama de las p´erdidas por efecto del viento vs temperatura[3] . . . . . . . . . . 63 2.9. Diagrama de conexi´ on. M´etodo de los tres vat´ımetros para medir la potencia[3] . . 66 2.10. Diagrama de conexi´ on. M´etodo de los dos vat´ımetros para medir la potencia[3] . . 66 2.11. Curva de saturaci´ on en circuito abierto y perdidas en el hierro por el m´etodo de entrada el´ectrica[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.12. Construcci´ on de la curva para extrapolar la curva de p´erdida del m´etodo de la entrada el´ectrica [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.13. Curva del m´etodo entrada el´ectrica[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.14. Curva t´ıpica de retraso[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.15. Medici´ on de la velocidad para un generador DC[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.16. Determinaci´ on del voltaje de la reactancia de Potier[3] . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.17. Calculo de la magnitud de Ep − Ea [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2.18. Diagrama Fasor para el c´ alculo del voltaje generado no saturado EGU para las m´ aquinas de polos salientes.Notaci´on del Generador[3] . . . . . . . . . . . . . . . . 83 2.19. Diagrama Fasor para el c´ alculo del voltaje generado no saturado EGU para las m´ aquinas de polos salientes.Notaci´on del Motor[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 2.20. T´ıpica curva de saturaci´ on en circuito abierto para un generador de 2400 KVA[3] . 84 2.21. Diagrama para el voltaje posterior de la reactancia de Potier de un generador s´ıncrono[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.22. Determinaci´ on de la corriente de campo de la carga de un motor o generador en operaci´ on sobreexcitada[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.23. Determinaci´ on de la corriente de campo de la carga de un motor o generador en operaci´ on de excitaci´ on baja[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.24. Diagrama t´ıpico de la subida de temperatura del bobinado del inducido vs la corriente ajustada de la armadura [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.25. T´ıpica curva de la temperatura de campo vs potencia de campo[3] . . . . . . . . . 91 2.26. Circuito de la bobina de campo para 2.16.2.4, carga en circuito abierto y cortocircuito[3] 93 2.27. Caracter´ısticas del par con rotor bloqueado[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 2.28. Correcci´ on de los efectos del voltaje[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.1. Diagrama Esquem´ atico de conexi´ones para la prueba Pump-Back[1] . . . . . . . . 119 3.2. Diagrama de la armadura Tiempo vs Temperatura[1] . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

11

´INDICE DE FIGURAS

3.3. 3.4. 3.5. 3.6.

Respuesta Nominal de la excitaci´on[1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prueba circuital para la medida de la inductancia del campo shunt[1] . . . Pasos en la derivaci´ on del momento de inercia por el m´etodo de retraso[1] Prueba de la Oscilaci´ on Angular wk 2 [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

133 135 138 139

´Indice de cuadros 1.1. Temperatura especifica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ ´ 1.2. PRESUNTAS PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA . . . . . . . . . . . .

20 25

2.1. Clasificaci´ on de varias pruebas de Par . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

95

3.1. Tabla de compresi´ on para motores de C.C . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. M´etodo para las p´erdidas seg´ un los HP . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Valor de la constante k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Lecturas que se deben tomar en cada uno de los seis puntos de carga 3.5. M´etodo de las P´erdidas Segregadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6. Constante Relacionada al Tipo de Escobilla . . . . . . . . . . . . . . 3.7. Valor de la constante k por unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8. Valor de la constante c seg´ un el sistema de medida utilizado . . . . 3.9. Valor de Tiempo para tomar la primera temperatura . . . . . . . . 3.10. Valor de la constante c seg´ un el sistema de medida utilizado . . . . . 3.11. Valor de la constante c seg´ un el sistema de unidades usado . . . . .

13

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

111 117 118 118 120 122 123 126 130 138 139

Parte I

´ INTRODUCCION

14

15

´ PRUEBAS GENERALES DE LAS MAQUINAS TIPO DE PRUEBAS Normalmente las m´aquinas el´ectricas rotativas est´an sujetas a pruebas de rutinaria, pero puede tambi´en estar sujeta a pruebas adicionales. Una forma caracter´ıstica para describir datos de una prueba de rutina y caracter´ısticas para describir una forma caracter´ıstica de pruebas adicionales para las maquinas rotativas se muestra m´as adelante en el transcurso del texto. ´ DE LAS PRUEBAS Una completa lista de pruebas cubierta por estas norSELECCION mas describe m´etodos alternos para realizar muchas de las pruebas convenientes para los diferentes tama˜ nos y tipos de m´ aquinas en condiciones diferentes. El programa de pruebas de laboratorio que se pueden requerir est´ a normalmente detallado por las normas aplicadas. USO DE ESTAS NORMAS Despu´es de que el m´etodo para la prueba es escogido, todos los datos necesarios pueden obtenerse siguiendo las instrucciones y precauciones dadas en subcl´ausulas que describe la prueba. Muchos de estas subcl´ausulas incluyen los m´etodos alternos para obtener los datos necesarios. A menos que por otra parte especifica, el fabricante puede escoger el mejor m´etodo que satisface a los medios disponibles. Se prev´e que el desarrollo de pr´acticas mejoradas y de nuevos equipos, como los dispositivos electr´onicos y autom´aticos, resultar´ıan un mejor m´etodo para llevar a cabo el procedimiento de pruebas. PRUEBAS CON CARGA Las pruebas con carga es una forma para determinar la eficacia, factor de potencia, velocidad, corriente, y elevaci´on de temperatura. Para todas las pruebas con carga, la m´ aquina debe estar propiamente alineada y sujetada firmemente. Para que las lecturas sean utilizadas en base al rendimiento del funcionamiento, la subida de temperatura de la m´aquina ser´ a un cierto valor entre el 50 % y 100 % de la subida de temperatura clasificada. El procedimiento generalmente es tomar lecturas con cargas m´as altas primero y en seguida seguir con las lecturas con cargas m´ as bajas. PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO Debe reconocerse que las pruebas de las m´aquinas de inducci´ on bajo las condiciones de rotor bloqueado con potencia polif´asica involucran altas tensiones mec´ anicas y altas probabilidades de calentarse. Por consiguiente, es necesario que: a) Los medios mec´ anicos de rotor bloqueado sean los adecuados para prevenir posibles lesiones al personal o da˜ nar los equipos. b) La direcci´on de rotaci´on est´a establecida en la prueba anterior. c) La m´ aquina debe estar a una temperatura ambiente aproximadamente antes de empezar con la prueba. Se tomar´ an los valores de corriente y par tan r´apidamente como sea posible; y para obtener valores representativos, de la maquina no debe exceder la elevaci´on de temperatura tasado en m´ as de 40°C. Se tomar´ an las lecturas para cualquier punto dentro de 5seg., despu´es de que el voltaje sea aplicado. PRECAUCIONES La actuaci´on de una m´aquina de inducci´on no s´olo depende del valor de voltaje y frecuencia sino tambi´en de la forma de onda y el equilibrio en la magnitud y ´angulo de la fase de los voltajes, los datos correctos pueden ser obtenidos solo por la medida cuidadosa y empleando una fuente conveniente de poder. AVISO Muchas de las pruebas descritas en estos procedimientos sujetas a m´aquinas t´ermicas y/o mec´ anicas m´ as all´ a de los l´ımites normales de operaci´on, es minimizar el riesgo de da˜ no a la m´ aquina, se recomienda que todas las pruebas se realicen bajo la vigilancia del fabricante o de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.

Cap´ıtulo 1 ´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

1.1.

MEDICIONES.

1.1.1.

´ ELECTRICAS.

1.1.1.1.

VALORES RMS.

Todos los valores medidos de voltaje y corriente son valores rms a menos que por otra parte se indique. 1.1.1.2.

SUMINISTRO DE ENERG´ IA

El suministro de energ´ıa debe proveer voltajes estrechos de fase balanceados que se asemejen a una onda sinusoidal. La desviaci´ on de la forma de onda de voltaje no debe exceder el 10 %. La frecuencia deber´ıa ser mantenida dentro de ±0.5 % del valor requerido para esta prueba a menos que por otra parte se indique. Cualquier desviaci´on de la frecuencia supuesta afectara la eficiencia obtenida por los m´etodos A y B (ver 1.3.3 y 1.3.4). Cuando se usa este m´etodo la frecuencia debe estar en un promedio de ±0.10 % del valor especificado. 1.1.1.2.1 ESTABILIDAD DE LA FRECUENCIA No pueden tolerarse cambios r´apidos en la frecuencia durante la prueba, porque cada variaci´on no solo afecta a la m´aquina sino que tambi´en al rendimiento de los dispositivos de medici´on. Variaciones en la frecuencia durante la prueba no deber´ıan exceder 0.33 % de la frecuencia promedio. 1.1.1.3.

´ DE INSTRUMENTOS SELECCION

Deber´ an usarse instrumentaci´ on y equipos con accesorios de calibrado preciso. Los factores que alteran la precisi´ on, particularmente con instrumentos anal´ogicos no electr´onicos, son: a) Indicaci´ on de la fuente b) Adelanto de la calibraci´ on c) Rango, condici´ on y calibraci´ on del instrumento. Ya que la calibraci´ on del instrumento generalmente es expresado como un porcentaje completo de escala (clase del instrumento), el rango del instrumento escogido deber´a ser cercano al valor a medir en la pr´ actica. El instrumento indicando debe llevar un registro de calibraci´on, dentro de 12 meses de prueba, indicando l´ımites de error no mayor que ±0.5 % de la escala para la comprobaci´on general o no mayor que ±0.2 % de la escala que se requiere por el M´etodo B de la Prueba de Eficiencia para mantener la exactitud y la repetitividad de los resultados de la prueba. Cuando se conectan varios instrumentos simult´ aneamente en el circuito, las correcciones adicionales de los instrumentos de indicaci´ on pueden ser requeridas en funci´on del instrumento de menor clase. Los instrumentos electr´ onicos son generalmente m´as vers´atiles y tienen mucha m´as alta impedancia pasiva de entrada que los instrumentos no electr´onicos. La alta impedancia de entrada reduce la necesidad de hacer las correcciones para la corriente mostrada por el instrumento. Sin

16

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

17

embargo, los instrumentos de alta impedancia de entrada son m´as susceptibles al ruido. Las fuentes comunes de ruido son: 1. a) Inductividad o acoplamiento electrost´atico de la se˜ nal que tiene los sistemas de potencia. 2. b) Impedancia com´ un acoplada a la conexi´on a tierra. 3. c) El rechazo inadecuado del modo com´ un, aplicado a los ingresos de los amplificadores operacionales. 4. d) Interferencia conducida a trav´es de la l´ınea. Una buena pr´ actica requiere el uso de pares torcidos protegidos para las se˜ nales conducidas, mientras se conectan a tierra en un solo punto, y manteniendo los cables de se˜ nal tan lejos como sea posible de los cables de poder. Deben conectarse a tierra, todas las partes de metal expuestas de estos instrumentos, por seguridad. Los requisitos de calibraci´on de instrumento son similares a aqu´ellos instrumentos no electr´ onicos. Cuando existen sistemas de adquisici´on de datos autom´aticos o registradores de gran velocidad, estos pueden usarse. Con respecto al uso de instrumentos est´a en IEEE Std 120-1989. (apartado 5) 1.1.1.4.

´ INSTRUMENTOS DE TRANSFORMACION

Cuando se usan instrumentos de transformaci´on de corriente y voltaje, se deben hacer las correcciones de relaci´ on para los errores de voltaje y corriente as´ı como los errores de ´angulo de fase en las medidas de potencia. Los errores de los transformadores usados no ser´an mayores que 0.5 % para la prueba general o no mayor que ±0.3 % que se requiere por el M´etodo de Prueba de Eficacia B para mantener la exactitud y repetividad de resultados de la prueba. Cuando los instrumentos de transformaci´ on e instrumentos para medir voltaje, corriente, o potencia son calibrados para un sistema, los errores del sistema no ser´an mayores que ±0.2 % de la escala que se requiere para el M´etodo de Prueba de Eficacia B para mantener la exactitud y repetividad de resultados de la prueba. 1.1.1.5.

VOLTAJE

Los voltajes de l´ınea deben ser medidos con la se˜ nal de entrada conectada a los terminales de la m´ aquina. Si las condiciones locales no permiten tales conexiones el error presentado debe ser evaluado y la lectura debe ser corregida. La prueba puede ser realizada donde el desequilibrio del voltaje no exceda 0.5 %. El porcentaje de desequilibrio de voltaje es igual a 100 veces el desv´ıo m´ aximo de voltaje promedio dividido para el voltaje promedio. 1.1.1.6.

CORRIENTE

Las corrientes de l´ınea en cada fase del motor deber´ıan ser medidas y el valor de la media aritm´etica debe ser usado en el c´ alculo del rendimiento de la m´aquina desde los datos de la prueba. 1.1.1.7.

POTENCIA

La potencia de ingreso para una m´aquina de tres fases puede ser medida por: el m´etodo de los dos vat´ımetros, utilizando un vat´ımetro polif´asico, tambi´en se puede utilizar tres vat´ımetros monof´ asicos. La exactitud de la lectura de la potencia determinar´a las p´erdidas en las m´aquinas.

1.1.2.

RESISTENCIA

1.1.2.1.

RESISTENCIA DE REFERENCIA

Para obtener la medida de la resistencia del estator (rotor, en el caso de m´aquinas de rotor bobinado) el procedimiento est´ a en IEEE Std 118-1978.

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

18

1.1.2.1.1 MEDIDAS DE LA RESISTENCIA DE BAJO VALOR En una medici´on de resistencia de bajo valor, las resistencias de contacto pueden limitar su exactitud; sin embargo, sus efectos pueden ser reducidos considerablemente usando el resistor con cuatro terminales. Un resistor de este tipo se demuestra en 1.1. La resistencia de cuatro terminales es la resistencia entre la uni´ on interna de J1 y J2 y se define como: Rx =

Ecd Iab

(1.1)

Donde Iab es la corriente entre el terminal A y la salida del terminal B Ecd es el potencial entre el terminal C y D (y por lo tanto entre la uni´on J1 y J2)

Figura 1.1: Resistor con cuatro terminales[2] Una caracter´ıstica muy u ´til de un resistor de cuatro terminales, es que la resistencia de cuatro terminales es incambiable si los dos terminales potenciales (CD) se utilizan como terminales de corriente mientras que los dos terminales de corriente (AB) se utilizan como terminales potenciales. Es decir: Ecd Eab = = Rx Iab Icd

(1.2)

Este principio asume que los efectos de calentamiento, s´ı son significativos, siguen siendo iguales cuando se invierten los terminales corriente y potencia. Esto no es siempre v´alido cuando se utilizan altas corrientes y ocurre un calentamiento significativo en los terminales de las resistencias Ra, Rb, Rc, y Rd. Algunos instrumentos y t´ecnicas de medida de la resistencia de cuatro terminales miden R(x) casi independiente de los valores en los terminales de las resistencias Ra, Rb, Rc, y Rd. Otros instrumentos y t´ecnicas de medida reducen solamente el efecto de estas resistencias pero poni´endolas en serie con resistencias en el circuito de medici´on cuyos valores son m´as altos que R(x) o conect´ andolo con otras partes menos sensibles del circuito de medici´on. El efecto de contacto de las cuatro resistencias puede ser eliminado o ser reducido su resistencia eficientemente. 1.1.2.2.

AMBIENTE

Toda la ejecuci´ on de las pruebas debe ser ajustada para una temperatura ambiente de 25º C. 1.1.2.3.

´ PARA ESPECIFICAR LA TEMPERATURA CORRECCION

Cuando la resistencia, Rt de la bobina es determinada por la prueba a una temperatura tt , la resistencia puede ser corregida para una temperatura espec´ıfica, ts , por la siguiente ecuaci´on: Rs = donde:

Rt (ts + k) (tt + k)

(1.3)

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

19

Rs .- Es la resistencia de la bobina, corregida a la temperatura espec´ıfica, ts en Ω. ts .- Es la temperatura espec´ıfica para la correcci´on de la resistencia, en °C. Rt .- Es el valor de la prueba de resistencia en la bobina, en Ω a temperatura tt . tt .- Es la temperatura de la bobina cuando fue medida la resistencia en ºC. k.- Es 234.5 para el cobre, 100 % de la conductividad del IACS (International Annealed Copper Standard), o 225 para el aluminio, basado en una conductividad del volumen del 62 %.

1.1.3.

´ MECANICO

1.1.3.1.

POTENCIA

Las medidas de la energ´ıa mec´ anica ser´an tomadas con cuidado y exactitud. Si se va a utilizar un freno mec´ anico, las p´erdidas, ser´a compensadas para determinar el valor real. Si las medidas de la salida del dinam´ ometro son utilizadas, el acoplamiento, m´as las p´erdidas de fricci´on del cojinete deben ser compensados. Los dinam´ometros a utilizar deben cumplir la condici´on tal que el acoplamiento, la fricci´ on, y las p´erdidas en la bobina medida por el dinam´ometro a la velocidad clasificada de la m´ aquina no deben ser mayores del 15 % del valor de la salida de la m´aquina; y deben ser sensibles a un cambio de esfuerzo del par de 0.25 % del esfuerzo del valor del par. NOTA: Se define el dinam´ ometro como un dispositivo de prueba para aplicar el esfuerzo de torsi´ on al rotor de la m´ aquina. Este equipo tiene los medios para indicar el esfuerzo de torsi´on y la velocidad. Un transductor en l´ınea con el esfuerzo de torsi´on se puede utilizar para proporcionar una medida directa del esfuerzo de torsi´on en el eje de la m´aquina. Seg´ un lo requerido por el m´etodo B de la prueba de eficacia es mantener exactitud y la capacidad de repetici´ on de los resultados de la prueba, los errores de la instrumentaci´on usada para medir el esfuerzo de torsi´ on mec´ anico no ser´ an mayores del ±0.2 %. Al usar un dinam´ometro, la energ´ıa del eje del dinam´ ometro, en vatios, se obtiene de la ecuaci´on siguiente: P otencia (W ) = ωT =

T ·n k

(1.4)

donde: T .- Es el par. n.- es la velocidad de rotaci´ on en r/min. k.- Es 9.549 si T est´ a en N · m k.- Es 7.043 si T est´ a en lbf · pies 1.1.3.2.

VELOCIDAD Y DESLIZAMIENTO

1.1.3.2.1 INSTRUMENTOS Los tac´ometros o los contadores anal´ogicos de velocidad no son suficientemente exactos para medir el deslizamiento. Por lo tanto, se recomienda el m´etodo estrobosc´ opico o tac´ ometros digitales. Cuando se utiliza un estroboscopio, la fuente de alimentaci´ on para el estrobosc´ opio debe tener la misma frecuencia que la fuente de alimentaci´on del motor. La instrumentaci´ on usada para medir velocidad no debe tener un error mayor que ±1.0 r/min de la lectura, determinada por la prueba del m´etodo B de eficacia, para mantener exactitud y la capacidad de repetici´ on de los resultados de la prueba. La velocidad del deslizamiento es la diferencia entre la velocidad s´ıncrona y la velocidad medida en r/min, pero el deslizamiento se expresa generalmente en valores por unidad. S=

velocidad medida (r/min) velocidad s´ıncrona(r/min)

(1.5)

´ DEL DESLIZAMIENTO POR LA TEMPERATURA Las 1.1.3.2.2 CORRECCION medidas del deslizamiento se deben corregir a la temperatura espec´ıfica del estator como sigue: Ss =

St (ts + k) (tt + k)

donde: Ss .- Es el deslizamiento corregido a temperatura espec´ıfica del estator, ts . St .- Es el deslizamiento medido en la bobina del estator a la temperatura,tt .

(1.6)

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

20

ts .- Es la temperatura espec´ıfica para la correcci´on de la resistencia, en el ºC. tt .- Es la temperatura observada de la bobina del estator durante la prueba con carga, en °C. k.- Es 234.5 para el cobre, 100 % de la conductividad del IACS o 225 para el aluminio, basado en una conductividad del volumen del 62 % (basado en el material del conductor del rotor).

1.1.4.

PROCEDIMIENTO

Siempre que se d´e una serie de crecimiento o decrecimiento de las lecturas de datos, cada caso se debe tomar con cuidado para que no se altere el ajuste deseado.

1.1.5.

SEGURIDAD

Las medidas de seguridad deben ser tomadas en cada uno de los procedimientos considerando que las corrientes, los voltajes, y las fuerzas encontradas, en cada proceso son peligrosas. Sin embargo, este est´ andar incluye las medidas de seguridad especiales aplicables a las pruebas particulares descritas. Todas las pruebas se deben realizar por personal bien informado y experimentado.

1.2. 1.2.1.

TIPOS DE PRUEBAS PERDIDAS EN EL ESTATOR I 2 R

Las p´erdidas en el estator I 2 R en (W) es igual a 1.5 I 2 R para m´aquinas trif´asicas. I.- Es la corriente rms medida o calculada en el terminal de la l´ınea con carga espec´ıfica. R.- Es la resistencia entre cualquiera de los dos terminales de la l´ınea corregidos a la temperatura espec´ıfica (v´ease 1.1.2.3) 1.5.- Considerando la conexi´ on estrella y la medici´on realizada con los tres terminales. 1.2.1.1.

TEMPERATURA ESPEC´ IFICA

La temperatura espec´ıfica usada en la correcci´on de la resistencia, se debe determinar por una de las siguientes razones: a) La medida de la subida de temperatura por el valor de la resistencia de carga en la prueba de la temperatura especificada 25°C. La carga es un dato identificado en la placa de fabricaci´on en factor de servicios 1.0. b) Medici´ on de la subida de temperatura en la m´aquina duplicada conforme al inciso a). Nota: La m´ aquina duplicada debe ser una de la misma construcci´ on y dise˜ no el´ ectrico. c) Cuando la subida de temperatura de la carga no se ha medido, la resistencia de las bobinas se debe corregir a la temperatura demostrada en el cuadro1.1 Clases de Aislamiento del sistema A B F H

Temperatura en ºC 75 95 115 130

Cuadro 1.1: Temperatura especifica Esta temperatura de referencia se debe utilizar para determinar p´erdidas de I 2 R en todas las cargas. Si el valor del incremento de la temperatura es especificada como la de una clase de aislamiento m´ as baja que la del sistema usada en la construcci´on, la temperatura para la correcci´ on de la resistencia debe ser la de la clase de aislamiento m´as baja.

CAP´ITULO 1.

1.2.2.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

21

´ PERDIDAS EN EL ROTOR I 2 R

La p´erdida del rotor I 2 R, incluyendo las p´erdidas por el contacto de las escobillas para las m´ aquinas de rotor bobinado, debe ser determinada con el deslizamiento s por unidad, siempre que el deslizamiento sea exactamente determinado, usando las ecuaciones 1.7 y 1.8 como sigue: mot. I 2 R = (pot. de ingr. med. en el est.−p´erd. del est. I 2 R − per. en el hierro) · s

(1.7)

gen. I 2 R = (pot. de sal. med. en el est. + p´erd. del est. I 2 R +p´erd. en el hierro) · s

(1.8)

1.2.3.

´ ´ Y EFECTOS DEL PERDIDA EN EL HIERRO, POR FRICCION VIENTO (PRUEBA SIN CARGA)

La prueba se realiza haciendo funcionar la m´aquina como un motor con en el voltaje y la frecuencia clasificados sin carga conectada. Para asegurarse de que el valor correcto de la p´erdida de fricci´ on es obtenido, la m´ aquina debe funcionar hasta que la entrada se haya estabilizado. 1.2.3.1.

CORRIENTE SIN CARGA

Es la corriente promedio de las corrientes medidas en cada l´ınea sin carga. 1.2.3.2.

´ PERDIDAS SIN CARGA

La lectura de la potencia de entrada es el total de las p´erdidas en el motor sin carga. Reste la p´erdida de estator I 2 R (a la temperatura de esta prueba) dando la suma de p´erdidas de entrada por fricci´ on (incluyendo las p´erdida en las escobillas en los motores del rotor bobinado), efecto del viento, y de p´erdidas del hierro. 1.2.3.3.

´ ´ ´ SEPARACION DE PERDIDA DEL HIERRO DE LAS PERDIDAS POR ´ Y EFECTO DEL VIENTO FRICCION

La separaci´ on de la p´erdida del hierro de las p´erdidas de fricci´on y efecto del viento se puede obtener por la lectura del voltaje, corriente, y la potencia de entrada, a valores de frecuencia y rangos bajos de voltajes a partir del 125 % del voltaje nominal a tal punto donde la reducci´ on adicional del voltaje aumenta la corriente. 1.2.3.4.

´ Y EFECTO DEL VIENTO FRICCION

La potencia de entrada menos la p´erdida de estator I 2 R es inversamente proporcional al voltaje, y la curva de voltaje que se obtiene tiende a cero. La intercepci´on con el eje cero del voltaje es la p´erdida de la fricci´ on y efecto del viento. La interceptaci´on se puede determinar m´as exactamente si la perdida m´ınima de entrada del estator I 2 R se traza vs el voltaje ajustado para los valores en una gama de tensi´ on inferior. Un ejemplo es la curva rayada demostrada en la Fig. 1.2.

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

22

Figura 1.2: Determinaci´ on de las p´erdidas por fricci´on y efecto del viento[4] 1.2.3.5.

´ PERDIDAS EN EL HIERRO

La p´erdida del hierro sin carga y el valor de voltaje se obtienen restando el valor de la p´erdida por fricci´ on y por efecto del viento (obtenida de 1.2.3.4) de la suma de la p´erdida por fricci´on y por efecto del viento con la p´erdida en el hierro (obtenida de 1.2.3.2).

1.2.4.

´ PERDIDAS PRODUCIDAS EN LA CARGA

Las p´erdidas producidas en la carga son proporcionales a la p´erdida total en una m´aquina sin considerar: la suma de las p´erdidas por fricci´on y efecto del viento, p´erdida del estator I 2 R, p´erdida del rotor I 2 R, y la p´erdida en el hierro. 1.2.4.1.

MEDIDA INDIRECTA

Las p´erdidas por p´erdida en la carga se determinan midiendo las p´erdidas totales, y restando la suma de las p´erdidas por fricci´ on y efecto del viento, p´erdida en el hierro, p´erdida del estator I 2 R, y p´erdida del rotor I 2 R. La medici´on indirecta es usada en los m´etodos B, C, y C/F de la eficiencia (v´ease 1.3.4, 1.3.5, y 1.3.8). El procedimiento para determinar la p´erdida por p´erdidas en la carga (el m´etodo B) se describe en 1.3.4.2.6. El procedimiento para determinar la p´erdida por p´erdidas en la carga (el m´etodo C) se describe en 1.3.5.2. El procedimiento para determinar la p´erdida por p´erdidas en la carga (el m´etodo C/F) se describe en 1.3.8.1. 1.2.4.2.

MEDIDA DIRECTA

La medida directa se utiliza en los m´etodos E, F, y E/F de la eficiencia (v´ease 1.3.6, 1.3.7, y 1.3.8). ´ ´ 1.2.4.2.1 COMPONENTE DE PERDIDA DEL ESTATOR POR PERDIDAS EN LA CARGA. La p´erdida por p´erdidas en la carga a una frecuencia fundamental se determinan, aplicando voltajes equilibrados polif´asicos a los terminales de la bobina del estator sin el rotor. La potencia de entrada menos la p´erdida del estator I 2 R a la temperatura de la prueba da como resultado la p´erdida por p´erdidas en la carga a la frecuencia fundamental. Durante esta prueba, el soporte de los cojinetes y otras piezas estructurales en los cuales la corriente puede ser inducida debe estar en su lugar. Las corrientes usadas en esta prueba y que se describen en 1.2.4.2.2 se deben identificar como It deben tener valores establecidos por la ecuaci´on 1.9 para las magnitudes que

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

23

cubren los valores de cargas a partir de la carga determinada para 1/4 o 1-1/2, seg´ un lo indicado por el m´etodo de prueba apropiado. q It = (I 2 − I02 ) (1.9) donde: It .- Es el valor de la corriente en la bobina del estator durante la prueba de p´erdida por p´erdidas en la carga. I0 .- Es el valor de la corriente sin carga (vea 1.2.3.1). I.- Es el valor de corriente de l´ınea para el funcionamiento del estator por lo cual la p´erdida por p´erdidas en la carga debe ser determinada. ´ ´ INVERSA La p´erdida por 1.2.4.2.2 METODO PARA LA PRUEBA DE ROTACION p´erdida en la carga ocurre con altas frecuencias, determinada por una prueba de rotaci´on inversa. Con el motor montado totalmente, se aplica el voltaje polif´asico equilibrado con la frecuencia especificada en los terminales de la bobina del estator. El rotor es conducido por medios externos a la velocidad s´ıncrona en la direcci´ on opuesta a la del campo del estator. (La velocidad correcta se puede determinar f´ acilmente por el m´etodo estrobosc´opio o por un tac´ometro digital.) Midiendo la potencia de entrada en la bobina del estator. La potencia mec´ anica requerida para que gire el rotor se mide con y sin la corriente en la bobina del estator. La magnitud de la corriente ser´a los mismos valores seg´ un lo utilizado en 2.2.4.2.1. Para motores de rotor bobinado, los terminales del rotor deben estar cortocircuitados. ´ ´ ´ ´ 1.2.4.2.3 METODO DIRECTO PARA EL CALCULO DE PERDIDA POR PERDIDAS EN LA CARGA La p´erdida por p´erdida en la carga WLL se calcula como sigue: WLL = LLs + LLr

(1.10)

En la Ecu. 1.10, los valores de LLs y LLr se calculan con los mismos valores de la corriente de l´ınea It . donde: LLss = Ws – perdidas en el estator I 2 R = frecuencia fundamental de p´erdidas por p´erdida en la carga. La p´erdida en la bobina del estator I 2 R del estator ser´a el producto del n´ umero de fases,It2 R y r1, tomados en cada punto de carga. LLr =(Pr − Pf ) − (Wr –LLs – perdidas en el estator I 2 R) = frecuencia alta de p´erdidas por p´erdida en la carga. La p´erdida en la bobina del estator I 2 R del estator ser´a el producto del n´ umero de fases, It2 R y r1, tomados en cada punto de carga. r1 .- Es la resistencia de la fase del estator (para una m´aquina trif´asica, esto es tomado como la mitad de la resistencia entre los terminales). Pr .- Es la potencia mec´ anica requerida para impulsar el rotor con el voltaje aplicado en los terminales de la bobina del estator. Pf .- Es la potencia mec´ anica requerida para impulsar el rotor sin el voltaje aplicado en los terminales de la bobina del estator. Ws .- Es la entrada el´ectrica a la bobina del estator sin el rotor. Wr .- Es la entrada el´ectrica a la bobina del estator durante la prueba de rotaci´on inversa. ´ 1.2.4.2.4 ANALISIS DE LOS DATOS DE LA PRUEBA Analizar los valores de la prueba, de(Pr –Pf ),Ws y Wr es usar un an´ alisis anterior de la potencia vs el registro de la corriente. (Pr − Pf ) = A1 (It )

N1

(1.11)

Ws = A2 (It )N 2

(1.12)

Wr = A3 (It )N 3

(1.13)

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

24

donde: A.- Es la intercepci´ on dey en un diagrama con abscisas y ordenadas logar´ıtmicas (una constante) N .- Es la inclinaci´ on en un diagrama con abscisas y ordenadas logar´ıtmicas (aproximadamente 2) I.- Es la corriente de l´ınea observada durante la prueba de p´erdidas por perdidas en la carga. Si los datos son exactos, cada curva se ajustar´a a una relaci´on de variaci´on cuadr´atica entre la potencia y la corriente. As´ı, el factor de correlaci´on anterior y el exponente para cada curva servir´ an como indicadores de datos exactos. NOTA: Los bajos factores de potencia encontrados durante las pruebas especificadas en 1.2.4.2.1 y 1.2.4.2.2 hacen imprescindible que la correcci´ on del error de fase sea aplicado a todas las lecturas del vat´ımetro. Referir a IEEE Std 120-1989. ´ ´ ´ 1.2.4.2.5 CALCULO DE PERDIDAS POR PERDIDAS EN LA CARGA EN UN ´ PUNTO ESPECIFICO Determinar un valor de aproximaci´on de corriente I2 en el rotor corresponde al valor dado de corriente de l´ınea, I del estator, como: 0

1

I2 = (I 2 − I02 ) 2

(1.14)

donde: I.- Es el valor dado de corriente de l´ınea del estator I0 .- Es el valor de la corriente sin carga del estator Para el valor de la corriente del rotorI2’ , se calcula un valor de p´erdidas por perdida en la carga W ’LL para las m´ aquinas trif´ asicas. como sigue: W 0 LL = A1 Ö(I20 )N 1 + 2A2 Ö(I20 )N 2 − A3 Ö(I20 )N 3 − 3Ö(I20 )2 Ö(2Ör1s − r1r )

(1.15)

donde: W ’LL .- Es el valor de p´erdidas por p´erdida en la carga por el valor de corriente aproximado del rotor que corresponde a la carga dada. I’2 .- Es el valor aproximado de la corriente del rotor correspondiente a la carga dada de la Ecu. 1.14. r1s .- Es la resistencia del estator por fase durante la prueba sin rotor a la temperatura de la prueba (v´ease 1.2.4.2.1). r1r .- Es la resistencia del estator por fase durante prueba de rotaci´on inversa la temperatura de la prueba (v´ease 1.2.4.2.2) El valor de las p´erdidas por p´erdida en la carga, dados corresponde a un valor de I ’2 calculado usando la Ecu. 1.14. WLL = W 0 LL (

I2 2 0 ) I2

(1.16)

donde: I2 .- Es el valor de la corriente del rotor apropiado en el punto de carga para el cual las p´erdidas por p´erdida en la carga es determinada. El valor de la corriente del rotor se calculada como: q (1.17) I2 = (I 2 − I02 ) donde: I.- Es el valor de la corriente de l´ınea para el funcionamiento del estator para el cual las p´erdidas por p´erdida en la carga debe ser determinada. I0 .- Es el valor de la corriente sin carga.

CAP´ITULO 1.

1.2.4.3.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

25

´ METODO DIRECTO ALTERNO PARA LOS MOTORES DE ROTOR BOBINADO

Este m´etodo se utiliza con los m´etodos de eficiencia E, F, y E/F (v´ease 1.3.6, 1.3.7, y 1.3.8). En este m´etodo, el rotor se excita con corriente continua, y los terminales de la bobina del estator se cortocircuitan, incluyendo un amper´ımetro para medir la corriente del estator. El rotor es excitado por medios externos a la velocidad s´ıncrona. Se ajusta la excitaci´on del rotor hasta que la circulaci´ on de corriente en la bobina del estator tenga el valor para poder determinar las p´erdidas por p´erdida en la carga. La potencia mec´ anica requerida para girar el rotor, con la excitaci´on, (Pr ), y sin la excitaci´ on, (Pf ), se puedan medir. WLL = Pr − Pf − perdidas en el estator I 2 R a la temperatura durante la prueba

(1.18)

Si se utilizan seis puntos de carga, la exactitud puede ser mejorada trazando las p´erdidas por p´erdida en la carga vs la corriente en el estator y siguiendo un procedimiento similar a ( v´ease 1.2.4.2.4). 1.2.4.4.

´ ´ PRESUNTAS PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA

Esta medida se utiliza con los m´etodos de eficiencia E1, F1, y E1/F1 (v´ease 1.3.6, 1.3.7, y 1.3.8). Si las p´erdidas por p´erdida en la carga no se miden, y es aceptada por est´andares aplicados o por especificaciones del fabricante, el valor de las p´erdidas por p´erdida en la carga, este valor de la carga se puede asumir por el valor dado en 1.2. Valores de la maquina 1-125 hp 126-500 hp 501-2499 hp 2500 hp en adelante

1-90 kW 91-375 kW 376-1850 kW 1851 kW en adelante

% del valor de salida de perdidas por perdida en la carga 1.8 % 1.5 % 1.2 % 0.9 %

´ ´ Cuadro 1.2: PRESUNTAS PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA Para otros valores de carga dada,se debe asumir que las p´erdidas por p´erdida en la carga, WLL , es proporcional al cuadrado de la corriente del rotor, i.e. , 0

WLL = W LL (

I2 2 0 ) I2

(1.19)

donde: 0 WLL .- Es el valor de p´erdidas por p´erdida en la carga correspondiente al valor de corriente del rotor I2’. I2 .- Es el valor de la corriente del rotor apropiado en el punto de carga para el cual las p´erdidas por p´erdida en la carga es determinada. I ’2 .- Es el valor de la corriente del rotor correspondiente a la carga dada.

1.2.5.

´ PERDIDAS EN LOS SOPORTES DE LAS ESCOBILLAS

Esta medida se utiliza en los m´etodos de eficiencia F y F1 (v´ease 1.3.7). Para las m´aquinas de rotor bobinado, las p´erdidas en los soportes de las escobillas se debe determinar por el c´alculo del producto de la ca´ıda de voltaje y la corriente secundaria. La ca´ıda de voltaje en todas las escobillas de la misma fase (entre los anillos en una m´aquina trif´asica) se puede asumir 1.0 V para el carb´ on o las escobillas de grafito, y 0.3 V para los escobillas de metal-carb´on.

CAP´ITULO 1.

1.3. 1.3.1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

26

´ DE LA EFICIENCIA DETERMINACION GENERAL

La eficiencia es el cociente de la potencia de salida por la potencia de entrada total. La potencia de salida es igual a la energ´ıa de entrada menos las p´erdidas. Por lo tanto, si dos de las tres variables (salida, entrada, o p´erdidas) se saben, la eficiencia se puede determinar por una de las ecuaciones siguientes: Para motores

(potencia de salida) (potencia de entrada)

(1.20)

ef iciencia =

(potencia de entrada -p´erdidas) (potencia de entrada)

(1.21)

ef iciencia =

(potencia de salida) (potencia de salida +p´erdidas)

(1.22)

ef iciencia =

Para generadores

Salvo que se especifique lo contrario, la eficiencia debe ser resuelta para el voltaje y la frecuencia determinados. La eficiencia se puede determinar lo m´as exactamente posible con los resultados de la prueba cuando el voltaje no se desv´ıa perceptiblemente de voltaje determinado y el desequilibrio del voltaje no excede el 0.5 % (v´ease 1.1.1.5). Cuando en un punto de la carga se tiene otro valor del voltaje clasificado, puede ser combinado con el circuito equivalente (m´etodos F y F1) para calcular el funcionamiento a valor de voltaje determinado (v´ease 1.3.8).

1.3.2.

´ METODOS DE PRUEBA PARA LA EFICIENCIA.

Los varios m´etodos para la determinaci´on de la eficiencia y las p´erdidas, se identifican como sigue: a) M´etodo A: A la entrada y salida b) M´etodo B: A la entrada y salida, con la separaci´on de las p´erdidas y la medida indirecta de las p´erdidas por p´erdida en la carga. c) M´etodo C: M´ aquinas duplicados, con la separaci´on de las p´erdidas y la medida indirecta de las p´erdidas por p´erdida en la carga. d) M´etodo E: Medida de la energ´ıa el´ectrica, bajo carga con la separaci´on de las p´erdidas y la medida directa de las p´erdidas por p´erdida en la carga. e) M´etodo E1: Medida de la energ´ıa el´ectrica bajo carga con la separaci´on de p´erdidas y el valor presunto de la p´erdidas por p´erdida en la carga. f) M´etodo F: Circuito equivalente, con la medida directa de las p´erdidas por p´erdida en la carga. g) M´etodo F1: Circuito equivalente con el presunto valor de las p´erdidas por p´erdida en la carga. h) M´etodo C/F: Circuito equivalente ajustado al m´etodo C en un punto de carga con la medida indirecta de las p´erdidas por p´erdida en la carga. i) M´etodo E/F: Circuito equivalente ajustado al m´etodo E en un punto de carga con la medida directa de las p´erdidas por p´erdida en la carga. j) M´etodo E1/F1: Circuito equivalente ajustado al m´etodo E en un punto de carga con el presunto valor de las p´erdidas por p´erdida en la carga. 1.3.2.1.

´ GU´ IA PARA ESCOGER EL METODO DE LA PRUEBA DE EFICIENCIA

Generalmente el m´etodo de entrada y salida (m´etodo A) se debe limitar a las m´aquinas con caballos de potencia fraccionarios. Salvo que de lo contrario se especifiquen, motores horizontales, polif´asicos, jaula de ardilla con valores de 1-250 Hp, (1-190 kilovatios) se deben probar por el m´etodo de entrada y salida con la separaci´ on de las p´erdidas (m´etodo B). El m´etodo B se debe seleccionar cuando el valor para

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

27

cada uno de los componentes de las p´erdidas en el motor est´a dada o cuando la precisi´on y la capacidad de repetici´ on de este m´etodo se requiere, por ejemplo por el programa de EEM (NIST Handbook 150-10. Efficiency of Electric Motors). Los motores verticales en el rango de 1-250 Hp, (1-190 kilovatios) se deben tambi´en probar por el M´etodo B. Si por la construcci´on de los cojinetes no se permite los motores verticales en este rango de Hp se pueden probar por M´etodo E, E1, F, o F1. Los motores polif´ asicos en gran parte son de 250 Hp, (190 kilovatios) se pueden probar por M´etodo B, C, E, E1, F, o F1 dependiendo de la disponibilidad y la facilidad de prueba requerida.

1.3.3.

´ PRUEBA DEL METODO A - ENTRADA Y SALIDA

Para este m´etodo, la eficiencia se calcula con el valor de la potencia de salida medida y la potencia de entrada medida, despu´es de la correcci´on de la temperatura y del dinam´ometro (si fuera aplicable). 1.3.3.1.

PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA

La m´ aquina es colocada por medio de un freno o de un dinam´ometro mec´anico (v´ease 1.1.3.1). Las lecturas de la potencia, corriente, voltaje, frecuencia, deslizamiento, par, temperatura ambiente, y de la temperatura de la bobina del estator o de la resistencia de la bobina del estator ser´ an obtenidas para cuatro puntos de carga aproximadamente equidistantes entre no menos que el 25 % incluyendo la carga del 100 %, y dos puntos de carga elegidos convenientemente sobre la carga del 100 % pero no exceder la carga el 150 %. Para la carga de la m´aquina, comenzar en el valor m´ as alto de la carga y moverse en orden decreciente al m´as bajo. 1.3.3.2.

´ FORMA DEL CALCULO

El funcionamiento se calcula seg´ un las indicaciones de la forma A. La correcci´on del dinam´ometro se debe hacer, si fuera aplicable, seg´ un lo explicado. La p´erdida del estator debe ser corregida para la temperatura seg´ un lo indicado. La correcci´ on del dinam´ ometro se debe hacer con la misma direcci´on de rotaci´on que se utiliza durante la prueba con carga.

1.3.4.

´ PRUEBA DEL METODO B - ENTRADA Y SALIDA CON SE´ ´ PARACION DE LA PERDIDAS

Este m´etodo consiste en varios pasos. Todos los datos se toman con la m´aquina en funcionamiento como motor o como generador, dependiendo de la regi´on de operaci´on para la cual se requieren los datos de la eficiencia. La p´erdida total evidente (entrada menos salida) esta separada en varios componentes, con la p´erdida por p´erdida en la carga definida como la diferencia entre la p´erdida total evidente y la suma de las p´erdidas convencionales (p´erdida del estator y del rotor, p´erdida en el hierro, y p´erdida de fricci´ on y por efecto del viento). As´ı el valor de la p´erdida por p´erdida en la carga determinado es trazado vs el cuadro del par, y una regresi´on lineal se utiliza para reducir el efecto de errores al azar, en las medidas de la prueba. Los datos tomados de la p´erdida por p´erdida en la carga se utilizan para calcular el valor final de la p´erdidas totales y de la eficiencia. 1.3.4.1.

PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA

Las pruebas secundarias que componen el procedimiento de prueba del m´etodo B deben ser realizados en el orden enumerado. No es necesario que los pruebas secundarias sean realizadas sucesivas inmediatamente despu´es la anterior. Las pruebas secundarias pueden ser realizadas individualmente si la temperatura de funcionamiento del motor se establece cerca de su temperatura de funcionamiento normal a la carga determinada para obtener los datos de prueba.

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

28

1.3.4.1.1 PRUEBA DE TEMPERATURA A LA CARGA DETERMINADA La m´ aquina se acopla a un dinam´ ometro y funciona a la carga determinada. Esta prueba no se requiere cuando una prueba a la temperatura de la carga determinada se ha realizado previamente en una m´ aquina similar. 1.3.4.1.2 PRUEBA BAJO CARGA La m´aquina es cargada por un dinam´ometro, ver 1.1.3.1. La temperatura de la bobina del estator estar´a dentro de 10°C de la lectura de temperatura m´ as caliente registrada durante la prueba de temperatura a la carga determinada. El m´etodo de prueba de 1.3.3.1 se utiliza, en esta prueba siendo realizada lo m´as r´apidamente posible para reducir al m´ınimo cambios de temperatura en la m´aquina durante la prueba. La correcci´on del dinam´ometro deber´ a ser hecha en ala misma direcci´on de rotaci´on que es usada durante la prueba con carga. 1.3.4.1.3 PRUEBA SIN CARGA Ver 1.2.3 incluyendo 1.2.3.3, la separaci´on de las p´erdida en el hierro, fricci´ on y la p´erdida por el viento. Antes de hacer esta prueba, la m´aquina debe funcionar sin carga hasta que la temperatura y los valores de entrada se hayan estabilizado. 1.3.4.2.

´ FORMA DEL CALCULO

Para calcular el funcionamiento del motor o del generador se usa la forma B, que incluye la correcci´ on de temperatura y la separaci´on de las p´erdidas. El valor para la p´erdida por p´erdidas en la carga es determinado por el m´etodo indirecto. ´ Y PERDIDAS ´ 1.3.4.2.1 FRICCION POR EL VIENTO ´ 1.3.4.2.2 PERDIDA EN EL HIERRO

Ver 1.2.3.4.

Ver 1.2.3.5.

´ 1.3.4.2.3 PERDIDA DEL ESTATOR I 2 R Ver 1.2.1. Si la resistencia del estator no se mide directamente durante la prueba, la resistencia para cada punto de carga ser´ a determinada seg´ un la 1.4.2.3 con el valor para la temperatura especificada y fijada a la de la temperatura medida durante la prueba en cada punto de carga. ´ 1.3.4.2.4 PERDIDA DEL ROTOR I 2 R

Ver 1.2.2.

´ 1.3.4.2.5 PERDIDA APARENTE TOTAL La p´erdida total evidente ser´a calculada por separado para cada punto de carga restando la medida de salida en vatios de la medida de entrada en vatios. ´ DE LAS PERDIDAS ´ ´ 1.3.4.2.6 DETERMINACION POR PERDIDA EN LA CARGA ´ (METODO INDIRECTO) Las p´erdidas por p´erdida en la carga ser´an calculada por separado para cada punto de carga restando la p´erdida total evidente, la p´erdida del estator a la temperatura de la prueba, la p´erdida en el hierro, la p´erdida por fricci´on y del viento, y la p´erdida del rotor que corresponde al valor medido del deslizamiento. La p´erdida por p´erdida en la carga ser´a calculada para cada uno de los seis puntos de carga aproximadamente espaciados equitativamente (v´ease 1.3.3.1). ´ ´ 1.3.4.2.7 ALISAMIENTO DE LAS PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA Los datos alisados de la p´erdida por p´erdida en la carga usando un an´alisis de regresi´on linear basado en la expresi´ on de la p´erdida por p´erdida en la carga en funci´on del cuadro del esfuerzo de torsi´ on de la carga. WLL = AT 2 + B

(1.23)

donde: WLL .- Es la p´erdida por p´erdida en la carga seg´ un lo trazado con el esfuerzo de torsi´on ajustado. T .- Es el par A.- Es la inclinaci´ on B.- Es la intercepci´ on con la l´ınea cero del esfuerzo de torsi´on.

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

29

Si la inclinaci´ on es negativa, o si el factor de correlaci´on,r, es menor a 0.9, suprima el punto peor y repita la regresi´ on. Si esto aumentar a 0.9 o m´as, utilice la segunda regresi´on; si la inclinaci´ on sigue siendo negativa, la prueba es insatisfactoria. Si los errores en las lecturas de la instrumentaci´ on o de la prueba, se indican, la fuente del error debe ser investigada y ser corregida, y la prueba debe ser repetida. Los errores por la fricci´ on del cojinete o del dinam´ometro, pueden hacer que las lecturas del esfuerzo de torsi´ on sean diferentes para el mismo valor de la potencia, dependiendo de si la carga es cada vez mayor o decreciente antes de la lectura. Cuando el factor de correlaci´ on, r, es menor de 0.9, este se obtiene despu´es en el segundo c´ alculo, se debe hacer un promedio de dos sistemas de lecturas. El primer sistema debe ser tomado mientras gradualmente aumenta la carga, el segundo sistema mientras disminuye la carga. Las curvas del esfuerzo de torsi´ on vs la potencia se deben trazar para cada sistema de lecturas, y el valor promedio de A basado en las dos curvas es el que debe usarse. 1.3.4.3.

´ DE LA PERDIDA ´ CORRECCION Y DE LA EFICIENCIA TOTALES.

´ DE LAS PERDIDAS ´ ´ 1.3.4.3.1 CORRECCION POR PERDIDA EN LA CARGA valor corregido de la p´erdida por p´erdida en la carga es: WLL AT 2

El

(1.24)

´ DE LA TEMPERATURA AMBIENTE PARA LA PERDI´ 1.3.4.3.2 CORRECCION 2 DA EN EL ESTATOR I R Una p´erdida corregida del estator para cada uno de los seis puntos de carga se calcula usar el valor com´ un de la resistencia del estator obtenido de la prueba de temperatura a carga determinada corregida a un ambiente de 25°C. En 1.1.2.3, la resistencia Rt es la resistencia medida en conclusi´ on con la prueba de la temperatura a carga clasificada; tt es la temperatura m´ as caliente de la bobina medida durante la prueba de temperatura, y ts es igual al tt corregido a un ambiente de 25°C. ´ DE LA TEMPERATURA AMBIENTE PARA LA PERDI´ 1.3.4.3.3 CORRECCION 2 2 DA EN EL ROTOR I R Una p´erdida corregida del rotor I R para cada uno de los seis puntos de carga se calcula seg´ un lo dado 1.2.2 usando el valor del deslizamiento para cada uno de los puntos corregidos a un ambiente de 25°C y usando el valor corregido del ambiente de la p´erdida del estatorI 2 R para cada punto de carga. En 1.1.3.2.2, el deslizamiento st es la medida del deslizamiento para el punto particular de carga, tt es la temperatura m´as caliente de la bobina medida para el punto particular; y ts es la temperatura m´as caliente de la bobina durante la prueba de temperatura corregida a un ambiente de 25°C. ´ DE LAS PERDIDAS ´ 1.3.4.3.4 CORRECCION TOTALES Una p´erdida total corregida para cada uno de los seis puntos de carga se determina por la suma de la p´erdida de la fricci´ on y del viento (v´ease 1.3.4.2.1), la p´erdida del hierro (v´ease 1.3.4.2.2), la p´erdida corregida para la p´erdida en la carga (v´ease 1.3.4.3.1), la p´erdida con temperatura corregida del estatorI 2 R (v´ease 1.3.4.3.2), y la p´erdida con temperatura corregida del rotor I 2 R (v´ease 1.3.4.3.3). ´ DE LA POTENCIA MECANICA ´ 1.3.4.3.5 CORRECCION La energ´ıa mec´anica corregida para cada uno de los seis puntos de carga es igual a la diferencia entre la potencia de entrada medida y la p´erdida total corregida para un motor. La potencia de entrada corregida es igual a la suma de la potencia de salida y la suma de la p´erdida total corregida para un generador. 1.3.4.3.6 EFICIENCIA corregida de 1.3.4.3.5. 1.3.4.4.

Ver 2.3.1. Utilizar la corriente el´ectrica medida y la energ´ıa mec´anica

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR / GENERADOR

Calcular el funcionamiento del motor o del generador, que incluye la correcci´on de temperatura.

CAP´ITULO 1.

1.3.5.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

30

´ ´ PRUEBA DEL METODO C - MAQUINAS DUPLICADAS

Este m´etodo para determinar la eficiencia puede ser utilizado cuando las m´aquinas disponibles son duplicadas. Las dos m´ aquinas se juntan y se conectan el´ectricamente con dos fuentes de energ´ıa, la frecuencia debe ser ajustada. 1.3.5.1.

´ METODO DE PRUEBA

´ 1.3.5.1.1 PRUEBAS SIN CARGA DE LAS DOS MAQUINAS

Ver 1.2.3.

1.3.5.1.2 PRUEBA BAJO CARGA Una m´aquina funciona como motor a voltaje y frecuencia determinados, y la otra es dada como generador a valores de voltaje y frecuencia determinados, para condiciones de frecuencias menores para alcanzar la carga deseada. Las lecturas se deben tomar a la entrada y la salida el´ectrica, adem´as de la temperatura de la bobina del estator o resistencia de la bobina del estator y el deslizamiento de cada m´aquina. La prueba se debe repetir con la direcci´on del flujo de energ´ıa invertida. La frecuencia de la primera m´ aquina sigue estando sin cambios mientras que la del segundo se eleva para producir la carga deseada. La localizaci´ on de los instrumentos y los transformadores no deben ser cambiados. Por esta anulaci´ on del flujo de energ´ıa, los errores ordinarios de calibraci´on de todos los instrumentos son reducidos al m´ınimo. Los errores del ´angulo de fase de los transformadores son acumulativos para las pruebas de motores y generadores. Es importante hacer las correcciones exactas para los errores del ´ angulo de fase, porque har´an que las p´erdidas aparezcan m´as peque˜ nas que el valor verdadero (v´ease 1.1.1.4). 1.3.5.2.

´ ´ ´ PERDIDA POR PERDIDA EN LA CARGA (METODO INDIRECTO)

Se obtiene las p´erdidas por p´erdida en la carga como sigue: Las p´erdidas en el estator I 2 R a la temperatura de la prueba es calculada por cada m´aquina usando la corriente observada. Las p´erdidas en el rotor del motor I 2 R es: desliz. motor · (poten. de ingre. motor − p´erd. del estator I 2 R − p´erd. en el hierro)

(1.25)

Usando el deslizamiento del motor observado en por unidad a la velocidad s´ıncrona. Las p´erdida combinada por p´erdida en la carga es determinada restando de la p´erdida medida total (diferencia entre la entrada y la salida) la suma de las p´erdidas del estator I 2 R, p´erdidas del rotor I 2 R, p´erdidas en el hierro, y p´erdidas por fricci´on y del viento de las dos m´aquinas. Las p´erdidas por p´erdida en la carga se asumen para ser proporcionales al cuadrado de la corriente del rotor. Se toman las p´erdidas por p´erdida en la carga como: p´erd. carga mot. = p´erd. est. I 2 R

(p´erd. carga combinada) (p´erd. rotor mot. I 2 R + p´erd. rotor gen. I 2 R)

perd. carga gene = (p´erd. carga combinada) − (p´erd. carga motor)

(1.26) (1.27)

El promedio de los resultados obtenidos con las dos direcciones del flujo de energ´ıa (motor y generador) se toma como el valor medio de las p´erdidas por p´erdida en la carga. ´ ´ 1.3.5.2.1 DATOS DE LAS PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA USANDO ´ ´ UN ANALISIS DE REGRESION LINEAR WL Lave = A(I2ave )2 + B

(1.28)

donde: WLLave .- Es el valor medio de las p´erdidas por p´erdida en la carga seg´ un lo trazado vs la corriente aproximada del rotor. A.- es el deslizamiento B.- Es la intercepci´ on con la l´ınea actual cero.

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

31

I2ave .- Es el valor medio de la corriente del rotor. El valor de la corriente del rotor, I2 , para cada direcci´on del flujo de potencia (motor y generador) se toma como: q (1.29) I2 = (I 2 − I02 ) donde: I.- Es el valor de la corriente de l´ınea observado del estator (motor o generador) para el cual las p´erdidas por p´erdida en la carga es determinada. I0 .- Es el valor de la corriente sin carga. El valor corregido de las p´erdidas por p´erdida en la carga es: WLLc = A(I2 )2 1.3.5.3.

(1.30)

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR / GENERADOR

Calcular el funcionamiento del motor o del generador la cual incluyendo la correcci´on de temperatura. Determinar WLLc basado en el deslizamiento, A, y el valor de la corriente del rotor, I2 , apropiada para el punto de carga para el cual las p´erdidas por p´erdida en la carga es determinada. El valor de la corriente del rotor para cada punto de carga se calcula como: q (1.31) I2 = (I 2 − I02 ) donde: I.- Es el valor de operaci´ on de la corriente de l´ınea del estator para el cual las p´erdidas por p´erdida en la carga es determinada. I0 .- Es el valor de la corriente sin carga.

1.3.6.

´ PRUEBA DEL METODO E O E1- MEDIDA DE POTENCIA ´ ´ DE LAS PERDIDAS ´ ELECTRICA CON LA SEGREGACION

La entrada se debe medir seg´ un lo resumido despu´es. La salida debe ser determinada restando el total de las p´erdidas de entrada. Las p´erdidas totales son iguales a la suma de las p´erdidas del estator y del rotor corregidas a la temperatura espec´ıfica para la correcci´on de la resistencia, la p´erdida del hierro, la p´erdida de fricci´on y del viento, y las p´erdidas por p´erdida en la carga. 1.3.6.1.

´ METODO DE PRUEBA

1.3.6.1.1 PRUEBA SIN CARGA

Ver 1.2.3.

1.3.6.1.2 PRUEBA BAJO CARGA Para obtener los datos requeridos, es necesario juntar, ce˜ nir, o engranar la m´ aquina a una carga variable. El mismo arreglo que se utiliza para la prueba de la temperatura puede ser empleado. Para cada uno de seis puntos aproximadamente espaciados equitativamente, las lecturas de la potencia, corriente, voltaje, deslizamiento, temperatura ambiente, y resistencia de la bobina del estator deben ser registradas. La resistencia de la bobina del estator para cada punto de carga puede ser calculada comparando la subida de temperatura medida por un detector de temperatura, un sensor de temperatura situado en el extremo de bobina del estator, o la subida de temperatura al aire libre, con las medidas correspondientes de la subida de temperatura obtenidas como valores en estado estacionario durante una prueba de la temperatura. ´ ´ 1.3.6.1.3 PRUEBA DE LAS PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA ´ 1.3.6.1.3.1 PRUEBA DEL METODO E ´ 1.3.6.1.3.2 PRUEBA DEL METODO E1

Ver 1.2.4.2 o 1.2.4.3. Ver 1.2.4.4.

CAP´ITULO 1.

1.3.6.2.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

32

´ PERDIDAS DEL ESTATOR I 2 R

Ver 1.2.1. 1.3.6.3.

´ PERDIDAS EN EL ROTOR I 2 R

Ver 1.2.2. 1.3.6.4.

´ PERDIDAS EN EL HIERRO

Ver 1.2.3.5 1.3.6.5.

´ Y EFECTOS DEL VIENTO FRICCION

Ver 1.2.3.4 1.3.6.6.

´ ´ ´ DIRECTA) PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA (MEDICION

1.3.6.6.1 CORRIENTE DEL ROTOR I 2 como: 0

I2 =

El valor de la corriente del rotor debe ser calculado q (I 2 − I02 )

(1.32)

donde: I.- Es el valor de operaci´ on de la corriente de l´ınea del estator para el cual las p´erdidas por p´erdida en la carga es determinada. I0 .- Es el valor de la corriente sin carga. El valor de las p´erdidas por p´erdida en la carga, W ’LL , corresponder´a a un valor de la corriente del rotor, I2’ , seg´ un lo calculado de la Ecu. 32 para un valor de I que corresponde al valor determinado de la corriente de l´ınea del estator.

1.3.7.

´ PRUEBA DEL METODO F O F1 - CIRCUITO EQUIVALENTE

Cuando las pruebas bajo carga no se hacen, las caracter´ısticas de funcionamiento (eficacia, factor de energ´ıa, esfuerzo de torsi´ on, etc.) se calculan basadas sobre el circuito equivalente demostrado en el Fig. 1.3. Los par´ ametros de la m´aquina en el circuito equivalente se derivan de los datos de prueba registrados durante una prueba sin carga y una prueba de impedancia. La predicci´on exacta de las caracter´ısticas de la m´ aquina en el rango de operaci´on normal depender´a sobre todo de la proximidad por la cual r2 representa la resistencia real del rotor a corrientes de baja frecuencia y, x2 representa la reactancia real de la salida del rotor a corrientes de baja frecuencia. 1.3.7.1.

´ METODO DE PRUEBA

1.3.7.1.1 PRUEBA SIN CARGA

Ver 1.2.3

1.3.7.1.2 PRUEBA DE LA IMPEDANCIA Las lecturas del voltaje, corriente, potencia de entrada, y de la resistencia del estator o de la temperatura de la bobina del estator deben ser tomadas en uno o m´ as frecuencias, voltajes, y/o cargas. Si la m´aquina que es probada tiene un rotor bobinado, el rotor debe estar cortocircuitado para la prueba.

Figura 1.3: Circuito Equivalente[4]

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

33

La reactancia ser´ a medida con la corriente de la carga determinada. Es importante que el valor de la reactancia usado en el c´ alculo del circuito equivalente sea un valor correcto de saturaci´on y del efecto de la barra; si no, el factor de potencia calculado ser´ıa un valor m´as alto que el valor verdadero. Los datos de la impedancia ser´ an resueltos a partir del uno de los m´etodos siguientes: M´ etodo 1.- Prueba de impedancia trif´asica de rotor bloqueado a m´aximo 25 % de frecuencia y corriente determinada., ver 1.3.7.1.2.1 M´ etodo 2.- Prueba de impedancia trif´asica de rotor bloqueado a frecuencia, aproximadamente 50 % de la frecuencia determinada, y en un m´aximo de 25 % de frecuencia determinada, todo con corriente determinada. Las curvas deben ser desarrolladas desde estos tres puntos de prueba utilizados para determinar los valores de la reactancia total y la resistencia del rotor requerida para reducir la frecuencia., ver 1.3.7.1.2.1 M´ etodo 3.- Para una prueba de la impedancia sobre la velocidad del punto de ruptura pr´oxima a la velocidad de deslizamiento debe reducir la frecuencia del rotor. Este m´etodo, se hace con el motor desacoplado o se acopla a una carga reducida, y el voltaje se reduce para dar aproximadamente una carga completa de deslizamiento. El deslizamiento ser´a medido cuidadosamente. Ver 1.3.7.1.2.2 M´ etodo 4.- Cuando ninguno de los m´etodos antes dicho son pr´acticos, la prueba siguiente puede ser utilizada: trif´ asico, prueba de la impedancia de rotor bloqueado a voltaje reducido y frecuencia determinada dando por resultado una corriente aproximada y una prueba bajo carga. Ver 1.3.7.1.2.3. ´ ´ 1.3.7.1.2.1 PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (METODO 1 Y METODO 2) El rotor de un motor jaula de ardilla es una bobina sim´etrica de la barra; por lo tanto, la impedancia del motor es pr´ acticamente igual para cualquier posici´on del rotor relativa al estator. La impedancia de un motor de rotor bobinado var´ıa con la posici´on del rotor concerniente al estator. Es por lo tanto necesario realizar una prueba de la impedancia de rotor bloqueado para determinar la posici´ on del rotor que resulta de un valor medio de la impedancia. Antes de tomar lecturas en las m´ aquinas del rotor bobinado, el rotor deber´ıa estar cortocircuitado. La distancia angular con la cual es necesario observar la variaci´on de la corriente debe ser determinada, permitiendo que el rotor gire lentamente y observando la corriente del estator, observando la distancia el rotor que deben moverse para que la corriente del estator termine un ciclo. Para las m´ aquinas que tienen un n´ umero integral de ranuras por polo, por fase en el rotor y estator, esta distancia debe ser igual a dos tercios de un polo para las m´aquinas trif´asicas. Para las m´aquinas que tienen ranuras para bobinas fraccionarias, la distancia angular puede ser tanto como un polo completo. El rotor debe ser bloqueado de modo que no pueda moverse; y la diferencia de voltaje ser´a aumentado gradualmente hasta obtener una corriente de valor especificado. El voltaje y la corriente en todas las fases ser´ an le´ıdos y registrados, y el voltaje en las diversas fases debe ser equilibrado. Con el mismo voltaje, el rotor debe ser girado lentamente y los valores m´aximos y m´ınimos de la corriente durante un ciclo completo ser´an registrados. El rotor entonces ser´a bloqueado para la prueba de la impedancia en la posici´on que da una corriente igual al promedio de los valores m´ aximos y m´ınimos registrados previamente. a) Tomar las lecturas simult´ aneas de voltaje y corriente en todas las fases y la potencia de entrada en varios niveles de voltaje para establecer el valor con cuidado de la corriente a plena carga. La temperatura de la bobina del estator o la resistencia de la bobina del estator tambi´en ser´ a registrada. Se debe tener cuidado para no recalentar las bobinas. Tomar los registros m´ as elevados primero y luego las lecturas m´as bajas ayudar´an a mantener la temperatura. b) Trazar las curvas usando los voltios como abscisas y los amperios y la suma algebraica de las lecturas del vat´ımetro como ordenadas. La curva de amperios contra voltios es generalmente una l´ınea recta, curvando levemente hacia arriba en los valores m´as altos. En los rotores de ranura cerrada, sin embargo, hay tambi´en una curva distinta hacia arriba en baja tensi´on. Derivar el valor de voltaje y la potencia de entrada para determinar la reactancia total y la resistencia del rotor en el nivel requerido de corriente. c) Determinar la resistencia del rotor,r2 , y la reactancia total de salida, X1 + X2 , de estos datos. Al usar el m´etodo 2 en 1.3.7.1.2, las curvas de los valores de la resistencia del rotor y de

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

34

la reactancia total de la salida vs la frecuencia se deben utilizar para determinar el valor en la frecuencia de funcionamiento deseada. 1.3.7.1.2.2 PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO PARA VER LA IMPEDANCIA A ´ VOLTAJE REDUCIDO, CARGA REDUCIDA (METODO 3) La resistencia del rotor, r2 , y la reactancia de la salida, X2 , a la frecuencia reducida se pueden obtener las lecturas (voltios, vatios, amperios, deslizamiento, temperatura de la bobina del estator, o resistencia de la bobina del estator) a una velocidad y deslizamiento que se aproxime a la frecuencia reducida deseada del rotor. En este m´etodo, se hace funcionar la m´aquina desacoplada o se acopla a una carga reducida y a un voltaje que d´e la velocidad y el deslizamiento deseado. El deslizamiento ser´a medido utilizando el procedimiento siguiente. Cuando los datos de la prueba de saturaci´on sin carga est´an disponibles (v´ease 1.2.3), la reactancia total por fase para cada punto de prueba debe ser calculada y la curva de la reactancia total por fase vs voltios sin carga por fase debe ser dibujada (v´ease el ejemplo en Fig. 1.4). El punto m´ as alto en esta curva se debe utilizar como la reactancia total por fase sin carga, X1 + Xm , en el c´ alculo del deslizamiento en baja tensi´on. Cuando una prueba completa sin carga no se ha realizado, la reactancia total por fase al voltaje determinado y sin carga se puede utilizar como la reactancia sin carga total por fase, X1 + Xm , en c´ alculos de la prueba de deslizamiento de baja tensi´on. De los datos de prueba de baja tensi´on del resbal´ on, calcular la impedancia por fase, Z, la resistencia por fase, R, y la reactancia por la fase, X. Si los detalles del dise˜ no est´ an disponibles, utilizar el cociente calculado X1 /X2 . X1 = X ·

X1 /X2 1 + X1 /X2

(1.33)

Utilizando de la reactancia total sin carga, X1 + Xm , determinada anteriormente el valor de la reactancia de magnetizaci´ on, Xm , puede ser aproximadamente: X1 = (X1 + Xm ) − X1

(1.34)

Figura 1.4: Reactancia de la prueba sin carga[4] A.- Es valor de voltaje. B.- Es voltaje en la prueba del deslizamiento en baja tensi´on. CDE.- Es la curva de la reactancia total en la prueba sin carga. F.- Es la reactancia que correspondiente al punto m´as alto, D, en la prueba de la curva CDE. Este valor se utiliza como la reactancia total, X1 + Xm , en el c´alculo de la prueba de deslizamiento de baja tensi´ on. G.- Es la reactancia total, X1 + Xm , para ser utilizado en la determinaci´on de Xm para el uso en los c´ alculos del circuito equivalente despu´es de X1 , X2 , y R2 son resueltos de los c´alculos de la prueba de deslizamiento en baja tensi´on.

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

35

De los datos obtenidos de la prueba de deslizamiento en baja tensi´on, calculamos:  v2 = [V1 − I1 X1 sin θ1 ±R1 cos θ1 ]2 + [I1 − X1 cos θ1 mR1 sin θ1 ]2 θ2 = arctan

I1 (X1· cos θ1 mR1 sin θ1 ) V1 − I1 (X1 sin θ1 ± R1 cos θ1 )

(1.37)

V22 (Wn /m)

(1.38)

1 rf e

(1.39)

(Wn /m) V2

(1.40)

gf e = If e =

(1.36)

V2 Xm

Ie = rf e =

(1.35)

Calculamos: I2 = [(I1 cos θ1 + Ie sin θ2 mIf e cos θ2 )2 + (I1 sin θ1 − Ie cos θ1 ± Ie cos θ2 ± If e sin θ2 )2 ]1/2 (1.41) NOTAS: 1. Para inducci´ on del generador, utilizamos alternadamente las ecuaciones 1.351.361.41 y 50. 2. R1 corregida a la temperatura durante prueba. 3. cos θ1 igual al factor de potencia durante la prueba del motor o generador. X2 =

(V1 I1 sin θ1 − I12 X1 − I0 V2 ) I2 2 X = X1 + X2

(1.42) (1.43)

Repetir las ecuaciones 1.33 a 1.43 usando el cociente inicial de X1 /X2 de la ecuaci´on 1.33 y el nuevo valor de X de la ecuaci´ on 1.40hasta alcanzar los valores estables para X1 yX2 dentro de 0.1 %. X1 = X ·

X1 /X2 1 + X1 /X2

X2 = X − X1 Z2 =

V2 I2

q R2 = s (Z22 − X22 )

(1.44) (1.45) (1.46) (1.47)

Entonces, del punto de prueba sin carga a voltaje determinado, calcular: Xm = X − X1 − bm =

1 Xm

 1/2 v2 = [V1 − I1 X1 sin θ1 ± R1 cos θ1 ]2 + [I1 (X1 cos θ1 mR1 sin θ1 )]2

(1.48) (1.49) (1.50)

Wn (1.51) (mV22 ) Los valores obtenidos en las ecuaciones, 1.451.44, 1.49 y 1.51 son usados en el c´alculo del circuito equivalente la resistencia del rotor, R2 , de la ecuaci´on 1.47 y la resistencia del estator, R1 , deber´ıa ser corregida para una temperatura espec´ıfica. gf e =

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

36

1.3.7.1.2.3 PRUEBA EN UN PUNTO DE CARGA CON ROTOR BLOQUEADO ´ (METODO 4) Los valores de X1 , X2 , Xm , y Rf e pueden ser determinados de las pruebas sin carga y de rotor bloqueado a frecuencia determinada despu´es del procedimiento en 1.3.7.1.2.1. El valor de R2 a la frecuencia reducida se puede obtener de las lecturas (voltios, vatios, amperios, deslizamiento, resistencia de la bobina del estator, o temperatura de la bobina del estator) en un punto de carga usando el voltaje determinado o menor. El deslizamiento debe ser medido cuidadosamente. R2 puede ser obtenido por el procedimiento siguiente despu´es de que otros par´ametros del motor se hayan determinado de las pruebas sin carga y de rotor bloqueado. Para este m´etodo, se hace funcionar la m´ aquina desacoplada (o acoplada a una cierta carga reducida), el voltaje es reducido para tener un deslizamiento aproximadamente a plena carga, y el deslizamiento. Despu´es X1 , tiene que ser determinado de las pruebas de impedancia de rotor bloqueado (v´ease 1.3.7.1.2), el valor se obtiene como sigue: a) Calcular V2 con la ecuaci´ on 1.35. b) Calcular θ2 con la ecuaci´ on 1.36. c) Calcular If e y Ie con las ecuaciones 1.37 y 1.40. d) Calcular I2 con la ecuaci´ on 1.41. e) Calcular la impedancia del rotor, Z2 con la ecuaci´on 1.46. f) Calcular R2 con la ecuaci´ on 1.47: q R2 = (Z22 − X22 ) s g) Obtener R2 por la multiplicaci´on de X1 /s por el valor medido del deslizamiento por unidad a velocidad s´ıncrona. Corregir R2 a la temperatura determinada. ´ ´ ´ 1.3.7.1.3 PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA (METODO DIRECTO). ´ 1.3.7.1.3.1 PRUEBA DEL METODO F ´ 1.3.7.1.3.2 PRUEBA DEL METODO F1 1.3.7.2.

Ver 1.2.4.2 o 1.2.4.3. Ver 2.2.4.4.

´ FORMA DEL CALCULO

La forma F-F1 se utiliza para determinar el valor de la reactancia total de la resistencia del rotor (a menos que si la prueba alternativa en 2.3.7.1.2.3 sea realizada) basada en los valores de voltaje, corriente, y la potencia de entrada obtenida de las pruebas de impedancia sin carga y de rotor bloqueado. Esto se arregla en base a y permaneciendo constante a trav´es del rango de operaci´ on de la m´ aquina. Si la curva de la corriente de rotor bloqueado vs voltaje sale de una l´ınea recta en el rango de corrientes consideradas, cada columna de c´alculos debe utilizar los valores de la reactancia obtenidos de esta curva para el valor de c´alculo en la columna. Los resultados del c´ alculo se pueden trazar en forma de curva, de la cual el resumen de caracter´ısticas puede ser resuelto, o los c´ alculos iterativos se pueden hacer para determinar el deslizamiento que corresponde a los puntos de carga deseados. 1.3.7.3.

´ ´ CALCULO DEL TORQUE MAXIMO

El par m´ aximo o la aver´ıa en un motor son determinados usando el siguiente valor de deslizamiento: R2 s= p R1 + (X1 + X2 )2

1.3.8.

(1.52)

´ PRUEBA EL METODO C/F, E/F, O E1/F1 - CIRCUITO EQUIVALENTE CALIBRADO EN UN PUNTO DE CARGA

Cuando un punto de corriente el deslizamiento bajo carga con una temperatura de la bobina del estator tt est´ a disponible, del m´etodo F o del m´etodo F1 puede ser utilizada para determinar las caracter´ısticas de la m´ aquina con otras cargas. En tales casos, R2 , no es resuelto de la prueba de impedancia a baja frecuencia. Se utiliza el procedimiento siguiente:

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

37

1. Utilizar la Forma F3, pero comenzar con la l´ınea 2 con un valor presunto de R2 /s para del punto de carga de la prueba y el valor de R1 basado en la temperatura de la bobina del estator tt , comprobar el valor calculado de la corriente de entrada y la potencia de entrada vs los valores medidos de la corriente de entrada y de la energ´ıa de entrada. 2. AjustarR2 /s y, Xm e iterar hasta el valor calculado de la potencia de entrada y la corriente de entrada ambas deben concordar con el valor medido de la corriente de entrada y la potencia de entrada dentro del 1 %. Otros par´ametros del circuito no deben ser ajustados. (La potencia de entrada es sobre todo una funci´on de R2 /s) 3. Obtener R2 multiplicando el valor presunto final de R2 /s por del valor medido del deslizamiento por unidad a velocidad s´ıncrona. Este procedimiento establece el valor de R2 (sin la correcci´ on de temperatura) que se utilizar´a en el c´alculo de las caracter´ısticas de funcionamiento de la carga. 4. Corregir R1 y R2 a la temperatura determinada, ts , de acuerdo con 1.2.1.1, y determinar el funcionamiento en los puntos de carga deseados. 1.3.8.1.

´ ´ ´ PERDIDA POR PERDIDA EN LA CARGA (METODO INDIRECTO)

´ 1.3.8.1.1 METODO DE PRUEBA se determina como:

Para el m´etodo C/F, las p´erdidas por p´erdida en la carga

1. Para el punto de carga del motor y del generador, determinar el valor promedio de las p´erdidas por p´erdida en la carga, WLLave , despu´es del procedimiento en 1.3.5.2, los pasos 1 a 5. 2. Para el punto de carga del motor y del generador, determinar el valor promedio de la corriente del rotor, I2ave usando la ecuaci´on 1.26. 3. El valor de las p´erdidas por p´erdida en la carga, para cualquier punto de carga se calcula como:  2 0 I2 (1.53) WL L = W LL 0 I2 donde: W ’LL .- Es el valor promedio de las p´erdidas por p´erdida en la carga, WLL del paso 1). I2 .- Es la corriente del rotor determinada por la soluci´on del circuito equivalente para el punto de carga apropiado. 0 I2 .- Es el valor promedio de la corriente del rotor I2ave , del paso 2. 0 El valor de las p´erdidas por p´erdida en la carga W ’LL , debe corresponder al valor de I2 , igual al valor promedio de la corriente del rotor determinada en el paso 2. ´ 1.3.8.1.2 PRUEBA DEL METODO E/F

Ver 1.2.4.2 o 1.2.4.3

´ 1.3.8.1.3 PRUEBA DEL METODO E1/F1

1.3.9.

FACTOR DE POTENCIA

1.3.9.1.

OBTENIDO INDIRECTAMENTE

Ver 1.2.4.4

El factor de potencia es el cociente de vatios para voltamperios. Para las m´aquinas trif´asicas factor de potencia = √

potencia 3voltaje linea a lineacorriente de linea

(1.54)

CAP´ITULO 1.

1.3.9.2.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

38

OBTENIDO DIRECTAMENTE

Para m´ aquinas trif´ asicas, el factor de potencia se puede comprobar por la ecuaci´on 1.55 cuando se utiliza el m´etodo del dos-vat´ımetro. factor de potencia = r 1+3

1 

W1 −W2 W1 +W2

(1.55) 

2

donde: W1 .- Es la lectura m´ as alta W2 .- Es la lectura m´ as baja Si W2 da una lectura negativa, debe ser considerado una cantidad negativa. Si se utiliza un vat´ımetro polif´ asico, los valores de las lecturas monof´asicas del vat´ımetro pueden ser obtenidos por separado abriendo cada uno de los circuitos de la bobina de voltaje del vat´ımetro polif´ asico. Con las cargas pulsantes, el factor de potencia obtenido por el m´etodo directo puede ser m´ as alto que la obtenida por el m´etodo indirecto. El valor m´as alto ser´a tomado como la lectura correcta. La diferencia es debido a la inclusi´on en los voltamperios de la componente de la corriente de pulsaci´ on, que est´ a en funci´ on de la carga. El factor de potencia determinado del cociente de las lecturas del vat´ımetro no es afectado por la presencia de corriente de pulsaci´on. 1.3.9.3.

´ CALCULO DEL CIRCUITO EQUIVALENTE (F-F1)

El factor de potencia puede ser resuelto del circuito equivalente dividiendo la resistencia total por la impedancia total. Esta determinaci´on se demuestra en la forma F-F1.

1.4. 1.4.1.

OTRAS PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO VOLTAJE DEL ROTOR

En las m´ aquinas rotor bobinado, los voltajes ser´an medidos entre todos los terminales del rotor, con el rotor bloqueado y sus bobinas en circuito abierto y con el voltaje especificado que es aplicado al estator. Eventualmente el desequilibrio es detectado, esta es una pr´actica generalmente para tomar lecturas determinando un promedio con varias posiciones del rotor.

1.4.2.

PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO

1.4.2.1.

CORRIENTE

Esta prueba se puede realizar para comprobar y para saber si hay calidad o para determinar el funcionamiento. Cuando son posibles, las lecturas ser´an tomadas en el voltaje y la frecuencia especificados puesto que la corriente no es directamente proporcional al voltaje debido a cambios en la reactancia causada por la saturaci´on de las trayectorias de la salida. Cuando la prueba se hace para comprobar la calidad de las m´aquinas jaula de ardilla, es posible omitir los medios mec´ anicos para bloquear el rotor aplicando potencia monof´asica a valores de voltaje y frecuencia especificados a cualquiera de las dos terminales de l´ınea de la m´aquina de una m´aquina trif´asica. Con una m´ aquina trif´ asica, la corriente de l´ınea ser´a aproximadamente 86 % y la entrada de potencia ser´ a aproximadamente 50 % de los valores correspondientes obtenidos con potencia polif´asica. Los valores as´ı obtenidos pueden ser comparados con los medidos en una duplicada unidad que debe estar sujetado a una prueba completa. 1.4.2.2.

PAR

El esfuerzo de par de rotor bloqueado se toma como el esfuerzo de par m´ınimo desarrollado por la m´ aquina detenida en todas las posiciones angulares del rotor. El esfuerzo de torsi´on se puede medir con una cuerda y una polea, o con un freno o una viga. Los motores del rotor bobinado est´ an siempre conforme a variaciones en el esfuerzo de torsi´on del rotor bloqueado, dependiendo de la posici´ on angular del rotor con respecto al estator. Para los motores jaula de ardilla, es pr´actica usual trabar el rotor en cualquier posici´on conveniente.

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

39

Si el esfuerzo de torsi´ on a rotor bloqueado no se mide directamente seg´ un lo mencionado anteriormente, el esfuerzo de par aproximado de rotor bloqueado puede ser calculado como sigue: T =

k · (Psi − Pcu − Pc ) · C1 ns

(1.56)

donde: Psi .- Es la potencia de entrada del estator en W. Pcu .- Es la p´erdida en el estator I2 R en W, a la corriente de prueba (ver 2.2.1) Pc .- Es la p´erdida en el hierro en W, al voltaje de prueba ver (2.2.3.5) ns .- Es la velocidad s´ıncrona en r/min. C1 .- Es el factor de reducci´ on (variando entre 0.9 y 1.0) para explicar p´erdidas no fundamentales. k.- Es 9.549 para T , en N · m k.- Es 7.043 para T , en lbf · f t 1.4.2.3.

POTENCIA

Las lecturas de la potencia de entrada ser´an tomadas simult´aneamente con las de la corriente y del par.

1.4.3.

PRUEBAS PARA LAS CURVAS DE VELOCIDAD-PAR Y VELOCIDADCORRIENTE

1.4.3.1.

DEFINICIONES

1.4.3.1.1 CARACTER´ ISTICA DEL VELOCIDAD-PAR La caracter´ıstica de la velocidadpar es la relaci´ on entre el esfuerzo de torsi´on y la velocidad, abarcando un rango a partir de cero a la velocidad s´ıncrona para un motor y desde la velocidad s´ıncrona a la velocidad extra´ıble para un generador de inducci´ on. Para los motores del rotor bobinado, el esfuerzo de torsi´on y la corriente ser´an medidos entre la velocidad s´ıncrona y la velocidad a las cuales el esfuerzo de torsi´on m´aximo ocurre. Los anillos colectores deber´ıan estar cortocircuitos para esta prueba. 1.4.3.1.2 CARACTER´ ISTICA VELOCIDAD-CORRIENTE La caracter´ıstica velocidadcorriente es la relaci´ on entre la corriente y la velocidad. (Esta curva se traza generalmente en la misma hoja que la curva de velocidad-par, usando una escala com´ un de velocidad para las dos curvas.) 1.4.3.2.

PROCEDIMIENTO DE LA CURVA DE VELOCIDAD-PAR

De los m´etodos siguientes se puede utilizar para obtener los datos para una curva de velocidadpar. La selecci´ on del m´etodo depender´a del tama˜ no y de las caracter´ısticas de velocidad-par de la m´ aquina y de las instalaciones de prueba. En los cuatro m´etodos, los suficientes puntos de prueba se deben registrar para asegurarse de que las curvas sean confiables, incluyendo irregularidades, se pueden extraer en las regiones de inter´es de los datos de prueba. Es importante que la frecuencia de la fuente de alimentaci´ on sea constante manteni´endose a trav´es de la prueba en un valor espec´ıfico para el motor. Para los motores del rotor bobinado, los anillos colectores deben estar cortocircuitos para esta prueba. Los m´etodos 1 y 4 requieren el mantenimiento de la velocidad constante para cada lectura. Por lo tanto, no pueden ser utilizados en las regiones donde el esfuerzo de torsi´on de la m´aquina aumenta con m´ as velocidad que el dispositivo de carga. De los resultados de las pruebas siguientes, ajustados al voltaje especificado, las curvas del par y la corriente se deben trazar vs la velocidad. ´ 1.4.3.2.1 METODO 1. MEDIDA DE SALIDA Un generador de la C.C. que ha tenido sus p´erdidas determinadas previamente se junta al motor que es probado. Una fuente de corriente alterna de frecuencia especificada est´a conectada con los terminales del motor. El voltaje debe ser tan alto como pueda creando una diferencia de potencial sobre los

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

40

terminales del motor sin el calentamiento excesivo, por lo menos el 50 % de voltaje especificado, si es posible. La velocidad del motor para cada punto de prueba es controlada variando la carga en el generador. En esta prueba, las lecturas se toman a las velocidades entre aproximadamente 1/3 de la velocidad s´ıncrona y la velocidad m´axima obtenible. La velocidad debe ser constante cuando se toman las lecturas, de modo que la potencia de aceleraci´on o de desaceleraci´on no afecte a los resultados. En cada ajuste de la velocidad, las lecturas del voltaje, la corriente, y la velocidad se toma para el motor de inducci´ on, y las lecturas del voltaje y de la corriente de la armadura y la corriente de campo se toman para el generador de C.C. Se debe tener cuidado para no recalentar el motor. La exactitud de la medida de la velocidad es particularmente importante en bajo deslizamiento. El aparato de medici´ on de la velocidad debe ser ajustado o ser calibrado exactamente. Todos los puntos se deben leer tan pronto como los medidores se hayan colocado. La salida de potencia total del motor es la suma de la salida y de las p´erdidas del generador de la C.C. El par, T, a cada velocidad se calcula usando la Ecu. 1.57como sigue: T =

k(PGO + PGL ) n

(1.57)

donde: PGO .- Es la potencia de salida del generador DC en W. PGL .- Es la p´erdida del generador DC (incluyendo por la fricci´on y el efecto del viento) en W n.- Es la prueba de velocidad del motor en r/min. k.- Es 9.549 para T , en N · m k.- Es 7.043 paraT , en lbf · f t A la velocidad para el punto de prueba, los valores del par y la corriente son valores a voltaje especificado, V, seg´ un lo descrito en 1.4.4. ´ ´ 1.4.3.2.2 METODO 2. ACELERACION En el m´etodo de la aceleraci´on, el motor se enciende sin carga, y el valor de la aceleraci´ on es determinado a varias velocidades. El esfuerzo de torsi´ on a cada velocidad es determinado de la aceleraci´on de las piezas totales de rotaci´on. Las medidas exactas de la velocidad y de la aceleraci´on son un requisito esencial de este m´etodo. El motor debe funcionar desde una fuente especificada de la corriente alterna y de la frecuencia. La aceleraci´ on que se utilizar´ a y, por lo tanto, la duraci´on de la prueba son determinadas por el tipo de instrumentos que se utilicen para hacer las medidas. En todo caso, el tiempo de aceleraci´ on debe ser suficientemente largo de modo que los efectos transitorios el´ectricos en los instrumentos y en el motor no da˜ nen la curva de velocidad-par. El tiempo de aceleraci´on debe tambi´en ser suficientemente largo para permitir registrar el n´ umero necesario de medidas mec´anicas y el´ectricas con la suficiente exactitud para trazar las curvas requeridas (v´ease 1.4.3.2). Al registrar manualmente los datos en cada punto, el tiempo de aceleraci´on puede ser aumentado usando un voltaje aplicado m´ as bajo o juntando una inercia conveniente al eje del motor. Mientras que el motor acelera a la velocidad s´ıncrona cercana, las lecturas simult´aneas se toman del voltaje de l´ınea a l´ınea por un fase, corrientes de l´ınea fase, velocidad, y tiempo en segundos. Un m´ınimo de cinco sistemas de lecturas se debe tomar durante el per´ıodo de aceleraci´on; sin embargo, m´ as lecturas deben ser tomadas si es posible. Si la fricci´ on del motor es alta, o si se desea datos m´as exactos en la gama de velocidad cero, el motor puede comenzar a rotar en direcci´on contraria antes de la aplicaci´on de la potencia para la aceleraci´ on en la cual las medidas deben ser tomadas. Si se ve el m´etodo 3 (v´ease 1.4.3.2.3) a ser utilizado como verificaci´on, la potencia de l´ınea se debe tomar con un vat´ımetro polif´ asico o dos vat´ımetros monof´asicos a cada velocidad se˜ nalada donde se registran los datos. Puede a veces ser necesario tomar m´as de una funcionado en diversos voltajes para conseguir lecturas satisfactorias a trav´es de la curva, especialmente cuando hay cambios de signo apreciables en las caracter´ısticas de velocidad-par. El par, T, a cada velocidad se calcula de la aceleraci´on usando la Ecu. 1.58 como sigue: T =

J dn  k dt

(1.58)

CAP´ITULO 1.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

41

donde (en unidades habituales US) T .- Es el par lbf · f t J.- Es el momento de inercia de las partes rotativas en lbf · f t2 dn/dt.- Es la aceleraci´ on a cada velocidad en revoluciones por minuto y por segundo. k.- Es 307.2 donde (en unidades SI): T .- Es el par N · m J.- Es el momento de inercia de las partes rotativas en Kg · m2 dn/dt.- Es la aceleraci´ on a cada velocidad en revoluciones por minuto y por segundo. k.- Es 9.549 ´ 1.4.3.2.3 METODO 3. ENTRADA En este m´etodo, el esfuerzo de torsi´on es determinado restando las p´erdidas en la m´ aquina de la potencia de entrada. Es una verificaci´on valiosa en los otros m´etodos, y es particularmente u ´til cuando la m´aquina no se puede descargar para determinar el esfuerzo de torsi´ on por la aceleraci´ on. En la pr´actica, el m´etodo es aproximado porque las p´erdidas del estator no pueden ser f´ acilmente resueltas para las condiciones de funcionamiento reales y, por lo tanto, no deben ser aproximadas. Este m´etodo est´a tambi´en conforme a errores en el caso de las m´ aquinas especiales que pueden tener esfuerzos de torsiones arm´onicas positivas o negativos substanciales que no se eval´ uan f´ acilmente. La m´ aquina se enciende seg´ un lo descrito en 1.4.3.2.2, salvo que no tiene que ser descargada. Las lecturas de la entrada pedidas en 1.4.3.2.2 se trazan vs las lecturas de la velocidad. El voltaje de l´ınea, la corriente de l´ınea, la potencia, y la velocidad se deben trazar vs tiempo. Los valores medios de las lecturas cero de la velocidad de la prueba de rotor bloqueado, seg´ un lo descrito en 1.4.2.2, ajustado al voltaje en el cual las otras lecturas fueron tomadas, deben ser incluidos. El par, T, a cada velocidad es resuelto de la potencia de entrada usando la ecuaci´on 1.59. "  "  0,5 ## n k  Psi − Pcu − Pc − LLs − LLr · − Tf w (1.59) T = n ns donde: Psi .- Es la potencia de entrada del estator en W. Pcu .- Es la p´erdida en el estatorI 2 R en W, a la corriente de prueba (ver 1.2.1) Pc .- Es la p´erdida en el hierro en W, al voltaje de prueba ver (1.2.3.5) LLs .- Es la frecuencia fundamental de las p´erdidas por p´erdida en la carga en W, a la corriente de prueba (ver 1.2.4.2.3) Nota.- Si el componente de LLs de la p´erdida por p´erdida en la carga no est´a disponible, puede ser asumido que la p´erdida por p´erdida en la carga es igual a LLr . Si la p´erdida por p´erdida en la carga (LLs + LLr ) se ha determinado de una prueba de dinam´ometro, el valor total de la p´erdida por p´erdida en la carga se puede utilizar como el valor de LLr ; o, el valor de LLs se puede determinar por el m´etodo dado en 1.2.4.2, y LLr se puede determinar como el valor de la p´erdida por p´erdida en la carga menos el valor de LLs . LLs .- Es la frecuencia m´ as alta de las p´erdidas por p´erdida en la carga en W a la corriente de prueba (ver 1.2.4.2.3) n.- Es la prueba de velocidad en r/min. ns .- Es velocidad s´ıncrona en r/min. k.- Es 9.549 para T, en N · m k.- Es 7.043 para T, en lbf · f t Tf w .- Es el par de fricci´ on y efecto del viento del motor a la velocidad de prueba, en (lbf · f t o en N · m ) ´ 1.4.3.2.4 METODO 4. MEDIDA DIRECTA Se miden el par y la corriente mientras la m´ aquina se carga a varias velocidades con un freno del dinam´ometro. A cada velocidad, las lecturas simult´ aneas del voltaje, la corriente, la velocidad, y el par se toman. La prueba se debe tomar con voltaje especificado cercano a la pr´ actica, pero, si se utiliza un voltaje reducido, el par del motor y la corriente se debe corregir al voltaje especificado seg´ un lo descrito en 1.4.4.

CAP´ITULO 1.

1.4.4.

´ ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE INDUCCION.

42

´ DE LOS DATOS PARA EL FUNCIONAMIENCORRECCION TO DE VELOCIDAD-PAR, VELOCIDAD-CORRIENTE, Y PRUEBAS DE ROTOR BLOQUEADO EN EL VOLTAJE REDUCIDO

Cuando es necesario establecer los valores de la corriente y del par en el voltaje especificado, basados en las pruebas realizadas a voltaje reducido, debe ser reconocido que, debido a la saturaci´ on de las trayectorias del flujo de la salida, la corriente puede aumentar en un cociente algo mayor que la primera medida de corriente a voltaje especificado; y el esfuerzo de torsi´on puede aumentar en un cociente algo mayor que el cuadrado del voltaje. La relaci´on var´ıa con el dise˜ no; sin embargo, como primera aproximaci´ on, la corriente se calcula variando el voltaje directo, y el par con el cuadrado del voltaje. Un m´etodo m´ as exacto de prueba requiere la determinaci´on del ´ındice de cambio de la corriente y del par con el voltaje estableciendo las curvas velocidad-par y velocidad-corriente por lo menos dos, y preferiblemente para tres o m´ as, los valores del voltaje. Los puntos de prueba de voltaje reducido se deben trazar en el papel con abscisas y ordenadas logar´ıtmicas y corregir al voltaje especificado usando un ajuste de medios cuadr´ aticos para la exactitud m´axima. En las curvas velocidad-par y velocidad-corriente, varios puntos a varias velocidades se deben corregir para proporcionar la representaci´ on verdadera de la curva sobre la gama de velocidad completa.

Cap´ıtulo 2

´ MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS 2.1. 2.1.1.

PRUEBAS DIVERSAS RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

Los m´etodos recomendados para probar resistencia de aislamiento se dan en IEEE Std 43-1974. El ´ındice de la polarizaci´ on y los efectos de la temperatura, humedad, y de la aplicaci´on de voltaje durante la prueba tambi´en se dan en IEEE Std 43-1974. El valor demasiado bajo de la resistencia de aislamiento puede indicar la presencia de humedad en el aislamiento. En este caso, la m´aquina debe ser secada antes de que se hagan las pruebas diel´ectricas o antes de que la m´ aquina est´e en funcionamiento. Ver los m´etodos de secado en IEEE Std 43-1974 o IEEE Std 1095-1989.

2.1.2.

´ PRUEBAS DIELECTRICAS Y PARCIALES DE DESCARGA

2.1.2.1.

GENERAL

La prueba del alto-voltaje generalmente se aplica pero no necesariamente despu´es de que se hayan terminado el resto de las pruebas. La magnitud, la frecuencia, la forma de onda, y la duraci´ on del voltaje de la prueba se dan en ANSI C50.10-1977 y ANSI/NEMA MG1-1978. ´ PRECAUCION: Debido al alto voltaje usado, que podr´ıa causar serios da˜ nos corporales o muerte, las pruebas del alto-voltaje se deben efectuar solamente por personal experimentado, y las medidas de seguridad adecuadas se deben tomar en cuenta para evitar lesiones al personal o da˜ no a los bienes. Para los procedimientos recomendados, referirse a IEEE Std 4-1978 y a IEEE Std 62-1978. La prueba de voltaje se debe aplicar a cada circuito el´ectrico (incluyendo a cada fase de las bobinas polif´ asicas si internamente no est´an conectadas) con el resto de circuitos el´ectricos y de las piezas de metal puestos a tierra. Los terminales de cada bobina o fase se deben conectar juntos, si la bobina esta puesta a tierra. 2.1.2.2.

´ PREPARACION

Durante la prueba de los devanados inductores de m´aquinas grandes, las escobillas se deben levantar y aislar el´ectricamente de los anillos del colector de modo que no se imponga ninguna tensi´ on de voltaje excesiva en el devanado inductor si se cae una parte de las escobillas o fallan los terminales. Los terminales y la estaci´on de escobillas se deben probar por separado. Si se desea probar las escobillas de una m´ aquina al mismo tiempo, los terminales del excitador deben ser desconectados a menos que prueben al excitador simult´aneamente. En todo caso, los terminales permanentes de la instrumentaci´ on deben ser desconectada. Pueden ser probados por separado. Durante la prueba de los devanados inductores de las m´aquinas sin escobillas, los terminales de excitaci´ on de la C.C. deben ser totalmente desconectados del excitador a menos que prueben el excitador y los componentes asociados simult´aneamente. En cualquier caso, los componentes de

43

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

44

circuito sin escobillas (diodos, tiristores, etc.) se deben cortocircuitar (no puesto a tierra) durante la prueba. Los m´etodos, los procedimientos, y las precauciones adicionales se dan en ANSI C50.10-1977 y nema MG1-1978, partes 3, 21, y 22. 2.1.2.3.

´ METODO 1. PRUEBA DE VOLTAJE ALTERNO A LA FRECUENCIA DE LA ENERG´ IA

Para un voltaje alterno a la frecuencia de la potencia aplicada en la prueba de la bobina. Los dos m´etodos estandarizados son: a) El transformador-volt´ımetro b) El entrehierro de la esfera Estos m´etodos son fundamentalmente de diferente clase y cada uno puede ser comprobado f´ acilmente a trav´es del otro. El m´etodo del transformador-volt´ımetro se basa sobre el uso de los transformadores potenciales dise˜ nados para el uso de instrumentos que determinan exactamente ´ındices del voltaje. El m´etodo del entrehierro de la esfera se basa en una calibraci´on extensa de la ruptura del aire como el diel´ectrico entre las esferas de tama˜ nos y espacios espec´ıficos. Toda precauci´on se debe tomar en cuenta para las oscilaciones de la sobretensi´on debido a las descargas del entrehierro de la esfera. El entrehierro de la esfera se utiliza solamente con frecuencia para la protecci´on de sobretensi´ on. Los m´etodos del divisor de voltaje de la resistencia est´an tambi´en disponibles, y se deben considerar en caso pertinente. Durante el uso, de la prueba de voltaje se debe aumentar suavemente y puntualmente la tensi´on. Para el per´ıodo de prueba (normalmente un minuto) y entonces puntualmente reducir suavemente la tensi´ on a cero. 2.1.2.4.

´ METODO 2. PRUEBA DE VOLTAJE DIRECTO EN LAS BOBINAS DEL ESTATOR

Un voltaje directo es igual a 1.7 veces el valor del rms del voltaje especificado en la prueba (valor eficaz) se aplica a la bobina probada. Para el m´etodo de la prueba, ver IEEE Std 4-1995 e IEEE Std 95-1977. El m´etodo de la resistencia amperom´etrica es el m´etodo est´andar para las medidas de voltaje directo. ´ PRECAUCION.Siguiendo una prueba de alto-voltaje directo, la bobina probada debe ser puesta a tierra. El grado de aislamiento de la bobina y el nivel de la prueba del voltaje aplicado determinan el periodo de tiempo requerido para disipar la carga. En muchos casos, la tierra se debe mantener por varias horas para disipar la carga y evitar el peligro al personal. 2.1.2.5.

´ METODO 3. PRUEBAS DE BAJA FRECUENCIA EN LAS BOBINAS DEL ESTATOR

Un voltaje de baja frecuencia (VLF) (frecuencia que est´a en el rango de 0.1 hertzios) con la cresta igual a 1.63 veces el valor del rms del voltaje especificado por la prueba de frecuencia (valor eficaz) aplicada a la bobina. La prueba del VLF es ventajosa en las m´aquinas grandes con alta capacitancia de la bobina donde puede dar lugar a escala reducida del equipo de prueba requerido. Para el m´etodo de prueba, ver IEEE Std 433-1974. 2.1.2.6.

´ METODO 4. PRUEBA PARCIAL DE LA DESCARGA

El mantenimiento del aislamiento, para la prueba de la ranura de descarga, y la prueba del efecto corona se describe en IEEE Std 56-1977. Adem´as, la cl´ausula 7.1.2 de IEEE Std 62-1978 describe medidas parciales de la descarga en las m´aquinas de rotaci´on. Ha habido un aumento muy grande en la investigaci´ on y el uso de las t´ecnicas parciales para la descarga usando los detectores permanentemente y temporalmente montados. El uso de tales t´ecnicas en las m´aquinas cubiertas por este est´ andar es cada vez m´ as amplio y rinde informaci´on valiosa para el mantenimiento y el diagn´ ostico de los problemas de las bobinas.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.1.3.

MEDIDAS DE LA RESISTENCIA

2.1.3.1.

GENERAL

45

Para obtener medidas continuas de la resistencia de la armadura y de los devanados inductores, los procedimientos est´ an dados en IEEE Std 118-1978. Los subcl´ausulas siguientes dan consideraciones especiales referentes a la medida de la resistencia de la bobina. Por ejemplo donde son inaccesibles se utilizan en los terminales generadores de campo cuando est´an sin escobillas los excitadores, puede no ser posible medir la resistencia del campo a menos que est´en disponibles con la instrumentaci´ on y procedimientos especiales. 2.1.3.2.

´ A LA TEMPERATURA ESPEC´ CORRECCION IFICA

Cuando la resistencia, Rt , de una bobina ha sido determinada a una temperatura de prueba tt , la resistencia se puede corregir a una temperaturats , especificados por la ecuaci´on siguiente:   ts + k Rs = Rt [Ω] (2.1) tt + k Rs .- Es la resistencia de la bobina, corregida a la temperatura espec´ıfica, ts (ohmios). ts .- Es la temperatura espec´ıfica, °C. Rt .- Es el valor de la prueba de la resistencia de la bobina (ohmios). tt .- Es la temperatura de la bobina cuando la resistencia fue medida, °C. k.- Es la constante caracter´ıstica del material de la bobina (v´ease 2.5.3.4.4). 2.1.3.3.

REFERENCIA DE LA RESISTENCIA DE CAMPO

La resistencia es medida com´ unmente en estado estacionario para obtener un valor de referencia (Rb ) desde el cual se determinar la temperatura de campo durante las pruebas de funcionamiento por el m´etodo de 2.5.3.4.4. Con este fin, el rotor permite ser expuesto a una temperatura ambiente esencialmente constante por un tiempo suficientemente largo para que el rotor alcance la temperatura ambiente. Es importante que el m´etodo de medida no altere la temperatura de la bobina. Cuando se utiliza un puente rectificador, la corriente a trav´es de la bobina no es suficientemente grande para producir un cambio en la temperatura. Cuando la resistencia de campo es medida por la ca´ıda de tensi´on, un valor relativamente bajo de la corriente debe ser utilizado de modo que la p´erdida resultante de I 2 R no cause un cambio significativo en temperatura durante el uso. El uso de la corriente no debe ser tan largo, debe ser lo necesario para que la corriente moment´anea el´ectrica debido a la inductancia de campo se pierda y dar descanso a los instrumentos. Si la resistencia del campo es medida por la ca´ıda de tensi´on, la corriente debe ser aplicada a trav´es de los anillos de fijaci´ on o de otros dispositivos equivalentes para evitar da˜ no a la superficie activa del colector. La temperatura del campo se puede medir por los term´ometros o par termoel´ectrico. 2.1.3.4.

REFERENCIA DE LA RESISTENCIA DEL CAMPO DESDE UNA PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO

Aunque sea preferible obtener el valor de referencia de la resistencia campo en estado estacionario, porque la resistencia y la temperatura se pueden determinar exactamente, es a menudo ventajoso obtener o verificar el valor de referencia por una prueba hecha a la velocidad casi normal usando el m´etodo de la ca´ıda de tensi´on. Para los rotores con conductores fr´ıos, la temperatura de la bobina puede cambiar demasiado r´apido por hacer esto. La adopci´on o el relevo de repetir los cortocircuitos en el devanado inductor pueden hacer que la resistencia medida del circuito de campo sea substancialmente diferente del valor en estado estacionario, proporcionando as´ı una presencia fortuita posible de cortocircuitos (v´ease 2.5.1.4). Inmediatamente despu´es que la m´aquina ha obtenido su velocidad, comenzando con el rotor en una temperatura uniforme sabida, corriente continua se aplica al campo en un valor tan peque˜ no que permita medir la corriente y el voltaje exacto. Tan pronto como la corriente haya llegado a ser constante, la ca´ıda de voltaje a trav´es de los anillos de colector debe ser medida. Puesto que la ca´ıda de voltaje de las escobillas normales puede ser una fracci´on substancial de ca´ıda de voltaje, es

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

46

esencial que la ca´ıda en la escobillas est´e eliminada de la medida del voltaje, o reducida al m´ınimo por m´etodos especiales de medida del voltaje o de m´etodos de prueba especiales (v´ease 2.5.1.3.6). 2.1.3.5.

PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO PARA LA TEMPERATURA DE LA RESISTENCIA DEL CAMPO

Para determinar la temperatura del campo bajo condiciones de carga especificadas o deseadas, la resistencia del campo se debe medir por el m´etodo de la ca´ıda de tensi´on despu´es de que la m´ aquina haya funcionado con la corriente de campo requerida y cercana a las condiciones de carga requeridas durante bastante tiempo para que la temperatura uniforme sea alcanzada. La temperatura del devanado inductor entonces se determina de acuerdo con 2.5.3.4.4. La resistencia obtenida de esta prueba se debe llamar Rt . Incluyendo la ca´ıda de voltaje en las escobillas, el voltaje medido del campo puede introducir un error substancial en la determinaci´on de temperatura, y por lo tanto, se desea eliminar o reducir al m´ınimo su efecto en esta prueba (v´ease 2.5.1.3.6). Al medir la resistencia del campo en la m´aquina con carga, el regulador de voltaje debe ser desconectado y la lectura del voltaje, la corriente y la potencia de la armadura deben ser realizadas simult´ aneamente con las lecturas de la corriente y del voltaje de campo para asegurarse de que la resistencia est´ a medida bajo condiciones uniformes. 2.1.3.6.

´ EN LAS ESCOBILLAS EFECTO DE LA CA´ IDA DE TENSION

Para determinar la resistencia del campo exactamente de una m´aquina en funcionamiento, es necesario obtener la ca´ıda de voltaje a trav´es del devanado inductor sin incluir la ca´ıda de voltaje en las escobillas que suministran la corriente de campo. Esto es muy importante cuando la corriente de campo es muy peque˜ na, o cuando se determina el valor de la resistencia de referencia (v´ease 2.5.1.3.4). Con este fin se desea medir la ca´ıda de voltaje directo a trav´es de los anillos del colector, usando las escobillas especiales que est´an en contacto con los anillos de colector solamente durante la medida del voltaje. Con este fin, es posible utilizar: a) L´ aminas especiales de cobre o de bronce en las escobillas directamente conectadas en los anillos de colector. b) Escobillas aisladas que no tienen una superficie esmaltada. c) Escobillas especiales aislados de carb´on o de grafito compuestos con materiales altos en conductividad para reducir su resistencia. A menos que una ca´ıda de voltaje muy peque˜ na ocurra a trav´es de esta medici´on en las escobillas, nos puede dar un error. Cuando estos m´etodos especiales de medida de voltaje no est´an disponibles, necesariamente la medida del voltaje incluye la ca´ıda de voltaje a trav´es de las escobillas. En tales casos, se debe reducir su efecto todo lo posible. Puesto que la ca´ıda de voltaje a trav´es de las escobillas sigue siendo razonablemente constante con la variaci´on de la corriente, la resistencia eficaz de las escobillas es reducida aumentando la densidad de corriente. Esto se puede lograr reduciendo el n´ umero o la secci´ on representativa de las escobillas usadas durante la prueba, particularmente para las corrientes de campo bajas. Cuando la informaci´on est´a disponible considerando la ca´ıda de voltaje prevista a trav´es de las escobillas, los resultados obtenidos pueden ser m´as exactos restando la ca´ıda de voltaje de las escobillas medido antes de calcular la resistencia, pero los resultados obtenidos se deben utilizar con precauci´on. En las m´ aquinas cuyos colectores tienen alta velocidad perif´erica, se debe tener cuidado al hacer esto para evitar da˜ nar la condici´on superficial del colector por los dispositivos de medici´ on de voltaje.

2.2. 2.2.1.

PRUEBAS DE CORTOCIRCUITO DE CAMPO GIRATORIO GENERAL

El objeto de estas pruebas es detectar las bobinas de campo giratorio que est´an cortocircuitadas, el n´ umero incorrecto de vueltas, o tama˜ no incorrecto del conductor. No todos las bobinas de

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

47

campo giratorias cortocircuitadas son evidentes, en estado estacionario y una prueba a la velocidad determinada puede ser requerida. 2.2.1.1.

´ METODO 1. CA´ IDA DE VOLTAJE DE CORRIENTE CONTINUA

Este m´etodo se puede utilizar para detectar vueltas cortocircuitadas solamente cuando las conexiones entre las bobinas son accesibles. La prueba es hecha, con el rotor parado, pasando una corriente continua constante por el devanado inductor. La ca´ıda de voltaje de cada bobina o pares de bobinas se mide por medio de un volt´ımetro. Si estas lecturas var´ıan m´as que el ±2 % del promedio, es una indicaci´ on que puede haber vueltas cortocircuitos en la bobina, o que la bobina este enrollada con el n´ umero incorrecto de vueltas. 2.2.1.2.

´ METODO 2. CA´ IDA DE VOLTAJE EN CORRIENTE ALTERNA

Una prueba m´ as sensible para ver las espiras cortocircuitadas es pasando corriente alterna de amplitud constante por el devanado inductor. Si hay acceso a las conexiones entre las bobinas, con el rotor parado, el voltaje a trav´es de cada bobina o los pares de bobinas debe ser medido. El voltaje a trav´es de una bobina que tiene una vuelta cortocircuitada ser´a substancialmente menor que el voltaje a trav´es de una bobina en buen estado. El voltaje a trav´es de una bobina en buen estado adyacente a la bobina con una vuelta cortocircuitada ser´a algo menor que a trav´es de otras bobinas en buen estado debido al flujo reducido en la bobina cortocircuitada. La comparaci´on de los voltajes medidos establecer´ a f´ acilmente cualquier bobina que est´e defectuosa. Si las conexiones entre las bobinas no son accesibles, la corriente y la ca´ıda de voltaje (a trav´es de la bobina entera) deben ser medidas. La impedancia de un solo circuito de la bobina tiene una vuelta cortocircuitada ser´ a reducida aproximadamente (m − 1)/m valor de tiempo a trav´es de una bobina en buen estado, donde m es el n´ umero de vueltas en la bobina. Esta prueba es u ´til para detectar m´ aquinas que tenga una vuelta cortocircuitada solamente al funcionar. Si se var´ıa la velocidad mientras la corriente alterna es aplicada, una discontinuidad en las lecturas de la corriente o del voltaje debe indicar el retiro de la espira cortocircuitada. La sensibilidad de este m´etodo de prueba es mucho menor para los rotores cil´ındricos en los cuales el devanado inductor no especifica las ranuras, especialmente para los rotores de acero s´olido. La sensibilidad var´ıa dependiendo de qu´e bobina tenga una vuelta cortocircuitada. Los ensayos de f´ abrica en los cuales los cortocircuitos temporales son aplicados pueden servir como la base para el an´ alisis futuro cuando se sospechan vueltas cortocircuitadas. Para las m´aquinas de rotor cil´ındrico, el m´etodo 3, 4, o 5 puede ser usado. 2.2.1.3.

´ METODO 3. RESISTENCIA POR CORRIENTE CONTINUA

En este m´etodo, se hace una comparaci´on entre la resistencia de campo y un valor obtenido previamente por una prueba o el c´ alculo. Despu´es de que el rotor se haya expuesto a una temperatura ambiente por un per´ıodo bastante largo para que la bobina del rotor este en la temperatura ambiente, la resistencia de campo es medida por un puente doble y la temperatura del rotor es medida por varios term´ ometros o termopares situados en los puntos convenientes. La resistencia entonces se corrige a una temperatura en la cual la resistencia ha sido determinada previamente por una prueba similar (o por el c´ alculo en el caso de una nueva m´aquina). Si el valor corregido de la resistencia obtenida es perceptiblemente m´as bajo que el valor de referencia, puede que est´en cortocircuitadas las espiras. 2.2.1.4.

´ ´ DE LA BOBINA PARA ROTORES CIL´ METODO 4. EXCITACION INDRICOS

Este m´etodo utiliza un dispositivo de prueba que tiene una base en forma de ”U” capaz de puntear sobre una ranura de la bobina de un rotor cil´ındrico, teniendo una bobina excitada enrollada en carcasa. La prueba es hecha poniendo el dispositivo sucesivamente a trav´es de cada ranura de la bobina de campo y pasando corriente alterna (normalmente a la frecuencia de la energ´ıa) a trav´es de la bobina de excitaci´ on. El voltaje a trav´es del devanado inductor o de la impedancia de la bobina excitada debe ser realizado para cada ranura. Cuando el dispositivo atraviesa un lado de la bobina cortocircuitada, el voltaje del devanado inductor o de la impedancia de la bobina ser´ a m´ as bajo que para una ranura que contiene una bobina en buen estado.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.2.1.5.

48

´ ´ DE LA FORMA DE ONDA DEL ROTOR PAMETODO V. DETECCION RA ROTORES CIL´ INDRICOS

Este m´etodo utiliza un transductor o una bobina de captaci´on para determinar la forma de onda del campo magn´etico del rotor. El captador magn´etico debe ser montado en el estator, en el entrehierro en gran proximidad al rotor, seg´ un las recomendaciones del fabricante, y conectar con el osciloscopio u otro dispositivo conveniente de grabaci´on. Con el rotor girando y el devanado inductor excitado, en las espiras cortocircuitadas se puede detectar a menudo discontinuidad o asimetr´ıa en el valor registrado (v´ease IEEE Std 67-1990).

2.3.

PRUEBA DE LA POLARIDAD PARA LOS POLOS DE CAMPO

La polaridad de los polos del campo se puede comprobar por medio de un peque˜ no im´ an permanente montado de modo que pueda girar e invertir su direcci´on libremente. El devanado inductor se debe energizar con el 5 % a 10 % de la corriente dada. El im´an indica la direcci´on de polaridad apropiada contraria mientras se pasa de polo a polo. El im´an debe ser comprobado para asegurarse de que no se ha perdido su magnetismo ni su polaridad invertida, por el flujo del campo.

2.4. 2.4.1.

CORRIENTE DE EJE Y AISLAMIENTO DEL COJINETE GENERAL

Las irregularidades en el circuito magn´etico pueden crear una peque˜ na cantidad de flujo ligado al eje, resultando que una fuerza electromotriz se genere entre los extremos del eje. Esta fuerza electromotriz puede crear una corriente que atraviesa el eje, los cojinetes, los soportes de los cojinetes, y al otro extremo del eje con la carcasa de la m´aquina, a menos que el circuito este aislado. NOTA.- Mientras que otras causas pueden producir un voltaje en el eje que no implica una diferencia en potencial a partir de un extremo del eje al otro, esta prueba no proporciona efectos resultantes porque cada uno de estas fuentes requiere m´etodos especialmente adaptados de prueba, esencialmente de una investigaci´ on natural del investigador. Para los m´etodos 1 al 4, la m´aquina debe funcionar a la velocidad determinada y al valor de voltaje de excitaci´on de la armadura en circuito abierto, a menos que se especifiquen otras condiciones de funcionamiento.

2.4.2.

´ ´ DE LOS EXTREMO DEL EJES METODO 1. A TRAVES

La presencia de voltaje del eje puede ser determinada midiendo el voltaje de extremo a extremo del eje con un volt´ımetro de alta impedancia.

2.4.3.

´ ´ DE UNA PEL´ICULA DE ACEITE METODO 2. A TRAVES DEL COJINETE, COJINETES SIN AISLAR

Este m´etodo requiere que las caracter´ısticas aislantes de la pel´ıcula de aceite del cojinete sean adecuadas para soportar el voltaje del eje sin da˜ narse. La presencia de voltaje o de corriente en el eje puede ser determinada haciendo funcionar la m´aquina a la velocidad y voltaje determinados, y conectando un conductor de baja resistencia desde el eje a la carcasa de la m´aquina, a un cojinete, y un volt´ımetro de CA de rango bajo (o un amper´ımetro de la CA de escala alta) con una resistencia baja llevada desde la carcasa al cojinete. La desviaci´on del instrumento indica la presencia de un voltaje que puede producir corrientes en el eje. Si el instrumento no se desv´ıa, hay un presente escaso de voltaje y la pel´ıcula de aceite del cojinete no est´a actuando como un adecuado aislante.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.4.4.

49

´ ´ DEL AISLAMIENTO DEL COJINETE METODO 3. A TRAVES

Muchas m´ aquinas tienen uno o m´as cojinetes aislados, para eliminar las corrientes del eje. Para estos m´etodos seg´ un lo descrito en las subcl´ausulas 2.5.1.6.5 a 2.5.1.6.7, se asume que el aislamiento est´ a situado entre el cojinete y la carcasa de la m´aquina. Para determinar que se presente un voltaje que produzca corrientes en eje de la m´aquina, un conductor de resistencia baja se conecta desde el eje hasta el cojinete sin aislar cortocircuit´andolo, la pel´ıcula de aceite, y un volt´ımetro de CA de baja escala (o un amper´ımetro de CA de alta escala) est´a conectado entre el eje y la carcasa sucesivamente en cada cojinete aislado. La desviaci´on del instrumento indica la presencia de voltaje que produce corrientes en el eje, si no est´a presente el aislamiento del cojinete.

2.4.5.

´ METODO 4. AISLAMIENTO DEL COJINETE

El aislamiento puede ser probado conectando un volt´ımetro de corriente alterna de escala baja (o un amper´ımetro de corriente alterna de escala alta) a trav´es del aislamiento. Un conductor de baja resistencia puede ser aplicado desde el eje a cada cojinete cortocircuitado aislado con una pel´ıcula de aceite. La desviaci´ on del instrumento, en este caso, es evidencia que el aislamiento es por lo menos parcialmente eficaz. Si no hay desviaci´on del instrumento, el aislamiento es defectuoso o no hay presencia de voltaje en el eje.

2.4.6.

´ METODO 5. AISLAMIENTO DEL COJINETE

Una capa de papel pesado se coloca alrededor del eje para aislar los cojinetes sin aislar. El acoplador de impulso o las unidades que impulsan debe ser desunido si no est´an aisladas. Entonces, desde una fuente de 110 V-125 V, con una l´ampara de filamento conveniente para el voltaje del circuito o un volt´ımetro de aproximadamente 150 V con una resistencia en un rango de 100Ω /V 300Ω/V puesto en serie con la fuente del voltaje, se deben utilizar dos terminales, uno al cojinete aislado y el otro a la carcasa (a trav´es del aislamiento). Si no brilla intensamente el filamento de la l´ ampara (o si la lectura del volt´ımetro no excede 60 V) el aislamiento se puede considerar satisfactorio. Un megger de 500 V puede tambi´en ser utilizado. Esto es mucho m´as sensible que el m´etodo antes dicho y puede tender a da˜ nar el aislamiento que es adecuado para evitar ca´ıdas de voltaje en el eje causando corrientes perjudiciales.

2.4.7.

´ METODO 6. DOBLE AISLAMIENTO

En algunas m´ aquinas, los cojinetes est´an provistos de dos capas de aislamiento con un separador met´ alico entre ellas. La prueba del m´etodo 5 es aplicada entre el separador met´alico y la carcasa de la m´ aquina. Esta prueba se debe realizar en cada uno de las varias trayectorias m´ ultiples entre el eje y la carcasa donde se utilizan los cojinetes aislados (por ejemplo, los tubos del term´ometro, control de los tubos de instalaci´ on para una turbina hidr´aulica, los sellos de hidr´ogeno, y los acopladores aislados). Esta prueba se puede hacer con la m´aquina inm´ovil o en funcionamiento. La prueba se debe complementar con una inspecci´on visual cuidadosa para asegurar que no haya trayectorias paralelas posibles que no est´en aisladas.

2.5. 2.5.1.

SECUENCIA DE FASE GENERAL

La prueba de secuencia de fase se hace para comprobar el acuerdo de la m´aquina con los terminales marcados y la rotaci´ on de fase espec´ıfica, o con los requisitos de nema MG1-1978. Los resultados se utilizan cuando los terminales de la l´ınea se conectan con los terminales de la armadura para obtener una correcta puesta de fase de un generador, o la direcci´on correcta de rotaci´on para los motores. La secuencia de fase en las m´aquinas trif´asicas puede ser invertida intercambiando las conexiones de la l´ınea con cualquiera de los dos terminales de la armadura. La secuencia de fase en las m´ aquinas bif´ asicas puede ser invertida intercambiando los dos terminales de cualquier fase.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.5.2.

50

´ METODO 1. INDICADORES DE LA SECUENCIA DE FASE

La secuencia de fase se determina haciendo funcionar la m´aquina como generador en la direcci´ on de la rotaci´ on para la cual fue dise˜ nada y conectando los terminales a un indicador de secuencia de fase o a un motor de inducci´ on, cuya direcci´on de la rotaci´on se sabe cu´ando una secuencia de fase dada se aplica a sus terminales. La Fig. 2.1 es un diagrama de un tipo de indicador de secuencia de fase que consiste en bobinas puestas en una base de hierro laminada, con una barra de acero montada en el centro. Los terminales de la m´ aquina probada, es trif´ asico o bif´asico, se deben conectar con los terminales correspondientes del indicador. El indicador demostrado en el cuadro 1.1 funcionar´a a la derecha si la secuencia de fase es 1, 2, 3, y a la izquierda si la secuencia de fase es 1, 3, 2.

Figura 2.1: Instrumento de una secuencia de fases[3] Un tipo de indicador de secuencia de fase sin piezas m´oviles est´a tambi´en disponible para las m´ aquinas trif´ asicas y se demuestra esquem´aticamente en el Fig. 2.2. El indicador hace uso de un peque˜ no condensador y de dos l´amparas de ne´on conectados en Y a trav´es del circuito trif´ asico que se probar´ a. Para la secuencia de fase 1, 2, 3, la l´ampara conectada con el terminal 1 brillar´ a intensamente. Para la secuencia de fase 1, 3, 2, la l´ampara conectada con el terminal 3 brillar´ a intensamente. Para comprobar el indicador, el interruptor en el Fig.2.2 debe ser cerrado. Si funcionan correctamente, ambas l´amparas brillar´an intensamente con igual intensidad. Cuando es necesario conectar un indicador de secuencia de fase con los terminales de la m´aquina a trav´es de los transformadores de potencia, el cuidado debe ser extremo en la observaci´on de las marcas de polaridad de los transformadores de potencia que convienen. (V´ease ANSI C57.13-1978, cl´ausula 4.8.1.)

2.5.3.

´ ´ DEL DIFERENCIAL DE VOLTAJE METODO 2. INDICACION

Cuatro transformadores potenciales est´an conectados seg´ un las indicaciones de la Fig. 2.3para las m´ aquinas trif´ asicas. Es necesario tener un gran cuidado para mantener una polaridad correcta de las conexiones del transformador. Los asteriscos muestran los terminales correspondientes de las bobinas primarias y secundarias. Esta conexi´on tiene luces indicadoras a trav´es de los interruptores de desconexi´ on entre el generador y el sistema. El generador debe tener una velocidad y una excitaci´ on correspondiente, aplicada al voltaje normal. Cuando est´a cerca de la velocidad s´ıncrona, las l´ amparas conectadas con los secundarios del transformador de potencia se aclarar´an o amortiguan simult´ aneamente si el generador tiene la misma secuencia de fase que el sistema, mientras que se aclarar´ an o amortiguan primero uno despu´es el otro si la secuencia de fase son opuestas.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

51

Figura 2.2: Indicador de secuencia de fase con l´amparas de ne´on [3]

Figura 2.3: Diagrama de conexi´ on para comparar la secuencia de fases de un generador con el de un sistema para indicar el voltaje a trav´es de un interruptor de desconexi´on[3]

2.5.4.

´ ´ DE ROTACION ´ PARA MOTORES METODO 3. DIRECCION

En el caso de un motor, la secuencia de fase puede ser comprobada comenzando desde su fuente normal de energ´ıa y observando su direcci´on de rotaci´on. Si resulta un da˜ no por la rotaci´ on incorrecta, el motor debe ser desconectado del aparato que puede ser da˜ nado. En algunos casos, el aparato tal como un trinquete irreversible no puede ser desconectado. En este caso, una tensi´ on suficientemente baja se debe utilizar para no da˜ nar el aparato, u otro procedimiento tal como m´etodo1 o una adaptaci´ on del m´etodo 2 debe ser utilizado.

2.6. 2.6.1.

´ FACTOR DE INFLUENCIA TELEFONICA ´ FACTOR DE INFLUENCIA TELEFONICA

El factor de influencia telef´ onica (TIF) para la m´aquina s´ıncrona solamente se mide normalmente cuando su excitaci´ on rectificada ha sido substituida por una fuente de ondulaci´on libre y los transformadores de energ´ıa se han quitado de la l´ınea. Se obtiene como el cociente de un valor fundamental cargado rms y los arm´onicos de una onda de voltaje, y el valor de la ra´ız cuadrada de la onda. Esto puede ser realizado anal´ıticamente con los datos tomados por el an´alisis arm´onico en conjunto con los factores de ponderaci´on usando las ecuaciones siguientes:

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

T IF = T IF =

TT IF 3E rms

qX

(Tn En ) 2

52

(2.2) (2.3)

ET IF .- Es el valor de la onda del voltaje ponderado rms, usando los factores de ponderaci´ on Tn . Tn .- Es el factor de ponderaci´ on del TIF para el n arm´onicos. En .- Es el valor del rms de los n componentes arm´onicos del voltaje (componente la componente fundamental de voltaje) en las mismas unidades que ET IF . Erms .- Es el valor de la onda del voltaje rms, en las mismas unidades que ET IF El factor de ponderaci´ on, Tn , usado antes, es igual al solo al factor de influencia telef´onica, T IFf , correspondiendo a la n frecuencia arm´onica.

2.6.2.

´ FACTORES DE PONDERACION

Para que los factores de ponderaci´on sean utilizados en el c´alculo del TIF, ver ANSI C50.13-1989 o a nema MG1-1978.

2.6.3.

CONSIDERACIONES POTENCIALES DEL TRANSFORMADOR

Si un transformador potencial est´a conectado entre la m´aquina y el instrumento, debe estar establecido que el contenido arm´ onico del voltaje de la m´aquina no sea afectado por la presencia del transformador. Para realizar tal verificaci´on, un divisor de voltaje resistente (aproximadamente 300 Ω/V y dise˜ nado para producir el voltaje deseado para un analizador arm´onico) se debe poner a trav´es de los terminales de la m´ aquina con el transformador potencial desconectado, y el contenido arm´ onico del voltaje de la m´ aquina debe ser obtenido. El transformador de potencia se debe colocar a trav´es de los terminales de la m´ aquina y repetir el an´alisis arm´onico, usando el divisor de voltaje. Una segunda verificaci´ on puede ser hecho haciendo un an´alisis arm´onico usando el secundario del transformador de potencia. Si los tres an´alisis del contenido arm´onico del voltaje de la m´aquina son convenientes, el transformador se puede considerar satisfactorio para el uso en otras m´aquinas similares.

2.7. 2.7.1.

´ BALANCE DEL FACTOR DE INFLUENCIA TELEFONICA GENERAL

Para la definici´ on de equilibrio de influencia telef´onica, ver IEEE Std 100-1992. 2.7.1.1.

´ METODO 1. VOLTAJE L´ INEA A L´ INEA

Para una m´ aquina trif´ asica conectada en Y, la Ecu. 2.2 se puede utilizar, basado en el voltaje de l´ınea a l´ınea. El valor de ET IF para una m´aquina conectada en Y se puede medir por medio de un medidor TIF, o se puede obtener a trav´es de un an´alisis arm´onico de voltaje de l´ınea a l´ınea usando la Ecu. 2.3. Las lecturas se toman con el funcionamiento de la m´aquina a voltaje y velocidad determinados, sin carga. 2.7.1.2.

´ METODO 2. VOLTAJE DE FASE

El balance del factor de la influencia telef´onica de una m´aquina trif´asica conectada en Y se pueden obtener usando las ecuaciones 2.2 y 2.3 basados en un an´alisis arm´onico del voltaje l´ınea a neutro, pero omitiendo el tercer arm´onico y los m´ ultiplos del c´omputo de ETIF. Las lecturas se toman con el funcionamiento de la m´aquina a voltaje y velocidad determinados, sin carga.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.8. 2.8.1.

53

COMPONENTE RESIDUAL DEL FACTOR DE IN´ FLUENCIA TELEFONICA GENERAL

Para la definici´ on de la componente residual del factor de influencia telef´onica ver IEEE Std 100-1992.

2.8.2.

´ ´ METODO 1. MAQUINAS QUE PUEDEN SER CONECTADAS EN DELTA

El componente residual del factor de influencia telef´onica de una m´aquina trif´asica puede ser obtenido conectando la m´ aquina en delta con una esquina abierta y con el funcionamiento de la m´ aquina a la velocidad normal y sin carga, con la excitaci´on correspondiente para el voltaje de circuito abierto dado. Un instrumento TIF o un analizador arm´onico se coloca a trav´es de la esquina abierta del delta. La ecuaci´on 2.4 se debe utilizar para evaluar el TIF residual de este m´etodo. residual T IF =

TT IF 3E rms

(2.4)

donde: ET IF .- Es el voltaje cargado de la ra´ız cuadr´atica tomado a trav´es de una esquina abierta del delta. Puede ser obtenido de la lectura de un instrumento (TIF) o se calcula los datos analizados en el arm´ onico usando la Ecu. 2.3 Erms .- Es el voltaje a trav´es de una fase del delta, en las mismas unidades que ET IF . Esto se puede tomar como el promedio de los voltajes de las tres fases. Se debe tener precauci´ on a realizar la prueba delta abierto en las m´aquinas de alto voltaje. El voltaje que se medir´ a es una fracci´ on muy peque˜ na del voltaje de un lado del delta. Por lo tanto un transformador de potencia de bajo cociente (de 1:1 a 10: 1) se puede utilizar incluso en las m´aquinas de alto voltaje. Sin embargo, un lado del delta podr´ıa accidentalmente convertirse totalmente o parcialmente en un cortocircuito durante la prueba, el voltaje a trav´es del instrumento del TIF o el analizador arm´ onico saltar´ıa muchas veces (a partir 10 a 100 veces) el voltaje del instrumento antes del cortocircuito accidental. Este nuevo voltaje podr´ıa igualar aproximadamente el voltaje que existi´ o entre los dos puntos de cortocircuito dividido por el cociente del transformador de potencia. Para un transformador del 1:1, esto pod´ıa igualar el voltaje l´ınea a neutro normal completo de la m´ aquina. Para eliminar el peligro asociado a un cortocircuito accidental, es necesario que en las m´aquinas de alto voltaje se a´ısle del personal los instrumentos y los circuitos, o utilizar protectores en el entrehierro y fusibles para conectar a tierra el instrumento y para aislarlo de la m´aquina en caso de sobretensi´ on. La duraci´ on de la excitaci´on durante la prueba debe ser m´ınima.

2.8.3.

´ ´ METODO 2. MAQUINAS QUE NO PUEDEN CONECTARSE EN DELTA

En esos casos donde la m´ aquina no se puede conectar convenientemente en delta, el TIF de la componente residual puede ser obtenido conectando tres transformadores de potencia id´enticos en Y con los terminales de la m´ aquina y conectando los secundarios en delta con una esquina abierta. El neutro del transformador de potencia primero debe ser conectado con el neutro de la m´aquina. Las medidas entonces pueden se hechas en el secundario del transformador de potencia de manera semejante como se tomaron directamente en la m´aquina en el m´etodo 1. Cuando se utiliza este m´etodo, debe ser reconocido que con valores bajos del TIF, la exactitud se puede afectar por el efecto exagerado de variaciones leves entre los transformadores.

2.8.4.

´ METODO 3. PRUEBA L´INEA - NEUTRO

En el caso de una m´ aquina trif´ asica donde est´an equilibrados los voltajes de fase (caso general), la componente residual del factor de influencia telef´onica se puede calcular usando las Ecu. 2.2 y

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

54

2.3 de un an´ alisis arm´ onico del voltaje l´ınea - neutro, considerando solamente el tercer arm´onico y los m´ ultiplos de este. Las lecturas se toman con el funcionamiento de la m´aquina a voltaje y velocidad determinados, sin carga.

2.9. 2.9.1.

´ FACTOR DE INFLUENCIA TELEFONICA L´INEA NEUTRO GENERAL

El factor de influencia telef´ onica l´ınea - neutro de una m´aquina trif´asica se calcula con la Ecu. 2.2 basado en el voltaje sin carga l´ınea - neutro de la m´aquina (considerando todos los arm´onicos). Esto tiene significado solamente para una m´aquina conectada en Y, y este valor sobre todo se debe comprobar (v´ease 3.9.3).

2.9.2.

´ METODO DE PRUEBA

El TIF l´ınea-a-neutro se puede medir con un transformador potencial conectado de l´ınea neutro a trav´es de una fase de la m´ aquina en funcionamiento con voltaje y velocidad determinados, sin carga. El valor cargado de la media cuadr´atica, ET IF , del voltaje a trav´es del secundario del transformador es obtenido por el instrumento del TIF o por el an´alisis arm´onico usando la Ecu. 2.3 El TIF se obtiene de la Ecu. 2.2.

2.9.3.

´ DEL BALANCE, RESIDUAL Y EL TIF L´INEA VERIFICACION - NEUTRO

Un chequeo u ´til de los valores equilibrados, residual, y de l´ınea-a-neutro del factor de influencia telef´ onica se obtiene de la relaci´ on siguiente: p (2.5) TIFl´ınea-neutro = (balance TIF)2 + (residual TIF)2

2.10.

´ DE LA FORMA DE ONDA DEL VOLDESVIACION TAJE EN LOS TERMINALES DEL ESTATOR Y ´ FACTORES DE DISTORSION

2.10.1.

PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA

Para la definici´ on del factor de desviaci´on y distorsi´on, ver IEEE Std 100-1992. La forma de onda del voltaje en la prueba es registrada usando un oscil´ografo ajustado para producir una desviaci´ on amplia, y operando a alta velocidad para poder subdividir el intervalo de tiempo de un semiciclo en una serie de intervalos iguales. Para permitir un an´alisis adecuado, la amplitud m´ axima de la onda a partir de cero debe ser por lo menos 3.2 cm, y la distancia para un semiciclo por lo menos 4 cm. La Fig. 2.4 muestra el trazo de una onda exagerada para ser analizada, en coordenadas rectangulares. Tambi´en, la onda equivalente del seno est´a trazada en la misma figura, localizada que la desviaci´ on m´ axima de la onda que es analizada desde un m´ınimo de la onda seno. La amplitud de la onda seno equivalente, se puede determinar por el m´etodo descrito m´as adelante. Los diagramas de la onda en coordenadas polares pueden tambi´en ser utilizados.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

55

Figura 2.4: Diagrama de la onda para el factor de la desviaci´on[3]

2.11.

PRUEBAS DE VELOCIDAD EXCESIVA

2.11.1.

GENERAL

Se hacen las pruebas de velocidad excesiva solamente cuando est´an especificadas. Se especifican generalmente para los generadores s´ıncronos conectados con turbinas u otro equipo mec´anico que puede estar sujeto a velocidad excesiva por p´erdida de carga u otra causa.

2.11.2.

PROCEDIMIENTO

Antes de hacer una prueba de velocidad excesiva, la m´aquina se debe examinar cuidadosamente, cercior´ andose de que todos los pernos de sujeci´on y piezas de rotaci´on est´en apretados y en buenas condiciones. El rotor debe tener un buen equilibrio mec´anico como sea posible antes de comenzar la prueba. Se debe tomar cada precauci´on para proteger la vida y las caracter´ısticas de la prueba en caso de cualquier desgracia. La velocidad se debe leer con un tac´ometro el´ectrico u otro dispositivo que indique la velocidad. Al hacer la prueba, la m´ aquina debe estar funcionando a la velocidad determinada por un largo periodo para que las lecturas de vibraci´on sean revisadas y estabilizadas, y comprobar que la m´ aquina est´ a funcionando satisfactoriamente. Entonces la m´aquina se debe acelerar con presteza razonable a la velocidad excesiva especificada. Las pruebas a velocidades mayor de 115 % de la velocidad determinada, se debe hacer pausadamente, la variaci´on de la velocidad durante la aceleraci´ on es para comprobar las condiciones de funcionamiento tales como la vibraci´on, el alcance del eje de rotor, y el comportamiento del aceite en los cojinetes. Las lecturas de la vibraci´on se deben tambi´en hacer a la velocidad determinada siguiendo la comparaci´on y referencia de la prueba. Normalmente, la prueba de velocidad excesiva se hace con la m´aquina sin excitaci´on. Si la m´ aquina es excitada, se debe tener cuidado al reducir la excitaci´on durante la prueba de modo que el voltaje no exceda de 105 % del voltaje clasificado. Siguiendo con la operaci´ on espec´ıfica a la velocidad excesiva por un tiempo especificado, la m´ aquina se debe regresar puntualmente y suavemente de nuevo a la velocidad determinada. Si la velocidad excesiva ha estado aplicada durante un per´ıodo prolongado, los cojinetes estar´ an substancialmente a temperaturas m´ as altas que las normales y la viscosidad del aceite mucho m´ as bajo que el normal. Por lo tanto la m´aquina se debe volver a la velocidad normal hasta que las temperaturas del cojinete vuelvan a lo normal, o debe ser apagado r´apidamente y no comenzar con la prueba hasta que las temperaturas del cojinete se refresquen a condiciones normales. La m´ aquina se debe examinar cuidadosamente despu´es de la prueba.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.12.

CAPACIDAD DE CARGA DE L´INEA

2.12.1.

GENERAL

56

La capacidad de carga de l´ınea de una m´aquina s´ıncrona es su energ´ıa reactiva en kilovoltamperios al funcionar s´ıncronamente con el factor de potencia cero, voltaje determinado, y con la corriente de campo reducida a cero. (Esta cantidad no tiene ninguna relaci´on inherente a la capacidad t´ermica de la m´ aquina, por lo tanto se observa la precauci´on en 3.12.4.)

2.12.2.

´ METODO 1. COMO MOTOR

La m´ aquina funciona como motor s´ıncrono sin carga, desacoplada preferiblemente, y con voltaje y frecuencia determinados, con la excitaci´on reducida a cero. Porque las p´erdidas de la m´aquina se suministran desde las unidades de accionamiento, la capacidad de la carga de l´ınea es aproximadamente la entrada de energ´ıa reactiva en kilo-voltamperios. Si la m´aquina se junta a una turbina de vapor de condensaci´ on, debe ser desacoplada para prevenir el recalentamiento de la turbina.

2.12.3.

´ METODO 2. COMO GENERADOR

La m´ aquina en esta prueba se conduce a la velocidad normal y est´a conectada a una carga que consiste en el funcionamiento lento y sobreexcitado de la m´aquina s´ıncrona, o con un valor que se pueda considerar como fuente de voltaje de capacidad infinita, con voltaje determinado en el generador a la frecuencia determinada, y con su excitaci´on reducida a cero. La capacidad de carga de l´ınea es aproximadamente la entrada de energ´ıa reactiva en kilo-voltamperios.

2.12.4.

´ METODO 3. COMO GENERADOR

La m´ aquina funciona a la velocidad normal y est´a conectada con las secciones de la l´ınea de transmisi´ on, usando suficientes secciones para dar el voltaje determinado cuando la excitaci´on del generador se reduce aproximadamente a cero. La capacidad de la carga es la entrada de energ´ıa reactiva en kilo-voltamperios. Porque una l´ınea de transmisi´on requiere por lo menos una peque˜ na fuente s´ıncrona de excitaci´ on, no es posible hacer la prueba con excitaci´on cero. Por lo tanto, una serie de pruebas con valores sucesivamente m´as peque˜ nos de excitaci´on se puede utilizar como base para extrapolar la energ´ıa reactiva a excitaci´on cero. ´ PRECAUCION.Observe que el l´ımite para la reducci´on de la corriente de campo de las m´ aquinas de rotor cil´ındrico en el voltaje determinado puede ser establecido por el fabricante para evitar calentamiento local en la armadura. Si existe tal l´ımite, los datos se pueden tomar en varios valores mayores de la corriente de campo (a voltaje determinado y factor de potencia cero) y extrapolado para obtener un valor de potencia reactiva en la excitaci´on cero (v´ease IEEE Std 67-1990). Si la corriente de la armadura es superior a la corriente determinada, los datos se pueden tomar en varios valores de corriente reducida (y del voltaje) y extrapolar para obtener un valor de potencia reactiva en el voltaje determinado.

2.13.

´ RUIDO ACUSTICO

2.13.1.

GENERAL

Los m´etodos de prueba para el ruido aerotransportado se describen en el IEEE Std 85-1973 y ANSI Std C50.12-1982. La palabra “ruido” refiere a cualquier sonido indeseado. La duraci´ on para las horas permitidas m´ aximas de exposici´on para los varios niveles de ruidos es fijada en los EE.UU. por la Occupational Safety and Health Administration (OSHA).

2.13.2.

PROCEDIMIENTO

Un instrumento de nivel de sonido es un micr´ofono omnidireccional con un amplificador, filtros cargados, procesadores electr´ onicos y un dial de indicaci´on. Los filtros permiten la selecci´on de las

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

57

caracter´ısticas de respuesta de frecuencia del ANSI “A”, “B”, o “C”. M´as detalles sobre pruebas, cargas relativas, y ambientes de prueba se describen en IEEE Std 85-1973. Un instrumento de nivel de sonido proporciona un n´ umero en decibelios (dB) para todo el sonido dentro de la gama de frecuencia de audio, pero no da ninguna indicaci´on del contenido de la frecuencia. Una cierta indicaci´ on de la importancia de los componentes bajo 600 hertzios puede ser obtenida cambiando de una A a una C curva cargada. Un an´alisis del sonido en el dominio de frecuencia, llamado an´ alisis de espectro, puede proporcionar informaci´on valiosa para la supresi´ on y el control del ruido.

2.14.

´ ´ CURVAS DE LA SATURACION, PERDIDAS SEPARADAS, Y EFICIENCIA

2.14.1.

GENERAL

2.14.1.1.

EFICIENCIA

La eficiencia verdadera de una m´aquina es el cociente de la potencia de salida por la potencia de entrada bajo condiciones espec´ıficas. En las peque˜ nas m´aquinas, ´estos se pueden medir directo. En un equipo m´ as grande donde la potencia mec´anica no puede ser medida exactamente, se utiliza una eficiencia convencional, basado en p´erdidas segregadas (v´ease 2.3.1). Las p´erdidas que se utilizar´ an en la determinaci´on de la eficiencia convencional de una m´aquina s´ıncrona y de su m´etodo de evaluaci´on se prescriben en los est´andares aplicables Los m´etodos de prueba para determinar las p´erdidas individuales siguientes se dan en los subcl´ausulas subsecuentes: a) P´erdida de la fricci´ on y del viento b) P´erdida del hierro (circuito abierto) c) P´erdidas por p´erdida en la carga (cortocircuito) d) P´erdida de la armadura I2 R a usar la corriente de la armadura a la carga espec´ıfica y la resistencia de armadura en C.C. corregidas a una temperatura espec´ıfica (v´ease 2.1.1 y 2.1.2). e) Colocar I2 R usando la corriente de campo y la resistencia de campo corregida a una temperatura espec´ıfica (v´ease 2.1.3). 2.14.1.2.

´ ´ METODOS DE MEDIDA DE LAS PERDIDAS

Hay cuatro m´etodos disponibles para medir las p´erdidas de una m´aquina s´ıncrona: a) M´etodo de impulsi´ on separada (v´ease 2.14.2) b) M´etodo de entrada el´ectrica (v´ease 2.14.3) c) M´etodo del retraso (v´ease 2.14.4) d) M´etodo de la transferencia t´ermica (v´ease 2.14.5) Es conveniente obtener los datos para las curvas de saturaci´on de circuito abierto y cortocircuito durante las pruebas para la determinaci´on de las p´erdidas, si uno de los tres primeros m´etodos se utiliza. Cada uno de los tres primeros m´etodos que determinan las p´erdidas, requiere la m´aquina para ser operada para dos series de funcionamiento para simular las condiciones de carga, una con los terminales de la armadura en circuito abierto y otro con estos en cortocircuito. Para el m´etodo de la transferencia t´ermica, la m´aquina puede funcionar con la carga o en condiciones de carga simuladas en cuanto a los primeros tres m´etodos. Si los terminales de la armadura est´ an en circuito abierto, la p´erdida total incluye la fricci´on y p´erdidas por el viento de todo el aparato mec´ anicamente conectado y de la p´erdida de la carcasa en circuito abierto que corresponde al voltaje y a la frecuencia de la armadura. Si los terminales de la armadura est´an en cortocircuito, las p´erdidas totales incluyen la fricci´on y p´erdidas por el viento de todo el aparato mec´anicamente conectado y de la p´erdida del cobre de la armadura y de las p´erdidas por p´erdida en la carga que corresponde a la corriente y a la frecuencia de la armadura. 2.14.1.3.

´ DE LA ENTRADA DEL EXCITADOR ELIMINACION

Si una conexi´ on directa o un excitador es usado para la excitaci´on durante las pruebas de p´erdidas, la potencia de entrada deber´ıa ser deducida de la entrada total al determinar las p´erdidas por fricci´ on y del viento, p´erdida en el hierro, y p´erdida por p´erdida en la carga (v´ease 2.14.2.9).

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.14.1.4.

58

´ EFECTO DE LA TEMPERATURA Y DE LA PRESION

La temperatura del cojinete debe ser constante como sea posible durante la prueba porque afecta a la viscosidad del aceite y por lo tanto, a la p´erdida por fricci´on. Por lo tanto, la m´aquina debe funcionar a la velocidad determinada hasta que la temperatura del cojinete o las p´erdidas de la fricci´ on y del viento lleguen a ser constantes antes de comenzar las medidas de las p´erdidas. Temperatura del refrigerante, presi´on barom´etrica, humedad, pureza del gas afectan la densidad del gas, y por lo tanto, la p´erdida por el viento. Para las m´aquinas en las cuales esta p´erdida es de significaci´ on importante, la correcci´ on para los cambios en la densidad del gas puede ser necesaria para armonizar las pruebas hechas bajo diversas condiciones. Estos efectos deben ser considerados en el establecimiento de condiciones de las pruebas para las p´erdidas para esas m´aquinas donde la temperatura puede ser ajustada. 2.14.1.5.

´ MAQUINAS ACOPLADAS

La condici´ on preferida para la prueba de la p´erdida por fricci´on y del viento ser´ıa con la m´aquina desacoplada. Es frecuentemente necesario probar una m´aquina acoplada a otro aparato para el cual la p´erdida de la fricci´ on y del viento no se puede determinar experimentalmente. Los cojinetes no se pueden dise˜ nar para permitir el funcionamiento desacoplado, o las circunstancias pueden hacerlo desaconsejable desacoplarlo para la prueba y volver a emparejar y realinear despu´es de la prueba. Cuando la prueba de p´erdida por la fricci´on y el viento se realiza a varias m´aquinas, esta deber´ıa ser hecha en proporci´ on con las mejores estimaciones disponibles de los valores previstos para cada una. El cojinete de empuje de una unidad vertical se incluye generalmente con el generador (o el motor). Sin embargo, solamente la p´erdida del cojinete de empuje debido al peso del rotor del generador se considera una p´erdida del generador. Cuando se prueba la m´aquina acoplada a otro aparato, hay una p´erdida adicional del cojinete de empuje debido al peso del aparato conectado. Una estimaci´ on de esta p´erdida adicional se puede obtener del fabricante del generador. 2.14.1.6.

RECALENTAMIENTO DE LA TURBINA DE VAPOR

De vez en cuando, los generadores conducidos con una turbina de vapor se prueban para las p´erdidas sin vapor en las l´ aminas de la turbina. Durante tales pruebas, se deben tomar precauciones para evitar el recalentamiento severo de las piezas de la turbina. Debido a los muchos factores implicados y las diferencias entre las m´aquinas. 2.14.1.7.

´ TURBINAS HIDRAULICAS DE SECADO

Un generador arrancado con una turbina hidr´aulica se debe probar con su turbina seca totalmente y el sello del corredor agua de enfriamiento se debe cerrar si los valores exactos de las p´erdidas del generador se quieren obtener (v´ease ASME PTC 18-1949). Un t´ermino alternativo aceptable a la “desecaci´ on” es el uso del t´ermino “unwatering.” La desecaci´ on de la turbina se debe hacer de acuerdo con las instrucciones del fabricante de la turbina. Las turbinas de impulso pueden ser desecadas generalmente mientras que el motor est´a a la velocidad normal. Las turbinas de propulsor Francis se deben desecar generalmente en la parada, pero hay excepciones. Sus envolturas de las cajas deben estar vac´ıas para eliminar incluso el efecto de salida de una fuga menor a trav´es del bloqueo de las puertas. A menos que haya una v´alvula delante de la envoltura de la caja que requiera el drenaje de la compuerta, que es una operaci´ on desperdiciadora de tiempo. Si el corredor se fija sobre la coladera, la expresi´on apropiada a trav´es de la v´ alvula de aire de la turbina permitir´a que el agua drene por el tubo. Cuando el corredor no est´ a suficientemente arriba sobre la coladera, la coladera en el tubo de se puede presionar por el aire comprimido o bombeando. El agua en los sellos de turbina produce p´erdidas apreciables. Por esta raz´ on, es preferible funcione sin el sello de agua para las pruebas de p´erdidas. Se debe tener la aprobaci´ on del fabricante de la turbina para hacer esto puesto que algunos tipos de sellos no pueden funcionar sin agua. Debe ser reconocido que los valores inexactos de la prueba pueden darse si las pruebas de funcionamiento son hechas con el sello de agua.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.14.1.8.

59

´ ARRANQUE ELECTRICO

Cuando no es factible poner la m´aquina a su velocidad por medios mec´anicos, es necesario arrancar el´ectricamente. De vez en cuando, el generador (o el motor) es conveniente arrancar a partir de una fuente de energ´ıa a voltaje y frecuencia determinada. Si la fuente de energ´ıa es adecuada, ´este es el m´etodo simple de arranque. Si la de corriente actual o la calefacci´on de la bobina del amortiguamiento es excesiva en el arranque, es de vez en cuando factible realizar el arranque con el voltaje reducido. Esto requiere una fuente de alimentaci´ on cuyo voltaje se pueda reducir a un valor conveniente. Para las m´aquinas grandes, es generalmente necesario que una segunda m´aquina de tama˜ no conveniente est´e disponible, para ser conectada solamente con la m´aquina que es probada, para la operaci´on del voltaje variable. La mayor´ıa de los generadores no tienen bobinas del amortiguamiento capaces de encender la m´ aquina en la frecuencia completa y de acelerarla a la velocidad completa. En tales casos, es necesario que otra m´ aquina del tama˜ no conveniente y capaz de operar a la velocidad variable est´e disponibles para arrancar la maquina a ser probado. Para arrancar sincr´ onicamente, el arranque de las armaduras y el arranque de las m´aquinas est´ an conectadas juntas el´ectricamente mientras las m´aquinas est´an paradas. Bajo ciertas condiciones, el arranque s´ıncrono se puede iniciar de acuerdo con la recomendaci´on del fabricante mientras que ambas m´ aquinas est´ an siendo impulsadas por el giro de sus engranajes. Las fuentes separadas de excitaci´ on para ambas m´ aquinas deben estar disponibles, sin embargo, una sola fuente de excitaci´ on que alimenta ambos campos en serie puede ser utilizada. Utilizan el excitador de una tercera m´ aquina s´ıncrona a veces. Aproximadamente la corriente de campo sin carga a pleno voltaje se aplica al arranque de la m´ aquina y aproximadamente 80 % de la corriente de campo sin carga a pleno voltaje se aplica al funcionamiento de la m´aquina. El primer movimiento del arranque de la m´ aquina es cuando comienza a encenderse lentamente y las dos m´aquinas el´ectricamente conectadas est´ an alcanzando la velocidad deseada. Con la m´ aquina de arranque funcionando en una frecuencia recomendada una suficiente excitaci´ on se aplica a la m´ aquina de arranque para producir el valor recomendado de voltaje y frecuencia en el terminal de la m´ aquina bajo prueba. El campo de la m´aquina bajo la prueba es cortocircuitado a trav´es de un resistor de arranque. Cuando el funcionamiento de la m´aquina se acerca al sincronismo con la m´ aquina de impulso, aproximadamente 80 % de la excitaci´on normal sin carga a pleno voltaje es aplicada al funcionamiento de la m´aquina y la excitaci´on normal sin carga a pleno voltaje se aplica a la m´ aquina de impulso para que este entre en sincronismo y para traerlo hasta la velocidad deseada.

2.14.2.

´ METODO DE ARRANQUE SEPARADO PARA LAS CURVAS ´ ´ Y LAS PERDIDAS DE SATURACION

2.14.2.1.

MOTOR IMPULSOR

La m´ aquina bajo prueba es arrancada generalmente por un motor, directamente o a trav´es de una correa o de un engranaje. El motor debe ser una derivaci´on de motor continuo (preferiblemente el de tipo polo conmutado), un motor de inducci´on, un motor s´ıncrono, o el excitador de conexi´ on directa (si es bastante grande). Preferiblemente, la capacidad del motor impulsor debe ser tal que funcionar´ a en no menos del 15 % al 20 % de su valor al suministrar p´erdidas por fricci´on y efecto del viento de la m´ aquina impulsada; y no m´as que 125 % de su valor al suministrar fricci´on, efecto del viento, y la p´erdida del hierro a voltaje determinado; o fricci´on, efecto del viento, a valor de corriente del estator I2 Ra , y p´erdidas por p´erdida en la carga. Esto permite al motor funcionar completamente en la curva de eficiencia y a menudo puede no ser necesario corregir el cambio en la eficiencia. Las p´erdidas sin carga del motor impulsor deben ser conocidas donde se requiere una exactitud extrema, una curva de p´erdidas de entrada debe estar disponible. El motor impulsor debe ser capaz de poner a la m´aquina conducida a su velocidad determinada. Al usar una impulsi´ on del motor de inducci´on, es necesario proporcionar una fuente de frecuencia ajustable por el declive en las variaciones con el cambio de las p´erdidas en la m´aquina que es probada. Un motor s´ıncrono tiene una decidida ventaja donde todas las pruebas son hechas a la velocidad determinada; sin embargo, cualquier motor s´ıncrono debe tener una frecuencia variable

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

60

para comenzar o debe tener el suficiente esfuerzo de torsi´on y capacidad t´ermica para encender y acelerar la m´ aquina bajo la prueba. Esto simplifica la determinaci´on de las p´erdidas del motor impulsado si la l´ınea voltaje de un motor impulsor s´ıncrono o de inducci´on se lleva a cabo a trav´es del funcionamiento constante. El campo de un motor de derivaci´on puede ser excitado por una fuente separada para que la corriente de campo pueda ser constante para simplificar la determinaci´ on de estas p´erdidas. Cuando una m´ aquina que no requiere un servicio de impulsi´on es transmitida por una correa de impulsi´ on para la prueba, la tensi´on de la correa se debe mantener tan baja como posible para que la fricci´ on en los cojinetes no sea perjudicial y no aumente la p´erdida por fricci´on. La correa debe ser de anchura y peso m´ınimo para tener una carga adicional. Cuando se utiliza un engranaje de impulsi´on, las p´erdidas del engranaje deber´ıan ser conocidas bajo condiciones de prueba. El m´etodo de motor impulsado dar´a resultados err´oneos si las m´aquinas son de aceleraci´on o de desaceleraci´ on. Por lo tanto, las lecturas deben ser tomadas solamente cuando la velocidad es constante en el valor correcto seg´ un lo medido por un tac´ometro confiable o un estroboscopio. 2.14.2.2.

PROCEDIMIENTO

El procedimiento generalmente para la prueba es llevar la m´aquina a su velocidad determinada hasta que los cojinetes alcancen una temperatura constante y la p´erdida por fricci´on llegue a ser constante; esto puede ser determinado observando cuando la entrada del motor impulsor llega a ser constante. La entrada del motor impulsor menos las p´erdidas del motor impulsor (correa o engranaje) igual a la entrada o las p´erdidas de la m´aquina probada (v´ease 2.14.1.3). 2.14.2.3.

´ DINAMOMETRO COMO IMPULSOR

Puede ser deseable utilizar un dinam´ometro como motor impulsor, en este caso solamente las lecturas del par y de la velocidad son requeridas para determinar la potencia de entrada de la m´ aquina que es probada. La potencia de entrada en kilovatios para la m´aquina bajo prueba se obtiene de la ecuaci´ on siguiente: potencia (kW ) =

nT k

(2.6)

donde: n.- Es la velocidad de rotaci´ on r/min T .- Es el par k.- Es 9549 si T est´ a en N · m k.- Es 7043 si T est´ a en lbf · f t 2.14.2.4.

´ ARRANCADOR MECANICO

La m´ aquina se puede impulsar por s´ı mismo u otro aparato mec´anico tal como una turbina o un motor. Puesto que no es generalmente factible obtener una medida exacta de la potencia de entrada de la m´ aquina probada, este m´etodo se puede utilizar raramente para obtener p´erdidas pero es satisfactorio para determinar las curvas de saturaci´on si la velocidad se puede controlar constante y exactamente en el valor deseado. 2.14.2.5.

´ EN CIRCUITO ABIERTO CURVA DE SATURACION

La curva de saturaci´ on en circuito abierto es obtenida conduciendo la m´aquina que es probada a la velocidad determinada, en circuito abierto, y registrando su voltaje en los terminales de la armadura, corriente de campo y frecuencia, o velocidad del eje. Para obtener los datos u ´tiles para la derivaci´ on del modelo del generador estas lecturas deben ser distribuidas aproximadamente como sigue: a) Seis lecturas debajo del 60 % del voltaje determinado (1 a excitaci´on cero) b) A partir del 60 % a 110 %, por lo menos cada incremento del 5 % en los terminales de voltaje (m´ınimo de 10 puntos). Esta ´ area es un rango cr´ıtico y una tentativa que deber´ıa hacerse para obtener tantos puntos como la resoluci´on del control de la excitaci´on permitir´a

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

61

c) Sobre 110 %, por lo menos dos puntos, incluyendo un punto en aproximadamente 120 % del valor de la corriente de campo sin carga (o en el valor m´aximo recomendado por el fabricante). d) En el valor de voltaje, las lecturas se deben tomar de los terminales de voltaje (l´ınea a l´ınea) de las tres fases para comprobar el balance de la fase. Estas lecturas se deben hacer bajo condiciones constantes de excitaci´ on y de velocidad, y con el mismo volt´ımetro. ´ PRECAUCION.Para las m´ aquinas cil´ındricas se recomienda consultar al fabricante para determinar la indicaci´ on m´ axima, que debe ser utilizada en la obtenci´on de la curva de saturaci´ on en circuito abierto, reconociendo la capacidad de la m´aquina al funcionar por el tiempo requerido en cada punto de prueba. La prueba no se debe hacer con un transformador en la l´ınea a menos que el fabricante del transformador haya aprobado la operaci´on en las sobretensiones previstas. Las lecturas para esta curva se deben tomar siempre con el aumento de la excitaci´on. Este m´etodo permite una energizaci´ on inicial segura del generador. Si llega a ser necesario disminuir la corriente de campo, esta ser´ a reducida a cero y despu´es aumentada cuidadosamente al valor deseado, para quitar los efectos de la hist´eresis en los resultados. Las m´ aquinas deben funcionar por varios minutos en cada punto del voltaje para permitir que la velocidad se estabilice en el valor determinado para no causar ning´ un error por la variaci´on en velocidad y excitaciones, a excepci´ on de los dos puntos sobre 110 % del voltaje determinado, donde las recomendaciones del fabricante deben ser seguidas. Los resultados deben ser corregir para la velocidad y se pueden trazar como en la Fig. 2.5. El voltaje de una monof´ asico (l´ınea a l´ınea) o del promedio de los voltajes de las fases, en cada valor de la excitaci´ on puede ser usado.

Figura 2.5: Curva de saturaci´on[3] En unidades hidr´ aulicas, es posible tener la unidad de funcionamiento a una velocidad m´as baja para obtener una corriente de campo de excitaci´on alta sin exceder el l´ımite absoluto de voltaje en el terminal. Una vez corregido para la velocidad, esto produce una alta curva de saturaci´on en el punto final del circuito abierto. Los niveles del flujo deben ser respetados al usar este planteamiento. 2.14.2.6.

L´ INEA DEL ENTREHIERRO

La l´ınea del entrehierro es la distancia obtenida de la curva de saturaci´on de circuito abierto por la extensi´ on de la l´ınea recta m´as baja Fig. 2.5. Si la porci´on m´as baja no es linear, la l´ınea del entrehierro se dibuja como l´ınea recta de inclinaci´on m´axima posible desde el origen, tangente a la curva de saturaci´ on.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.14.2.7.

62

´ ´ ´ Y EFECTO PERDIDA EN EL HIERRO Y PERDIDA POR FRICCION DEL VIENTO

La p´erdida del hierro y la p´erdida por fricci´on y efecto del viento pueden ser determinadas de las lecturas adicionales tomadas usando la misma disposici´on de la prueba usada para la curva de saturaci´ on en circuito abierto. En cada valor del voltaje en el terminal, la potencia de entrada al motor impulsor es medida. Si se utiliza un motor de C.C., esto puede ser realizado tomando lecturas de corriente de armadura y de voltaje (el producto de estas es la potencia de entrada) y la corriente de campo del motor impulsor. Si se utiliza un motor de CA, la potencia de entrada se puede medir directo con un vat´ımetro. La potencia de entrada de la m´aquina que es probada es obtenida restando las p´erdidas del motor impulsor de la potencia de entrada del motor impulsor (v´ease 2.14.1.3). Las p´erdida por fricci´on y efecto del viento es obtenida como la potencia de entrada de la m´ aquina que es probada, con la excitaci´on cero (v´ease 2.14.2.9). El voltaje en los terminales de la m´ aquina debe ser comprobado y si eventualmente el voltaje residual apreciable aparece, el campo debe ser desmagnetizado aplicando la corriente de campo en direcciones alternas con una magnitud sucesivamente m´ as peque˜ na. La p´erdida del hierro en cada valor del voltaje de la armadura es determinada restando la p´erdida por fricci´ on y efecto del viento de la potencia de entrada total de la m´aquina que es probada. La p´erdida del hierro se puede trazar como en Fig. 2.6 en funci´on del voltaje.

Figura 2.6: Curva de las p´erdidas del hierro (perdida de potencia vs voltaje de armadura)[3] 2.14.2.8.

´ EN CORTOCIRCUITO CURVA DE SATURACION

La curva de saturaci´ on en cortocircuito es obtenida conduciendo la m´aquina que es probada a la velocidad determinada, armadura cortocircuitada, y registrando las corrientes de armadura y de campo. Normalmente, las lecturas se deben registrar para las corrientes de armadura cerca del 125 %, 100 %, 75 %, 50 %, y 25 % de la corriente determinada. El valor de la prueba de corriente m´ axima, fijado tradicionalmente en 125 %, se debe obtener del fabricante puesto que, para algunos tipos de m´ aquinas, el enfriamiento del estator no permitir´a la operaci´on superior a corriente clasificada del 100 % sin el riesgo de da˜ no. En la corriente determinada, las lecturas se deben tomar de la corriente en las tres fases para comprobar el equilibrio de las corrientes. Si hay m´as de una l´ınea o terminal neutral por fase, el equilibrio actual entre los terminales separados se debe comprobar para cada fase. Las lecturas de la corriente se deben tomar con la excitaci´on disminuida al arranque con el valor que producir´ a una corriente de armadura igual al m´axima permitida. El punto actual m´ as alto debe ser tomado primero de modo que la temperatura de la bobina sea casi constante como sea posible durante el funcionamiento. Los resultados se pueden trazar como en la Fig. 2.5 2.14.2.9.

´ ´ ´ PERDIDA POR CORTOCIRCUITO Y PERDIDA POR PERDIDA EN LA CARGA

La p´erdida por p´erdida en la carga puede ser determinada de las lecturas adicionales tomadas cuando se hace la curva de la saturaci´on de cortocircuito (v´ease 2.14.2.8). En cada valor de la corriente de armadura, la potencia de entrada al motor impulsor se mide seg´ un lo descrito en 2.14.2.7. La p´erdida del motor impulsor se debe restar de la potencia de entrada medida para obtener la p´erdida de la m´ aquina que es probada. (V´ease tambi´en 2.14.1.3.) La p´erdida por fricci´ on

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

63

y efecto del viento, determinada en 2.14.2.7 se resta de la p´erdida de la m´aquina para obtener la p´erdida de cortocircuito. La temperatura del bobinado del inducido se debe tomar por los term´ometros situados en varios lugares al final de las bobinas, o por los detectores acoplados en m´aquinas equipadas. Para las m´ aquinas con arrollamiento de armadura con conductor fresco, la temperatura de la bobina puede ser determinada por el promedio de las temperaturas del enfriador a las entradas y salidas de las bobinas. La p´erdida por cortocircuito incluye la p´erdida por p´erdida en la carga m´as la p´erdida de la armadura I2 Ra , donde Ra es el valor de la resistencia de la armadura. La p´erdida por p´erdida en la carga es obtenida restando la p´erdida de la armadura I2 Ra , calculada para los valores de corriente medidos y con la resistencia continua corregida a la temperatura media de la bobina durante la prueba. Para las m´ aquinas de alto voltaje refrescadas con hidr´ogeno puede haber una diferencia apreciable entre la temperatura de los conductores de la armadura y los valores medidos. Si tal es el caso, una correcci´ on a la temperatura medida se puede utilizar para mejorar la exactitud para determinar la p´erdida de la armadura I2 Ra . La p´erdida por p´erdida en la carga se puede trazar como en la Fig. 2.7.

Figura 2.7: Curva de p´erdida por cortocircuito y p´erdidas por p´erdida en la carga[3] Las p´erdidas por fricci´ on y efecto del viento se deben medir antes y despu´es de los funcionamientos descritos en 2.14.2.7. Esto proporciona una verificaci´on en la p´erdida por fricci´on y efecto del viento a trav´es de cada funcionada. Si no hay una diferencia del 5 % entre las dos lecturas de las perdidas por fricci´ on y por efecto del viento, el valor medio se debe utilizar como el valor durante cada funcionamiento. Cuando la diferencia est´a entre el 5 % y el 10 %, el cambio en la fricci´on y efecto del viento se debe proporcionar uniformemente del principio al final del funcionamiento. Un funcionamiento debe ser repetido si la diferencia correspondiente en p´erdida por fricci´on y efecto del viento est´ a sobre el 10 %. Un m´etodo alternativo es medir la perdida de potencia y la temperatura del l´ıquido refrigerador de la m´aquina para cada arranque y para trazar las p´erdidas por fricci´ on y efecto del viento como en la Fig. 2.8. Las p´erdidas por fricci´on y efecto del viento para los funcionamientos descritos en 2.14.2.7 se asocian a la temperatura medida del l´ıquido refrigerador durante cada arranque. En algunas m´aquinas, una diferencia del 10 % en p´erdida por efecto del viento y la fricci´ on se puede experimentar con una variaci´on en la temperatura del l´ıquido refrigerador de 4ºC.

Figura 2.8: Diagrama de las p´erdidas por efecto del viento vs temperatura[3]

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.14.2.10.

64

´ CON FACTOR DE POTENCIA CERO CURVA DE SATURACION

La curva de saturaci´ on con factor de potencia cero puede ser obtenida por sobre excitaci´ on de la m´ aquina que es probada mientras est´a conectada a una carga consistente de funcionamiento lento, baja excitaci´ on, m´ aquinas s´ıncronas. Para el ajuste apropiado de la excitaci´on de la m´aquina que es probada y de la de su carga, el voltaje en los terminales puede ser variado mientras que la corriente de armadura de la m´ aquina que es probada debe ser constante en el valor especificado. La curva de saturaci´ on con factor de potencia cero, de la m´aquina que es probada, es el diagrama del voltaje en los terminales vs la corriente de campo seg´ un las indicaciones la Fig. 2.5 para la corriente constante de armadura. Esta caracter´ıstica se utiliza para obtener la reactancia de Potier (v´ease 2.15.2.2). Con este fin, el punto en el voltaje especificado y corriente especificada es a menudo suficiente. En el caso de una m´ aquina grande en una central el´ectrica, la prueba deseada se puede obtener generalmente por la redistribuci´on de la potencia y la carga reactiva en kilovoltamperios entre otras m´ aquinas en el mismo sistema.

2.14.3.

´ ´ ´ METODO DE ENTRADA ELECTRICA PARA LAS PERDI´ DAS Y LAS CURVAS DE SATURACION

2.14.3.1.

GENERAL

La m´ aquina se hace funcionar como motor s´ıncrono sin carga desde una fuente de alimentaci´ on de voltaje ajustable y frecuencia constante iguales a la frecuencia especificada de la m´aquina que es probada. La potencia de entrada es medida por los vat´ımetros o los medidores vatio-hora bajo varias condiciones de voltaje y corriente, para obtener las p´erdidas. Puede haber una tendencia para que la potencia de entrada sea pulsante debido a una acci´ on de oscilaci´ on entre el generador de conducci´on y la m´aquina bajo prueba. Esto dar´a lugar a una dificultad en la obtenci´ on de las lecturas correctas de la potencia de entrada. El uso de un generador de conducci´ on que tenga una bobina amortiguadora y que es apreciablemente m´as peque˜ na que la de la m´ aquina conducida puede ser provechoso. En la prueba para las p´erdidas de circuito abierto, la m´aquina bajo prueba es puesta en funcionamiento en aproximadamente el factor de potencia unitario ajustada seg´ un la corriente m´ınima de la armadura. Si hay una diferencia en la forma de onda del generador de conducci´on y de la m´ aquina bajo prueba, los arm´ onicos estar´an presentes en la corriente de entrada. Los arm´onicos pueden causar que la potencia de entrada exceda la potencia activa de entrada pr´acticamente en todos los voltajes. La importancia de este efecto puede ser resuelta por los oscilogramas de la corriente y del voltaje en los terminales de la m´aquina que es probada. 2.14.3.2.

´ INSTRUMENTO DE TRANSFORMACION

Los instrumentos de transformaci´on usados se deben aislar para voltajes altos aplicados en la prueba. La longitud y el tama˜ no de los terminales secundarios y de los valores de las otras cargas secundarias se deben indicar claramente para los prop´ositos de calibraci´on. 2.14.3.3.

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

El valor de corriente primaria de los transformadores de corriente usados para las pruebas para las caracter´ısticas de circuito abierto debe ser aproximadamente 5 % de la corriente especificada a plena carga de la m´ aquina bajo prueba. Por lo tanto, los transformadores de corriente se deben conectar a trav´es de un sistema de interruptores de desconexi´on en los terminales de la m´aquina, que se mantienen cerrados durante el ajuste de los voltajes y hasta la oscilaci´on de la m´aquina de modo que siga habiendo el valor de la corriente dentro de los transformadores. Los transformadores permanentes proporcionados para el prop´osito de medida y control se pueden utilizar para hacer los ajustes de imperfectos. Los transformadores corrientes usados para las caracter´ısticas de la prueba de circuito abierto se pueden tambi´en utilizar para uno o dos puntos de baja intensidad en la curva de p´erdidas por p´erdida en la carga. Los transformadores de corrientes permanentes o los transformadores para las pruebas especiales con valores de corriente aproximadamente 125 % del valor de corriente de la m´ aquina se pueden utilizar para los puntos e corriente m´as altos en esta curva.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.14.3.4.

65

TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

El valor de voltaje primario de los transformadores potenciales para la caracter´ıstica de la prueba en circuito abierto debe ser mayor que el voltaje l´ınea a l´ınea especificada del estator. Debe ser observado que la exactitud del transformador potencial sea lineal hasta el 10 % sobre su valor de voltaje identificado en la placa. Una alternativa es conectar el transformador potencial con el neutro. El transformador potencial debe tener una clase de est´andar de exactitud de 0.3, as´ı que el l´ımite de correcci´ on del cociente est´ a entre 0.997 y 1.003. Para las caracter´ısticas de la p´erdida por cortocircuito y de la p´erdida por p´erdida en la carga los cocientes potenciales del transformador deben estar en el cociente posible m´as bajo (v´ease 2.14.3.15). Puesto que la prueba se hace cerca de factor de potencia cero, los transformadores potenciales de alta carga se deben utilizar para reducir al m´ınimo los errores del ´ angulo de fase en bajas cargas para los instrumentos digitales de alta exactitud. 2.14.3.5.

VOLTAJE EN LOS INSTRUMENTOS

Para los puntos de baja tensi´ on y los puntos en voltaje casi normal para las caracter´ısticas de la prueba de circuito abierto, los transformadores potenciales usados deben tener valores de voltaje tales que el voltaje cree una diferencia de potencial en los vat´ımetros o los medidores de vatio-hora no sea menos del 70 % del valor de voltaje de las bobinas potenciales de los aparatos de medici´ on. Los voltajes menores del 70 % se pueden utilizar para los puntos intermedios, pues estos puntos se pueden comprobar por la curva a trav´es de los puntos tomados en los valores de voltaje recomendados del 70 % o mayores. 2.14.3.6.

MEDIDA DE LA POTENCIA DE ENTRADA

La medida de la potencia de entrada es un art´ıculo muy importante en el uso de este m´etodo de la prueba, y hay tres m´etodos de medida que pueden ser utilizados (v´ease 2.14.3.8, 2.14.3.9, y 2.14.3.10). El uno para utilizarse para cualquier prueba particular que depender´a de las condiciones de prueba. Mientras que es m´ as dif´ıcil aplicar, el m´etodo 1, cuando es usado con las precauciones apropiadas, es capaz de dar los resultados m´as exactos. A veces el m´etodo 1 y los m´etodos 2 o 3 se utilizan simult´ aneamente para obtener verificaci´on en las lecturas. 2.14.3.7.

´ CONEXIONES DE APARATOS DE MEDICION

Las conexiones que se utilizan para la lectura de la potencia de entrada dependen de las conexiones de la m´ aquina. El neutro de la m´aquina se conecta con el sistema durante la prueba, la conexi´ on de los tres vat´ımetros como en la Fig. 2.9 debe ser utilizada. Si el neutro de la m´aquina no est´ a conectado al sistema durante la prueba, se utiliza la conexi´on de los tres vat´ımetros, Fig. 2.9, o la conexi´ on de dos vat´ımetros para medir potencia trif´asica, la Fig. 2.10, puede ser utilizada. El m´etodo de los tres vat´ımetros produce un c´alculo m´as simple y correcto de correcciones en los errores del cociente y del ´ angulo de fase de los instrumentos de transformaci´on y para las correcciones de la escala de los vat´ımetros o de los errores de registro de los medidores de vatio-hora si se requieren tales correcciones. Si el neutro de la m´aquina de prueba no est´a disponible, es necesario que se utilice el m´etodo del dos vat´ımetro, Fig. 2.10, o tres vat´ımetros id´enticos conectados en estrella, para medir la potencia en las tres fases. Un punto de cada circuito secundario se debe conectar siempre con una tierra com´ un seg´ un las indicaciones de las Fig. 2.9 y 2.10. Un vat´ımetro polif´ asico puede tambi´en ser utilizado.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

66

Figura 2.9: Diagrama de conexi´ on. M´etodo de los tres vat´ımetros para medir la potencia[3]

Figura 2.10: Diagrama de conexi´ on. M´etodo de los dos vat´ımetros para medir la potencia[3] 2.14.3.8.

´ ´ DE LA POTENCIA DE ENTRADA METODO 1. MEDICION

Los instrumentos est´ an conectados seg´ un los requisitos seg´ un lo dado en la cl´ausula precedente. Todas las lecturas se deben tomar simult´aneamente. Bajo algunas condiciones de prueba, habr´a oscilaciones relativamente anchas en el indicador del instrumento. En tales casos, el indicador del amper´ımetro debe permanecer en un valor m´ınimo por una mitad de un segundo, o m´as largo para indicar que condiciones estables se han llevado a cabo para un suficiente tiempo para permitir que las lecturas exactas del vat´ımetro sean obtenidas. El vat´ımetro se debe leer simult´aneamente observando la se˜ nal del amper´ımetro. Un n´ umero de lecturas para cada punto en la curva se deben ser tomadas, y los valores medios utilizar para trazar los puntos. 2.14.3.9.

´ ´ DE LA POTENCIA DE ENTRADA METODO 2. MEDICION

Los medidores est´ andar vatio-hora est´an conectados seg´ un los requisitos dados en 2.14.3.7. En la medici´ on de la potencia durante un corto per´ıodo de tiempo, generalmente ser´a encontrado preferible al encender y apagar todos los instrumentos juntos, usando un per´ıodo por lo menos de tres minutos para las peque˜ nas m´aquinas y de cinco minutos para las m´aquinas grandes. Las precauciones convenientes deben ser tomadas de modo que los errores en la medida del tiempo no sean apreciables. Para obtener buenos resultados, es importante que las variaciones en condiciones de funcionamiento est´en reducidas al m´ınimo. 2.14.3.10.

´ ´ DE LA POTENCIA DE ENTRADA METODO 3. MEDICION

En algunos casos, puede ser conveniente utilizar los medidores ordinarios vatio-hora en vez de los medidores est´ andar portables vatio-hora (como en el m´etodo 2). Las lecturas se pueden tomar lo m´ as satisfactoriamente posible midiendo el tiempo de un n´ umero conveniente de revoluciones completas de los discos del instrumento al ver su parada.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.14.3.11.

67

EXACTITUD

Normalmente, las correcciones se requieren para la marcar la escala de los instrumentos. Para esas pruebas donde se requiere orden alto de exactitud, las correcciones se deben hacer para la relaci´ on de transformaci´ on y el error del ´angulo de fase de los instrumentos de transformaci´on, el error del ´ angulo de fase de los vat´ımetros, y los errores del medidor vatio-hora. 2.14.3.12.

´ ´ PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA

El m´etodo de la entrada el´ectrica se puede utilizar para determinar p´erdidas en circuito abierto, la curva de saturaci´ on en circuito abierto, y la curva de saturaci´on en cortocircuito con suficiente exactitud usando los instrumentos y los procedimientos normales. Los procedimientos y los instrumentos especiales descritos m´ as abajo son necesarios para obtener la medida satisfactoria de las p´erdidas por p´erdida en la carga. Puesto que el factor de potencia en las medidas para las p´erdidas por p´erdida en la carga es bajo y las medidas tambi´en incluyen dos p´erdidas relativamente grandes (fricci´on y efecto del viento m´ as las p´erdidas de I2 R para el campo y la armadura), es necesario hacer las correcciones para los errores de la relaci´ on de transformaci´on y del ´angulo de fase de los instrumentos de transformaci´ on y para las correcciones de la escala para los vat´ımetros o el error de los medidores vatio-hora. Estas correcciones se pueden aplicar m´ as f´acilmente al m´etodo de los tres vat´ımetros de medida, pues las tres lecturas son aproximadamente iguales y est´an en el mismo factor de potencia. Los factores de potencia bajas tambi´en requiere el uso de los vat´ımetros que tengan el factor de potencia de acuerdo o cerca con el factor de potencia de los circuitos en los cuales se utilizan. 2.14.3.13.

´ PERDIDA EN CIRCUITO ABIERTO

La m´ aquina probada se hace funcionar como motor s´ıncrono en aproximadamente con un factor de potencia uno y en tanto los voltajes enumerados en 2.14.2.4 como sea posible. Las lecturas se deben tomar de la potencia de entrada, del voltaje de la armadura, y de la corriente de campo. Una suficiente exactitud ser´ a obtenida en cualquier factor de potencia entre 0.95 sobreexcitado y 0.95 excitaci´ on baja. Una verificaci´on para el factor de potencia uno se puede obtener por el uso de un vat´ımetro monof´ asico conectado con la bobina de corriente en una l´ınea y la bobina de voltaje conectada a trav´es de las otras dos fases, y ajustando el campo de la m´aquina probada para obtener una lectura cero de este vat´ımetro. Las condiciones del factor de potencia uno, al usar el m´etodo del dos vat´ımetro para medir potencia trif´asica, pueden tambi´en ser comprobadas obteniendo lecturas iguales en los dos vat´ımetros o medidores vatio-hora. La p´erdida del hierro en circuito abierto en cada punto es igual a la entrada de energ´ıa menos la p´erdida por fricci´ on y efecto del viento y la p´erdida de la armadura I2 Ra (v´ease 2.14.1.3). Los resultados se pueden trazar seg´ un las indicaciones de la Fig. 2.6. Ser´ a generalmente imposible utilizar menos del 30 % del voltaje sin que la m´aquina bajo prueba caiga en sincronismo. Los datos de la p´erdida de una prueba t´ıpica se demuestran en la Fig. 2.11. Si los datos se podr´ıan llevar a voltaje cero, la intercepci´on en la parte inferior ser´ıa la p´erdida de la fricci´ on y efecto del viento. Para encontrar esta intercepci´on, una curva, seg´ un las indicaciones de la Fig. 2.12, se traza con el voltaje como la ordenada y la potencia de entrada como abscisa. Para los valores bajos de saturaci´ on, la p´erdida en el hierro var´ıa aproximadamente como el voltaje dibujado. Por lo tanto, la parte m´ as inferior de la curva del voltaje ajustada vs perdida de potencia es una l´ınea recta y se puede extender f´acilmente para dar la intercepci´on en el eje horizontal.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

68

Figura 2.11: Curva de saturaci´ on en circuito abierto y perdidas en el hierro por el m´etodo de entrada el´ectrica[3]

Figura 2.12: Construcci´ on de la curva para extrapolar la curva de p´erdida del m´etodo de la entrada el´ectrica [3] 2.14.3.14.

´ EN CIRCUITO ABIERTO CURVA DE SATURACION

La curva de saturaci´ on en circuito abierto se puede trazar de las lecturas del voltaje de armadura y de la corriente de campo tomados de la prueba de p´erdida en circuito abierto. Puesto que el voltaje de armadura no puede caer debajo del 30 % del valor especificado durante esta prueba, la porci´ on m´ as baja de la curva de saturaci´ on tendr´a que ser extrapolada al voltaje cero seg´ un las indicaciones de la Fig.2.11. 2.14.3.15.

´ ´ ´ PERDIDAS POR CORTOCIRCUITO Y PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA

La m´ aquina funciona como un motor s´ıncrono a una tensi´on fija, preferiblemente cerca de 1/3 del valor normal o en el valor m´as bajo para la cual se obtiene una operaci´on estable. La

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

69

corriente de la armadura es variada por el control de la corriente de campo. La corriente de la armadura debe variar alrededor de seis pasos entre 125 % y el 25 % de la corriente especificada y debe incluir uno o dos puntos de muy poca intensidad. El valor m´aximo de corriente en la prueba, tradicionalmente fijado en 125 %, se debe obtener del fabricante debido a que el enfriamiento del estator no permitir´ a a veces la operaci´on superior a la corriente especificada del 100 % sin da˜ no. Los registros m´ as elevados se deben tomar primero para asegurar las temperaturas uniformes de la bobina del estator durante la prueba. Las lecturas de la potencia de entrada, corriente de armadura, voltaje de armadura, y de la corriente de campo deben ser tomadas. La temperatura de los conductores del estator se debe tomar por los term´ometros situados en varios lugares al final de las bobinas, o por los detectores acoplados en m´aquinas (v´ease 2.14.2.8). 2.14.3.16.

´ CURVA DE LA PERDIDA TOTAL

La Fig. 2.1317 demuestra datos de una prueba t´ıpica usando el m´etodo de la entrada el´ectrica. La curva de la p´erdida total se compone de la fricci´on y efecto del viento, hierro, y las p´erdidas de cortocircuito. Esto se puede extrapolar (l´ınea punteada) a la corriente cero por el primer trazado por separado de la p´erdida total vs la corriente de armadura y extrapolando esta curva separada a la corriente cero seg´ un las indicaciones de la Fig.2.12. La p´erdida total a corriente cero es la suma de p´erdidas en el hierro m´ as p´erdida por fricci´on y efecto del viento. Restando esta suma de p´erdidas totales para cualquier corriente de armadura, se obtiene la p´erdida de cortocircuito para esa corriente de armadura. La p´erdida de cortocircuito es la suma de las p´erdidas de I2 Ra y de las p´erdidas por p´erdida en la carga. Las p´erdidas por p´erdida en la carga entonces es determinada restando la p´erdida de la armadura I2 Ra calculada para la temperatura de la bobina durante la prueba.

Figura 2.13: Curva del m´etodo entrada el´ectrica[3] 2.14.3.17.

´ EN CORTOCIRCUITO CURVA DE SATURACION

Es la curva resultante del trazado de la corriente de armadura vs corriente de campo seg´ un lo obtenido en 2.14.3.15 y 5.6.3.16 es la parte sobreexcitada de una curva V con factor de potencia cero. Esta curva, extendida a la corriente cero de la armadura, debe dar la misma corriente de campo que la curva sin carga de saturaci´on en el voltaje en el cual la prueba fue hecha. Una l´ınea recta que pasa por el origen, paralelo a esta parte de la curva V, es aproximadamente igual que la curva de saturaci´ on de cortocircuito.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

70

2.14.4.

´ ´ METODO DE RETRASO PARA LAS PERDIDAS Y LAS CUR´ VAS DE LA SATURACION

2.14.4.1.

GENERAL

El m´etodo de retraso para la determinaci´on de las p´erdida fue desarrollado con respecto a la prueba de generadores hidr´ aulico accionados por turbinas grandes despu´es de la instalaci´on (v´ease IEEE Std 492-1974). La disponibilidad de contadores electr´onicos hace aplicable a otras m´aquinas. Es tambi´en u ´til en pruebas de f´ abrica donde no es pr´actico o conveniente el uso de un motor impulsor separado. El m´etodo se basa en la relaci´on entre el ´ındice de desaceleraci´on total del giro, su peso y radio de giro, y la p´erdida de potencia que tiende a desacelerarlo. Las p´erdidas de la m´ aquina se obtienen de las pruebas de retraso hechas bajo condiciones tales que la potencia que tiende a desacelerar la m´ aquina es la p´erdida que se determinar´a. Las tolerancias ser´an hechas para cualquier aparato conectado con la m´aquina durante estas pruebas. Sabiendo el ´ındice de desaceleraci´ on, la p´erdida se puede determinar por la ecuaci´on siguiente: p´erdidas en (kW ) =

π 1 dn 2  Jn · 30 1000 dt

(2.7)

donde: (π/30).- Es la conversi´ on de las RP M a rad/s. n.- Es la velocidad de rotaci´ on en r/min dn/dt.- Es el ´ındice de desaceleraci´on seg´ un lo determinado por el deslizamiento de la curva de velocidad-tiempo en n, (r/min)/s. J.- Es el momento de inercia de las piezas de rotaci´on, kg · m2 . Los procedimientos ser´ an dados para obtener curvas de velocidad-tiempo y determinar ´ındices de la desaceleraci´ on, y para obtener el momento de inercia (J) de las piezas de rotaci´on. 2.14.4.2.

´ ´ Y EFECTO DEL VIENTO PERDIDA POR FRICCION

Cuando en un generador (o motor) est´a permitido para desacelerar sin ninguna excitaci´on y con sus terminales en circuito abierto, la potencia tiende a desacelerarla es la p´erdida por fricci´ on y efecto del viento. El voltaje en los terminales de la m´aquina debe primero ser comprobado y eventualmente el voltaje residual apreciable aparece, el campo debe ser desmagnetizado aplicando la corriente de campo en direcciones alternas con una magnitud sucesivamente m´as peque˜ na. 2.14.4.3.

´ PERDIDA EN EL HIERRO EN CIRCUITO ABIERTO

Las p´erdidas totales en circuito abierto son obtenidas proveyendo de excitaci´on constante durante una prueba de retraso a los terminales de la armadura en circuito abierto. Esta prueba se debe hacer en varios valores de excitaci´on para hacer un diagrama de p´erdida del hierro en circuito abierto vs el voltaje a la velocidad especificada. Restando la p´erdida por fricci´on y efecto del viento (v´ease 2.14.4.2) de la p´erdida total en circuito abierto para cada prueba, se obtiene la p´erdida en el hierro en circuito abierto. 2.14.4.4.

´ ´ PERDIDAS POR CORTOCIRCUITO Y POR PERDIDA EN LA CARGA

La p´erdida por cortocircuito m´ as la p´erdida por fricci´on y efecto del viento es obtenida proveyendo de excitaci´ on constante durante una prueba de retraso a los terminales de la armadura cortocircuitos. Esta prueba se debe hacer en varios valores de excitaci´on para hacer un diagrama de p´erdida de cortocircuito y de p´erdidas por p´erdida en la carga vs la corriente de la armadura a la velocidad especificada. Restando la p´erdida por fricci´on y efecto del viento (v´ease 2.14.4.2) se obtiene la p´erdida de cortocircuito para cada prueba. Restando la p´erdida I2 Ra (calculada en la temperatura de la bobina) de la p´erdida de cortocircuito para cada prueba, se obtiene la p´erdida por p´erdida en la carga.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.14.4.5.

71

EFECTO DEL APARATO CONECTADO

Cualquier aparato conectado mec´anicamente a la m´aquina bajo prueba puede afectar el´ectricamente los resultados, lo cual debe ser considerado. Algunas circunstancias com´ unmente encontradas se comentan en las siguientes subcl´ ausulas. 2.14.4.5.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA La m´ aquina debe ser desconectada de sus transformadores de potencia durante la prueba, o las p´erdidas del transformador deben ser evaluadas para las condiciones de prueba y ser consideradas correctamente al determinar las p´erdidas de la m´aquina bajo prueba. La medici´on de las p´erdidas del transformador es dif´ıcil porque la corriente o el voltaje son muy bajos, y el factor de potencia es muy bajo. Los valores de la p´erdida del transformador se pueden obtener a menudo del fabricante del transformador, de una prueba particular o de las pruebas similares. El m´etodo preferido de prueba es desconectar el transformador siempre que sea posible, particularmente para la prueba de cortocircuito. 2.14.4.5.2 EXCITADORES Es preferible que la m´ aquina bajo esta prueba sea excitada por una fuente separada porque ´esta elimina la necesidad de corregir los resultados para la p´erdida del excitador y el problema de mantener la excitaci´ on constante durante la desaceleraci´on. Si un excitador conectado directo es utilizado, debe ser ajustado continuamente para mantener la excitaci´on constante en la m´aquina bajo prueba, y su entrada de energ´ıa debe ser deducida los resultados del c´alculo. ´ 2.14.4.5.3 OTRO APARATO CONECTADO MECANICAMENTE La inercia J del motor y de cualquier otro aparato conectado mec´anicamente se debe agregar al de la m´ aquina bajo prueba cuando se calcula las p´erdidas. Si el aparato est´a conectado a trav´es de un engranaje o de una correa de modo que su velocidad sea diferente de la de la m´aquina bajo prueba, su inercia J se debe multiplicar por el cuadrado del cociente de su velocidad a la velocidad de la m´ aquina antes de agregarla a la inercia de la m´aquina. 2.14.4.6.

PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA

Puesto que la p´erdida a la velocidad especificada es de inter´es principal, se obtienen los datos que permitir´ an la determinaci´ on del ´ındice de desaceleraci´on a la velocidad especificada. La m´aquina bajo la prueba se enciende y funciona a la velocidad aproximadamente especificada hasta que la temperatura del cojinete sea constante. Si la unidad es un generador arrancada por una turbina hidr´ aulico, su turbina debe ser desacoplada, pero si esto no es posible debe ser desecada (v´ease 2.14.1.7 y 2.14.1.8). La unidad entonces se pone a una velocidad excesiva aproximadamente 10 %, y se desconecta de su fuente de energ´ıa que permite desacelerar. Durante el per´ıodo de la desaceleraci´ on, las condiciones de la armadura y de los devanados inductores de la m´aquina bajo prueba se establecen para adaptarse a la prueba de las p´erdidas. Se mide el ´ındice de la desaceleraci´on de modo que pueda ser determinada a la velocidad especificada. Al probar los generadores arrancados por una turbina hidr´aulica, es com´ un que la m´aquina bajo prueba est´ a arrancada el´ectricamente por otra unidad. Puesto que varias ejecuciones de pruebas se deben hacer para obtener varios puntos en las p´erdidas en el hierro y curvas de las p´erdidas por p´erdida en la carga as´ı como varias medidas por la fricci´on y efecto del viento, se puede ahorrar mucho tiempo en la prueba puede desarrollando una secuencia de operaci´on eficiente. Tan pronto como la m´ aquina bajo prueba se separe de la m´aquina de conducci´on, el campo en la m´aquina de conducci´ on se reduce pr´ acticamente a cero y la m´aquina de conducci´on baja aproximadamente al 75 % de la velocidad, donde. Cuando la m´aquina bajo prueba se acerca a la velocidad de la m´ aquina de conducci´ on, su campo se reduce esencialmente a cero. Las dos m´aquinas entonces est´ an conectadas juntas sin la excitaci´on, y el campo se aumenta gradualmente en la unidad de conducci´ on. Mientras que las m´ aquinas comienzan a entrar en sincronismo, el campo en la m´aquina bajo prueba debe ser aumentado. Ambas unidades se pueden entonces llevar hasta la velocidad excesiva deseada para otro funcionamiento de prueba. Para lograr esta resincronizaci´on, la m´aquina de conducci´on debe funcionar

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

72

con una frecuencia m´ as baja que la m´aquina bajo prueba cuando las dos m´aquinas est´an conectadas juntas. Las modificaciones de este procedimiento se pueden utilizar dependiendo de las caracter´ısticas de la m´ aquina y de la experiencia de las personas implicadas en esta prueba. Despu´es de que en la prueba de la m´aquina se deje de desacelerar, un procedimiento bien pensado se desea, especialmente para los funcionamientos en cortocircuitos donde es necesario quitar la excitaci´ on de la m´ aquina probada, cerrar los interruptores de cortocircuito de la armadura, y aplicar el valor apropiado de corriente de campo antes de que la velocidad haya disminuido demasiado. 2.14.4.7.

CUANDO LA VELOCIDAD EXCESIVA NO PUEDE SER OBTENIDA

Las curvas de retraso se deben tomar debajo de velocidad especificada, es decir, si la m´aquina es llevada hasta velocidad con una frecuencia normal de una fuente de corriente alterna, las p´erdidas se deben calcular a varias velocidades debajo de la normal hasta tan cerca de la normal como sea posible para cada condici´ on de excitaci´on, y las curvas de la p´erdida vs velocidad se deben trazar y extrapolar a la velocidad normal para conseguir un valor de aproximaci´on de la p´erdida a la velocidad normal. 2.14.4.8.

´ OMITE EL DISPOSITIVO DE DISTRICUANDO ES BAJA TENSION ´ BUCION

En algunos ordenamientos de la estaci´on de conmutaci´on, se omite el dispositivo de distribuci´ on de baja tensi´ on y la u ´nica conexi´ on de baja tensi´on posible entre las m´aquinas con la desconexi´on de los interruptores en la transferencia de baja tensi´on. En tal disposici´on, es posible hacer pruebas de retraso seg´ un lo contorneado anteriormente trayendo la m´aquina hasta la velocidad excesiva aproximadamente del 15 %, abriendo ambos interruptores de campo, y despu´es de dar un tiempo conveniente (5 a 10 seg.) para el decaimiento del campo, abriendo los interruptores de desconexi´ on y cerrando el campo en la m´ aquina bajo prueba con el voltaje de campo ajustado para dar la corriente de campo requerida. La suficiente velocidad excesiva debe permitir que la corriente de campo se eleve a su valor constante antes de que caiga la m´aquina hasta la velocidad excesiva del 10 %. Este tiempo es m´ as largo cuando la medici´on de p´erdidas es en circuito abierto que las medidas de las p´erdidas en cortocircuito, debido al efecto de la diferencia entre el tiempo constante de circuito abierto y de cortocircuito en tiempo requerido para aumentar la excitaci´on para la prueba. Sin embargo, puesto que la conmutaci´on adicional se requiere para cerrar el cortocircuito en la m´ aquina para las p´erdidas de cortocircuito, la velocidad excesiva inicial requerida para ambas condiciones es casi igual. El efecto de la acumulaci´on de campo es absolutamente sensible en la porci´ on inicial de la curva de retraso y las lecturas de esta parte no se deben utilizar para determinar p´erdidas. 2.14.4.9.

´ ´ METODOS PARA MEDIR LA DESACELERACION

Tres m´etodos para medir la desaceleraci´on se cubren en este est´andar: velocidad-tiempo, generador de C.C., y contador electr´ onico. ´ 2.14.4.9.1 METODO 1. VELOCIDAD-TIEMPO El m´etodo de velocidad-tiempo consiste en obtener los datos para una curva de velocidad de la m´ aquina vs tiempo. Los tres procedimientos siguientes se pueden utilizar para las relaciones de registros velocidad-tiempo. a) Tac´ ometro.- Este m´etodo es especialmente aplicable a las m´aquinas de inercia grande. Las lecturas simult´ aneas de un tac´ ometro exacto y de un cron´ometro son registradas. Puesto que el cron´ ometro se puede leer con mayor exactitud que el tac´ometro, la se˜ nal de leer el cron´ometro se debe dar en intervalos completos convenientes en la escala del tac´ometro. b) Registrador de la velocidad.- Una pluma actuada cerda de un tac´ometro que se utiliza para hacer un diagrama autom´ atico de velocidad vs tiempo en una carta que se mueva a una velocidad constante. Un bot´ on se debe proporcionar para hacer hincapi´e en el trazo de las r/min e indicar la hora de comienzo, tiempo de detenci´on, y cualquier lectura intermedia deseada.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

73

c) V´ıdeo/Fotogr´ afico.- Continuamente un reloj de funcionamiento y un tac´ometro el´ectrico son registrados simult´ aneamente por una c´amara de v´ıdeo cinematogr´afica o. (V´ease ASME PTC 18-1949, para los detalles adicionales.) Una serie de curvas de velocidad-tiempo se debe trazar de los datos de la prueba. Fig. 2.14. Para cada curva, la p´erdida a cualquier velocidad se puede calcular por medio de la Ecu. 2.8.

Figura 2.14: Curva t´ıpica de retraso[3] La p´erdida puede ser resuelta desde varios puntos en la curva de velocidad-tiempo y la inclinaci´ on de una tangente en cada punto usando la Ecu. 2.8. Los valores de la p´erdida se pueden entonces trazar vs la velocidad y una curva lisa dibujada a trav´es de estos puntos. Entonces la p´erdida a la velocidad especificada se lee directo en esta curva. Puede ser conveniente determinar la inclinaci´on de la curva de velocidad-tiempo en cada uno de los varios puntos espaciados a lo largo de la curva, sobre y debajo de la velocidad especificada. Estas inclinaciones entonces se trazan en funci´on de la velocidad, y la mejor curva lisa se dibuja a trav´es de ellas. La inclinaci´ on a la velocidad especificada se lee en esta curva y se utiliza en la Ecu. 2.7 para calcular la p´erdida a la velocidad especificada. Si la curva de velocidad-tiempo se dibuja cuidadosamente y si los puntos imaginarios en una curva lisa, hallan la inclinaci´on a la velocidad especificada y usando la Ecu. 2.7 se pueden dar resultados satisfactorios. Otro m´etodo para obtener la p´erdida de una curva velocidad-tiempo es elegir las velocidades n1 y n2 , sobre los cuales A es las revoluciones por minuto respectivamente bajo la velocidad especificada, ns (donden1 = ns + A, y n2 = A − ns). La curva velocidad-tiempo debe ser razonablemente recta entre las velocidadesn1 y el n2 . Los valores del tiempot1 y t2 en segundos, se leen en la curva velocidad-tiempo respectivamente en n1 y el n2 . La p´erdida entonces se calcula usando la Ecu. 2.8. p´erdidas (kW ) =

 π 2 1 2A  Jns · 30 1000 t2 − t1

(2.8)

donde: (π/30).- Es la conversi´ on de las RP M a rad/s. ns.- Es la velocidad de rotaci´ on en r/min A.- Es el incremento de la velocidad sobre y debajo de ns , r/min t2 − t1.- Es el tiempo en segundos seg´ un lo determinado por la curva velocidad-tiempo para desaceleraci´ on de (ns + A) a(ns − A). J.- Es el momento de inercia de las piezas de rotaci´on, kg · m2 . ´ 2.14.4.9.2 METODO 2. GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA Este m´etodo es un refinamiento del m´etodo 1, en el cual se obtiene una determinaci´on m´ as exacta de la velocidad. Si la m´ aquina bajo prueba tiene un excitador conectado directo, puede ser utilizada para proporcionar la indicaci´on de la velocidad. Si no hay excitador conectado directo,

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

74

un peque˜ no generador continuo se debe fijar y juntar o ce˜ nir al eje del generador. Acopl´andolo es preferible pues evita la incertidumbre del deslizamiento de la correa. Si una correa debe ser utilizada, la verificaci´ on descrita m´ as adelante se debe utilizar para cerciorarse de que ningunos errores est´ an ocurriendo por el deslizamiento de la correa. La m´aquina de C.C. debe ser excitada con una bater´ıa de voltaje constante (No. 1). Las conexiones convenientes del cableado deben ser hechas de modo que el voltaje del generador continuo sea opuesto al voltaje de una segunda bater´ıa (No. 2). (V´ease la Fig. 2.15 para un diagrama de conexiones t´ıpico.)

Figura 2.15: Medici´on de la velocidad para un generador DC[3] La bater´ıa n´ umero 1 debe tener un voltaje de salida cerca de 1/10 o menos del voltaje especificado del circuito de campo del generador continuo as´ı que la p´erdida de I2 R en el campo por separado excitado no cambiar´ a materialmente la temperatura y por lo tanto la resistencia de eso. Dos volt´ımetros deber´ıan ser elegidos uno para leer el voltaje de la bater´ıa n´ umero 2 aproximadamente a la escala completa y el otro, alrededor de 1/5 de este rango, para leer la diferencia entre los voltajes de la bater´ıa n´ umero 2 y la corriente directa del generador. El voltaje de la bater´ıa n´ umero 2 debe ser tal que el voltaje diferenciado entre ´el y la corriente continua sea aproximadamente cero al 10 % bajo la velocidad especificada de la m´aquina bajo prueba. El voltaje del volt´ımetro diferencial por lo tanto ser´a aproximadamente completo en la velocidad excesiva del 10 %. La velocidad es proporcional a la suma de las bater´ıas y del voltaje diferencial. El ´ındice de desaceleraci´ on se deriva como sigue: donde: K.- Factor de proporcionalidad que relaciona la velocidad con el voltaje (no es realmente necesario evaluar K) EB .- Voltaje de la bater´ıa n´ umero 2 ED .- Voltaje diferencial nC .- Velocidad sabida (en r/min) en el cual las p´erdidas pueden ser determinada (generalmente a velocidad especificada). EDC .- Voltaje diferencial determinado a la velocidad nc . nc = K(EDC + EB ) o K =

nc DDC + EB

n = K(ED + EB )velocidad en un punto de prueba Kd · ED nc dED dn = = · dt dt ED C + EB dt dED = ´ındice o disminuci´on del voltaje diferencial, V /s dt dn = indice de desaceleracion (r/min)/s dt

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

75

La velocidad nC a la cual la p´erdida es pretendida (velocidad generalmente especificada) se debe comprobar bajo condiciones constantes por la comparaci´on con la frecuencia conocida del sistema o por un tac´ ometro o un medidor de frecuencia exacto. El valor EDC del voltaje diferenciado a esta velocidad debe ser registrado. Entonces la velocidad se debe estar al 10 % de la velocidad excesiva aproximadamente, a las condiciones de prueba establecidas en la m´aquina, y a la lectura del ED tomada en los intervalos de tiempo iguales durante el retraso. El uso uniforme de los intervalos de tiempo ayuda al trazado y comprobaci´on de los resultados. El valor del ED vs tiempo en segundos deber´ıa ser trazado y una curva recta se debe dibujar a trav´es de los puntos. La inclinaci´on de esta curva (dED /dt) en el punto donde ED = EDC es usada para determinar la p´erdida. La p´erdida entonces se calcula usando la Ecu. 2.9 como sigue: p´erdidas en (kW ) =

 π 2 1 (n2c ) dE D  J  30 1000 (EDC − EB ) dt

(2.9)

donde: (π/30).- Es la conversi´ on de las RPM a rad/s. J.- Es el momento de inercia de las piezas de rotaci´on, kg · m2 . El voltaje de la bater´ıa n´ umero 2 y el voltaje diferenciado EDC a la velocidad nc se deben comprobar por lo menos una vez cada hora para asegurarse de que un cambio de temperatura ambiente o la descarga de la bater´ıa no ha cambiado sus valores. Una verificaci´on u ´til despu´es de realizar la prueba de circuito abierto de la p´erdida en el hierro (v´ease 2.14.4.3) es trazar el ED vs el voltaje del generador de corriente alterna. Esta curva debe ser una l´ınea recta. El valor del voltaje diferenciado ED debe ser (- EB ) cuando la curva se proyecta a voltaje cero del generador de corriente alterna. Esta verificaci´ on se debe hacer siempre que se utilizan un excitador con correa o un generador de corriente continua con correa, para asegurarse de que la velocidad de la m´aquina con correa es proporcional a la de la m´aquina bajo prueba. En caso contrario, la l´ınea proyectada no corresponder´ a a (- EB ) en el voltaje cero del generador de corriente alterna. As´ı mismo, el volt´ımetro diferencial debe ser verificado cuidadosamente con la bater´ıa del volt´ımetro o resultara la misma condici´on. ´ ´ 2.14.4.9.3 METODO 3. CONTADOR ELECTRONICO Los contadores de intervalos electr´onicos de alta velocidad permiten registrar el intervalo de tiempo requerido para que el rotor haga un n´ umero predeterminado de revoluciones. Una variedad de contadores est´ an disponibles, cada uno de los cuales requiere un procedimiento apropiado para su uso y para el an´ alisis de la velocidad y el ´ındice de desaceleraci´on. En el ejemplo siguiente, se asume que un contador mide el intervalo de tiempo t1 , requerido para nr revoluciones, despu´es un segundo grupo de revoluciones nr , el contador mide el intervalo de tiempo t3 requerido para un tercer grupo de revoluciones nr , etc. El contador contin´ ua midiendo la duraci´on del tiempo de los grupos alternos de revoluciones nr del rotor de la m´aquina que es probada. Entonces de una sola prueba de retraso, una lista de intervalos, t1 , t3 , t5 , t7 , etc., deber´ıa ser obtenida. La velocidad media n para los intervalos de tiempo t1 y t3 por ejemplo, y el ´ındice medio de la desaceleraci´ on dn/dt son calculados por las Ecu. 2.10 y 2.11. 30nr · (t1 + t3 ) t1 t3

(2.10)

dn 60nr (t3 − t1 ) = dt t1 t3 (t1 + t3 )

(2.11)

n=

donde: n.- Es la velocidad en r/min dn/dt.- Es la desaceleraci´ on angular, (r/min)/s t1 .- Es el tiempo para el primer grupo de nr revoluciones del rotor, segundos t3 .- Es el tiempo para el tercer grupo de nr revoluciones del rotor, segundos. nr .- Es el n´ umero de revoluciones del rotor en cada uno de los intervalos t1 , t3 , y en el intervalo de intervenci´ on. La velocidad promedio, n, y el ´ındice promedio de la desaceleraci´on, dn/dt, para cualquier de los dos intervalos, tal como ts y t7 , ser´ıan obtenidos substituyendo ts y t7 para t1 , y t3 en las Ecu.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

76

2.10 y 2.11. Trazando la desaceleraci´on en funci´on de la velocidad, el valor se puede obtener por la interpolaci´ on para cualquier velocidad deseada. La substituci´on de n y de dn/dt en la Ecu. 2.8 se determina las p´erdidas. 2.14.4.10.

´ EN CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCURVAS DE SATURACION CUITO

Las curvas de la saturaci´ on deben ser obtenidas mientras funciona la unidad a la velocidad especificada si es posible (v´ease 2.14.2.4, 2.14.2.7, 2.14.3.12, y 2.14.3.13). La curva de situaci´on en circuito abierto se puede comprobar por los datos de las pruebas de retraso en circuito abierto, 2.14.4.3, usando las lecturas del voltaje de la armadura, de la corriente de campo, y de la velocidad. Las lecturas del voltaje para cada prueba se trazan vs la velocidad. El valor del voltaje a la velocidad especificada constituye un punto en la curva de saturaci´on cuando est´a trazado vs la corriente de campo correspondiente. La curva de saturaci´on en cortocircuito se puede comprobar adem´as por datos de las pruebas de retraso en cortocircuito (v´ease 2.14.4.4); pero en esta prueba ser´a hallar´a que la corriente de la armadura es pr´ acticamente constante a trav´es de un considerable rango de sobre velocidad y baja velocidad especificada, eliminando la necesidad de corregir las corrientes de armadura a los valores de velocidad especificada para el uso en la curva de saturaci´on. 2.14.4.11.

´ DEL METODO ´ DETERMINACION 1. DE J

El valor del momento de inercia (J) del rotor se obtiene acostumbradamente del fabricante, quien puede calcular el valor. 2.14.4.12.

´ ´ DE J METODO 2. DETERMINACION

La p´erdida por fricci´ on y efecto del viento se debe determinar primero por el m´etodo del arranque del motor por separado (v´ease 2.14.2.7). El valor de J se calcula de la curva de retraso de la m´ aquina inexcitada y del valor conocido de la p´erdida por fricci´on y efecto del viento, usando la ecuaci´ on 2.8. 2.14.4.13.

´ ´ DE J METODO 3. DETERMINACION

La m´ aquina se hace funcionar como motor s´ıncrono sin carga a la velocidad normal en aproximadamente el factor de potencia de la unidad (v´ease 2.14.3.11). Se mide la potencia de entrada; esto incluye las p´erdidas por fricci´ on y efecto de viento, hierro, y en el cobre. La p´erdida en el cobre se debe restar para obtener la p´erdida que estar´a presente en una prueba de retraso de circuito abierto a la misma corriente de campo. Una prueba de retraso a la misma corriente de campo con la armadura en circuito abierto entonces dar´a las datos necesarios para ser substituida en la Ecu. 2.14 con las p´erdidas sabidas, para obtener J. 2.14.4.14.

´ ´ J METODO 4. DETERMINACION

El valor de J se puede determinado experimentalmente tomando del funcionamiento retardado con la m´ aquina inexcitada, y otro funcionamiento con la m´aquina inexcitada, pero con el excitador conectado directo cargado en un resistor variable, manteniendo una salida de potencia constante. De la carga medida y de las p´erdidas sabidas del excitador, el valor de J se puede calcular de las dos curvas de retraso. 2.14.4.15.

´ ´ J METODO 5. DETERMINACION

Cuando el valor de J debe ser utilizado para la determinaci´on de las p´erdidas (v´ease 2.14.4) o la determinaci´ on del par, el m´etodo del p´endulo f´ısico descrito m´as abajo se debe utilizar para el incremento en la exactitud. Es posible determinar el valor de J por el procedimiento siguiente: el rotor se apoya libremente colocado en cojinetes horizontales con un soporte de dos o tres veces m´ as grandes que el di´ ametro del gorr´ on. En caso de que los dos gorrones no est´en del mismo di´ametro, es necesario equipar el gorr´ on m´ as peque˜ no de un buje ajustado para construirlo hasta el tama˜ no del m´ as grande. El rotor debe ser desplazado y permitido oscilar libremente en los cojinetes y el

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

77

tiempo requeridos para hacer varias oscilaciones se debe medir exactamente con un cron´ometro. El radio de giro (k) en el SI de unidades se puede entonces calcular por medio de la ecuaci´on siguiente: s gr2 k = R2 −1 (2.12) 2 4π (R1 − R2 ) donde: k.- Es el radio de giro en metros. R1 .- Es el radio de cojinetes en metros. R2 .- Es el radio de gorrones en metros. t.- Es el tiempo de un ciclo de oscilaci´on, en segundos. g.- Es la aceleraci´ on debido a la gravedad = 9.807 m/s2 . entonces: J = M k2

(2.13)

donde: M .- Es la masa del rotor en kg. Alternativamente, un rotor equilibrado de peso conocido, soportado por su eje que descansa sobre dos carriles horizontales de una manera tal que su eje sea nivelado, se convierte en un p´endulo f´ısico (compuesto) cuando un desequilibrio esta r´ıgidamente unido a su per´ımetro. En caso de que los dos gorrones no sean del mismo di´ametro, es necesario equipar el peque˜ no gorr´ on de un buje ajustado para construirlo hasta el tama˜ no del m´as grande. Cuando la geometr´ıa, la masa, y la posici´ on de tal desequilibrio se saben, el per´ıodo de oscilaci´on debe ser medido exactamente y el momento de inercia J se puede entonces calcular por medio de la ecuaci´ on siguiente: J=

g 2 t U b − M a2 − U (b − a)2 4π 2

(2.14)

donde: J.- Es el momento de inercia (gravedad) de las piezas de rotaci´on, kg ˆm2 . g.- Es la aceleraci´ on debido a la gravedad, 9.807 m/s2 . a.- Es el radio del rodamiento autolubrificante, m. b.- Es la distancia del eje del rotor al centro de gravedad de desequilibrio, en metros. U .- Es la masa de desequilibrio agregado, en kg. M .- Es la masa del rotor equilibrado, kg. t.- Es el tiempo de un ciclo de oscilaci´on, s.

2.14.5. 2.14.6.

EFICIENCIA ´ ´ METODO 1. PERDIDAS SEGREGADAS

La eficacia convencional se relaciona con la suma de las p´erdidas segregadas como sigue: Para un generador: ef iciencia ( %) = 100 −

(perdidas · 100) (salida + perdidas)

(2.15)

(perdidas · 100) (salida)

(2.16)

Para motor: ef iciencia ( %) = 100 −

En las ecuaciones antes dichas, la potencia, de entrada, y las p´erdidas est´an en las mismas unidades. Las p´erdidas que ser´ an incluidas y c´omo evaluarlas se especifican en la serie est´andar de aplicaci´ on ANSI C50 y NEMA MG1-1978

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.14.7.

78

´ METODO 2. ENTRADA - SALIDA

La eficiencia del m´etodo de la entrada-salida se determina como sigue: salida · 100 (2.17) entrada La entrada y la salida est´ an en la misma unidad. El m´etodo preferible de medici´ on de entrada a un generador o salida de un motor es utilizar un dinam´ ometro. La entrada o la salida de potencia se obtienen de la ecuaci´on siguiente: ef iciencia ( %) =

P otencia(kW ) =

(nT ) k

(2.18)

donde: n.- Es la velocidad de rotaci´ on,r/min. T .- Es el par. k.- Es 9549 si T est´ a en pulgadas · m K.- Es 7043 si T est´ a en lbf · pie Para la correcci´ on del dinam´ ometro, acoplado al efecto del viento, y la p´erdida del cojinete ver IEEE Std 112-1991, forma B. La entrada el´ectrica al motor o la salida del generador debe ser medida cuidadosamente. Los terminales de los transformadores potenciales deben ser conectados con los terminales de la m´aquina bajo prueba, eliminando de tal modo la posibilidad de incluir ca´ıda de voltaje en el cable externo. Las lecturas de los instrumentos se deben corregir para los errores de escala, y para los errores en el ´ angulo de fase de la corriente y el voltaje de los transformadores. Si un dinam´ ometro no est´ a disponible, la prueba de la m´aquina se puede hacer funcionar cargada por una corriente alterna o un motor o un generador de la corriente continua. La curva de eficiencia de tal m´ aquina debe estar disponible y su exactitud probada antes de que la m´aquina se pueda utilizar en pruebas de la entrada-salida.

2.15.

´ ´ EXCITACION DE LA CARGA Y REGULACION DE VOLTAJE

2.15.1.

GENERAL

La corriente o la excitaci´ on de campo requerida para funcionar una m´aquina s´ıncrona bajo varias condiciones de carga de estado estacionario de potencia aparente, factor de potencia, y voltaje se puede obtener por los m´etodos descritos m´as abajo. Para hacer estos c´omputos se requiere la informaci´ on siguiente de la m´ aquina: curva de saturaci´on en circuito abierto, resistencia de la armadura, reactancia directa no saturada del eje, reactancia no saturada del eje en cuadratura, y la reactancia de salida de Potier. Los m´etodos para determinar la reactancia de Potier o de salida se describen en las cl´ ausulas siguientes. El fabricante puede suministrar en algunos casos los constantes de la m´ aquina y la curva de saturaci´on en circuito abierto.

2.15.2.

´ METODOS DE PRUEBA

a) Curva de saturaci´ on en circuito abierto (v´ease 2.14.2.5) b) Resistencia de la armadura (Ra) c) Reactancia s´ıncrona no saturada del eje directo (Xdu) d) Reactancia s´ıncrona no saturada del eje en cuadratura (Xqu) Algunos de estos m´etodos siguientes son parte de los requisitos del par´ametro para los c´alculos de la excitaci´ on, y se describen m´ as completamente en otras secciones o cl´ausulas. 2.15.2.1.

REACTANCIA DE LA SALIDA DE LA ARMADURA (Xl )

No hay pruebas espec´ıficas para determinar directamente Xl . La reactancia de la salida se deriva del c´ alculo de la inductancia de la salida (v´ease IEEE Std 100-1992). Se compone de varios elementos:

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

79

a) Ranura de salida b) Terminal de la conexi´ on de salida c) Salida del entrehierro. Las salidas del entrehierro son clasificadas a veces por los dise˜ nadores de la m´aquina como salida en “zigzag” y de la “correa”. Puesto que los flujos asociados a las salidas del entrehierro est´ an en aire, estas inductancias y reactancias en una m´aquina bajo carga son casi constantes. Los flujos de salida de la ranura atraviesan las trayectorias en el hierro y el aire. Si el hierro que rodea la ranura se satura, la fuerza magnetomotriz (f.m.m) asociada a la trayectoria del hierro puede llegar a ser significativa. As´ı, la reactancia de salida puede no ser constante para la gama entera de corrientes de la armadura, especialmente para las corrientes de cortocircuito. Porque la reactancia de salida es resuelta de los detalles geom´etricos y f´ısicos generalmente solamente disponibles para el dise˜ nador, el fabricante es el que puede proporcionar el valor de la reactancia de la salida. 2.15.2.2.

REACTANCIA DE POTIER DESDE LA PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA CERO

La reactancia de Potier es determinada de la curva de saturaci´on en circuito abierto y del valor de corriente en la curva sobreexcitada de saturaci´on con factor de potencia cero (v´ease 2.14.2.4 y 2.14.2.10). Las curvas t´ıpicas se trazan en la Fig. 2.16 La intersecci´on de la curva de saturaci´ on en factor de potencia cero con la ordenada del valor de voltaje localiza el punto d, seg´ un las indicaciones de la Fig. 2.16. A la izquierda de d en la ordenada del valor de voltaje, se anuncia la longitud ad es igual a la corriente de campo (IF SI ) para el voltaje cero en la curva de saturaci´ on con factor de potencia cero. Este valor de la corriente de campo tambi´en corresponde a que se requiere para el valor de la corriente de la armadura bajo condiciones continuas de cortocircuito. Esto es igual a la l´ınea a-d en la Fig. 2.16. A trav´es de a la l´ınea ab es dibujada paralelamente a la l´ınea del entrehierro. La intersecci´on de esta l´ınea con la curva de saturaci´ on sin carga real localiza en el punto b. La distancia vertical bc desde el punto b a la ordenada del valor de voltaje, expresada en por unidad, es igual al producto de la reactancia de Potier en por unidad, Xp , y por la corriente de armadura en por unidad. Cuando la corriente de la armadura es 1.0 p.u., entonces el valor, por unidad de bc es igual a Xp en por unidad. Si la curva de saturaci´ on con factor de potencia cero para una corriente substancialmente diferente del valor de la corriente utilizada, el valor de aproximaci´on de Xp puede ser encontrado adem´ as dividiendo el voltajebc. En por unidad por el valor de la corriente de armadura (en por unidad del valor de la corriente), para la cual se dibuja la curva.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

80

Figura 2.16: Determinaci´on del voltaje de la reactancia de Potier[3] 2.15.2.3.

´ DE LA REACTANCIA DE POTIER BAJO OPERADETERMINACION ´ ´ CION NORMAL DE LA MAQUINA

Este m´etodo es el m´ as aplicable cuando una prueba se lleva a cabo con la m´aquina funcionando cerca de la plena carga y en condiciones terminales con el factor de potencia unidad o sobreexcitado. Las lecturas se toman de voltaje y corriente de armadura, los kilovatios y los kilovars (o los megavatios y los megavars), y corriente de campo. Los pasos siguientes resumen el procedimiento para determinar en por unidad Xp . La impedancia s´ıncrona no saturada del eje directo (Xdu ) se debe conocer, tan bien como la curva de saturaci´on en circuito abierto. Para las m´aquinas de polos salientes, la reactancia s´ıncrona del eje en cuadratura Xqu debe tambi´en ser conocida. a) Calcular un valor de la excitaci´on en p.u. o el valor de corriente de campo en p.u. (IF U ) seg´ un lo descrito en 2.15.3.3 o 2.15.3.4. b) Determinar el valor de la corriente de campo medida IF en p.u. dividiendo la corriente para el valor base de la corriente de campo que corresponde al voltaje en el terminal 1.0 por unidad en el entrehierro dada en la curva de saturaci´on en circuito abierto. Este valor base se refiere como IF G (v´ease la Fig. 2.20). c) Determinar IF S = IF = IF U . d) Usar cualquier proceso deseado y apropiado, determinar el valor en p.u. de Ep (el voltaje detr´ as de la reactancia de Potier) en la ordenada, por ejemplo, la Fig. 2.20. Esto demuestra una curva de saturaci´ on en circuito abierto e incluye la l´ınea del entrehierro. Usando la diferencia (IF S ) entre un valor del voltaje en la curva de saturaci´on en circuito abierto y el mismo valor del voltaje en la l´ınea del entrehierro, la magnitud real del Ep, correspondiendo a esta condici´ on de medida para determinar el IF S ,. Es representada por una l´ınea paralela al eje x (o a la abscisa). e) La posici´ on del fasor de Ep relativa a Ea no se sabe; sin embargo, la Fig. 2.17 indica la relaci´ on real de la fase entre Ea en por unidad y Ia en por unidad. El ´angulo del factor de potencia, φ, tambi´en se muestra. La magnitud de Ep est´a determinada en el paso d. f) La magnitud del fasor Ep − Ea en unidad puede ahora ser determinado por la siguiente ecuaci´ on: p (2.19) |Ep − Ea | = Ea2 − (Ea cos φIa R1 )2 − Ea sin φ

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

81

NOTA.- El fasor Ia R1 se descuida casi siempre en este c´alculo. Si est´a utilizado, el signo (+) es para la operaci´ on de generador, y el signo (-) es para la operaci´on de motor. Entonces: Xp =

|Ep − Ea | Ia

(2.20)

donde: Ia .- Es el valor en p.u. de la corriente del estator usada en el paso e) NOTAS: 1. En realidad, el t´ermino de Ia Xp en la figura debe ser una ca´ıda de voltaje en la impedancia. Sin embargo, en m´ aquinas grandes de 100-200 kilovatios, el t´ermino de la resistencia son generalmente bastante peque˜ nos que puede ser descuidado. Seg´ un lo observado en 2.14.2.10, la reactancia de Potier puede ser resuelta a partir de un punto: la corriente de campo requerida para la corriente determinada de la armadura en el voltaje determinado cuando la m´aquina est´ a en condici´ on sobreexcitada con factor de potencia cero. Cuando la corriente de campo excede lo correspondiente al factor de potencia por unidad en la prueba e voltaje, la m´aquina se considera estar sobreexcitada. Inversamente, cuando la corriente de campo es menos que la correspondiente al factor de potencia unidad, la m´aquina esta en excitaci´on baja. 2. Para las condiciones sobreexcitadas en un generador la corriente de la armadura (Ia ) se retrasa el voltaje el terminal (Ea) en fase, y φ, el ´angulo del factor de potencia, es negativo. Al contrario es verdad para un motor s´ıncrono sobreexcitado (el φ es positivo), eIa tiene el voltaje del terminal (Ea ) en fase. Referirse a la fig. 2.182.19. La convenci´on para el ´angulo positivo en estos diagramas de fasor es que la rotaci´on de fase es contada a la derecha.

Figura 2.17: Calculo de la magnitud de Ep − Ea [3] Te´ oricamente, la salida y las reactancias de Potier deben ser del mismo valor. Sin embargo, debido al fen´ omeno de la saturaci´ on, diferencian a menudo. El anexo 5A proporciona una cierta informaci´ on de fondo en la exactitud de usar la salida o la reactancia de Potier en el c´omputo del componente de la saturaci´ on de la corriente de campo de la excitaci´on en cualquier condici´on de carga. Puesto que el c´ omputo de la eficiencia de una m´aquina s´ıncrona se puede afectar por el m´etodo usado en la computaci´ on de la corriente de campo y, puesto que la eficiencia es a menudo una importante garant´ıa, del cliente y del fabricante debe convenir qu´e la reactancia (Potier o salida) ser´ a utilizado para computar la corriente de campo adicional para compensar la saturaci´on en la m´ aquina.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.15.3.

82

´ ´ ´ DE LA CARMETODOS DE CALCULO DE LA EXCITACION GA PARA ESPECIFICAR LAS CONDICIONES DE LOS TER´ MINALES DE LA MAQUINA

La corriente de campo para una espec´ıfica corriente de armadura, voltaje, y un factor de potencia de una m´ aquina s´ıncrona se puede obtener por de varios m´etodos de c´alculo. 2.15.3.1.

´ DE LA EXCITACION ´ DE LA CARGA EN CONDIDETERMINACION ´ CIONES ESPECIFICAS DE OPERACION

La corriente de campo para una espec´ıfica corriente de armadura, factor de potencia, y un voltaje puede ser obtenida directamente cargando la m´aquina en las condiciones especificadas y midiendo la corriente de campo requerida. Este m´etodo no es generalmente aplicable a las pruebas de f´ abrica, particularmente en m´ aquinas grandes, sino se puede emplear a veces despu´es de la instalaci´ on. Cuando dos m´ aquinas similares est´an disponibles, el m´etodo s´ıncrono de reacci´on de la carga se puede utilizar en la prueba de f´abrica. 2.15.3.2.

TERMINOLOG´ IA Y DEFINICIONES

La terminolog´ıa siguiente se utiliza en 2.15.3.3 y 2.15.3.4, que describen los pasos en el an´alisis del diagrama fasor: Ea .- Voltaje en el terminal de la m´aquina (o kilovoltios), en por unidad. Ia .- Corriente de la armadura de la m´aquina en por unidad. EQD .- Localizaci´ on de un fasor en reacci´on con Ea , definiendo al eje magn´etico de cuadratura de la m´ aquina, y por lo tanto al desplazamiento de la fase δ relativa con Ea. El s´ımbolo, δ generalmente se calcula en grados el´ectricos y es positivo para un generador y negativo para un motor s´ıncrono (EQD del motor s´ıncrono es tambi´en una voltaje ficticio posterior de Xqu ). EGU .- Voltaje generado posterior de Xdu , en por unidad. IF U .- Corriente de campo (generalmente en amperios o a veces en por unidad) requerida para inducir un voltaje EGU en el entrehierro. (V´ease Fig. 2.20) Ep .- Voltaje posterior de la reactancia de Potier, Xp , en por unidad. R1 .- Resistencia de secuencia positiva. Esto se asume generalmente para ser igual a Ra , la resistencia del estator por fase. IF G .- 1.0 en por unidad de los amperios de campo correspondientes a 1.0 por unidad de Ea en el entrehierro. 2.15.3.3.

´ ´ ANALISIS DEL DIAGRAMA FASOR - MAQUINAS DE POLOS SALIENTE

La excitaci´ on de la corriente de campo para el voltaje de la armadura, la corriente, y el factor de potencia especificados se puede computar usando uno de los diagramas de fasor en la Fig. 2.182.19. Los procedimientos siguientes se utilizan para las m´aquinas de polos saliente (generadores y motores). NOTA.- Para la notaci´ on del generador el signo “+” debe ser utilizado cuando un “±” se encuentra; inversamente el signo “-” se debe utilizar para los motores). Los pasos siguientes se indican para determinar la magnitud y fase de EGU y de IF U . El ´angulo del factor de potencia φ es positivo cuando Ia adelanta a Ea , y negativa cuando Ia se retrasa de Ea . En la expresi´ on siguiente, se asume una notaci´on del generador. Para la notaci´on del motor, el signo mas se convierten en signos menos, y el un signo menos abajo se cambia a un signo m´as. −1

δ = tan



(|Ia |Ra  sin φ + |Ia |Xqu  cos φ) (|Ea | + |Ia | cos φ − |Ia |Xqu  sin φ) Id =

|Ia | · sin(δ − φ) (δ − 90)

 (2.21)

(2.22)

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

83

Figura 2.18: Diagrama Fasor para el c´alculo del voltaje generado no saturado EGU para las m´aquinas de polos salientes.Notaci´ on del Generador[3]

Figura 2.19: Diagrama Fasor para el c´alculo del voltaje generado no saturado EGU para las m´aquinas de polos salientes.Notaci´ on del Motor[3]

Iq = |Ia | cos(δ − φ)/δ

(2.23)

NOTA.- Los ´ angulos deId eIq se muestran relativos al fasor Ea para el modo de generador. La notaci´ on del generador se demuestra en las ecuaciones siguientes del fasor: EGU = Ea + Ia Ra + jIq Xqu + jId Xdu

(2.24)

Determinar IF U localizando EGU en la l´ınea del entrehierro (la Fig. 2.20 ). Calcular el voltaje posterior deEp . Ep = Ea + Ia Ra + jIa Xp

(2.25)

Para la notaci´ on del motor, todos los signos (+) en las Ecu. 2.242.25se convierte signos menos. Encontrar el incremento de la saturaci´on, IF S , la diferencia entre el valor de la corriente de campo requerido para inducir Ep en el entrehierro, y ese valor de la corriente de campo que corresponde a Ep en la curva de saturaci´on de circuito abierto (v´ease Fig 2.20). IF , la corriente de campo total, incluyendo los efectos de la saturaci´on, es igual aIF U + IF S .

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.15.3.4.

84

´ ´ ANALISIS DEL DIAGRAMA FASOR PARA MAQUINAS DE ROTOR CIL´ INDRICO

El procedimiento es m´ as simple desde Xqu = Xdu . La notaci´on del generador se asume otra vez. a) Calcular el voltaje generado no saturado. EGU = Ea + Ia Ra + jIa Xdu

(2.26)

b) Encontrar IF U paraEGU de la l´ınea del entrehierro de la curva de saturaci´on en circuito abierto. c) Calcular el voltaje posterior de la reactancia de Potier. Ep = Ea + Ia Ra + jI a · Xp

(2.27)

d) Encontrar la corriente incremental de campo, IF S para explicar la saturaci´on (v´ease Fig. 2.20). e) Calcular la corriente de campo total, como en 2.15.3.3, es igual a la suma total de IF U y de IF S .

Figura 2.20: T´ıpica curva de saturaci´on en circuito abierto para un generador de 2400 KVA[3] 2.15.3.5.

´ ´ ´ CALCULOS GRAFICOS DE LA EXCITACION USANDO LA REAC´ TANCIA DE POTIER Y SIN PROTUBERANCIA DE LA MAQUINA

La excitaci´ on de la carga primero se calcula de datos de prueba usando la reactancia de Potier. Este m´etodo consiste en determinar del voltaje, Ep , posterior de la reactancia de Potier seg´ un las indicaciones de la Ecu. 2.28 y de la Fig. 2.21 donde: Ea .- Es el voltaje espec´ıfico en el terminal.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

85

Ia .- Es la corriente espec´ıfica de la armadura R1 .- Es la resistencia de la secuencia positiva Xp .- Es la reactancia de Potier. Los valores se pueden presentar por la escala, poniendo Ia R1 a la derecha para un generador y a la izquierda para un motor, y poniendo Ia Xp verticalmente hacia arriba como se muestra. Para una m´ aquina sobreexcitada, el ´ angulo del factor de potencia φ, es positivo y dibujado sobre la horizontal. Para una m´ aquina de excitaci´on baja,φes negativo y dibujada debajo de la horizontal. Para este an´ alisis, la corriente y el voltaje de armadura est´an en por unidad mientras que la corriente de campo est´ a en amperios o por unidad. q (2.28) Ep = (Ea cos φ ± Ia R1 )2 + (Ea sin φ + Ia Xp )2 p.u donde: Xp .- Es la reactancia de Potier, por unidad Ea .- Es el voltaje especificado en el terminal de la armadura, por unidad Ia .- Es la corriente especificada de la armadura, por unidad R1 .- Es la resistencia de secuencia positiva por unidad. Ra puede ser usada si los datos de R1 son inasequibles. φ.- Es el ´ angulo del factor de potencia, positivo para la operaci´on sobreexcitada, negativo para la operaci´ on de excitaci´ on baja. Ia R1 .- Es positivo para un generador y negativo para un motor NOTA.- La convenci´ on del signo para el ´angulo del factor de potencia, φ seg´ un lo utilizado en Ecu. 2.28 y 2.29 es opuesta a la usada en el an´alisis del diagrama del fasor en 2.15.3.3. El uso en 2.15.3.3 es com´ un en el an´ alisis de la estabilidad y de la excitaci´on de m´aquinas s´ıncronas. 2.15.3.5 se ha repetido extensamente en IEEE Std 115-1983 y se conserva para los prop´ositos continuos. Impl´ıcitamente, el fasor de referencia para determinar el signo de φes la corriente de armadura Ia . La corriente de campo de la carga para una corriente de armadura, factor de potencia, y voltaje especificados se puede obtener seg´ un las indicaciones de las Fig. 2.22 y 2.23. Los valores se deben presentar a una escala conveniente con el ´angulo del factor de potencia a la derecha de la vertical para una m´ aquina sobreexcitada o a la izquierda de la vertical para una m´aquina de excitaci´ on baja. El ´ angulo el´ectrico entre IF G e IF L corresponde al ´angulo de potencia, δ, de la m´aquina. Esto se basa en la suposici´ on que Xqu = Xdu . Ambos Fig. 2.22 y 2.23 muestran la operaci´on del generador. Los diagramas para la operaci´on del motor ser´ıan im´agenes de espejo de estas y con un angulo el´ectrico negativo δ, entre IF G e IF L . ´

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

86

Figura 2.21: Diagrama para el voltaje posterior de la reactancia de Potier de un generador s´ıncrono[3]

Figura 2.22: Determinaci´ on de la corriente de campo de la carga de un motor o generador en operaci´ on sobreexcitada[3] El valor de IF L (corriente de campo en la carga) puede ser tambi´en determinada por la siguiente

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

87

ecuaci´ on: IF L = IF S +

p (IF G + IF SI  sin φ)2 + (IF SI cos φ)2

(2.29)

donde: φ.- Es el ´ angulo positivo del potencia-factor, para la operaci´on sobreexcitada y negativo para la operaci´ on de baja excitaci´ on, con la corriente de armadura como el fasor de la referencia. IF G .- Es la corriente de campo para la l´ınea del entrehierro en el voltaje especificado del terminal de la armadura (v´ease 2.14.2.5 y Fig. 2.16 o la Fig. 2.20) IF SI .- Es la corriente de campo que corresponde a la corriente especificada de la armadura en la curva de saturaci´ on de cortocircuito (v´ease 2.14.2.7) IF S .- Es la diferencia entre la corriente de campo en la curva de saturaci´on en circuito abierto y la corriente de campo en la l´ınea del entrehierro, ambas para el voltaje Ep (v´ease Fig. 2.21) Todos los valores de la corriente de campo deben estar en amperios, o en por unidad en cualquier base conveniente.

Figura 2.23: Determinaci´ on de la corriente de campo de la carga de un motor o generador en operaci´ on de excitaci´ on baja[3]

2.15.4.

´ DE VOLTAJE REGULACION

2.15.4.1.

´ DEFINICION

Para la definici´ on de la regulaci´ on de voltaje, ver IEEE Std 100-1992. 2.15.4.2.

´ REGULACION

Despu´es de la corriente de campo a una corriente especificada de la armadura, el factor de potencia, y al valor de voltaje se han obtenido por uno de los m´etodos en 2.15.3, la regulaci´on de voltaje en p.u. se pueden obtener por la ecuaci´on siguiente: Regulacion =

(Ea − Ea0 ) p.u Ea0

(2.30)

donde: Ea.- Es el voltaje en la curva de saturaci´on en circuito que corresponde a la prueba de carga con corriente de campo. Ea0.- Es el valor de voltaje en el terminal. Eay Ea0.- Deber´ıan estar en t´erminos constantes.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.16.

PRUEBAS DE TEMPERATURA

2.16.1.

GENERAL

88

Las pruebas de temperatura se hacen para determinar la subida de temperatura de ciertas piezas de la m´ aquina sobre una cierta temperatura de referencia al funcionar bajo condici´on de carga especificada. Esta temperatura de referencia se ha referido extensamente como la temperatura ambiente (o temperatura ambiente interna). Tales temperaturas de referencia dependen de una manera por la cual la m´ aquina es refrigerada. La pr´actica internacional sugiere que el t´ermino enfriador de temperatura sea de una manera aceptable de describir esta condici´on de referencia.

2.16.2.

´ METODOS DE CARGA

Las pruebas de la temperatura se pueden hacer con el funcionamiento de la m´aquina a una o muchas condiciones de carga. La informaci´on, que se requiere generalmente, es la subida de temperatura de una m´ aquina en uno o m´as valores especificados de carga. Puesto que la carga en una condici´ on de carga deseada no es siempre posible, varios otros m´etodos de carga se pueden utilizar para obtener los datos, que se pueden utilizar para determinar la subida de temperatura de la m´ aquina para la carga deseada. Los cuatro m´etodos siguientes son los m´as usados generalmente para la prueba de temperatura. 2.16.2.1.

´ METODO 1. CARGA CONVENCIONAL

El m´etodo preferido para hacer una prueba de temperatura es llevar a cabo las condiciones espec´ıficas de corriente, potencia, voltaje, y de la frecuencia de la armadura hasta que la m´aquina alcance temperatura constante, tomando lecturas cada media hora o menos. Si la m´aquina est´ a equipada con un voltaje u otro regulador, este deber´ıa estar inoperante durante esta prueba de modo que la corriente de campo sea constante. Mientras que este m´etodo es el m´as directo, la experiencia ha demostrado que es dif´ıcil ocasionalmente tomar los voltajes en los terminales de la m´aquina cerca de valores especificados. Algunos m´etodos de prueba para uso general han intentado superar este problema trazando en por unidad (M V A)2 la armadura por unidad (A)2 vs la subida de temperatura, este u ´ltimo se demuestra en Fig. 2.24. El uso por unidad de (M V A)2 tiene algunas limitaciones porque cierto dise˜ no de m´ aquina puede tener p´erdidas de voltaje o corriente desiguales. Las recomendaciones siguientes para realizar las pruebas del m´etodo 1 se resumen en lo siguiente: a) Mantener, en lo posible, voltaje en el terminal de la m´aquina dentro del ± 2 % del valor durante las pruebas con los datos trazados en la Fig. 2.24. b) Realizar una serie de pruebas en varios niveles voltaicos cerca del valor especificado, e interpolar los resultados, usar, por ejemplo, los m´etodos de la regresi´on linear. Datos trazados en Fig. 2.24. NOTA.- La fig. 2.25 demuestra un diagrama de la subida de temperatura vs p´erdidas del campo. Los diagramas similares de la armadura y de las p´erdidas por p´erdida en la carga se ´ pueden realizar seg´ un las indicaciones de 2.14.2. Estas no son parte del m´etodo 1. 2.16.2.2.

´ ´ S´ METODO 2. REGENERACION INCRONA

Cuando una m´ aquina s´ıncrona similar a la que es probada est´a disponible, los considerables ahorros de energ´ıa resultan de este m´etodo de carga. Tambi´en permite la prueba a plena carga de los valores de las m´ aquinas especificadas lejos o superior a la capacidad disponible de la fuente de alimentaci´ on. Las dos m´ aquinas se acoplan juntas y est´an conectadas el´ectricamente de modo que una sirva como un motor y el otro como generador. La salida del generador se alimenta el´ectricamente para suministrar al motor. Cualquiera de estas m´aquinas puede ser la m´aquina bajo prueba. Las p´erdidas de las dos m´ aquinas son suministradas por una tercera m´aquina (un motor), derivando su potencia de una fuente disponible tal como la utilidad el´ectrica local. La tercera m´aquina suministra potencia a las otras dos m´ aquinas mec´anicamente con un acoplador, un engranaje, o un arreglo conveniente de la correa. Un m´etodo alterno de suministrar p´erdidas es utilizar una fuente de corriente el´ectrica en lugar de la tercera m´aquina (un motor). El voltaje y la frecuencia de la fuente

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

89

de la corriente el´ectrica deben emparejar las m´aquinas en prueba y los medios convenientes para alcanzar velocidades de funcionamiento se deben emplear para evitar da˜ nos el´ectricos o mec´anicos. Este m´etodo de carga requiere que dos m´aquinas s´ıncronas similares est´en acopladas de manera que sus rotores sean desplazados f´ısicamente en una direcci´on o una rotaci´on angular por su ´angulo combinado de la carga. En la discusi´on siguiente, el t´ermino especificado refiere a la m´aquina bajo prueba. Los rotores acoplados se conducen a la velocidad especificados. Los circuitos de la armadura de las m´ aquinas similares est´ an unidos en la secuencia de fase (v´ease 2.5) que corresponde a la direcci´ on de rotaci´ on y a la polaridad de sus campos del rotor. La uni´on puede ser proporcionada unos circuitos interruptores convenientes y equipados con vat´ımetros, volt´ımetros, y amper´ımetros. La frecuencia o la velocidad tambi´en ser´an medidas. Ambos circuitos de campo del rotor se equipan con volt´ımetros y amper´ımetros y est´an conectados con las fuentes de corriente continua ajustables por separado. El resto de la instrumentaci´on el´ectrica es opcional. Con el lazo cerrado, la corriente de campo de una m´aquina se aumenta mientras que se disminuye la otra hasta que la corriente especificada en el voltaje clasificado aparezca en el lazo. Con las m´ aquinas acopladas funcionando en voltaje y frecuencia especificados, la potencia evidente especificada (KVA) se intercambia as´ı entre las dos m´aquinas con el factor de potencia deseado. La potencia real y reactiva intercambiada entre las dos m´aquinas en la prueba es una funci´on del desplazamiento angular entre los dos rotores, seg´ un lo determinado por el montaje del acoplador, y por los niveles de excitaci´ on aplicados a los devanados inductores de las dos m´aquinas. 2.16.2.3.

´ METODO 3. FACTOR DE POTENCIA CERO

Este m´etodo consiste en hacer funcionar la m´aquina sin ninguna carga como condensador s´ıncrono, manteniendo condiciones apropiadas de la corriente de la armadura, voltaje, y frecuencia hasta que la m´ aquina alcance temperatura constante. 2.16.2.3.1 FACTOR DE POTENCIA MENOR QUE 0.9 Desde el voltaje anterior de la reactancia de Potier, Ep , con factor de potencia cero, sobreexcitado, es mayor que en los factores de una potencia m´as alta para la misma corriente de armadura y voltaje en el terminal, el voltaje en el terminal de la prueba se debe reducir a un valor de los resultados del voltaje anterior de la reactancia de Potier (este voltaje se puede calcular por la Ecu. 2.28, usando un valor medido o calculado de la reactancia), que es igual que el voltaje anterior de la reactancia de Potier en condiciones de carga especificada. Este voltaje se puede tambi´en calcular por la Ecu. 2.25usando Ia Xp seg´ un lo determinado a partir de 2.16.2.2 o de 2.16.2.3, as´ı usando un valor medido o calculado de la reactancia Xp de Potier. Las subidas de temperatura resultantes de la armadura ser´ an casi completamente iguales como si la m´aquina hubiera sido cargada en las condiciones especificadas. Una curva t´ıpica se demuestra en la Fig. 27. Es a veces impr´actico utilizar una fuente de alimentaci´ on variable del voltaje para la prueba de m´aquinas grandes de este modo. Referir a 2.16.2.3.2 si el voltaje de la armadura no se puede ajustar de acuerdo con 2.16.2.3.1.

Figura 2.24: Diagrama t´ıpico de la subida de temperatura del bobinado del inducido vs la corriente ajustada de la armadura [3]

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

90

Las p´erdidas de la bobina de campo diferencian considerablemente de las de condiciones de funcionamiento normales y las subidas de temperatura observadas del campo se deben corregir para coincidir con la corriente de campo especificada. Dos ecuaciones se han utilizado para hacer esta correcci´ on. Ecu. 2.35y 2.38. Hay elementos de aproximaci´on en ambas ecuaciones. Seg´ un lo considerado en la Fig. 2.25, la subida de temperatura del devanado inductor sobre la temperatura del medio de enfriamiento que sale del ventilador es linealmente proporcional a la p´erdida del devanado de campo I 2 R, Ps . Esto incluye el efecto de la temperatura en resistencia de campo, pero descuida cualquier efecto indirecto en el estator, la superficie del rotor, o las p´erdidas por efecto del viento puedan tener en temperatura del devanado inductor. Usando la nomenclatura que aparece despu´es de la Ecu. 98, esta relaci´on linear se puede expresar como: 4ts + tc,s = (4tf an + tc,s ) + βPs

(2.31)

donde: β.- Es la inclinaci´ on de la elevaci´on de la temperatura, la cual puede ser determinada emp´ıricamente. β=

(4tt − 4ff an ) (4tt + tc,t ) − (4tf an + tc,t ) = Pt − 0 Pt

(2.32)

La ecuaci´ on 2.31 y 2.32 pueden ser combinadas: 4ts = 4tf an +

Ps · (4tt + 4tf an ) Pt

(2.33)

donde: 

If,s If,t

2

Rs Rt

(2.34)

Cuando los efectos de la resistencia son insignificantes entonces Rs = Rt y:  4ts = 4tf an +

If,s If,t

2 4tt + 4tf an

(2.35)

De lo contrario, uno debe explicar el efecto de temperatura sobre la resistencia en la ecuaci´on. k + tc,s + 4ts Rs = Rt k + tc,t + 4tt

(2.36)

Sucesivamente la sustituci´ on de la ecuaci´on 2.36 para Rs /Rt en la ecuaci´on 2.34 y entonces la ecuaci´ on 2.34por Ps /Pt en el rendimiento de la ecuaci´on 2.33.  4ts = 4tf an +

If,s If,t

2   k + tc,s + 4ts · · (4tt − 4tf an ) k + tc,t + 4tt

(2.37)

Lo cual ahora demuestra una dependencia de Δts en el numerador del segundo t´ermino. Recogiendo t´erminos en 4ts − 4tf an , uno obtiene la expresi´on siguiente para la subida de temperatura especificada en funci´ on de corriente de campo especifica:  4ts = 4tf an +

If,s If,t

2

 · (4tt − 4tf an ) ·

k + tc,s + 4tf an k + tc,t + 4tt − (If,s /If,t )2 (4tt − 4tf an )

 (2.38)

donde: Δts .−Es la elevaci´ on de la temperatura (ºC) corregida para corresponder a la corriente de campo If,s , para un carga especificada. k.- Es la constante del material de la bobina de campo (ver 2.16.4.4). tc,s .- Es la temperatura espec´ıfica del refrigerante (ºC) para una corriente de campo especificada If,s . tc,t .- Es la temperatura de referencia del refrigerante (ºC) obtenida durante la medici´on de la prueba de elevaci´ on de temperatura Δtt . Δtt .- Es la elevaci´ on de la temperatura (ºC) para la prueba de corriente de campo If,t .

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

91

Δtf an .- Es la elevaci´ on de la temperatura (ºC) a trav´es del ventilador. If,t .- Es la corriente de campo (Amperios) bajo condiciones de prueba. If,s .- Es la corriente de campo (Amperios) correspondiente a una carga especificada. Ps .- Es la p´erdida de la corriente de campo a una carga especificada. Pt .- Es la p´erdida de la corriente de campo en la prueba de carga.

Figura 2.25: T´ıpica curva de la temperatura de campo vs potencia de campo[3] 2.16.2.3.2 FACTOR DE POTENCIA MAYOR QUE 0.9 Para los generadores y los motores clasificados en los factores de potencia sobre 0.9 (y particularmente ´esos clasificados en el factor de potencia de la unidad), puede ser impr´actico aplicar el m´etodo del factor de potencia cero en la corriente especificada de armadura y el voltaje apropiado de la reactancia de Potier, Ep , seg´ un lo descrito en 2.16.2.3.1 debido a l´ımites de la calentamiento del campo. En tales casos, la corriente de armadura o el voltaje en el terminal deben ser reducidos. La opci´ on en cuanto a la cual debe ser reducido depende de las magnitudes relativas de las p´erdidas del cobre y de la hierro en la m´ aquina particular. A menos que la carga se reduzca para dar la corriente de campo espec´ıfica, la temperatura del campo se debe corregir seg´ un las indicaciones de la Ecu.98. Una correcci´on aproximada en temperatura de la armadura se debe hacer seg´ un las recomendaciones del fabricante en cuanto a la contribuci´ on de varias p´erdidas a la temperatura observada. Las pruebas realistas de la temperatura de m´aquinas grandes con constantes de tiempo t´ermicas largas son posibles alternando el excesivo y la baja excitaci´on por per´ıodos breves de tiempo de manera que las entradas de energ´ıa de la p´erdida en la armadura y en el campo sigan siendo constantes para cada per´ıodo de lectura de la temperatura (t´ıpicamente 30 min.). La aplicaci´ on acertada de este m´etodo requiere que la curva de p´erdidas (Fig.2.25) para la m´aquina probada sea resuelta antes de las pruebas de la temperatura. La sobreintensidad de corriente de la armadura debido a una baja excitaci´ on (posiblemente incluso una excitaci´on negativa) y la sobreintensidad de corriente del campo se seleccionan de una manera tal que satisfaga las condiciones siguientes: PA 4tR =

t2 X

t2 X (PV + PI )o · 4to + (PV + PI )u 4tu kW s

t1

PA 4tR =

(2.39)

t1 t2 X t1

PF o · 4to +

t2 X

PF u · 4tu kW s

t1

PA .- Es la p´erdida total de la armadura a carga especificada, kW PF .- Es la p´erdida total de campo a carga especificada, kW ΔtR .- Es el intervalo de tiempo de la prueba = (t2 –t1 ), s PF o .- Es la p´erdida de campo durante la sobreexcitaci´on, kW PF u .- Es la p´erdida de campo durante la baja excitaci´on, kW

(2.40)

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

92

PI .- Es la corriente dependiente de la p´erdidas de la armadura , kW PV .- Es el voltaje dependiente de la p´erdidas de la armadura , kW t1 .- Es el tiempo al comienzo de la prueba, s t2 .- Es el tiempo al finalizar la prueba, s Δto .- Es el intervalo de tiempo de la prueba para la sobreexcitaci´on,s Δtu .- Es el intervalo de tiempo de la prueba para la baja excitaci´on, s La m´ axima corriente de armadura obtenida con la excitaci´on negativa es menor que 1/Xq p.u. y puede ser determinado para condiciones actuales de voltaje de l´ınea durante la prueba. Se obtienen mejores resultados cuando elΔtR ≥ 2(Δto + Δtu ) y las temperaturas son registradas continuamente por los instrumentos gr´ aficos. En tal caso, es posible hacer un promedio de las lecturas altas y bajas dentro de cada intervalo. Si la ecuaci´on de energ´ıa de la p´erdida de campo no es totalmente satisfecha, se ha alcanzado y se ha registrado el calor de funcionamiento contin´ uando en condiciones de campo especificada despu´es de temperaturas estabilizadas de la armadura. Las lecturas estabilizadas de la temperatura del campo entonces se obtienen durante el per´ıodo extendido de funcionamiento de calor mientras que la m´aquina est´a todav´ıa caliente. Debido a su simulaci´ on imperfecta de los valores de disipaci´on de energ´ıa de la p´erdida, este m´etodo se debe limitar a las m´ aquinas de servicio continuo (v´ease 2.16.3.1). 2.16.2.4.

´ METODO 4. CARGA EN CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO

Este m´etodo consiste en las siguientes tres pruebas separadas de funcionamiento de calor: a) Voltaje especificado con los terminales en circuito abierto b) Corriente especificada de la armadura con los terminales cortocircuitados c) Excitaci´ on cero Para las m´ aquinas convencionales la subida de temperatura de la armadura se computa como la suma de las subidas de temperatura para las pruebas de circuito abierto y cortocircuito, y corregido para la duplicaci´ on de la calefacci´ on debido al efecto del viento. El calor con excitaci´on cero sin carga rendir´ a los datos para la determinaci´on de la subida de temperatura debido al efecto del viento. Para las m´ aquinas con bobinados del inducido refrigerados por agua, la temperatura de la armadura se puede obtener directo de pruebas del cortocircuito. El aislamiento de tierra es suficientemente denso y la transferencia de calor a los conductos de agua dentro de las barras de la armadura, suficientemente altas que la temperatura del cobre del bobinado del inducido es en gran parte insensible a las variaciones de la temperatura fuera de la bobina. As´ı, la temperatura de cobre de la bobina de la armadura es solamente dependiente en p´erdidas de la C.C. y de la CA en el cobre de la armadura, en el flujo del l´ıquido refrigerador del agua, y en su temperatura l´ıquida fr´ıa. Otro funcionamiento de calor en la sobretensi´on sin carga proporcionar´a la exactitud mejorada para la subida de temperatura del campo. La aprobaci´on del fabricante debe ser obtenida puesto que un funcionamiento determinado de la corriente de campo con la carga en circuito abierto o cortocircuito por per´ıodos prolongados podr´ıa dar lugar al da˜ no de la armadura. Es posible combinar el calor por la aplicaci´ on de los principios contorneados en 2.16.2.3.2. Las mismas ecuaciones de energ´ıa de la p´erdida se aplican si las variables subscritas con “o” se refieren la excitaci´on de circuito abierto y ´estas subscritas con “u” que se refiere a la excitaci´on en cortocircuito. En la mayor´ıa de los casos, la descarga del devanado inductor por varios segundos antes de cada encierro de la armadura cortocircuitada se recomienda un contactor para limitar la corriente subtransitoria y transitoria de la armadura a valores aceptables. Los circuitos convenientes de la descarga del campo deben ser utilizados (v´ease Fig. 2.26). Tal precauci´ on tambi´en se requiere si el voltaje excesivo del terminal se tiene antes de abrir el circuito de la armadura. NOTA.- Probado en generadores del polos saliente para carga convencional (m´etodo 1) indica que las subidas de temperatura son generalmente m´as altas que las subidas encontradas por el c´ alculo, como la experiencia del m´etodo 4. usar el m´etodo 1 y el m´etodo 4, en hidrogeneradores en la gama de 50-370 MVA, demuestra que el m´etodo 4 puede dar las subidas de temperatura calculadas cu´ ales en ocasiones pueden ser tanto como 7 º C m´as bajo que el m´etodo 1. El m´etodo 1 es el m´etodo preferido para hacer estas pruebas.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

93

Figura 2.26: Circuito de la bobina de campo para 2.16.2.4, carga en circuito abierto y cortocircuito[3]

2.16.3.

´ DE LA PRUEBA DURACION

2.16.3.1.

CARGA CONTINUO

Las pruebas de carga continua deben ser continuadas hasta que las temperaturas de la m´aquina hayan llegado a ser constantes dentro de ±2 ºC del valor de la subida para tres lecturas consecutivas por cada media hora. Si la temperatura del l´ıquido refrigerador no es constante, la prueba puede ser terminada cuando la subida de temperatura, basada en por lo menos tres lecturas consecutivas cada media hora, no excede la subida previamente observada del m´aximo. Si la temperatura del l´ıquido refrigerador para tres lecturas cada media hora var´ıa por m´as de 2 ºC, la prueba debe ser continuada. 2.16.3.2.

VALORES A CORTO PLAZO

Para las cargas que corresponden a valores a corto plazo de la m´aquina, las pruebas se deben realizar en condiciones seg´ un lo especificado, y continuar por el tiempo especificado. 2.16.3.3.

CARGAS INTERMITENTES

Para las cargas intermitentes, el ciclo de la carga especificado debe ser aplicado y continu´o hasta que la subida de temperatura en el extremo de la carga que causa la calefacci´on m´as grande var´ıe por menos de 2 ºC para tres ciclos consecutivos.

2.16.4.

´ METODOS DE MEDIR TEMPERATURA

2.16.4.1.

GENERAL

Los siguientes son cuatro m´etodos para determinar temperaturas: a) Term´ ometro o termopares de resistencia b) Detector encajado c) Resistencia de la bobina d) Detector local de la temperatura Es a veces deseable utilizar un m´etodo como verificaci´on en otro.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

2.16.4.2.

94

´ METODO 1

Este m´etodo hace la determinaci´on de la temperatura por la resistencia del term´ometro, o los termopares, con ninguno de estos instrumentos aplicados a la pieza m´as caliente de la m´aquina que son accesible. 2.16.4.3.

´ METODO 2. DETECTOR ENCAJADO

Este m´etodo hace la determinaci´on de la temperatura por termopares o resistencias detectoras de temperatura incorporados a la m´aquina probada. 2.16.4.4.

´ METODO 3. RESISTENCIA

Este m´etodo hace la determinaci´ on de la temperatura comparando la resistencia de la bobina en la temperatura que se determinar´ a con la resistencia en una temperatura sabida. La temperatura de la bobina es calculada por la ecuaci´on siguiente:   Rt − Rb tt = tb + (tb + k) (2.41) Rb donde: tt .- Es la temperatura total de la bobina cuando Rt fue medida, ºC. Rt .- Es la resistencia medida durante la prueba, ohmios. Rb .- Es el valor de referencia de la resistencia previamente medida al conocer la temperatura tb , ohmios. Tb .- Es la temperatura de la bobina cuando el valor de referencia de la resistencia Rb fue medida, ºC. k.- Es 234.5 para el cobre puro, ºC k.- Es 225 para aluminio basado en un volumen de conductividad del 62 % del cobre puro, ºC. Para los valores de k para otros materiales, referir al fabricante. Para las bobinas que consisten en una porci´ on de cobre conectada en serie con una porci´on de aluminio, un valor equivalente de k constante, debe ser utilizado. Para los valores de k para otros materiales, referir al fabricante. Para las bobinas que consisten en una porci´ on de cobre conectada en serie con una porci´on de aluminio, un valor equivalente dek constante, debe ser utilizado. k=

ºC.

ROa ka

RO + RkOc c

(2.42)

donde: RO .- Es la resistencia total calculada de la bobina a 0ºC (ohmios) ROa .- Es la resistencia calculada de la porci´on de aluminio de la bobina a 0ºC (ohmios) ROc .- Es la resistencia calculada de la porci´on de cobre de la bobina a 0ºC (ohmios) Kc .- Es 234.5 para el cobre puro, ºC Ka .- Es 225 para aluminio basado en un volumen de conductividad del 62 % del cobre puro,

Puesto que un peque˜ no error en la medici´on de la resistencia del valor de referencia har´a un error comparativamente grande en la determinaci´on de temperatura, la resistencia de la bobina se debe medir por un puente doble u otros medios de exactitud equivalente, y comprobar por un segundo los instrumento si es posible. 2.16.4.5.

´ METODO 4. DETECTOR DE TEMPERATURA LOCAL

La temperatura local de varias piezas de una m´aquina puede ser resuelta usando un detector local de temperatura. El elemento de detecci´on se pone en proximidad t´ermica cercana a la pieza donde va a ser medida la temperatura local. Los ejemplos de los detectores locales de temperatura son sensores infrarrojo, termopar, term´ome´ tro de resistencia peque˜ na de resistencia, y termistor. Estos est´an instalados con frecuencia como piezas permanentes de una m´ aquina. Los utilizan para determinar la temperatura local de los conductores de la bobina, de las laminaciones de la base dentro de un paquete, y de la temperatura

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

95

de la bobina entre los lados de la bobina. Puesto que las temperaturas medidas por los detectores locales de la temperatura pueden desviarse substancialmente determinado por otro m´etodo, las temperaturas medidas no se deben interpretar en lo referente a los est´andares escritos en t´erminos de estos otros m´etodos.

2.17.

PRUEBA DEL PAR

2.17.1.

GENERAL

Para las definiciones de las cantidades en el cuadro2.1, referirse al IEEE Std 100-1992. As´ıncronos Par a rotor bloqueado Par pull-up Par por ruptura Par pull-in corriente a rotor bloqueado

S´ıncronos

Par pull-out

Cuadro 2.1: Clasificaci´on de varias pruebas de Par Los m´etodos espec´ıficos de la prueba se proporcionan para el par de rotor bloqueado (v´ease 2.17.2.2) y el par de salida (v´ease 2.18). Los valores de todas las cantidades s´ıncronas se pueden obtener de las pruebas de la curva velocidad-par (v´ease 2.17.3); sin embargo, otros m´etodos de ensayo son requeridos para determinar las frecuencias de los componentes pulsantes del par presentes a cada velocidad. Una medida exacta de las frecuencias pulsantes de los componentes del par es importante, especialmente para los motores s´ıncronos grandes de polos salientes. Estos pares pueden crear resonancias con los sistemas mec´ anicos conectados que causan oscilaciones torsionales excesivas. A menos que haya suficiente amortiguaci´on en el sistema, estas niveles de oscilaciones pueden aparecer y causar da˜ nos al eje, acopladores, o a los engranajes en el mecanismo impulsor. Se acostumbra a medir la corriente de armadura y la corriente de campo inducida (o voltaje) durante las pruebas del par. La mayor´ıa de las m´aquinas se dise˜ nan para campo cerrado, Para las m´ aquinas dise˜ nadas para campo abierto, el voltaje del campo se debe medir con un transformador potencial y un volt´ımetro de C.A. En este caso, el voltaje del campo se debe trazar y corregir de la manera indicada para la corriente de campo. En muchos casos es impr´ actico realizar pruebas del par con el voltaje clasificado. Por lo tanto, los procedimientos preven pruebas con el voltaje reducido. Los resultados entonces se ajustan al voltaje especificado en caso de necesidad. Debido a diversos efectos de saturaci´on presentes en diversos voltajes, las pruebas a dos o preferiblemente a los tres voltajes puede ser necesario permitir un razonablemente ajuste exacto en el voltaje especificado (v´ease 2.17.3.6 A cualquier velocidad, el par en el entrehierro es una funci´on del voltaje y de la frecuencia. El par de salida neta es igual al par en el entrehierro menos el par por la fricci´on y efectos del viento, si la m´aquina se est´ a funcionando.

2.17.2.

CORRIENTE Y PAR DE ROTOR BLOQUEADO.

2.17.2.1.

GENERAL.

Esta prueba se toma para determinar y dibujar la corriente de la armadura del motor durante el arranque, con el par desarrollado a rotor bloqueado, y la corriente de campo inducida resultante. Puede ser tomada con un freno prony ajustado para evitar que el motor gire, o una viga r´ıgida ligada al eje del motor con su extremo libre que se reclina sobre una escala para medir el par desarrollado. Una fuente ajustable de voltaje alterno de frecuencia espec´ıfica se conectada con la armadura. El campo deber´ıa cerrarse con una resistencia de arranque (si se utiliza el arranque con campo cerrado). En esta prueba, los circuitos del amortiguaci´on y del estator se calientan muy r´apido y la prueba se debe hacer lo m´ as r´ apidamente posible. La prueba inicial se debe hacer con la corriente m´axima

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

96

que no causar´ a un calentamiento perjudicial durante la prueba. Las pruebas subsecuentes se deben hacer sucesivamente con corrientes m´as bajas. El voltaje de la armadura, la corriente, la potencia, el par, y la corriente de campo inducida deben ser registrados en cada punto de prueba. Para ciertos tipos de m´ aquinas, el par var´ıa con ´angulo del rotor dentro de la bobina campo del estator. En estas m´ aquinas, es necesario que se hagan una serie de ex´amenes preliminares en baja tensi´ on constante para cada uno de varias posiciones del rotor. El rotor se debe situar en la posici´ on que nos de el par m´ınima para las pruebas subsecuentes. 2.17.2.2.

´ DE LA CORRIENTE DE ROTOR BLOQUEADO. DETERMINACION

Cuando la m´ aquina no tiene efectos de saturaci´on, la corriente de rotor bloqueado var´ıa directo como el voltaje, y la potencia como el cuadrado del voltaje. Si los efectos de la saturaci´on est´ an presentes, la prueba se debe tomar con bastantes valores para trazar una curva de corriente vs el voltaje que se puede extrapolar para dar la corriente en el voltaje especificado. La corriente de la armadura que se trazar´ a es el promedio de todas las fases. Los datos de las pruebas se trazan seg´ un las indicaciones de la 2.27.

Figura 2.27: Caracter´ısticas del par con rotor bloqueado[3] 2.17.2.3.

´ METODO 1. PAR POR LA ESCALA Y LA VIGA.

En la ejecuci´ on de esta prueba, es necesario que la viga sea perpendicular a la direcci´on del movimiento de la escala. El deterioro de la viga que bloquea se debe restar de la lectura de escala para obtener la fuerza neta. La longitud del brazo de palanca del centro del eje al punto de apoyo en la escala debe ser medida. El par del motor, Tt , es el producto de la fuerza neta y de la longitud del brazo de la palanca. El par del entrehierro en este caso iguala al pare mec´anico de la salida y por lo tanto se puede calcular usando las ecuaciones 2.43 y 2.44. Tg =

Tt p.u Tn

donde Tg . - Es el par en el entrehierro en condiciones de prueba, p.u. en base de la salida. Tt . - Es F · l = Par mec´ anico de la salida del motor en condici´on de prueba. F . - Es la fuerza neta, N . l. - Es la longitud del brazo de la palanca, m. Tn . - Es el par mec´ anico base de la salida del motor. T .- Es k · PM N T = ns ns .- es la velocidad s´ıncrona en rpm/min.

(2.43)

(2.44)

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

97

k.- Es 9549 PM N .- Es el valor de salida al inicio de la prueba en kW. El par en el entrehierro es ajustado al par en condiciones especificadas de acuerdo con 2.17.2.5 2.17.2.4.

´ ´ METODO 2. PAR POR LA ENTRADA ELECTRICA.

Si los medios para medir el par no est´an disponibles, el rotor puede ser bloqueado en contra vuelta y el par calculado desde las medidas el´ectricas. El par del entrehierro en p.u. se calcula como entrada de la potencia al rotor en los kilovatios divididos por la salida de potencia clasificada convertida a kilovatios. La potencia de entrada al rotor es determinada restando la p´erdida de cortocircuito (v´ease 2.14.2.8, 2.14.3.16, y 2.14.4) a la corriente desde la prueba de potencia de entrada. Para las m´ aquinas que tienen pieza-bobinadas, o las m´aquinas de dos velocidades con enrollamientos de polos consecuentes, este m´etodo puede tener errores apreciables debido a los arm´onicos, y al par de rotor bloqueado deber´ıa ser tomado por la escala y la viga seg´ un lo descrito en 2.17.2.3. El par del entrehierro se ajusta a las condiciones especificadas de acuerdo con 2.17.2.5. 2.17.2.5.

PAR EN CONDICIONES ESPEC´ IFICAS.

El par en rotor bloqueado se define como el valor para la posici´on del rotor que da el par m´ınimo, con el voltaje clasificado aplicado. El par seg´ un lo determinado por los m´etodos 1 o 2 puede ser ajustado a un valor que corresponde al voltaje especificado por la ecuaci´on siguiente:  TLR = Tg

Is It

2 p.u

(2.45)

TLR .- Es el par de rotor bloqueado que corresponde al voltaje especificado, p.u. en base de la salida. Tg .- Es el par del entrehierro en condiciones de prueba, p.u. Is .- Es la corriente de rotor bloqueado con voltaje especificado (clasificado generalmente) (obtenido en 2.17.2.2) It .- Es el valor de la corriente del rotor bloqueado de la misma prueba usada para determinar el Tg , Is y It que debe estar en t´erminos constantes. Este m´etodo es m´ as exacto que ajustando en proporci´on con el cuadrado del voltaje cuando los efectos de la saturaci´ on est´ an presentes. 2.17.2.6.

´ DE LA CORRIENTE O DEL VOLTAJE INDUCIDO DETERMINACION DE CAMPO.

Para el arranque en campo cerrado, la corriente de campo inducida se obtiene para evaluar la resistencia suficiente de arranque. (Para el arranque con el campo abierto, el voltaje inducido del campo se obtiene para determinar el debido aislamiento del campo.) Una aproximaci´ on razonable de la corriente de campo inducida (o del voltaje) en el voltaje especificado de la armadura es obtenida multiplicando el valor m´as alto de la prueba por la relaci´ on de transformaci´ on del voltaje especificado de la armadura por el voltaje de la armadura que corresponde al valor mas alto de la prueba de la corriente de campo inducida (o voltaje).

2.17.3.

PRUEBAS DE VELOCIDAD-PAR.

2.17.3.1.

GENERAL.

De los m´etodos siguientes se puede utilizar para determinar datos suficientes para trazar una curva de la velocidad-par para un motor. La selecci´on del m´etodo depender´a del porte y de las caracter´ısticas de la velocidad-par de la m´aquina y de los recursos de prueba. En los cuatro m´etodos, las suficientes puntos de prueba se deben registrar para asegurarse de que las curvas sean confiables, incluyendo irregularidades. Es importante que la frecuencia de la fuente de alimentaci´ on est´e mantenida a trav´es de la prueba en el valor clasificado del motor.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

98

Los m´etodos 1 y 4 requieren que se mantenga la velocidad constante para cada lectura. Por lo tanto, no pueden ser utilizados en las regiones donde el par de la m´aquina aumenta con el incremento de la velocidad m´ as r´ apidamente que con los dispositivo de carga. Los resultados de las pruebas siguientes, deben ser ajustados al voltaje especificado, las curvas del par en por-unidad, la corriente de la armadura en por-unidad, y la corriente de campo inducida en amperios se deben ser trazadas vs la velocidad. Los valores ajustados para cada punto de prueba se deben mostrar en las curvas. Las curvas para el par se deben trazar siempre desde cero a la velocidad clasificada, dejando de lado el par cerca de la velocidad de sincronismo. 2.17.3.2.

´ METODO 1. MEDIDA A LA SALIDA

Un generador de C.C. que ha tenido sus p´erdidas determinadas previamente, se junta o se acopla al motor que es probado. El campo del motor debe ser cerrado a trav´es de su resistor de arranque normal (si se utiliza el arranque de campo cerrado). Una fuente ajustable de voltaje alterno de frecuencia especificada se conectada con las terminales del motor. El voltaje debe ser tan alto como se pueda sobre las terminales del motor sin que se produzca un calentamiento excesivo, por lo menos el 50 % de voltaje clasificado si es posible. La velocidad del motor para cada punto de prueba es controlada variando la carga en el generador. En esta prueba, las lecturas se toman a las velocidades entre aproximadamente 1/3 de la velocidad y la velocidad m´ axima obtenible como motor de inducci´on. La velocidad debe ser constante en el instante que se toman las lecturas de modo que la potencia de la aceleraci´on o de la desaceleraci´ on no afecte a los resultados. En cada configuraci´on de la velocidad, las lecturas del voltaje de la armadura, corriente, potencia, velocidad, y la corriente de campo inducida se toman para el motor s´ıncrono, el voltaje y la corriente de la armadura y la corriente de campo para el generador de la C.C. Un expediente se debe hacer del valor de la resistencia conectada a trav´es del campo del motor. Se debe tener cuidado para no sobrecalentar el motor a velocidades m´as inferiores. La exactitud de la medida de la velocidad es particularmente importante a bajo deslizamiento. El dispositivo para medir la velocidad se debe ajustar o calibrar exactamente a la velocidad s´ıncrona. La salida de potencia total del motor es la suma de la salida y de las p´erdidas del generador de la C.C. El par en el entrehierro, Tg , a cada velocidad se calcula usando la ecuaci´on 2.46. k(PGO + PGL ) · ns + TF W p.u a la salida de la base (2.46) PM N (n) PGO .- Es la potencia de salida del generador D.C en kW PGL .- Son las p´erdidas del generador D.C (incluidas las perdidas por fricci´on y efectos del viento) en kW . W F )ns TF W .- Es k(P PM N n TF W .- Es el par por la fricci´ on y efecto del viento del motor, por unidad en base de la salida. PF W .- es la p´erdida por efecto del viento y la fricci´on del motor a la velocidad para un punto de prueba (v´ease 2.14.2.6 y 2.14.4.3), en kW . ns .- Es la velocidad s´ıncrona del motor en r/min n.- es la prueba de velocidad del motor en r/min. (si esta acoplada directamente, n = ns ). PM N .- Es el valor de la potencia de salida del motor en la prueba de arranque, en kW. k.- Es 1.0. A la velocidad para los puntos de prueba, el par del motor T , ajustado al voltaje especificado E, se obtiene de la ecuaci´ on 2.50 o 2.52 (ver 2.17.6). Tg =

2.17.3.3.

´ ´ METODO 2. ACELERACION.

En el m´etodo de la aceleraci´ on el motor se enciende como motor de inducci´on sin carga y el valor de la aceleraci´ on es determinado a varias velocidades. El par a cada velocidad es determinado a partir de la aceleraci´ on y del momento de inercia de las piezas de rotaci´on. Las medidas exactas de la velocidad y de la aceleraci´ on son un requisito esencial de este m´etodo. El motor debe funcionar desde una fuente conveniente de potencia de corriente alterna al valor de frecuencia clasificado y con voltaje ajustable. El campo debe ser cerrado a trav´es de su resistor de arranque a trav´es de la prueba . El ´ındice de aceleraci´ on que se utilizar´a y por lo tanto la duraci´on de la prueba es determinado por el tipo de instrumentos que se utilicen para hacer las medidas indicadas en 2.17.3.1. El tiempo de

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

99

aceleraci´ on debe ser suficientemente largo de modo que los efectos transitorios el´ectricos no da˜ nen la curva de la velocidad-par. Para esta limitaci´on, un tiempo m´ınimo de 5s a 15s, dependiendo de las caracter´ısticas del motor y del valor de la resistencia de arranque del campo, sea generalmente satisfactorio. El tiempo de aceleraci´ on tambi´en ser´a suficientemente largo para permitir registrar el n´ umero necesario de medidas mec´anicas y el´ectricas con la suficiente exactitud para trazar las curvas requeridas (v´ease 2.17.3.1). Si est´ an disponibles los registradores de alta velocidad autom´aticos convenientes, esta prueba se puede realizar con la aceleraci´ on r´apida constante con los l´ımites antes dichos. Las grabaciones simult´ aneas de la velocidad, la corriente y voltaje de linea, potencia, y la corriente de campo inducida vs el tiempo debe ser hecha. El par en del entrehierro en cada punto se puede obtener por la ecuaci´ on 2.47. Si se utilizan los instrumentos de indicaci´on, el tiempo de aceleraci´on debe ser aumentado usando un voltaje aplicado inferior para permitir la grabaci´on manual de los datos requeridos en cada punto. Los tac´ ometros con retraso de tiempo significativo no son convenientes para esta prueba. Primero el motor se debe arrancar con el voltaje m´ınimo, y el arranque deber´ıa ser observado. Si el motor requiere m´ as que 1.5 minutos aproximadamente para acelerar a partir de la velocidad de 30 % hasta la velocidad del 95 %, el voltaje debe ser aumentado hasta que la aceleraci´on sea aproximadamente esta valor. Si el tiempo de aceleraci´on es demasiado corto en el voltaje m´ınimo de arranque, una tensi´ on inferior se debe utilizar durante la prueba y la fricci´on de arranque debe ser superada dando vuelta al rotor por medio mec´anico o aplicando un voltaje m´as alto moment´ aneo. Las lecturas, excepto la velocidad y tiempo (en intervalos aproximados de 5s), no necesitan ordinariamente ser tomadas entre el descanso del 30 % de velocidad, puesto que, en este rango, las corrientes y voltajes de linea son probablemente desequilibrados y fluct´ uan. Sin embargo, en este rango los valores medios del cambio de la corriente y del voltaje es poco. A partir de la velocidad del 30 % a la velocidad m´axima, las lecturas simult´aneas se deben tomar en intervalos de 5s el voltaje de l´ınea de una fase, corriente de l´ınea en una fase, corriente de campo inducida (por el amper´ımetro de C.A), velocidad, y tiempo en segundos. Si ve el m´etodo 3 (v´ease 2.17.3.4) a ser utilizado como verificaci´on, la l´ınea potencia con un vat´ımetro polif´ asico o dos vat´ımetros monof´asicos se debe medir en cada punto, y la temperatura del enrollamiento del estator se debe tomar en la culminaci´on de cada prueba. 2.17.3.4.

PAR EN EL ENTREHIERRO, Tg , A CADA VELOCIDAD SE CALCULA ´ USANDO LA ECUACION ´ A PARTIR DE LA ACELERACION  Tg =

k · 10−6 · J · ns · (dn/dt) PM N

 + TF W p.u en la salida base

(2.47)

donde: ns .- Es la velocidad s´ıncrona en r/min dn/dt.- Es Es la aceleraci´ on a cada velocidad. (r/min)/s TF W .- Es el par por la fricci´ on y efecto del viento a cada velocidad, por unidad en base de la salida. J.- Es el momento de inercia de las partes rotativas Kg · m2 PM N .- Es el valor de la potencia de salida del motor en la prueba de arranque, en kW . k.- Es (π/30)2 · 1000 = 10,97 A la velocidad para los puntos de prueba, el par del motor T , ajustado al voltaje especificado E, se obtiene de la ecuaci´ on 2.50 o 2.52 (ver 2.17.6).

2.17.4.

´ METODO 3. ENTRADA.

En este m´etodo, el par es determinado restando las p´erdidas en la m´aquina de la potencia de entrada. Es una verificaci´ on valiosa en los otros m´etodos, y es u ´til cuando la m´aquina no se puede descargar para determinar el par por la aceleraci´on. El m´etodo es aproximado porque las p´erdidas del estator no pueden ser f´ acilmente resueltas para las condiciones de funcionamiento reales y ser´ an aproximadas por las p´erdidas determinadas de pruebas de circuito abierto y de cortocircuito. Este

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

100

m´etodo est´ a tambi´en conforme a error en el caso de las m´aquinas especiales, que pueden tener pares arm´ onicos positivos o negativos substanciales que no se eval´ uan f´acilmente. La escala debe ser tan grande como pueda para ser usada y las lecturas de instrumento reales deben ser trazadas convenientemente, incluyendo las lecturas del vat´ımetro y el tiempo en segundos. Los valores medios de las lecturas desde la velocidad cero de la prueba bloqueada, seg´ un lo descrito en ajustado al voltaje en el cual las otras lecturas fueron tomadas, deben ser incluidos.   PSI − PSC − PC p.u a la salida de la base (2.48) Tg = k PM N PSI .- Es la potencia de entrad del estator en kW. PCS .- Es la p´erdida de cortocircuito en la prueba de corriente en kW. PC .- Es la p´erdida en el hierro de circuito abierto en la prueba de voltaje, en kW. PM N .- Es el valor de la potencia de salida del motor en la prueba de arranque, en kW. k.- Es 1.0 NOTA: Debido al uso de p´erdidas aproximadas en este m´etodo, no se sugiere ninguna correcci´ on de temperatura en la p´erdida del cortocircuito.

2.17.5.

´ METODO 4. MEDIDA DIRECTA.

El par puede tambi´en ser medido con carga en la m´aquina a varias velocidades con un dinam´ ometro o un freno prony. Los procedimientos en 2.17.3.2 se aplican salvo que el generador de C.C. es substituido por un dinam´ ometro o un freno prony, y las lecturas del par solamente son tomados en lugar de datos el´ectricos en el generador de C.C. El uso de un freno prony se limita a las pruebas en las m´ aquinas muy peque˜ nas debido a su capacidad limitada de disipar calor. El par de un freno prony es aproximadamente constante en una configuraci´on dada. El par entrehierro, Tg , a cada velocidad se calcula de las lecturas del par, Tt , usando la ecuaci´on 2.49 Tg =

Tt + TF W p.u en la base de la potencia de salida Tn

(2.49)

donde Tt .- Es el par mec´ anico de salida del motor en condiciones de prueba Tn .- Es el par mec´ anico base de la salida del motor (v´ease la ecuaci´on 2.44 TF W .- Es el par debido a la fricci´on y al efecto del viento a cada velocidad (v´ease la ecuaci´ on 2.46), p.u. del motor en salida base.

2.17.6.

´ PARA LOS EFECTOS DEL VOLTAJE CORRECCION

A la velocidad para cada punto de prueba, el par de la salida neta del motor T , y la corrienteI de la armadura, corregida al voltaje especificado E, se obtiene de ecuaciones 2.50 a , como sigue: K1 E − TF W p.u en la base de potencia de salida Et  K2 E I = It p.u en la base de potencia de salida Et 

T = Tg

(2.50)

(2.51)

donde Et .- Es el voltaje de l´ınea a l´ınea del motor en el punto de prueba, p.u. Tg .- Es el par entrehierro en el punto de prueba que corresponde al voltajeEt en p.u. a la salida base. TF W .- Es el par debido a la fricci´on y efectos del viento del motor a la velocidad para el punto de prueba (v´ease la ecuaci´ on 2.46), p.u. en base de la potencia de salida. It . - Es la corriente de la armadura en el punto de prueba que corresponde al voltaje Et en p.u. log10 (T1 /T2 ) K1 = log 10 (E1 /E2 ) K1 .- Es el exponente del par de la relaci´on de transformaci´on del voltaje (K1 = 2, ignorando los efectos de saturaci´ on). log10 (T1 /T2 ) K2 = log 10 (E1 /E2 )

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

101

K2 .- Es el exponente de la corriente de la relaci´on de transformaci´on del voltaje (K2 = 1, ignorando los efectos de saturaci´ on). E1 .- Es el voltaje de l´ınea conveniente en la cual T1 e I1 , fueron medidos, p.u. E2 .- E el voltaje de l´ınea conveniente en la cualT2 e I2 fueron medidos, p.u. T1 .- Es el par entrehierro medida en el voltaje de l´ınea E1 , p.u. en base de la potencia de salida. T2 .- Es el par entrehierro medida en el voltaje de l´ınea E2 , p.u. en base de la potencia de salida. I1 .- Es la corriente de la armadura medida en el voltaje de l´ınea E1 , p.u. I2 . - es la corriente de la armadura medida en el voltaje de l´ınea E2 , p.u. Para obtener la exactitud m´ axima de la correcci´on para los efectos del voltaje, se requiere hacer las pruebas en tres diversos voltajes. Los valores sin corregir del par en el entrehierro y de la corriente de la armadura se trazan en el papel semilogar´ıtmico, con el voltaje de l´ınea correspondiente en la escala linear. Una l´ınea recta se dibuja a trav´es de cada conjunto de puntos de prueba. Tal traza, seg´ un las indicaciones de la Fig. 2.28, proporciona los medios convenientes de la extrapolaci´ on a cualquier voltaje especificado hasta 120 % del punto de prueba de voltaje m´ as alto.

Figura 2.28: Correcci´on de los efectos del voltaje[3] El par del entrehierro y los valores de corriente corregidos de la armadura para cualquier condici´ on especificada del voltaje se pueden calcular de ecuaciones 2.52 y 2.53, respectivamente. T g=εf 1(E) p.u en base de la potencia de salida

(2.52)

T =εf 2(E) p.u

(2.53)

donde: Tg .- Es el par del entrehierro, corregida al voltaje especificado, E, p.u. en base de la potencia de salida. I.- Es la corriente de la armadura, corregida al voltaje especificado E, p.u. ε.- Es la base de logaritmos naturales (ln) ε.- Es 2.71828. . . 1 ln TT21 + lnT1 dondef1 (E) es la saturaci´on en funci´on del par. f 1(E) = EE−E 2 −E1 E−E1 f 1(E) = E2 −E1 ln II21 + lnI1 dondef2 (E) es la saturaci´on en funci´on de la corriente. E1 yE2 son los voltajes convenientes de la prueba, p.u. T1 .- Es el par del entrehierro medida en una tensi´on baja E1 , p.u. en base de la potencia de salida. T2 .- Es el par del entrehierro medida en una tensi´on alta E2 , p.u. en base de la potencia de salida.

´ CAP´ITULO 2. MAQUINAS ROTATIVAS S´INCRONAS

102

I1 .- Es la corriente de la armadura medida en una tensi´on baja E1 , p.u. I2 .- Es la corriente de la armadura medida en una tensi´on altaE2 , p.u. El par del entrehierro, que es el par total aplicado al rotor por el estator, es el par que se debe ajustar al voltaje especificado. Generalmente la magnitud del par debido a la fricci´on y efecto del viento es bastante grande ser parte significativa del par del entrehierro; por lo tanto las ecuaciones 2.46, 2.47, y 2.49 contienen el t´ermino TF W . La ecuaci´on 2.48 contiene esta cantidad porque la p´erdida de la fricci´ on y efectos del viento no se resta de la energ´ıa de entrada. Si el par, debido a la fricci´ on y efectos del viento, no es parte significativas del par del entrehierro, puede ser omitida de los c´ alculos. La corriente de campo inducida se debe ajustar en proporci´on directa con la relaci´on de transformaci´ on del ajuste de la corriente de la armadura.

2.18.

´ DEL PAR. OBTENCION

2.18.1.

´ METODO 1. MEDIDA DIRECTA.

Al hacer funcionar el motor, la carga se aumenta, manteniendo el voltaje, la frecuencia, y la corriente de campo en los valores especificados (normalmente valores especificados de carga) hasta que ocurra la obtenci´ on del par. La energ´ıa y la corriente de entrada de la armadura se leen en varios puntos hasta la carga m´axima estable. Las p´erdidas del motor en carga m´axima son obtenidas y restadas de la potencia de entrada para obtener el m´aximo de potencia de salida. La potencia de salida m´ aximo dividida por la salida clasificada en unidades constantes es el par obtenido por-unidad. Este m´etodo no es generalmente practicable para m´aquinas grandes.

2.18.2.

´ ´ METODO 2. CALCULO DESDE LAS CONSTANTES DE LA ´ MAQUINA

Para las m´ aquinas para las cuales es impracticable emplear el m´etodo 1, un valor de aproximaci´ on para la obtenci´ on del par, TP O , a corriente de campo y voltaje especificado (normalmente valores de especificados de carga) se puede calcular por la ecuaci´on siguiente: TP O =

KIF L · Es p.u IF SI · cosθ

(2.54)

donde: TP O .- Es el par obtenido, p.u. del par mec´anico base a la salida. ES .- Es el voltaje en terminales especificado, p.u. IF L .- Es la corriente de campo especificada, en A o p.u. IF SI .- Es la corriente de campo que corresponde a la corriente baja de la armadura en la curva de saturaci´ on de cortocircuito, en las mismas unidades que IF L . θ.- Es el valor del factor de potencia clasificada. η.- Es la eficacia en valores, p.u. El factor K en la ecuaci´ on 2.54 es permitir que el par de reluctancia y por las p´erdidas I 2 R de secuencia positiva. Este factor se puede obtener del fabricante de la m´aquina. Est´a generalmente en el rango a partir de 1.00 a 1.25 y puede de vez en cuando ser tan grande como 1.5. Si la resistencia de positivo-secuencia (R1 ) es menos de 0.01 p.u. (caso genera), el factor K puede ser calculado determinando el valor l´ımite de la ecuaci´on 2.55 en funci´on de la δ. K = sinδ +

IF SI · Es (Xds − Xqs ) · sin(2δ) 2IF L · Xds · Xqs

(2.55)

donde: Xds .- Es el resultado de la reactancia s´ıncrona saturada del eje directo, pu. Xqs .- Es la reactancia s´ıncrona saturada, del eje de cuadratura pu. δ.- Es el ´ angulo entre la tensi´ on en los terminales de carga y la tensi´on que se generar´ıa por la corriente de campo actuando sola. Las p´erdidas en condiciones de obtenci´on se descuidan en este an´alisis. Esto no afecta apreciablemente la precisi´ on de este m´etodo aproximado.

Cap´ıtulo 3 ´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.

3.1.

ALCANCE

Estos procedimientos de ensayo incluyen recomendaciones para llevar y realizar pruebas generalmente aceptables para determinar las caracter´ısticas de funcionamiento de m´aquinas continuas convencionales. Las pruebas est´ an en dos categor´ıas seg´ un lo descrito en 3.1.1 y 3.1.2.

3.1.1.

VALOR DEL FACTOR DE RIPPLE PARA LAS PRUEBAS DE MOTORES Y GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA

Se consideran para el determinar el valor del ripple, esencialmente las ondulaciones pico. Para que la operaci´ on sea clasificada como ondulaci´on pico de acuerdo con este procedimiento de prueba, el valor pico a pico de la componente de corriente alterna ser´a menor al 6 %, o el valor rms menor al 2 %, de la corriente determinada en la m´aquina.

3.1.2.

˜ DE LAS PRUEBAS DE LOS MOTORES C.C PARA DISENO ´ RECTIFICAEL USO CON FUENTES DE ALIMENTACION DAS.

Cuando un procedimiento de ensayo se aplica a un motor de corriente directa con una fuente rectificada no cumple los criterios esencialmente ondulaci´on pico mencionado en 3.1.1, el procedimiento ser´ a identificado por la declaraci´on siguiente: “En potencia rectificada. . . ”

3.1.3.

OTROS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO.

Se reconoce que puede haber procedimientos de ensayo con excepci´on de ´esos descritos adjuntos. Cuando m´ as de un procedimiento puede ser utilizado, las condiciones locales y el grado de precisi´ on deseado determinar´ an el procedimiento que se utilizar´a.

3.2.

PRUEBAS

3.2.1.

GENERAL.

Las pruebas en esta gu´ıa usada para controlar el funcionamiento de m´aquinas continuas se dividen en cuatro categor´ıas generales: (1) ex´ amenes preliminares (v´ease la secci´on 3.4) (2) pruebas de la determinaci´ on del funcionamiento (v´ease el secci´on 3.5) (3) prueba de temperatura (v´ease la secci´on 3.6) (4) pruebas miscel´ aneas (v´ease la secci´on 3.7) Los ex´ amenes preliminares incluyen no s´olo esas pruebas incorporadas en el grupo de pruebas est´ aticas (v´ease 3.2.1.1), pero, adem´ as, esas pruebas conducidas generalmente antes de que la prueba para determinar el funcionamiento pueda o deba ser emprendida. Las pruebas para determinar el funcionamiento y la temperatura son hechas generalmente para determinar el funcionamiento

103

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.104

de una m´ aquina continua. Las pruebas miscel´aneas se emprenden a menudo para proporcionar la informaci´ on adicional referente a una m´aquina espec´ıfica de C.C. Las m´aquinas continuas se prueban generalmente con datos de fabricaci´on (v´ease 3.4.1.1). Ciertas pruebas de cada uno de las cuatro categor´ıas generales se incorporan con frecuencia en tres grupos de pruebas para servir como gu´ıa, pero estos tres grupos no constituyen necesariamente pruebas est´andar. 3.2.1.1.

´ PRUEBA ESTATICA.

La prueba est´ atica incluye generalmente: (1) Medida de la resistencia de los enrollamientos (3.4.2) (2) Medidas del boquete de aire (3.4.3) (3) La polaridad y la disminuci´ on de la impedancia de la bobina de campo (3.4.4) (4) Resistencia el´ectrica del aislante (fr´ıo) (3.4.7) (5) Prueba del Alto-potencial (3.4.8) 3.2.1.2.

PRUEBA COMPLETA.

Ver la forma A. La prueba completa incluye generalmente la prueba est´atica (v´ease 3.2.1.1) y las pruebas siguientes: (1) Vibraci´ on (3.4.5) (2) Saturaci´ on magn´etica (3.5.1) (3) Conmutaci´ on (3.5.2) (4) Regulaci´ on (3.5.3) (5) Eficiencia y p´erdidas (3.5.4), (3.5.5), (3.5.6) (6) Pruebas de temperatura (3.6) 3.2.1.3.

PRUEBA RUTINARIA.

Las pruebas rutinarias se enumeran a menudo en una aplicaci´on est´andar espec´ıfica a un determinado tipo o porte de la m´ aquina de la C.C. Ver la forma B.

3.2.2.

´ METODOS ALTERNATIVOS.

Para muchas de las pruebas, se describen los m´etodos alternativos que son apropiados para la diversos portes y tipos de m´ aquinas continuas y para las diversas condiciones encontradas durante la prueba. En algunos casos, se indica el m´etodo de ensayo preferido.

3.3.

3.3.1.

´ MEDIDAS Y FUENTES DE ENERG´IA ELECTRICAS PARA TODOS LOS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO. ´ DEL INSTRUMENTO. FACTORES DE LA SELECCION

Los instrumentos de tipo anal´ ogicos o digitales se puede utilizar en la pruebas. Los factores que afectan la exactitud, de los instrumentos no electr´onicos, o anal´ogicos son: sobrecarga de la fuente, calibraci´ on del terminal de componente, el rango, la condici´on, y la calibraci´on del instrumento. Puesto que la exactitud del instrumento se expresa generalmente como porcentaje del rango completo, del instrumento elegido debe ser tan inferior como pr´actico. El instrumento debe llevar el expediente de calibraci´ on reciente y si se tiene una gran importancia por los resultados de las pruebas el instrumento se debe calibrar inmediatamente antes y despu´es de la terminaci´on del procedimiento de ensayo. Cuando varios instrumentos est´an conectados en el circuito simult´aneamente, las correcciones adicionales de la indicaci´on del instrumento pueden ser requeridas. Los instrumentos electr´ onicos son generalmente m´as vers´atiles y tienen impedancias mucho m´ as altas de entrada de informaci´ on que tipos (no electr´onicos) pasivos. Una impedancia m´as alta de entrada de informaci´ on reduce la necesidad de hacer las correcciones para la corriente drenada por el instrumento. Sin embargo, los instrumentos con altas impedancia de entrada de informaci´on son m´ as susceptibles al ruido. Las fuentes comunes de ruido son: el acoplador inductivo o electrost´atico

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.105

de la se˜ nal lleva a los sistemas el´ectricos, acoplador com´ un de la impedancia, o los bucles de tierra, rechazamiento inadecuado del modo com´ un, e interferencia conducida de la l´ınea el´ectrica. La buena pr´ actica requiere el uso de los pares trenzados blindados para los terminales de componente de la se˜ nal, poner a tierra del blindaje en solamente una punta, y mantener los cables de se˜ nal tan lejanos como sea posible de los cables energizados. Todas las partes de metal expuestas de estos instrumentos se deben poner a tierra para la seguridad. Los requisitos de la calibraci´on del instrumento son similares a los de instrumentos no electr´onicos. 3.3.1.1.

EN POTENCIA RECTIFICADA.

El promedio o los valores de la C.C. de los voltajes y corrientes de la armadura y de campo se pueden medir usando un campo magn´etico permanente en los arrollamientos, incluyendo la instrumentaci´ on digital sabida para proporcionar las lecturas verdaderas. Los instrumentos de corriente alterna del tipo que usan rectificadores para detectar solamente una porci´on del voltaje o de la se˜ nal de corriente y los instrumentos que est´an calibrados basados en la suposici´on de una dimensi´ on de una variable de onda sinusoidal no deben ser utilizados. Las observaciones en el osciloscopio del voltaje y de las se˜ nales de corriente se recomiendan para asegurarse de que las formas de onda est´an de las dimensiones de una variable que se esperar´an. Los transductores actuales convenientemente de baja inductancia y los terminales de componente blindados se deben utilizar para reducir al m´ınimo la distorsi´on de la se˜ nal y para eliminar voltajes extra˜ nos. 3.3.1.2.

COMPONENTE DE C.A

La componente de C.A. de la armadura y los voltajes y la corriente del campo se puede medir por separado usando la instrumentaci´on conveniente y combinar con el valor medio para obtener el valor rms de la variable. Por ejemplo, la componente de los valores de la corriente de la armadura est´ a interrelacionados. p (3.1) Irms = (Idc 2 + Iac 2 ) donde: Irms =valor rms de la corriente. Idc =valor promedio de la corriente. Iac =valor rms de la componente A.C. de la corriente. Si un transformador de corriente se utiliza para bloquear la componente de la corriente de C.C., debe ser de la suficiente magnitud para evitar la saturaci´on magn´etica resultante de la corriente continua que pasa por el enrollamiento primario. Si un enrollamiento diagonal de C.C. se utiliza para evitar la saturaci´ on magn´etica del transformador, se deben tomar los medios para restringir la circulaci´ on de amperio de C.A. en el enrollamiento diagonal menores que el 2 % de la circulaci´on de amperio de C.A. en los enrollamientos primarios. La magnitud, la dimensi´on de una onda variable, y el lazo de la fase de la corriente secundaria se deben observar con un osciloscopio y comparar con la corriente primaria. Si un condensador se utiliza para bloquear la componente de la C.C. del voltaje, debe ser de la suficiente magnitud de modo que la ca´ıda del voltaje de C.A. a trav´es del condensador sea menor que el 2 % de la componente de C.A. del voltaje medido.

3.3.2.

MEDIDA DEL VOLTAJE.

Las medidas del voltaje de la m´ aquina se deben tomar con los terminales de la componente de la se˜ nal conectados con las terminales de la m´aquina. Si las condiciones locales no permiten tales conexiones, el error introducido debe ser evaluado y las lecturas ser corregidas. Las pruebas se deben hacer con el voltaje especificado o cercano en las pr´acticas. Si el voltaje en el terminal es levemente diferente de voltaje especificado, esta diferencia ser´a considerada y las correcciones ser´ an hechas en las caracter´ısticas de c´alculo de la m´aquina. En potencia rectificada, el voltaje C.A. de la entrada de informaci´on al rectificador debe ser el valor especificado, del +2 %, −0 %.

CAP´ITULO 3.

3.3.3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.106

MEDIDA DE LA CORRIENTE.

Donde la corriente va a ser medida dentro del rango de amperios disponibles, un amper´ımetro se puede insertar directo en el circuito. Se utilizan los transductores actuales cuando el rango de amper´ımetros disponibles se excede. Tambi´en, los amplificadores del aislamiento pueden ser utilizados para los prop´ ositos de seguridad y ser compatibles con otra instrumentaci´on. En todos los casos, la impedancia del amper´ımetro o el transductor no afectar´a apreciablemente a las caracter´ısticas de la m´ aquina o del circuito probado. La corriente requerida por todos los dispositivos protectores usados durante la prueba no afectar´ a apreciablemente a los resultados de las pruebas. En potencia rectificada, el valor del rms de la armadura actual o de la componente de C.A. de la corriente de la armadura, o ambos, debe ser medido.

3.3.4.

MEDIDA DE LA POTENCIA.

La energ´ıa el´ectrica (vatios) se computa generalmente como el promedio del tiempo del producto instant´ aneo del voltaje y de la corriente. Un vat´ımetro lectura directa puede ser utilizado. Si se requiere la exactitud m´as alta, las correcciones se deben hacer para las perdidas en los instrumentos, y los dispositivos protectores. Si un motor impulsor calibrado o un dinam´ometro o un medidor del par se utiliza en medidas de la p´erdida debe preferiblemente ser de tal tama˜ no que est´a cargado por lo menos a una mitad de su grado cuando las p´erdidas para la carga especificada se midan. 3.3.4.1.

POTENCIA DE ENTRADA DEL CIRCUITO DE LA ARMADURA.

En potencia rectificada, la potencia de entrada de la armadura se puede medir directo usando un vat´ımetro u otros medios de medida en donde el producto instant´aneo del voltaje y de la corriente es un promedio del tiempo. Alternativamente, las componentes de la corriente en C.C. y C.A. se pueden medir por separado seg´ un lo descritos en (1) y (2) . (1) La componente de la C.C. a la entrada circuito de la armadura es el producto del voltaje y de la corriente medida del circuito de la armadura de la entrada seg´ un lo medido con los instrumentos de medida. (2) La componente de C.A del c´ırculo de la armadura a la entrada es el valor medio del producto de las componentes de C.A instant´aneos del voltaje y de la corriente del circuito de la armadura. Puede ser medida bloqueando la componente de la C.C. del voltaje o de la corriente que pasan a trav´es de los terminales. Adem´as, debe ser determinado por observaciones simult´aneas del osciloscopio que las se˜ nales de la corriente y del voltaje sean repetidas y exactas en su lazo de fase. 3.3.4.2.

POTENCIA DE ENTRADA DEL CAMPO-SHUNT.

La potencia de entrada del campo-shunt se puede tomar generalmente con suficiente exactitud como el producto del voltaje y de la corriente medida del campo-shunt. Si la corriente del camposhunt no es ondulaci´ on-pico seg´ un lo definido en 3.1.1 la potencia del campo-shunt ser´a calculada como el producto del cuadrado del valor del rms de la corriente de campo shunt y de la resistencia de C.C.

3.3.5.

FUENTES DE ENERG´IA

3.3.5.1.

FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA.

La fuente de alimentaci´ on debe ser tal que necesite un m´ınimo ajuste durante las lecturas de la prueba que se est´ a tomado. Generalmente debe ser suficientemente del tama˜ no y en tal condici´ on que su operaci´ on no influya en la m´ aquina bajo prueba. La fuente de poder debe ser esencialmente de ondulaci´ on pico seg´ un lo definido en 3.1.1. 3.3.5.2.

FUENTE RECTIFICADA DE CORRIENTE ALTERNA.

Las pruebas de funcionamiento y de conformidad en los motores de C.C. previstos para el servicio con los rectificadores deben funcionar usando una fuente de alimentaci´on del tipo que de

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.107

por resultado la cantidad de corriente y frecuencia de ondulaci´on para la cual es dise˜ nado el motor. Las formas de onda del voltaje y la corriente deben ser de tal forma que est´en libres de disturbios y de inestabilidades. La diferencia entre las amplitudes m´aximas y m´ınimas de los pulsos de corriente sobre un ciclo de la frecuencia fundamental no debe exceder el 2 % de la amplitud del pulso m´ as alto. Los par´ ametros significativos del rectificador con respecto a la corriente de ondulaci´on de la armadura son: n´ umero de fases y trazado de circuito, entrada de voltaje de C.A. y frecuencia, e inductancia y resistencia del circuito de la armadura. En la ausencia de recursos del rectificador que cumplan estos requisitos, y cuando as´ı se observe en el expediente de datos de prueba, una fuente de alimentaci´ on del circuito de la armadura que proporciona la misma frecuencia pero m´ as corriente de ondulaci´ on puede ser utilizada y la ondulaci´on restringida para el valor clasificado usando una reactancia de choque. Cuando se observa en el expediente de los datos de prueba, que la fuente de alimentaci´ on continua tiene un voltaje de ondulaci´on inferior, semejante a un generador de C.C., se puede utilizar para suministrar la potencia al circuito del campo-shunt durante las pruebas usando un rectificador para suministrar al circuito de armadura del motor. Una indicaci´ on del calentamiento del motor se puede obtener de las pruebas usando la potencia de C.C., de la armadura que tiene una ondulaci´on inferior, tal como un generador de C.C., manteniendo la corriente de la armadura en el valor anticipado rms en servicio del rectificador. Sin embargo, debe ser reconocido que las temperaturas de la m´aquina pueden ser m´as altas en servicio real del rectificador, determinado en el caso de las m´aquinas incluidas. Tales pruebas no miden el funcionamiento de la conmutaci´on. Una fuente de C.C. de ondulaci´on inferior puede tambi´en ser utilizada en pruebas por separado, de la p´erdida y en tomar pruebas comparativas del calentamiento y de la conmutaci´ on.

3.4.

´ EXAMENES PRELIMINARES

3.4.1.

CONDICIONES DE REFERENCIA

3.4.1.1.

´ PARA LAS PRUEBAS. LOCALIZACION

Las pruebas se hacen generalmente en la planta del fabricante, a menos que se establezca una localizaci´ on de otra manera mutuamente convenida . 3.4.1.2.

AIRE AMBIENTE.

A no ser que se acuerde lo contrario sobre, temperatura del aire circundante debe estar entre 10 °C y 40 °C, y la altitud no debe exceder 1000 m (3300 pies). El procedimiento que se seguir´a en la medida de la temperatura ambiente se da en IEEE Std 119-1974 [8]4 . 3.4.1.3.

MARCAS DE TERMINALES.

Las marcas de terminales deben estar de acuerdo con ANSI/NEMA MG1-1978 [5]. Sin embargo, el diagrama de conexiones de los fabricantes debe ser autoritario para controlar marcas y polaridades en los terminales. 3.4.1.4.

´ DE LA ROTACION. ´ DIRECCION

Cuando la direcci´ on de la rotaci´ on no es especificada, los motores ser´an probados con la rotaci´ on a la izquierda y generadores con la rotaci´on a la derecha, cuando est´an vistos del extremo del conmutador. 3.4.1.5.

´ PROBAR LA CAPACIDAD DE LA MAQUINA.

En estos procedimientos de ensayo la carga determinada est´a dada por la corriente de la carga determinada.

CAP´ITULO 3.

3.4.2.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.108

MEDIDAS DE LA RESISTENCIA DEL ENROLLAMIENTO.

La resistencia de los enrollamientos de la m´aquina se realiza para controlar la conexi´on completa de los bobinados, para calcular la p´erdida I 2 R, y establecer una resistencia de referencia a una temperatura de referencia que se utilizar´a en la determinaci´on de la temperatura promedio de la bobina. (Para este prop´ osito se puede utilizar un complemento. Ver 3.6.3.1.2). La medida de la resistencia se debe hacer conforme a IEEE Std 118-1978 [7]. La temperatura promedio de la bobina debe ser registrada cuando se mide la resistencia en fr´ıo. La temperatura del aire circundante no ser´ a mirada como la temperatura de las bobinas, a menos que la m´aquina haya estado colocada bajo condiciones de temperatura constante por un per´ıodo considerable de tiempo. Extremo cuidado se debe llevar al tomar las medidas exactas en resistencias en fr´ıo, puesto que un peque˜ no error en la medici´ on de las resistencias causar´a un error comparativamente grande en la determinaci´ on de la temperatura. 3.4.2.1.

´ DE TEMPERATURA DE LAS RESISTENCIAS DEL ENCORRECCION ROLLAMIENTO.

La ecuaci´ on que se utilizar´ a para corregir la resistencia en fr´ıo medida a un est´andar com´ un de temperatura tal como 25 °C es: R1 = R2

(k + t1 ) (k + t2 )

(3.2)

donde: R1 .−Resistencia de la bobina en (ohmios) medida a temperatura fr´ıa est´andar. R2 .−Resistencia de la bobina en (ohmios) medida a temperatura t2 en °C k.−234.5 para el cobre k.−225 para el aluminio (grado de la EC basado en una conductividad del volumen del 62 %). 3.4.2.2.

´ METODO DE MEDIDA DE LA RESISTENCIA.

El m´etodo del puente es el m´etodo preferido. El m´etodo de la ca´ıda de voltaje se puede utilizar como otro m´etodo. 3.4.2.2.1 CIRCUITO DE BOBINAS DE CAMPO-SHUNT La resistencia en fr´ıo del campo shunt ser´a obtenida en los terminales del campo shunt con las conexiones apropiadas excepto todas las resistencias externas. 3.4.2.2.2 RESISTENCIAS DEL CIRCUITO DE BOBINADO DE ARMADURA La resistencia del circuito de bobinado de armadura abarca la suma de varios componentes (excepto resistencia de contacto de las escobillas y de las escobillas) conectados de acuerdo con el diagrama del bobinado de la m´ aquina. Esta adici´on debe ser hecha solamente despu´es que cada componente de la resistencia se ha corregido a una temperatura com´ un. Estos componentes se miden seg´ un lo indicado abajo: 1) BOBINADO DE LA ARMADURA M´ etodo A. Este m´etodo es limitado para armaduras con bobinado ondulado incluyendo todos los enrollamientos del rotor de dos polos. Para otros tipos de bobinados, o si el tipo del bobinado no se sabe, los m´etodos B o C dada abajo deben ser utilizados. Usando este m´etodo, la resistencia de la armadura puede ser determinada aplicando un puente de resistencia a trav´es de dos segmentos del conmutador tan cerca como sea posible a un polo. En el caso simple, de los bobinados del rotor del dos polos que tienen un n´ umero impar de segmentos, un contacto del puente deben cubrir dos segmentos adyacentes. En el caso de enrollamientos a dos caras, cada contacto del puente cubrir´ a dos segmentos adyacentes. M´ etodo B (PREFERIDO). Una conexi´on conveniente de una resistencia baja se debe conectar al bobinado del rotor o a cualquier canalizaci´on verticales o a los clips del extremo o en los segmentos del conmutador para entrar en contacto con el bobinado del rotor en cada localizaci´ on de la escobilla. Para un bobinado simple la conexi´on debe entrar en contacto con un segmento del conmutador por polo.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.109

En el caso del espaciamiento no ´ıntegro, el contacto se puede hacer a dos segmentos adyacentes del conmutador simult´ aneamente. Para un rotor a dos caras el bobinado debe entrar en contacto con dos segmentos adyacentes del conmutador simult´aneamente en cada posici´on de la escobilla. En caso de que el tipo del bobinado del rotor no se conozca, una aproximaci´on cercana a la resistencia del bobinado puede ser lograda conectando como se describi´o para un bobinado doble o un m´etodo C a dos caras puede ser aplicado. La resistencia medida conectando el puente entre los tramos de los terminales de esta conexi´ on que simula las escobillas positivas y negativas se considera como la resistencia del bobinado del rotor. Se debe tener cuidado al tomar los valores para reducir la resistencia de contacto a un valor insignificante inferior. ´ M´ etodo C (ALTERNATIVO). Este es el m´etodo de la ca´ıda de voltaje de medir la resistencia de la armadura. La conexi´ on de la escobilla debe ser ensamblada correctamente. El ajuste de la escobilla debe ser bueno (v´ease 4.6.1). El rotor se debe bloquear convenientemente para prevenir la rotaci´ on. La conexi´ on de la escobilla se debe utilizar como la conexi´on actual y la ca´ıda de potencial medidas como sigue: Las dos componentes potenciales de los terminales se deben aplicar a los segmentos del conmutador aproximadamente una a cada polo. Estas componentes en los terminales de se deben situar en segmentos cerca del centro de la superficie de contacto de la escobilla como sea posible. Las componentes potenciales en los terminales deben ser desplazados y registrar las lecturas para cada polo. La corriente debe ser constante para todas estas mediciones. La corriente no debe exceder el 10 % del valor especificado. Las resistencias ser´an computadas del promedio de todas las lecturas de la ca´ıda de voltaje y de la corriente de circulaci´on. Esto dar´ a generalmente un valor m´ as inferior de la resistencia que el valor medido usando los m´etodos A o B. ´ PRECAUCION: La corriente y el tiempo que se aplica ser´an limitadas para prevenir da˜ no al conmutador debido al calentamiento local por la corriente de circulaci´on. ´ DEL BOBINADO DE CAMPO. 2) CONMUTACION En las m´ aquinas no compensadas la resistencia de esta bobina se puede medir directo en sus terminales. Si el final de la bobina est´a conectado permanentemente con la escobilla, la conmutaci´ on de la resistencia de campo se debe medir entre esta punta y la terminal exterior. En las m´ aquinas que son compensadas, este bobinado se puede interpolar con el bobinado compensado de campo (bobinado del polo). En tales dise˜ nos la resistencia combinada de estos dos bobinados debe ser medida. Si los bobinados est´ an divididos y establecidos el´ectricamente en las caras opuestas de la armadura o arreglados en otra manera, la resistencia de cada componente del bobinado se debe medir individualmente. ´ DEL BOBINADO DE CAMPO. 3) COMPENSACION Separamos la conmutaci´ on de los bobinados de campo, la resistencia se debe medir en las terminales de este bobinado. 4) BOBINADO DE CAMPO SERIE. La resistencia se debe medir en las terminales de todos los bobinados distintos. Si el bobinado est´ a conectado permanentemente con uno de los otros bobinados inm´oviles y solamente una conexi´ on distinta entre la uni´ on de los dos bobinados, la resistencia de campo serie se debe medir entre la terminal y esta uni´ on distinta de la conexi´on. Si se interpola el bobinado de campo serie, o no tiene una conexi´on distinta entre los bobinados, despu´es su resistencia se debe medir conjuntamente con los otros bobinados del estator a los cuales se interconecta. 5) SHUNT. La resistencia de cualquier shunt conectada paralelamente a los bobinados de la m´aquina se debe medir en las terminales del cable de la shunt. Las shunt deber´ıan ser desconectadas de los bobinados al medir dichos bobinados y las resistencias shunt. 6) BOBINADOS AUXILIARES Y RESISTENCIAS ASOCIADAS EN SERIE. La resistencia de todos los bobinados auxiliares se debe medir en los terminales. La resistencia de todo el bobinado auxiliar con resistores ajustable se debe medir en los terminales de los cables donde est´ an conectados dichos resistores al bobinado. Adem´as de la resistencia, todas las conexiones de los resistores ajustables deben ser registradas.

CAP´ITULO 3.

3.4.3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.110

MEDIDAS DEL ENTREHIERRO.

La medida del entrehierro debe incluir una verificaci´on de la instalaci´on correcta de los polos principales, de la prueba de la deformaci´on posible del rodamiento o del soporte de rodadura, del examen para la suficiente separaci´on antes de probar, y del montaje apropiado del rotor con respecto al estator. La asimetr´ıa del entrehierro del polo de conmutaci´on de campo puede causar dificultades tales como ondulaci´ on del voltaje o sobrecalentamiento excesivo de ecualizadores. Medir el entrehierro m´ınimo debajo del centro (aproximadamente) de cada polo principal y de cada polo de campo conmutado usar una galga conveniente o un calibrador de precisi´on para determinar el entrehierro por lo menos a los 0.100 mil´ımetros (0.005 pulgadas) para los motores con caballos de fuerza integral y a los 0.050 mil´ımetros (0.002 pulgadas) para los motores con caballos de fuerza fraccionario. Todas las medidas se deben hacer entre las superficies del hierro de los polos y el rotor. En pr´ actica habitual, una punta com´ un en el rotor se selecciona y la punta se gira a cada polo alternadamente mientras que se hacen las medidas. Donde las aberturas no proporcionan, la uniformidad del entrehierro puede ser determinada comprobando que el rotor gire libremente en la m´aquina ensamblada con el bobinado con el alambre, espaciado alrededor de la periferia del rotor. Para esta prueba el di´ametro del alambre debe ser por lo menos el 70 % de la mitad de la diferencia entre la distancia diametral del polo principal y del di´ ametro exterior del rotor. 3.4.3.1.

TOMA DE DATOS.

Este procedimiento recomienda uniformidad en la identificaci´on del polo. El polo principal N°1 y el polo N°1 del conmutador de campo ser´a el polo superior o el primer polo de cada uno bueno en una direcci´ on a la derecha de la l´ınea central vertical sobre la l´ınea central horizontal cuando la m´ aquina se ve del extremo del conmutador. Cada polo principal ser´a numerado el comenzando con el polo N°1 y procediendo consecutivamente en una direcci´on a la derecha. Para una m´ aquina con un eje vertical, el polo N°1 es primero en una direcci´on a la derecha seg´ un lo visto del extremo del conmutador de la m´aquina de una cierto punto se˜ nalado como en la placa de identificaci´ on o la direcci´ on de la marca de rotaci´on. Este punto deber´ıa ser identificado en el expediente de datos.

3.4.4.

POLARIDAD Y CA´IDA DE LA IMPEDANCIA DE LAS BOBINAS DE CAMPO.

3.4.4.1.

POLARIDAD.

La polaridad de los varios devanados inductores se puede determinar por los m´etodos indicados posteriormente. Cada polaridad de la bobina de campo se debe comprobar independiente. La polaridad se puede controlar por medio de una br´ ujula mientras circula la corriente por todas las bobinas de campo conectadas en serie u observando la atracci´on o la repulsi´on entre los finales de dos circuitos, al puentear con una barra de suelda entre las extremidades de polos adyacentes. Las bobinas de campo que se construyen de los conductores de gran tama˜ no que se pueden localizar f´ acilmente a trav´es del enrollamiento pueden tener su polaridad verificada localizando el enrollamiento y aplicando la regla de la mano derecha. 3.4.4.2.

CA´ IDA DE LA IMPEDANCIA.

Puesto que una prueba de resistencia de C.C. es conveniente pero insensible a la detecci´ on de variaciones entre las bobinas de campo, se recomienda una prueba de ca´ıda de la impedancia de la C.A. Una bobina cortocircuitada ser´a indicada por una baja impedancia cuando est´a sea comparada a otro bobina.

3.4.5.

´ VIBRACION.

La vibraci´ on del motor causada por asimetr´ıa mec´anica o electromagn´etica se debe medir usando una fuente inferior de corriente continua tal como un generador. Tales medidas se hacen generalmente sin ninguna carga y a la velocidad especificada usando una balanceadora en la extensi´on de eje. La frecuencia de vibraci´ on se relaciona con la velocidad de la rotaci´on.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.111

Velocidad (rpm/m) 7200 3600 1800 1200 900 720 600

M´ınimo (mm) 0.4 1.5 6 15 25 40 55

Compresi´on (pulgadas) 1/64 1/16 1/4 9/16 1 1 9/16 2 1/4

Cuadro 3.1: Tabla de compresi´on para motores de C.C En potencia rectificada, adem´ as de la vibraci´on causada por asimetr´ıa mec´anica o electromagn´etica, las vibraciones pueden ser relacionadas experimentado a la amplitud y a la frecuencia de los componentes de la ondulaci´ on de la corriente de la armadura y de campo. La fuente de alimentaci´ on usada debe estar de acuerdo con 3.3.5.2. Las pruebas se deben realizar con varias cargas sobre el rango de velocidad entero de la m´aquina incluyendo control de velocidad por voltaje de la armadura en caso pertinente. Para distinguir entre la vibraci´ on debido a la ondulaci´on de la corriente y que deriva a la ondulaci´on de ranura o a otros factores, las frecuencias de vibraci´on se deben examinar como la velocidad de rotaci´ on cambian lentamente. Las frecuencias naturales de las piezas mec´anicas de la m´aquina se pueden excitar por frecuencias, arm´ onicos, o segundos arm´onicos de la fuente de alimentaci´on que act´ uan independiente o es reforzada por la ondulaci´on de ranura. Tambi´en, las medidas se pueden hacer con diversos grados de ondulaci´ on de corriente seg´ un lo logrado por el uso de un reactor que alisa o usando una fuente de alimentaci´ on inferior de ondulaci´on, tal como un generador de la C.C. La velocidad de la vibraci´ on es la cantidad recomendada de la medida. Las medidas axial-dirigidas radialmente y de vibraci´on se deben hacer en el soporte del cojinete de la m´ aquina. Si los soportes del cojinete no son accesibles las lecturas se deben tomar en el soporte de la cubierta o lo m´ as cerca como sea posible. Las condiciones del montaje afectar´an a la vibraci´on de la m´aquina. Las m´aquinas proporcionadas con sus mismas bases de soporte, o de construcci´on con blindaje, se pueden montar de tal manera en cuanto se hacen independientes de condiciones del montaje. En las m´aquinas grandes esto llega a ser impr´ actico y la experiencia lo ha mostrado para ser innecesaria. Para obtener las medidas que est´ an casi como sea posible independiente de condiciones del montaje, la m´aquina se ´ debe colocar en las pistas o los resortes flexibles. Estos deben comprimir por el peso de la m´aquina solamente, en cantidades no menos que los valores mostrados a continuaci´on. El valor para una compresi´ on m´ınima a otras velocidades puede determinarse por la siguiente ecuaci´ on:  2 k c= v

(3.3)

donde: k =4500 para c en (mil´ımetros) o 900 para c en (pulgadas) v =velocidad (r/min) Las pistas o los resortes deben ser seleccionados de modo que la compresi´on no sea m´as de la mitad del espesor descargado.

3.4.6.

´ DE LAS ESCOBILLAS. CONFIGURACION

La mejor posici´ on de las escobillas para la buena conmutaci´on y las caracter´ısticas deseadas del voltaje o de la velocidad de generadores o de motores, respectivamente, ser´a determinada por la observaci´ on de las m´ aquinas bajo carga. El fabricante de m´aquinas continuas determina la posici´ on de la escobilla que da la conmutaci´on adecuada y proporciona una referencia a las marcas permitiendo que esta posici´ on sea vuelta a poner. En algunas m´aquinas, el aparejo de las escobillas es fijo y no puede ser movido. Cuando la disposici´on se adopta para mover el aparejo del cepillo, uno de los m´etodos dados en 3.4.6.2, 3.4.6.3, y 3.4.6.4 se puede utilizar para determinar el neutro el´ectrico.

CAP´ITULO 3.

3.4.6.1.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.112

´ DE UN BUEN AJUSTE DE LA ESCOBILLA. DEFINICION

Por lo menos los 75 % del ´ area de la cara de la escobilla y 100 % del arco circunferencial de la escobilla deben estar en contacto evidente con el conmutador. 3.4.6.2.

´ ´ DE ROTACION ´ (NEUTRO A PLENA CARMETODO DE INVERSION GA).

La inversi´ on de las m´ aquinas puede obtener el neutro localizado con este m´etodo. Encendemos la m´ aquina con voltaje constante, la corriente de campo constante, y la corriente de armadura constante. El ajuste entre la cara de la escobilla y el conmutador debe ser bueno. Medir la velocidad rotatoria para ambas direcciones de rotaci´on. Cuando las escobillas est´an situadas en neutro, la velocidad rotatoria debe ser casi igual en ambas direcciones. La m´aquina debe estar funcionando a plena carga y a la velocidad de funcionamiento superior o cercano. Para evitar las inconsistencias de la velocidad causadas por hist´eresis magn´etica en el eje directo y de cuadratura, la corriente de campo se debe ajustar de manera semejante en las pruebas en ambas direcciones de rotaci´on. Tambi´en, no se debe permitir la circulaci´on de corriente excesiva de la armadura, determinada durante la aceleraci´ on y la desaceleraci´on. 3.4.6.3.

´ DE UN PEQUENO ˜ MOVIMIENTO DE LA ARMADURA A TRAVES ´ ´ ANGULO (METODO DEL RETROCESO).

El neutro sin carga o inductivo puede ser encontrado observando el voltaje inducido en el bobinado del inducido fijo alternativamente estableciendo y desapareciendo un flujo en los polos principales. El procedimiento habitual es como sigue: Levantar las escobillas. Seleccionar dos segmentos del conmutador espaci´ o en cada polo (los segmentos totales divididos por el n´ umero de polos). En caso de que las barras por cada polo no sean un n´ umero integral, dos conjuntos de lecturas deben ser tomados. Una media ponderada entre los dos representar´a las lecturas buscadas. Conectar con estos segmentos un volt´ımetro o un milivolt´ımetro de potencial directo. Emplear r´ apido un corte al interruptor auxiliar para asegurar un ´ındice m´as uniforme de interrupci´on de la corriente. Arreglar excitar el campo principal de una fuente continua separada con no m´as del 20 % de la corriente normal cu´ al se puede establecer e interrumpir por medio del interruptor. En la apertura del interruptor, el decaimiento del flujo de campo inducir´a un voltaje en las bobinas de la armadura entre los segmentos seleccionados y este retroceso ser´a le´ıdo en el volt´ımetro. Observar la direcci´ on del voltaje inducido sobre el retiro del campo. La armadura deber´ıa ser girada algunos grados al mismo tiempo, con el volt´ımetro conectado siempre con los mismos segmentos y observando repetidamente hasta que se encuentre una posici´ on de modo que la interrupci´ on de la corriente de campo produzca una indicaci´on m´ınima en el volt´ımetro. Cuando ocurre esto, la porci´on del bobinado entre los terminales del volt´ımetro est´ a igualmente o situado sim´etricamente bajo los polos y centro de las caras de la escobilla deber´ıa ser fijado en estos puntos. NOTA: Un volt´ımetro o un milivolt´ımetro de escala baja se debe utilizar para asegurar una localizaci´ on discreta del punto nulo. 3.4.6.4.

´ ARMADURA ESTACIONARIA (METODO DEL RETROCESO)

3.4.6.4.1 MEDIDA CON LAS ESCOBILLAS LEVANTADAS. Si la armadura no se puede girar f´acilmente, por ejemplo en las m´aquinas grandes o las unidades m´ ultiples, los terminales de componente del volt´ımetro se pueden mover alrededor del conmutador que mantiene un polo entre los terminales. El punto neutro en el conmutador es entonces en los dos segmentos donde se obtiene la indicaci´on m´ınima del volt´ımetro cuando se cambia la corriente de campo, ver 3.4.6.3. Los centros de las escobillas se deben fijar en estos puntos. En caso donde las barras por polo no sean un n´ umero integral, los terminales del volt´ımetro todav´ıa seguir´ an siendo un polo aparte y un n´ umero de lecturas deber´ıan ser tomadas en cada lado del punto en donde el retroceso invierte. El punto en la cual el trazo de una curva de estas lecturas pasa por cero indicar´ a la posici´ on neutra sin carga.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.113

3.4.6.4.2 MEDIDA DE CON LAS ESCOBILLAS ABAJO. Este m´etodo es similar al de 3.4.6.4.1 salvo que el voltaje inductivo se mide a trav´es de las escobillas. Todas las escobillas pueden estar abajo, aunque algunas pueden ser levantadas en caso de que la fricci´ on de la escobilla tienda tambi´en a girar la armadura mientras que se cambian de puesto las escobillas. Las escobillas deben tener un buen ajuste. Conectar un milivolt´ımetro de baja escala con dos brazos adyacentes de la escobilla. Primero, aflojar la uni´on de la escobilla para que pueda moverse libremente. Despu´es, mover la uni´on de la escobilla desde la posici´on presunta neutral mec´ anica aproximadamente dos segmentos del conmutador en la direcci´on de la rotaci´on de la m´ aquina. Desde esta posici´ on, mover hacia atr´as la uni´on de la escobilla en peque˜ nos incrementos contra la direcci´ on de la rotaci´ on de la m´aquina; en cada posici´on, haciendo y quitando la corriente de campo y registrando la desviaci´ on del medidor y la direcci´on de desviaci´on. Un milivolt´ımetro con centro cero o un registrador se debe utilizar con este fin. Continuar moviendo la uni´on de las escobillas aproximadamente dos segmentos del conmutador m´as all´a de la posici´on el´ectrica neutra. Trazar en papel el gr´ afico de las lecturas del medidor en funci´on de la posici´on de la escobilla y trazar una l´ınea recta a trav´es de cada conjunto de puntos; dos l´ıneas, una para el comienzo y una para final de la corriente de campo, intersectar´an en o cerca a la abscisa; ´esta es la posici´ on neutral de la escobilla a la cual las escobillas deben ser movidos. La inversi´ on de las m´ aquinas debe tener la posici´on neutral identificada moviendo el aparejo de las escobillas o primero en una direcci´on, entonces en la direcci´on contraria; para cada direcci´on, un conjunto de lecturas se debe tomar seg´ un lo indicado anteriormente. La posici´on neutral final es el valor medio de las dos intersecciones de la curva seg´ un lo trazado anteriormente.

3.4.7.

RESISTENCIA DEL AISLANTE.

La resistencia del aislante entre los bobinados y la carcasa se mide raramente en las m´aquinas peque˜ nas o de baja tensi´ on, pero se toma com´ unmente en m´aquinas grandes (200 caballos de fuerza y m´ as grandes) y de voltajes altos (250 V en adelante), y en las m´aquinas sujetadas al da˜ no del aislante por exposici´ on o servicio severo. La resistencia del aislante a tierra es una indicaci´on u ´til independientemente de si la m´aquina est´ a en condici´ on adecuada para la aplicaci´on de una prueba de alto potencial o de pruebas de arranque. En esos casos donde se est´an registrando las resistencias del aislante, es importante obtener un buen conjunto de los valores iniciales para los prop´ositos comparativos futuros. Para los m´etodos de ensayo ver ANSI/IEEE Std 43-1974 [3].

3.4.8.

PRUEBAS DEL ALTO POTENCIAL.

En inter´es de seguridad, se deben tomar las precauciones necesarias para revenir que cualquier persona entre en contacto con cualquier pieza del circuito o del aparato mientras las pruebas diel´ectricas est´ an en curso. AVISO: Debido al alto voltaje utilizado podr´ıa causar lesi´on permanente o muerte, las pruebas del alto potencial deben ser realizadas solamente por personal experimentado, y tomar las precauciones en materia de seguridad adecuadas para evitar da˜ nos al personal y da˜ no a los bienes. Esta prueba debe ser aplicada si, y solamente si, la m´aquina est´a en buenas condiciones y la resistencia de aislante no est´ a deteriorada debido a la suciedad o a la humedad. Los bobinados probados se deben descargar cuidadosamente para evitar da˜ nos al personal en contacto. 3.4.8.1.

EL VOLTAJE DE LA PRUEBA DEL ALTO-POTENCIAL.

Debe ser sucesivamente aplicado entre cada circuito el´ectrico y la carcasa (o el n´ ucleo en caso del rotor). Los bobinados que no est´an bajo prueba y el resto de piezas de metal se deben conectar con la carcasa (o base) durante esta prueba. La carcasa (o base) se debe poner a tierra convenientemente durante esta prueba. Todos los accesorios tales como condensadores, reactancias, autotransformadores, etc que se puedan da˜ nar por la alta tensi´on deben ser desconectados durante esta prueba. Los accesorios deben estar sujetos a la prueba de alto potencial aplicable a la clase del aparato al cual el accesorio pertenezca. Tales pruebas se deben hacer al punto de su fabricaci´on.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.114

El valor del voltaje de la prueba del alto potencial su frecuencia, forma de onda, duraci´on, y el valor de cresta estar´ a de acuerdo con ANSI/NEMA MGI-1978 [5], secciones 3.01, 12.03, 15.48, 23.50, o 24.48. ´ PRECAUCION: Aplicaciones repetidas de la prueba de alto potencial destruye las calidades diel´ectricas del sistema de aislante. 3.4.8.2.

TERMINALES.

Ningunos terminales se deben dejar desconectados durante la prueba porque esto puede causar una tensi´ on extremadamente severa en una cierta localizaci´on en el bobinado. De hacer la prueba, el voltaje se debe aumentar suavemente hasta el valor completo tan r´apido como sea posible con su valor indicado correctamente por el contador. Despu´es de la duraci´ on especificada del voltaje de la prueba, debe entonces ser reducido a un valor que este entre un cuarto del valor o menos en no m´as que 15 seg. ´ PRECAUCION: El voltaje nunca deber´ıa ser desconectado desde valor m´aximo en un solo paso. Para la medida del voltaje en la prueba de alto potencial, ver ANS/IEEE Std 4-1978 [2]. El m´etodo de medici´ on del transformador-volt´ımetro es de uso general.

3.5. 3.5.1.

´ DEL FUNCIONAMIENTO. DETERMINACION ´ MAGNETICA. ´ SATURACION

La curva de saturaci´ on sin carga es un relaci´on no linear entre el voltaje en los terminales de la armadura y la corriente de campo a velocidad base determinada y corriente cero de armadura. Los datos se deben tomar con voltajes correctamente espaciados para permitir un diagrama exacto desde cero de la corriente de campo hasta aproximadamente 125 % del voltaje clasificado. 3.5.1.1.

ARRANQUE POR SEPARADO.

La m´ aquina se debe arrancar a la velocidad especificada por cualquier medio adecuado. Si es posible, la corriente de campo se debe suministrar de una fuente separada para estabilizar el voltaje y facilitar la toma de datos. Las lecturas de los datos de la corriente de campo, del voltaje de armadura, y de la velocidad debe ser tomada simult´ aneamente. ´ PRECAUCION: Si la m´ aquina que es probada no tiene polos conmutados y se construye con las escobillas situados en neutro con lo cual la prueba puede ser perjudicial e insignificante. 3.5.1.1.1CURVA ASCENDENTE. Un conjunto de lecturas se debe tomar iniciando con la corriente de campo cero y aumentando hasta que se obtenga el voltaje m´ aximo. Tres de las lecturas tomadas deben estar tan cerca como sea posible al 90 %, el 100 %, y 110 % del voltaje establecido. Para evitar las inconsistencias causadas por efectos de la hist´eresis, el voltaje en los terminales de la armadura nunca debe ser llevado sobre el punto de prueba prevista y despu´es ser disminuido. Si esto ocurre durante la prueba, la corriente de campo se debe reducir a cero y el voltaje en los terminales de la armadura aumentar al punto previsto de la prueba. 3.5.1.1.2 CURVA DESCENDENTE. Otro conjunto de lecturas se puede obtener por comenzar con en el voltaje m´aximo en los terminales de la armadura y la corriente de campo decreciendo a cero. Para evitar las inconsistencias causadas por efectos de la hist´eresis, el voltaje en los terminales de la armadura nunca debe ser llevado por debajo del punto de prueba prevista y despu´es ser aumentado. Si esto ocurre durante la prueba, la corriente de campo se debe aumentar al valor l´ımite y el voltaje en los terminales de la armadura disminuidos al punto previsto de la prueba.

CAP´ITULO 3.

3.5.1.2.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.115

AUTOARRANQUE (EXCEPTO LOS MOTORES BOBINADOS EN SERIE).

Si no hay disponible por separado un mecanismo impulsor conveniente, los datos para una curva sin carga aproximada de saturaci´ on pueden ser tomados arrancando la m´aquina como un motor desacoplado desde una fuente separada de corriente continua. Esta fuente debe ser ajustable a partir de aproximadamente 25 % a 125 % del voltaje especificado. Los efectos de la hist´eresis magn´etica se deben evitar seg´ un lo discutido en 3.5.1.1.1 y 3.5.1.1.2. La corriente de campo requerida para obtener los valores de velocidad a diversos datos de voltajes desde datos de saturaci´on sin carga debido a los efectos de la corriente de la armadura que se requiere para arrancar la m´aquina como un motor desacoplado. La m´ aquina puede llegar a ser inestable en baja tensi´on y tomar precauciones de una sobre-velocidad.

3.5.2.

´ CONMUTACION.

Se logra una acertada conmutaci´ on de la m´aquina si las escobillas, el conmutador no se queman o se da˜ nan en la prueba o en servicio normal hasta el punto de que se requiera el mantenimiento anormal. La presencia de un cierto encendido visible no es evidencia necesaria de una mala conmutaci´ on. En potencia rectificada, la conmutaci´on del motor ser´a afectada por la reactancia de l´ınea de C.A, la reactancia o impedancia de l´ınea de C.C., y la relaci´on del voltaje de C.A y el voltaje de C.C. Es importante, por lo tanto, al realizar la conmutaci´on utilizar una fuente de alimentaci´ on que tenga caracter´ısticas similares como sea posible a la fuente de alimentaci´on prevista. Ver tambi´en 3.3.5. La visible y evidente conmutaci´on parecer´a generalmente m´as severa con fuente de alimentaci´ on rectificada. Debido a la persistencia del ojo, muy brevemente el encendido aparece como el encendido prolongado o continuo. La conmutaci´on ser´a observada durante un largo periodo de tiempo para evaluar exactamente si est´a ocurriendo el chispeo.

3.5.3.

´ REGULACION.

No aplicable a los motores con bobinado en serie. 3.5.3.1.

´ DE LA VELOCIDAD DE MOTORES. REGULACION

El prop´ osito de esta prueba es determinar la variaci´on en velocidad del motor pues la carga se disminuye uniformemente de carga especificada a sin carga con voltaje constante de la armadura y la corriente de campo constante. El procedimiento de ensayo es como sigue: a) Esta prueba debe ser realizada despu´es de que el motor haya logrado una temperatura estabilizada resultando de la operaci´ on continua con carga especificada. Los puntos de prueba deben ser tomadas r´ apido de modo que la temperatura de los bobinados no cambien apreciablemente. Operar el motor manteniendo el voltaje especificado de armadura y la corriente de campo especificada. Si el motor utiliza un re´ ostato del campo, ajustar el re´ostato para obtener los valores de velocidad, y valores de corriente y voltaje especificados de armadura. b) Gradualmente se quita y se aplica a plena carga varias veces hasta que se obtengan las lecturas constantes. Registrar las velocidades a plena carga y sin carga y calcular la regulaci´on de la velocidad de acuerdo con la ecuaci´on siguiente:   veloc. sin carga-veloc a plena carga (3.4) Reg. de velocidad ( %) = 100 · veloc. a plena carga 3.5.3.2.

´ DE VOLTAJE DE GENERADORES. REGULACION

El prop´ osito de esta prueba es para determinar el cambio del voltaje en los terminales acompa˜ nado del traslado gradual de los valores de corriente especificada de armadura con el ajuste principal de campo para el voltaje de la carga especificada sin perturbaciones. El procedimiento de ensayo es el siguiente: a) Si el generador es autoexcitado, la configuraci´on del re´ostato debe seguir siendo fijo durante los cambios de carga en la prueba. Si el generador se excita por separado, la corriente de campo a carga espec´ıfica se debe mantener durante las pruebas.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.116

El generador debe funcionar a la velocidad especificada. La prueba se debe tomar despu´es que el generador haya logrado una temperatura estabilizada resultada de la operaci´on continua a la velocidad y carga especificadas. Los puntos de prueba se deben tomarse r´apidamente como se posible para que la temperatura de los bobinados no cambie apreciable. b) Quita y aplica gradualmente la carga varias veces hasta que se obtengan las lecturas consistentes. Registrar los voltajes respectivos a plena carga y sin carga y calcular las regulaciones de voltaje de acuerdo con la ecuaci´ on siguiente:   volt. sin carga-volt. a plena carga (3.5) Reg. de voltaje ( %) = 100 · volt. a plena carga 3.5.3.3.

´ DE VOLTAJE COMBINADA DEL GENERADOR Y DEL REGULACION MOTOR.

El procedimiento de ensayo dado en 3.5.3.2 b) es para la regulaci´on de voltaje esencial. La regulaci´ on de voltaje combinada es tomada por el mismo procedimiento a menos que las caracter´ısticas de la velocidad-carga caracter´ıstica del motor del generador se introduzcan. El generador debe funcionar a la velocidad y carga especificadas. La velocidad en el resto de los puntos debe ser de las caracter´ısticas inherentes de la velocidad-carga del motor del generador. Si la caracter´ıstica exacta de la velocidad-carga es desconocida, se debe asumir una funci´on rectil´ınea a trav´es del rango de la carga.

3.5.4.

EFICIENCIA.

La eficacia es la relaci´ on de transformaci´on de la potencia de salida y la potencia total de entrada. La potencia de salida es igual a la potencia de entrada menos las p´erdidas. Por lo tanto, si dos de las tres variables (potencia de salida, potencia de entrada, y p´erdidas) se conocen, la eficiencia se puede determinar por una de las ecuaciones siguientes: potencia de salida potencia de ingreso

(3.6)

Eficiencia =

potencia de ingreso -p´erdidas potencia de ingreso

(3.7)

Eficiencia =

potencia de salida potencia de salida +p´erdidas

(3.8)

Eficiencia = Para motores:

Para generadores:

Para los motores, la potencia de entrada puede ser determinada midiendo la potencia del circuito de campo shunt y de la armadura incluyendo los componentes de C.C. y de C.A. si es operaci´ on est´ a dada por potencia rectificada, seg´ un lo descrito en 3.4. La potencia de salida se puede determinar midiendo la salida mec´anica usando un medidor del par o un dinam´ometro y un tac´ ometro seg´ un lo descrito en 3.5.4.3.1 y 3.5.4.3.2. Las p´erdidas segregadas se pueden determinar seg´ un lo descrito en 3.5.4.5 y 3.5.5. Para los generadores, la potencia de entrada se puede determinar como la suma de la potencia mec´ anica de entrada, medida usando un medidor del par o un dinam´ometro y un tac´ometro, y la potencia el´ectrica de entrada al campo shunt. La potencia de salida puede ser determinada como el producto del voltaje y de la corriente medida en los terminales de la armadura. Las p´erdidas se pueden determinar seg´ un lo descrito en 3.5.4.5 y 3.5.5. 3.5.4.1.

CONDICIONES DE REFERENCIA

3.5.4.1.1EFICIENCIA Salvo que se especifique lo contrario, los datos de la eficiencia ser´an determinados para el voltaje y la velocidad especificados. En el caso de los motores de velocidad ajustable, la velocidad baja ser´ a utilizada salvo que se especifique lo contrario.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.117

´ 3.5.4.1.2 PERDIDAS. Para la determinaci´ on de las p´erdidas individuales I 2 R para los c´alculos de la eficiencia, las resistencias de los bobinados deben ser corregidos a una temperatura igual a un ambiente de 25°C m´ as las subidas de temperatura observadas a plena carga. Cuando las subidas de temperatura a plena carga no se han medido, referirse a ANSI/NEMA MG1-1978 [5], para que la temperatura sea utilizada en la correcci´ on de las resistencias del bobinado. 3.5.4.1.3 EFICIENCIA CORREGIDA. Si las pruebas de la potencia de entrada y salida se utilizan para determinar la eficiencia, deben ser hechas tan casi como sea posible con la temperatura final lograda en la operaci´on. ´ 3.5.4.1.4 OTRAS PERDIDAS. Las p´erdidas con excepci´ on de las p´erdidas de I 2 R no deben ser corregidas para la temperatura si los datos se toman bajo condiciones est´andar. Ver 3.4.1.2. 3.5.4.2.

´ METODOS.

Generalmente para el tama˜ no de las m´aquinas indicadas, los m´etodos siguientes deben ser utilizados, para los cuales las precauciones se enumeran en la secci´on 3.3. Tama˜ no de la m´ aquina Caballos de potencia (fraccionario) Caballos de potencia (Enteros)

M´etodo de la m´aquina freno, dinam´ometro, o medidor del par dinam´ometro, medidor del par, freno, retrobomba o p´erdidas segregadas

Cuadro 3.2: M´etodo para las p´erdidas seg´ un los HP 3.5.4.3.

MEDIDAS DE LA POTENCIA CONTINUA DE ENTRADA Y SALIDA.

Las medidas de la potencia continua de entrada y de salida se hacen siempre en las m´aquinas con caballos de fuerza fraccionarios y generalmente en las peque˜ nas m´aquinas, pero llegan a ser cada vez m´ as m´ as dif´ıciles mientras el tama˜ no de la m´aquina aumenta debido a limitaciones del equipo de prueba disponible. Lecturas.- Las lecturas de la corriente y el voltaje de ingreso (o de la salida), la velocidad y par de salida (o de la entrada), la temperatura ambiente, la temperatura de la armadura o de la resistencia, y las temperaturas o las resistencias de la bobina de campo, se deben obtener para seis puntos de carga substancialmente equidistantes a partir de 0.25 a 1.5 de la carga especificada. Con motores con excitaci´ on en serie, la carga m´ınima est´a determinada por las limitaciones de la velocidad de la m´ aquina. Para que las lecturas sean utilizadas en determinaci´on del funcionamiento, la subida de temperatura de la m´ aquina ser´a un cierto valor entre el 50 % y 100 % de la subida de temperatura especificada. En potencia rectificada, (ver forma C) las lecturas siguientes se debe tomar en cada uno de los seis puntos de carga:

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.118

T Nm lb · f (pies) oz · f (pulgadas)

k 9,549 × 103 7,043 × 103 1,352 × 103

Cuadro 3.4: Valor de la constante k LECTURAS Volt. de ingr. de la fuente de alim. todas las fases Volt. de ingr. al circ. de armadura Corriente de ingr. al circ. de armadura Comp. AC de la corriente del circ. de armadura Potencia de ingr. del circ. de armadura Comp. AC de la pot. de ingr. de la armadura Volt. de ingr. al circ. de campo shunt Corriente. de ingr. al circ. de campo shunt Potencia de ingr. de campo shunt Velocidad Par Temper. de armadura o resistencia Temper. de la bob. de camp. o resistencia Temperatura ambiente

VALOR RMS x . . x . . -

VALOR PROMEDIO x x . x x x . x x x x x

Cuadro 3.3: Lecturas que se deben tomar en cada uno de los seis puntos de carga ´ 3.5.4.3.1 METODO DEL FRENO. Se debe tener cuidado al realizar practicas en la construcci´on y el uso del freno y de la polea del freno. La resta deber´ıa ser cuidadosamente determinada y compensada proporcionadamente. El funcionamiento de un motor ser´ a calculado seg´ un las indicaciones de la forma D. ´ ´ 3.5.4.3.2 DINAMOMETRO O METODO DE MEDIDOR DE TORQUE. Cuando se utiliza el m´etodo del dinam´ometro o del medidor del par, la potencia del eje se obtiene de la ecuaci´ on siguiente: P =

T n k

(3.9)

donde: P.−potencia del eje (kW) T.−par n.−velocidad de rotaci´ on (r/min) k.−valor de la constante usada por unidad Para obtener resultados exactos, el dinam´ometro no debe exceder tres veces la m´aquina de prueba y debe ser sensible a un par de 0.25 % de su par especificado. La correcci´on del dinam´ometro se debe hacer conforme a la forma D. La fricci´ on del rodamiento en el dinam´ometro puede dar lugar a escalas diferentes de las lecturas, para el mismo valor de la energ´ıa el´ectrica, dependiendo de si la carga es cada vez mayor o menor antes de la lectura. Por consiguiente, un promedio de dos lecturas debe ser tomado. El primer conjunto debe ser tomado mientras se aumente gradualmente la carga el segundo conjunto mientras disminuye la carga. Se debe tener cuidado admitir cada caso para que no se prolongue los puntos que se leer´ an. Las curvas del par vs potencia el´ectrica se deben trazar para cada conjunto de lecturas y se utilizara el promedio de las curvas. En casos especiales durante la prueba de un motor, puede ser deseable hacer una prueba de verificaci´ on, operando la m´ aquina como generador y el dinam´ometro como motor impulsor. La prueba se hace exactamente de la misma manera que para la prueba generalmente de potencia de ingreso y salida del motor, pero en este caso la p´erdida total ser´a igual a la potencia mec´anica de

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.119

entrada menos la potencia de salida en vez de ser igual a la potencia de entrada menos la potencia mec´ anica de salida Cualquier error en las escalas o contadores ocurridas en direcciones contrarias en las dos pruebas, y el promedio de las p´erdidas por p´erdidas en la carga dadas por las dos pruebas, por lo tanto, estar´ a casi correcto aunque los errores relativamente grandes pueden darse por las calibraciones. Se recomienda que la prueba de operaci´on de la m´aquina como generador est´e hecha a la velocidad y voltaje especificados, y con el mismo par mec´anico en el dinam´ometro que en la prueba de la m´ aquina como motor. Las p´erdidas por p´erdidas en la carga encontradas en las pruebas del generador y del motor se deben determinar por separado en cada caso restando de la p´erdidas totales medidas, la p´erdida I 2 R del circuito de la armadura a la temperatura de la prueba, la p´erdida de la base y por fricci´ on y efectos del viento. A juicio se debe ejercitar la interpretaci´on de las p´erdidas por p´erdida en la carga obtenidas, las temperaturas de los bobinados que no puede ser conocidos exactamente. Adem´ as, los errores grandes pueden ocurrir cuando dos grandes n´ umeros se restan uno del otro. Varias puntos de carga se deben tomar para cada prueba y las p´erdidas por p´erdidas en la carga resultantes trazadas vs corriente de la armadura. Una sola curva trazada a trav´es de los promedios de los resultados de las pruebas del motor y del generador da el valor final de la p´erdida por p´erdida en la carga. Agregando esto a las otras p´erdidas nos da las p´erdidas totales y por lo tanto la eficiencia. La forma E se puede utilizar para este c´alculo. 3.5.4.4.

´ METODO DEL PUMP-BACK.

Este m´etodo puede ser utilizado cuando las m´aquinas duplicadas est´an disponibles. Las dos m´ aquinas se acoplan juntas y se conectan el´ectricamente como se muestra en la 3.1. Una m´ aquina funciona como un motor y el otro como generador. La potencia principal es el PumpBack y solamente las p´erdidas son suministradas. Aproximadamente, el incrementador de presi´ on del generador suministra la p´erdida de carga y la fuente de la p´erdida suministra la p´erdida sin carga. Esta prueba se puede hacer omitiendo el aumentador de presi´on del generador; sin embargo, se puede dar inestabilidad en el sistema.

Figura 3.1: Diagrama Esquem´atico de conexi´ones para la prueba Pump-Back[1] 3.5.4.4.1 FUERZA DE CAMPO. El motor y el generador se debe funcionar con la fuerza de campo requerida para producir el voltaje interno calculado que corresponde a la carga probada. 3.5.4.4.2 PERDIDAS TOTALES. La p´erdida totales en las dos m´ aquinas de igual potencia de alimentaci´on por las p´erdidas de la fuente y del aumentador de presi´ on m´as las p´erdidas en cualquier campo excitado por separado que se utilice, menos las p´erdidas en los cables, barras de distribuci´on, interruptores, cortocircuitos, etc, usado para conectar las m´ aquinas.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.120

3.5.4.4.3 PRUEBAS. Las pruebas de se deben realizar con seis puntos de carga y las lecturas se deben tomar seg´ un lo indicado en 3.5.4.3. La eficiencia de la m´aquina ser´a determinada conforme a la forma F. 3.5.4.5.

´ ´ METODO DE LAS PERDIDAS SEGREGADO.

Cuando la eficiencia del motor es determinada por el m´etodo segregado de la p´erdida, las p´erdidas utilizadas ser´ an las siguientes: Tipo de P´erdidas Armadura I 2 R Bobina conectada en serie I 2 R Escobillas conectadas P´erdidas por p´erdidas en la carga Campo Shunt I 2 R Re´ ostato Excitaci´ on N´ ucleo de rotaci´ on Fricci´ on de las escobillas Fricci´ on y efecto del viento Ventilaci´ on

Determinaci´on o c´alculo de la prueba 3.5.5.1 3.5.5.2 3.5.5.3 3.5.5.4 3.5.5.5 3.5.5.6 3.5.5.7 3.5.5.8 3.5.5.9 3.5.5.10 3.5.5.11

Cuadro 3.5: M´etodo de las P´erdidas Segregadas

3.5.5.

´ DE LAS PERDIDAS. ´ DESCRIPCION

3.5.5.1.

´ PERDIDA DE LA ARMADURA I 2 R.

La p´erdida I 2 R de la armadura es el cuadrado de la corriente de la armadura en la carga que es considerada, multiplicado por la resistencia de la armadura seg´ un lo medido usando corriente continua y corregida a la temperatura apropiada. Ver 3.5.4.1.2. Con potencia rectificada, la p´erdida de la armadura I 2 R ser´a calculada como el producto del cuadrado del valor rms de la corriente y de la resistencia con temperatura corregida de C.C. del bobinado del inducido. 3.5.5.2.

´ PERDIDA I 2 R DE LAS BOBINAS CONECTADAS EN SERIE.

La p´erdida I 2 R de los enrollamientos conectados en serie (incluir interpolos o bobinas compensadoras cuando se utilizan) es el producto de la corriente en los devanados conectados en serie de las bobinas de campo, y la resistencia medida corregida a la temperatura apropiada de referencia. Ver 3.5.4.1.2. En caso de que el bobinado de campo shunt auxiliar, se utilicen a trav´es de estos campos, la resistencia m´ ultiple debe ser utilizada. En potencia rectificada la p´erdida I 2 R de los enrollamientos en serie ser´a calculada como el producto del cuadrado del valor de los rms de la corriente y de la resistencia con temperatura corregida de C.C. del enrollamiento. 3.5.5.3.

´ PERDIDAS POR CONTACTO DE LAS ESCOBILLAS.

Las p´erdidas por contacto de las escobillas puede ser determinado por el producto de la corriente de la armadura y de la ca´ıda de voltaje. La ca´ıda de voltaje total (es decir, para ambas polaridades), la determinaci´ on de esta p´erdida es: Escobillas de carb´ on, electrografito, y grafito, con shunt 2.0 V. Escobillas de carb´ on, electrografito, y grafito sin shunt 3.0 V. Escobillas de Metal-grafito, con shunt 0.5 V.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.121

Esta ca´ıda de voltaje debe ser asumida para el mismo valor para todas las cargas. En la potencia rectificada, las p´erdidas en los contactos de las escobillas debe ser calculado como el producto del voltaje en los contactos de las escobillas y el valor rms de la corriente de armadura. 3.5.5.4.

´ ´ PERDIDAS POR PERDIDA EN LA CARGA.

Las p´erdidas por p´erdida en la carga es una p´erdida adicional en la m´aquina debido a la carga que no se incluye en una de las otras categor´ıas de las p´erdidas en 3.5.5. Estas p´erdidas son de dos tipos: 1. P´erdidas por p´erdidas en la carga resultante de la componente de C.C. de la corriente de armadura. 2. En potencia rectificada, las p´erdidas adicionales por p´erdida en la carga resultante de la operaci´ on del rectificador. 3.5.5.4.1 EN AUSENCIA DE MEDIDAS. En la ausencia de medidas de la prueba, la componente C.C de las p´erdidas por p´erdida en la carga ser´ a tomado como el 1 % del la potencia de salida. Dos m´etodos para determinar la componente de C.C. de las p´erdidas por p´erdida en la carga se dan en 3.5.5.4.2 y 3.5.5.4.3. ´ 3.5.5.4.2 METODO 1. La componente de C.C. de las p´erdidas por p´erdida en la carga puede ser resuelto de la prueba del dinam´ ometro, 3.5.4.3.2. La forma E se puede utilizar para calcular las p´erdidas por p´erdida en la carga. ´ 3.5.5.4.3 METODO 2. La componente de C.C. de las p´erdidas por p´erdida en la carga puede ser resuelto de la prueba de la pump-back, 3.5.4.4, restando todas las otras p´erdidas aplicables de la p´erdida total suministrada a las m´ aquinas probadas. La forma G se puede utilizar para calcular las p´erdidas por p´erdida en la carga. 3.5.5.4.4 CON POTENCIA RECTIFICADA, Y MOTORES CON BOBINADO SHUNT. Las p´erdidas adicionales por p´erdida en carga puede ser medido restando las p´erdidas de la componente de C.A. I 2 R en los enrollamientos del circuito de la armadura del la componente de C.A. de la potencia de entrada del circuito de la armadura. Para la medida de las componentes de C.A. de la corriente de armadura y de la potencia de entrada circuito de la armadura, ver 3.3.4.1. Para los motores bobinados en serie, una peque˜ na cantidad de potencia de entrada de C.A. contribuye al par del motor. Esta cantidad es generalmente tan peque˜ na que puede ser despreciada. 3.5.5.5.

´ PERDIDA I2R DEL CAMPO SHUNT.

La p´erdida I 2 R del campo shunt es el producto de la corriente de campo ajustada y de la resistencia medida de los devanados inductores, corregida a la temperatura apropiada de referencia. Ver 3.5.4.1.2. La corriente de campo es la corriente requerida por el campo para la carga en la cual se computa las p´erdidas. En potencia rectificada, la p´erdida I2R del campo shunt se debe calcular de acuerdo con 3.3.4.2. 3.5.5.6.

´ ´ PERDIDA DEL REOSTATO.

Generalmente, todas las p´erdidas debido a los re´ostatos de campo no se incluyen en la determinaci´ on de la eficiencia de la m´ aquina. Si se va a incluir esta p´erdida, puede ser computada tomando el producto del voltaje de sistema de excitaci´on y la corriente de campo para la carga en la cual las p´erdidas son computadas y se restan las p´erdidas I2R del campo shunt. En potencia rectificada, la p´erdida del re´ostato se debe calcular usando el valor rms de la corriente; sin embargo, el valor medio puede ser utilizado si la corriente del campo shunt es esencialmente ondulaci´ on libre seg´ un lo definido en 3.1.1.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.122

´ ´ PERDIDA EN LA EXCITACION.

3.5.5.7.

Generalmente, las p´erdidas de todos los excitadores no se incluyen en la determinaci´on de eficiencia de la m´ aquina. ´ PERDIDA ROTACIONALES EN LA CARCASA.

3.5.5.8.

La p´erdida rotacionales en la carcasa ser´a tomada como la diferencia de la potencia requerida para conducir la m´ aquina a la velocidad dada cuando est´a excitada para producir un voltaje en circuito abierto en los terminales que corresponden al voltaje interno calculado y a la potencia requerida para conducir la m´ aquina inexcitada a la misma velocidad. El voltaje interno ser´a determinado corrigiendo el valor de la ca´ıda de voltaje en los terminales debido a la resistencia del circuito de la armadura incluyendo la ca´ıda de voltaje en el contacto de las escobillas de ambas polaridades seg´ un lo especificado en 3.5.5.3 y usando las ecuaciones dadas en 3.5.6.1.1. Las instrucciones detalladas de la medida se dan en 3.5.6. ´ PRECAUCION: Si la m´ aquina que es probada no tiene ning´ un polo de conmutaci´on y est´ a construida con las escobillas situados en neutro, tal prueba puede ser perjudicial e insignificante. ´ ´ DE LAS ESCOBILLAS. PERDIDA POR FRICCION

3.5.5.9.

Por experiencia se ha sabido que las amplias variaciones son obtenidas en las pruebas de fricci´ on de las escobillas hechas en la f´ abrica antes de que el conmutador y las escobillas hayan desarrollado las superficies lisas que vienen despu´es de la operaci´on continua. Los valores convencionales de la fricci´ on de las escobillas, representando los valores medios de muchas pruebas, por lo tanto ser´ an utilizados como sigue: F =k·v·a

(3.10)

donde: F.−Fricci´ on de las escobillas (W ) v.−velocidad superficial a.−Contacto de la ´ area de la escobilla k.−constante relacionada al tipo de escobilla y a las unidades de variables usadas en la tabla siguiente: Tipo de escobilla Carb´ on Electrografito-grafito Metal grafito

Unidades de velocidad m/min pie/min m/min

Unidades de ´area mm2 pulg 2 mm2

k 4,0 × 10−5 8,0 × 10−3 2,5 × 10−5

Cuadro 3.6: Constante Relacionada al Tipo de Escobilla En caso que los valores convencionales en 3.5.5.9 sean cuestionados, la fricci´on de la escobilla puede ser medida tomando la diferencia entre la potencia requerida para conducir la m´aquina con las escobillas puestas y con las escobillas levantadas observando las precauciones dadas en 3.5.6.1.4. 3.5.5.10.

´ ´ Y EFECTOS DEL VIENTO. PERDIDA POR FRICCION

La p´erdida por fricci´ on y efectos del viento, excepto la fricci´on de la escobilla, es la potencia requerida para conducir el m´ aquina inexcitada a la velocidad especificada con sus escobillas levantadas. ´ 3.5.5.10.1 MAQUINA EQUIPADA CON RODAMIENTOS INCOMPLETOS. Las p´erdidas por fricci´ on y efectos del viento no debe ser incluido generalmente en la determinaci´ on de eficiencia de la m´ aquina. La p´erdida por fricci´on y efecto del viento se puede realizar por separado de la eficiencia si se requiere esta informaci´on.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.123

´ 3.5.5.10.2 PERDIDAS ADICIONALES POR DISCOS. Las p´erdidas adicionales debido a la conexi´on directa de discos, u otro aparato, no debe ser incluido generalmente en la determinaci´on de la eficiencia de la m´aquina. 3.5.5.11.

´ ´ PERDIDAS POR VENTILACION.

La potencia requerida para circular el gas a trav´es de la m´aquina y del sistema de ventilaci´ on si es proporcionado, sea por ventiladores aut´onomos o externos, ser´a puesto en la m´aquina excepto seg´ un lo especificado abajo. 3.5.5.11.1 LA POTENCIA REQUERIDA PARA IMPULSAR EL GAS. La potencia requerida para impulsar el gas a trav´es de las partes externas del sistema de ventilaci´ on a la m´ aquina y al refrigerador no debe ser incluido generalmente en la determinaci´ on de eficiencia de la m´ aquina. La potencia requerida para la ventilaci´on del aire puede ser encontrada convenientemente usando la ecuaci´ on siguiente: P =

k(ca´ıda de presi´on)·(valor del volumen de flujo) (eficiencia del ventilador por unidad)

(3.11)

donde: P.−Potencia de ingreso (W ) k.−Valor de la constante por unidad dada en la siguiente tabla. Unidades de Presi´on Pa (N/m2 ) mil´ımetros de agua pulgadas de agua

Unidades de Flujo m3 /s L/min pies3 /min

k 1.0 0.0163 0.117

Cuadro 3.7: Valor de la constante k por unidad 3.5.5.11.2 VENTILADOR EXTERNO. En esos casos en los cuales un ventilador externo se emplea para complementar el efecto de soplo incorporado en la estructura de la m´aquina con el fin de compensar la ca´ıda de presi´on adentro o la largo de los conductos restringidos, la entrada de potencia del ventilador externo no debe ser incluido generalmente en la determinaci´on de eficiencia de la m´aquina. ´ ´ 3.5.5.11.3 PRUEBAS DE LA PERDIDA POR VENTILACION. Las m´ aquinas se pueden probar en la f´abrica sin un sistema externo del conducto y m´as fresco, pero con el funcionamiento del ventilador en servicio, y las p´erdidas medidas s´ı deben ser utilizadas en el c´ alculo de la eficiencia de la m´ aquina. Esta pr´ actica es permitida porque, en la mayor´ıa de los casos concretos, la diferencia entre las p´erdidas por ventilaci´ on con entrada y salida libre, y las p´erdidas por ventilaci´on con entrada o salida normalmente restricta, o ambas, ser´an relativamente peque˜ nas. Este procedimiento de ensayo ser´a seguido generalmente donde las p´erdidas en los conductos externos y el sistema de refrigeraci´ on son relativamente peque˜ nos comparados con las p´erdidas en la m´ aquina.

3.5.6.

´ MEDIDA DE PERDIDAS ROTATORIAS.

Generalmente las p´erdidas individuales, excepto el I 2 R banda, contacto de las escobillas, fricci´ on de las escobillas, y las p´erdidas por p´erdidas en la carga, son determinados por c´alculos de las medidas de la potencia de entrada requerida para hacer arrancar la m´aquina bajo condiciones especificadas usando el m´etodo de entrada de potencia mec´anica, el m´etodo de entrada de potencia el´ectrica, o usando el m´etodo retardado.

CAP´ITULO 3.

3.5.6.1.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.124

´ ´ METODO DE ENTRADA DE POTENCIA MECANICA.

El m´etodo de entrada de potencia mec´anica consiste en arrancar la m´aquina de prueba sin carga con un dinam´ ometro o con un motor convenientemente calibrado. Cuando la m´aquina es excitada de acuerdo con 3.5.6.1.2, la salida de potencia del dinam´ometro o del motor impulsor es la potencia requerida para suministrar las p´erdidas rotatorias de la m´aquina bajo condici´on de la prueba. 3.5.6.1.1 ESCOBILLAS LEVANTADAS. Todas las escobillas se deben levantar excepto ´esas requeridas para la medida del voltaje de la armadura. Con la m´ aquina de prueba funcionando sin carga a la velocidad especificada, el devanado inductor principal debe ser excitado por separado de modo que el voltaje en el terminal de la armadura sea igual al voltaje interno desarrollado por la m´aquina como se explica despu´es. El voltaje interno en un motor es inferior que el voltaje mostrado en el circuito de la armadura mientras que el voltaje interno en un generador es m´as alto que el voltaje terminales por una ascenso igual a la ca´ıda de la resistencia de la armadura y de los devanados inductores en serie a carga especificada, y la suma de la ca´ıda de voltaje de los contacto de las escobillas de ambas polaridades: Para motores: E = V − IRa − Vb

(3.12)

E = V + IRa + Vb

(3.13)

Para Generadores:

donde: E.−Voltaje interno especificado (V ) V.−Voltaje del circuito de armadura especificado (V ) I.−Corriente de armadura especificado (A) Ra .−Resistencia a temperatura corregida de la armadura conectada en serie con la bobina de campo (conmutaci´ on conmutada y en serie). (ohm) ver 3.5.4.1.2 Vb .−Ca´ıda de voltaje en el contacto de la escobilla (V ) ver 3.5.5.3 3.5.6.1.2 VELOCIDAD Y CARGA ESPECIFICADA. La m´ aquina debe funcionar a la velocidad especificada, preferiblemente con la carga clasificada, por varias horas para estabilizar los factores de fricci´on. Durante este per´ıodo de calentamiento, es necesario que todas las escobillas est´en operando en el conmutador. Despu´es de este per´ıodo de calentamiento, levantar todas las escobillas excepto dos (uno de cada polaridad) y medir la entrada de potencia mec´ anica cuidadosamente con la m´aquina funcionando sin carga con velocidad especificada y con el campo excitado de acuerdo con 3.5.6.1.1. Las p´erdidas rotatorias as´ı medidas consisten en la suma de la p´erdida rotatoria de la carcasa y de la p´erdida por fricci´ on y efectos del viento incluyendo la fricci´on de las escobillas usadas. ´ 3.5.6.1.3 PERDIDA ROTATORIA DE LA BASE. La p´erdida rotatoria de la base puede ser determinada observando la disminuci´on de la potencia de entrada mec´ anica mientras el voltaje de la excitaci´on de campo se disminuye a cero. ´ ´ DE LA ESCOBILLA. 5.6.1.4 LA PERDIDA POR FRICCION La p´erdida por fricci´ on de la escobilla bajo condici´on de prueba puede ser evaluado quitando la excitaci´ on del campo y observando la diferencia entre la potencia requerida para conducir la m´ aquina con las escobillas en su lugar y con las escobillas levantados. Si se desea medir la fricci´ on representativa de la escobilla de la m´aquina bajo prueba, una prueba se debe hacer con todos las escobillas ensambladas y presionadas. Las superficies del conmutador y las escobillas deben ser lisas y pulidas despu´es de ser ejecutadas por varias horas de operaci´on a la velocidad y carga especificada. Debe ser reconocido que la fricci´on de la escobilla var´ıa extensamente con la corriente

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.125

de carga y con la temperatura de modo que las medidas derivadas de las p´erdidas sin carga puedan diferenciar extensamente de la cantidad de fricci´on de la escobilla encontrada en servicio. 3.5.6.2.

´ ´ METODO DE LA POTENCIA ELECTRICA DE ENTRADA.

Usando este m´etodo, las p´erdidas rotatorias son resueltas de las medidas de la potencia requerida para funcionar la m´ aquina bajo prueba mientras que un motor sin carga a la velocidad especificada y con la excitaci´ on de campo ajustada para generar un voltaje interno igual al valor desarrollado por la m´ aquina en servicio. Una fuente de alimentaci´on rectificada no debe ser utilizada. ´ DEL DEVANADO INDUCTOR PRINCIPAL. 3.5.6.2.1 EXCITACION La excitaci´ on del devanado inductor principal en el valor especificado y funcionando la m´aquina como un motor a la velocidad especificada, preferiblemente con carga especificada, por varias horas para estabilizar los factores de fricci´on. Es necesario que todo se aplique con las escobillas en su lugar durante este per´ıodo. ´ 3.5.6.2.2 CON LA MAQUINA PARADA Y DESACOPLADA. Con la m´ aquina parada, y desacopla de los medios de carga, y levantada todos las escobillas excepto dos (uno de cada polaridad). Medir la resistencia de la armadura y de los devanados inductores en serie. Restablecer la m´aquina y, ejecut´andose como motor con velocidad especificada y sin carga, ajustar el voltaje principal del circuito de la excitaci´on y de la armadura de campo de modo que el voltaje interno sea igual al valor desarrollado por la m´aquina en servicio, seg´ un lo determinado usando la ecuaci´ on apropiada dada en 3.5.6.1.1. El voltaje interno en la prueba es determinado usando la primera de estas ecuaciones excepto usando Ra , igual a la resistencia medida de la armadura y devanados inductores en serie. ´ 3.5.6.2.3 CON LA MAQUINA FUNCIONANDO Y DESACOPLADA. Con la m´ aquina desacoplada y con la velocidad y la excitaci´on de campo ajustadas de acuerdo con 3.5.6.2.2, se mide cuidadosamente la potencia de entrada al circuito de la armadura. Esta potencia es la suma de la p´erdida rotatoria de la base, de la p´erdida por fricci´on y efectos del viento, de la p´erdida por fricci´ on de las escobillas bajo condici´on de prueba, de las p´erdidas de I 2 R en los enrollamientos del circuito de la armadura con carga ligera, y de la p´erdida de los contactos de las escobillas. Para determinar la suma de la p´erdida por fricci´on y efectos del viento, la p´erdida por fricci´ on de las escobillas bajo condici´on de prueba, y la p´erdida rotatoria de la base, es necesario restar las p´erdidas de I 2 R de los enrollamientos del circuito de la armadura y p´erdidas por contacto de las escobillas a la potencia de entrada. 3.5.6.3.

´ METODO RETARDADO.

Se utiliza el m´etodo retardado cuando la medida de la potencia de entrada es inc´omoda de obtener y se emplea lo m´ as com´ unmente posible para las pruebas hechas despu´es de la instalaci´on. Es especialmente adaptable a las m´aquinas con inercia grande. El m´etodo consiste llevar a la m´ aquina hasta una velocidad levemente superior a la especificada, pero por debajo de su velocidad segura m´ axima, apagando la fuente de alimentaci´on y haciendo las lecturas simult´aneas de velocidad y del tiempo de como la m´ aquina desacelera. Con estas relaciones y el momento de inercia calculado o medido, la p´erdida total se puede determinar por la f´ormula siguiente: P =c·J ·n·

dn · 10−6 dt

donde: P.−P´erdidas de potencia a velocidad n (kW ) n.−velocidad rotacional (r/min) dt/dn.−Valor de desaceleraci´ on (r/min)/s a velocidad n J.−Momento de inercia de la parte rotatoria c.−Valor de la constante seg´ un el sistema de unidades usado.

(3.14)

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.126

J K · m SI de unidades lb · pie2 (mumericamente igual a [lb · pie2 ] slug · pie2 2

c 10.97 0.4621 14.88

Cuadro 3.8: Valor de la constante c seg´ un el sistema de medida utilizado Si los terminales de la armadura, est´an en circuito abierto las p´erdidas totales incluye la fricci´ on y el efecto del viento de todo el aparato conectado mec´anicamente junto con las p´erdidas de circuito abierto de la base que corresponde al valor de la corriente de campo. La curva en circuito abierto de la p´erdida de la base se puede segregar de la p´erdida por fricci´on y efecto del viento tomando varias lecturas de los valores de la corriente de campo y restando la p´erdida cuando la corriente de campo es cero.

3.5.7.

PRUEBA DE CARGA DE LOS MOTORES CON CABALLOS DE FUERZA FRACCIONARIA.

El funcionamiento con carga de los motores con caballos de fuerza fraccionaria se debe medir por medio de un dinam´ ometro, de un medidor del par, o de un freno prony. En los motores de tipo continuo, la m´aquina debe funcionar con carga especificada hasta que esencialmente se logre la temperatura constante antes de la prueba. En los motores de corto tiempo, la carga especificada se debe llevar por un periodo de tiempo para el cual es establecida antes de hacer la prueba con carga. Comenzar la prueba de carga a dos y medio a tres veces el valor de la corriente de carga y tomar las lecturas en aproximadamente 25 % al reducir la carga, o en el caso de un motor de serie, a la velocidad segura m´axima. Para cada carga se deben tomar lecturas del voltaje de l´ınea, corriente de la l´ınea (entrada), la corriente del campo shunt (siempre que est´en disponibles los terminales), la velocidad, y el par.

3.5.8.

PRUEBA DE CARGA DE LOS MOTORES CON CABALLOS DE FUERZA INTEGRAL.

3.5.8.1.

CARGA.

Los peque˜ nos motores con caballos de fuerza fraccionarios se pueden cargar usando un generador como carga, un dinam´ ometro, o un freno prony con o sin un medidor del par. En los motores grandes con caballos de fuerza fraccionarios, los medios para la medida directa del par de salida son generalmente inasequibles. El m´etodo del pump-back (v´ease 3.5.4.4) puede ser utilizado, con la condici´ on de que dos m´aquinas del mismo tipo y grado est´an disponibles para la prueba. Si no est´ a disponibles el mismo tipo y grado de la m´aquina, la prueba de carga puede ser realizada cargando el motor bajo prueba usando un generador continuo calibrado, o se puede hacer funcionar el motor a la velocidad especificada como un generador cortocircuitado con una corriente de campo muy inferior, conducida por un peque˜ no motor. Las p´erdidas bajo condici´on de cortocircuito son sobre todo p´erdidas I 2 R. Solamente los datos con carga muy limitada se pueden obtener por el m´etodo del cortocircuito. ADVERTENCIA: Durante las pruebas de cortocircuito, el flujo del entrehierro es muy inferior y la posici´ on de las escobillas puede tener un efecto negativo en la estabilidad de la carga de la m´ aquina; una condici´ on de fuga de corriente de carga puede ocurrir. El circuito deber´ıa ser protegido interruptor de acci´ on r´ apida y de alta capacidad de interrupci´on. Si ocurre la inestabilidad, reajustar la posici´ on de las escobillas hacia la posici´on neutral. La falta de observaci´on a estas precauciones puede dar lugar a lesiones al personal y da˜ no al equipo. 3.5.8.2.

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO.

En los motores de uso continuo, la m´aquina debe funcionar con carga especificada hasta que esencialmente se logre la temperatura constante antes de la prueba. En los motores que usan por periodos cortos de tiempo, se debe aplicar la carga especificada por el periodo de tiempo para el cual es dise˜ nado antes de hacer la prueba de carga.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.127

1. Para los motores sin rango de velocidad por la debilitaci´on del campo la prueba de carga se debe comenzar a 1 1/2 de la corriente de carga especificada y las lecturas admitidas aproximadamente 25 % de la reducci´on de la carga. En el caso de los motores excitados en serie, la carga se debe disminuir en pasos de progresi´on del 25 %, hasta que se logre la velocidad m´ axima segura. 2. Para los motores previstos con ajuste de velocidad por la debilitaci´on del campo, la prueba de carga se puede realizar a la velocidad de la base (campo completo) y a la velocidad m´axima especificada (campo d´ebil). Proceder como en (1) excepto en la estabilidad de la velocidad del motor en operaci´ on de velocidad m´axima. 3.5.8.3.

LECTURAS.

Las mismas lecturas se deben hacer seg´ un lo indicado en 3.5.4.3 salvo que las medidas del par se pueden omitir en pruebas de carga.

3.6. 3.6.1.

PRUEBAS DE LA TEMPERATURA. ´ PROPOSITO.

Las pruebas de temperatura se hacen para determinar el aumento de la temperatura sobre la temperatura ambiente de piezas especificadas de la m´aquina continua, cuando est´an sujetadas a la carga especificada. Las gu´ıas para los procedimientos de ensayo y el tratamiento de datos son:

3.6.2.

INSTRUCCIONES GENERALES.

La m´ aquina bajo prueba se debe ensamblar con todas las piezas, cubiertas, y accesorios que afectaran a la subida de temperatura. La m´ aquina bajo prueba se debe proteger contra las corrientes del aire que emanan de las m´ aquinas adyacentes y de otras fuentes que puedan afectar la temperatura ambiente y la subida de temperatura de la m´ aquina bajo prueba. El espacio suficiente se debe tener para la libre circulaci´ on del aire. Los peque˜ nos cambios en la ventilaci´on natural pueden afectar grandemente a la subida de temperatura. La m´ aquina se debe ajustar correctamente seg´ un la conmutaci´on y la regulaci´on antes de que se emprendan las pruebas de calefacci´on. En potencia rectificada, las pruebas de temperatura del motor se deben hacer usando el tipo de potencia rectificada para el cual es de uso del motor o en la cual se basa el grado. Si una fuente conveniente de rectificaci´ on de potencia no est´a disponible, una indicaci´on de la calefacci´on del motor puede ser obtenida usando potencia de la corriente directa de la armadura y manteniendo la corriente de la armadura en el valor rms anticipado en servicio rectificado. Debe ser observado, sin embargo, que debido a p´erdidas adicionales del cobre y del hierro, las temperaturas de la m´aquina en servicio real del rectificador ser´ an m´as altas que los valores de la prueba, determinado en el caso de las m´ aquinas encerradas. 3.6.2.1.

´ INSTRUMENTACION.

Los instrumentos de medida de la temperatura deben estar de acuerdo con IEEE Std 1191974 [8]. Antes de comenzar cualesquier prueba de calefacci´on, todos los instrumentos se deben controlar para reducir al m´ınimo los errores o efectos de campo perdidos.

3.6.3.

´ METODOS DE MEDIDA DE LA TEMPERATURA.

El m´etodo m´ as confiable de medida de la temperatura de las bobinas de la m´aquina es generalmente observando cambios en la resistencia de las bobinas o de las porciones de eso. T´ıpicamente, las medidas de la temperatura superficial de las bobinas son m´as fr´ıos que la temperatura promedio del bobinado. Por consiguiente, los l´ımites de temperatura de los bobinados se considerar´an por el m´etodo de medida.

CAP´ITULO 3.

3.6.3.1.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.128

MEDIDA DE LA TEMPERATURA POR RESISTENCIA DE LA BOBINA.

Este m´etodo consiste en la determinaci´on de la temperatura por la comparaci´on de la resistencia de la bobina, o de la parte del enrollamiento, a la temperatura que se determinar´a con la resistencia a una temperatura sabida usando la ecuaci´on dada en 3.4.2.1 3.6.3.1.1. MEDIDA DE TEMPERATURA EN LOS BOBINADOS INDUCTORES ´ INMOVILES. Para los devanados inductores inm´oviles hay poca dificultad en la obtenci´on de resultados satisfactorios por m´etodos directos conforme a 3.4.2. El m´etodo de la ca´ıda de voltaje dar´a generalmente los mejores resultados. Se recomienda que los mismos instrumentos est´en utilizados para las medidas calientes y fr´ıas. Esto reducir´a al m´ınimo error de la instrumentaci´on. Alternativamente, usando un puente doble o equivalente, las medidas de las resistencias fr´ıas y calientes se pueden determinar en las bobinas estacionarias de baja resistencia antes y despu´es de la prueba usando las t´ecnicas descritas en 3.6.3.1.2. 3.6.3.1.2 MEDIDAS DE TEMPERATURA EN LOS BOBINADOS DE LA ARMADURA. Para las medidas de los bobinados del inducido fr´ıas y calientes de la resistencia del bobinado o de una porci´ on de esta se debe realizar usando un instrumento adecuado tal como un puente doble Kelvin o usando el m´etodo de la ca´ıda de voltaje. Para las medidas fr´ıas de la resistencia, la m´ aquina debe haber estado en descanso para un suficiente tiempo de modo que el rotor completo haya igualado la temperatura. La temperatura superficial debe ser medida cuando se hace la medida fr´ıa de la resistencia. Para el m´etodo de doble puente, las terminales del puente se deben conectar con dos segmentos del conmutador situados entre los pernos adyacentes de las escobillas y separados por un m´ınimo entre los pernos. Se debe tener cuidado para reducir la resistencia de contacto a un valor insignificante inferior. Los segmentos determinados usados deben ser marcados. Para el m´etodo de la ca´ıda de voltaje, una corriente de no m´as que el 10 % del valor especificado debe pasar a trav´es de las escobillas de la m´aquina. La ca´ıda del potencial se debe medir usando un milivolt´ımetro con las terminales conectadas con dos segmentos del conmutador situados entre los pernos adyacentes de la escobilla y separados por un m´ınimo de la distancia entre los pernos. Las conexiones a los segmentos deben ser hechas presionando los terminales del volt´ımetro en los segmentos del conmutador para penetrar cualquier revestimiento de ´oxido superficial que pueda estar presente. Los segmentos conectados deben ser marcados. En las m´ aquinas grandes donde posicionar el rotor es dificultoso, varias posiciones respecto al conmutador deben ser disponibles para el uso en la realizaci´on de las medidas antes dichas. Esto asegurar´ a de que por lo menos un par de segmentos marcados est´e situado entre los pernos adyacentes de la escobilla cuando el rotor pare en el final del funcionamiento caliente. Despu´es de que se haya determinado la resistencia fr´ıa, la armadura se debe girar por lo menos una revoluci´ on y volver cerca de su posici´on original. La resistencia fr´ıa se debe medir otra vez. Si no se est´ a de acuerdo con la lectura inicial dentro de la exactitud de la medida, la causa de la discrepancia debe ser encontrada, corregida, y obtener una medida repetible. Para los mejores resultados, la resistencia fr´ıa y la resistencia caliente se deben medir entre el mismo conjunto de segmentos marcados del conmutador. Con la reducci´ on de la exactitud, no es necesario utilizar el m´etodo antes dicho de la barra marcada siempre que se emplee la repetici´on de la resistencia con cualquier posici´on del rotor al mismo espaciamiento del segmento. 3.6.3.2.

MEDIDAS DE LA TEMPERATURA DE LOS COMPONENTES SUPERFICIALES.

Este m´etodo consiste en la determinaci´on de la temperatura de las piezas de la m´aquina, incluyendo pero no limitada a los bobinados, por medio adecuado tal como term´ometros, termistores, o detectores infrarrojos de temperatura; cualquiera de estos instrumentos que sea aplicados a las

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.129

piezas m´ as calientes f´ acilmente accesibles sin la alteraci´on de la estructura de la m´aquina. Las lecturas siguientes de la temperatura, si son tomadas, se deben medir como se describe luego. 3.6.3.2.1 BOBINADO ESTACIONARIO. En las m´ aquinas con caballos de fuerza integral, los sensores de temperatura, si son usados, se deben colocar por lo menos en el campo principal y en la bobina de campo conmutado en cada cara de la m´ aquina. Varios sensores se deben colocar en cada bobina. Dependiendo del tama˜ no de la m´ aquina y la accesibilidad, el n´ umero de localizaciones puede ser reducido. En las m´ aquinas con caballos de fuerza fraccionario, el mismo procedimiento debe ser seguido excepto un sensor de temperatura por polo deba ser utilizado. Debe ser situado lejos entre los polos en la tapa de la m´ aquina. Se debe tener cuidado para colocar los sensores para que no sean enfriados por el aire de ventilaci´ on y para no afectar al flujo de aire substancialmente. Tambi´en, para estas m´ aquinas, la temperatura de la tapa del bastidor debe ser medida. Esto es determinadamente importante durante las pruebas adquiridas con rectificador de potencia. 3.6.3.2.2. RODAMIENTOS. 1. TIPO DE BOLA O RODILLO. Las lecturas de la temperatura se deben adquirir en estado inm´ ovil si es posible. Si no, las lecturas de la temperatura deben ser tomadas. 2. TIPO RECUBIERTO Las lecturas de la temperatura se deben realizar tan cerca como sea posible de la superficie del forro del rodamiento. 3. LUBRICANTE Es acostumbrado medir la temperatura de los aceites lubricantes. La lectura se debe tomadas en el dep´ osito. Con los montajes de los lubricantes, las lecturas de entrada y salida de la temperatura deben ser tomadas. 3.6.3.3.

MEDIDA DE TEMPERATURAS AMBIENTE.

El procedimiento que se seguir´ a en la medici´on de la temperatura ambiente se da en IEEE Std 119-1974 [8]. En las m´ aquinas abiertas, la temperatura del aire se debe medir por medio de varios sensores de temperatura colocados en diversos puntos alrededor de la m´aquina y al medio sobre la base. Estos dispositivos se deben proteger contra las corrientes de aire anormales y la radiaci´ on t´ermica. Deben ser situados en la trayectoria del aire de enfriamiento. Cuando la circulaci´on del aire de enfriamiento es restringida en los alrededores, en la zona de pruebas, la temperatura del rotor ser´ a referido al dispositivo de todas las temperaturas del aire. Para las m´ aquinas encerradas, por ventilaci´on separada, el aire de enfriamiento ser´a medido por los sensores de temperatura colocados en los conductos de aire de enfriamiento de la m´aquina. El valor que se adoptar´ a para la temperatura del aire durante una prueba es el promedio de todas las medidas de la temperatura del aire tomadas en los intervalos iguales del tiempo durante la pasada prueba o, en el caso de prueba limitada, durante el u ´ltimo trimestre de la prueba.

3.6.4.

PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA.

La m´ aquina puede ser cargada por uno de los m´etodos contorneados en 3.5.4.2. La prueba ser´ a hecha con el voltaje y la velocidad especificados. La carga se puede determinar por la medida directa de la salida o de la entrada de potencia. Una m´aquina que tiene m´as de un valor de carga ser´ a probada en el grado que se produjo la subida de temperatura m´as alta. En caso de que esto no pueda ser predeterminado, la m´ aquina debe ser probada por separado en cada grado. 3.6.4.1.

´ MAQUINAS CON VALORES NO CONTINUOS.

La prueba debe ser continuada por el tiempo especificado o hasta que se haya alcanzado temperaturas constantes. Salvo que se especifique lo contrario, una prueba a corto plazo comenzar´a solamente cuando las piezas de la m´ aquina est´an dentro de 5°C de la temperatura ambiente.

CAP´ITULO 3.

3.6.4.2.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.130

´ MAQUINAS CON VALORES CONTINUOS.

En estas m´ aquinas cuando se requiere un largo rato para lograr temperaturas constantes, las sobrecargas razonables durante el per´ıodo preliminar de calentamiento es permitido acortar el tiempo de la prueba. 3.6.4.3.

EN PRUEBAS CON CARGA CONTINUA.

Las lecturas se deben tomar por lo menos una vez cada 30 minutos hasta que todas las subidas de temperatura no var´ıen m´ as el de 2 % para tres lecturas consecutivas cada media hora. En pruebas de carga con l´ımite de tiempo, las lecturas se deben practicar y tomar a menudo en intervalos constantes de tiempo. 3.6.4.4.

PRECAUCIONES.

Las precauciones se deben tomar para reducir al m´ınimo el per´ıodo de detenci´on y para mantener la temperatura durante este per´ıodo, como por ejemplo, manteniendo la corriente de la armadura. Se recomienda que los medios utilizados para limitar el tiempo requerido para tomar la primera resistencia o temperatura para un valor no excedan las especificaciones dadas: Clasificaci´on 50 kW o menos 50 kW a 200 kW Sobre 200 kW

Tiempo 60 seg 90 seg 120 seg

Cuadro 3.9: Valor de Tiempo para tomar la primera temperatura Las medidas de la temperatura del bobinado de la armadura a la parada del sistema normal se deben tomar seg´ un lo descrito en 3.6.5.

3.6.5.

´ DE TEMPERATURA DE LA ARMADUDETERMINACION RA A LA PARADA DEL SISTEMA.

3.6.5.1.

MEDIDAS DE LA RESISTENCIA.

Las primeras lecturas de la resistencia caliente de la armadura se deben tomar dentro de los plazos dados en 3.6.4.4. Las lecturas se deben tomar frecuentemente. Las lecturas se deben tomar por un per´ıodo no menor a 10 minutos despu´es de parada normal del sistema. El tiempo ser´a medido a partir de instante de la parada normal del sistema. La subida de la temperatura ser´ a considerada por el valor determinado por la extrapolaci´on de los datos al instante de la parada normal del sistema. La extrapolaci´on se puede hacer usando el diagrama uniformemente escalado de la curva trazada vs el tiempo los valores del logaritmo de la subida de temperatura seg´ un lo determinado de los datos medidos de la resistencia. Un ejemplo de tal diagrama se muestra en la Fig. 3.2. Se dibuja una l´ınea recta a trav´es de los puntos de prueba sin hacer caso de los puntos anteriores. Una segunda l´ınea recta se dibuja a trav´es de un diagrama de la diferencia entre los puntos de prueba anteriores y la primera l´ınea recta. La subida de temperatura inicial del bobinado o de la pieza del bobinado medida se deriva del antilogar´ıtmo de la suma de las intersecciones de las dos l´ıneas rectas con el eje Y.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.131

Figura 3.2: Diagrama de la armadura Tiempo vs Temperatura[1] 3.6.5.2.

MEDIDAS SUPERFICIALES.

´ 3.6.5.2.1 BOBINADO (ROTACION). Si las medidas de la temperatura superficial de los bobinados se toman, inmediatamente con los sensores de temperatura a la parada normal del sistema debe ser colocado como sigue: en la base de la armadura en la tapa dentada, en los conductores en el final de las bobinas, donde no est´ an vendados o cubiertos, y en las vendas. Estos sensores se deben dividir igualmente entre el extremo del conmutador y el extremo del mecanismo impulsor de la m´aquina siempre que sea posible. 3.6.5.2.2 CONMUTADOR. Inmediatamente en parada normal, los term´ometros u otros sensores de temperatura, o ambos, se deben colocar en la superficie del conmutador. En las m´aquinas con los conmutadores de intercambio o los conmutadores m´ ultiples, cada secci´on del conmutador se debe tratar como un conmutador separado. ´ 3.6.5.2.3 DETERMINACION DE LA TEMPERATURA SUPERFICIAL CALIENTE. La temperatura superficial caliente ser´a considerada para el valor de las lecturas de la temperatura extrapoladas al instante en parada normal del sistema de la manera descrita en 3.6.5.1. Si las temperaturas seg´ un lo le´ıdo indican una subida de temperatura despu´es de las primeras lecturas seguidas por valores decrecientes, la temperatura m´axima le´ıda debe ser considerada a la temperatura en la parada normal del sistema.

3.6.6.

SUBIDA DE TEMPERATURA.

En las m´ aquinas se deben hacer pruebas de calentamiento bajo condiciones est´andar prevista por 3.4.1. Cuando la m´ aquina es ventilada por aire circundante inmediato, la subida de temperatura es la temperatura observada de la m´aquina menos temperatura del aire ambiente. Cuando la m´ aquina es ventilada por el aire obtenido de una fuente alejada, la subida de temperatura es la temperatura observada de la m´ aquina menos temperatura del aire del medio de entrada. La temperatura observada de la m´ aquina ser´a la lectura m´axima obtenida a la hora de parada normal del sistema.

CAP´ITULO 3.

3.7. 3.7.1.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.132

´ PRUEBAS MISCELANEAS. PRUEBA DEL RUIDO.

Con respecto al procedimiento de ensayo recomendado para la medida del ruido aerotransportado que proviene de girar la maquina el´ectrica ver IEEE Std 85-1973 [6]. En potencia rectificada, caracter´ısticas perceptiblemente diversas del ruido expuesto por los motores de corriente continua. Por esa raz´ on, si el ruido se considera importante, la medida se debe hacer considerando de los criterios siguientes. 1. La amplitud del ruido y las frecuencias producidas ser´an determinadas por las caracter´ısticas rectificadas de la fuente de energ´ıa, incluyendo ´esos asociados a la magnitud de ondulaci´ on de la corriente del circuito de la armadura. Este ruido es adem´as asociado con el ruido de la operaci´ on en corriente continua. 2. El nivel m´ aximo de ruido que resulta de la potencia rectificada ocurrir´a generalmente cuando la corriente de ondulaci´ on de la C.A. del circuito de la armadura es m´axima y cuando los devanados inductores principales son excitados. 3. Los aspectos discutibles del ruido puede ser m´as dependiente en magnitudes de frecuencias. 4. El equilibrio de la fase de la fuente de alimentaci´on afecta al ruido perceptiblemente. La dimensi´ on de una variable de la onda de corriente debe ser observada y cualquier desequilibrio debe ser eliminado.

3.7.2.

´ PRUEBA DE INTERFERENCIA ELECTROMAGNETICA.

(Esta prueba no es requerida normalmente para los motores industriales.) Ver ANSI C63.4-1981 [1]. Los m´etodos descritos en este est´andar deben ser utilizados.

3.7.3.

FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE.

Esta prueba es para determinar la variaci´on del voltaje en los terminales del potencial continuo puro generado en una m´ aquina de C.C. pero excluyendo todos los voltajes de alta frecuencia generados por el chispeo de las escobillas (visible e invisible). El equipo de medida debe tener caracter´ıstica de respuesta de frecuencia que este dentro de 3dB a una frecuencia igual a tres veces la frecuencia del segmento del conmutador. El voltaje de ondulaci´on expresado como porcentaje es igual a 100 veces la variaci´ on de pico a pico m´axima del voltaje dividi´o por dos veces el voltaje promedio de la prueba. Esta prueba se debe tomar a la velocidad y voltaje especificado, voltaje, y sin carga. Si se especifica, esta prueba se puede tambi´en tomar con cargas espec´ıficas, pero la disposici´ on ser´ a adoptada de asegurarse de que no se contribuye ning´ un contenido arm´onico por el dispositivo de carga. La variaci´ on de pico a pico del voltaje se puede medir usando un osciloscopio, un oscil´ ografo conveniente o un volt´ımetro electr´onico de lectura pico. 3.7.3.1.

´ ´ METODO DEL OSCILOSCOPIO O DEL OSCILOGRAFO.

Las lecturas de las variaciones de pico a pico m´aximas del voltaje se pueden medir con el osciloscopio o el oscil´ ografo conectado a trav´es de las terminales de la m´aquina a trav´es de un filtro pasa bajo conveniente. El filtro debe tener una frecuencia de corte no menos que 125 % de la frecuencia del segmento del conmutador. Se sugiere una frecuencia de corte uniforme de 16 000 Hz. Este filtro debe tener atenuaci´on trascendente hasta el 80 % de la frecuencia de corte. Una fotograf´ıa de la forma de onda del voltaje se puede tomar para facilitar la lectura exacta. Un voltaje continuo de una fuente convenientemente calibrada se puede utilizar para calibrar el instrumento. 3.7.3.2.

´ ´ METODO DEL VOLT´ IMETRO ELECTRONICO PARA LA LECTURA DEL PICO.

Las lecturas del voltaje pico se pueden tomar con el volt´ımetro de lectura pico en serie con un condensador conveniente (por lo menos 4.0 uf ) conectado a trav´es de las terminales de la m´aquina.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.133

Las lecturas se deben tomar con el volt´ımetro sucesivamente conectado para cada uno de las dos polaridades. El m´ as alto de las dos lecturas ser´a utilizado. ´ PRECAUCION: Cualquier resonancia en la medici´on del circuito debe ser evitada.

3.7.4.

´ MEDIDA A LA RESPUESTA DE LA EXCITACION.

La relaci´ on de transformaci´ on principal de la respuesta del excitador, respuesta nominal del excitador est´ a definida en ANSI/IEEE Std 100-1984 [4]. No es aplicable a los excitadores electr´ onicos o a los excitadores que tienen campos en serie o similares. La prueba para determinar la relaci´on de transformaci´on principal de la respuesta del excitador se debe tomar a la velocidad especificada y sin carga en el excitador. Un dispositivo de registro permanente que tenga una respuesta de frecuencia de diez o m´as veces que del excitador deben ser utilizadas. Si no hay medios de sincronizaci´on interna en el dispositivo de registro, e debe conectar un elemento con el oscilador conveniente o el otro dispositivo que mide el tiempo de la frecuencia para una onda sincronizada en el oscilograma. El otro canal de grabaci´on se debe conectar a trav´es de las terminales de la armadura del excitador. El excitador deber´ıa ser ajustado al voltaje nominal del excitador seg´ un lo definido en ANSI/IEEE Std 100-1984 [4], usar un resistor ajustable conectado en serie con el re´ostato cortocircuitado de la excitaci´on de campo. Despu´es, el re´ ostato del campo excitado se debe ajustar para dar el voltaje nominal de campo para la carga nominal del generador. La grabaci´on del voltaje de la excitaci´on de la armadura debe ser iniciada despu´es de que el re´ ostato de campo se cortocircuito r´apidamente. El expediente se debe tomar por lo menos en el primer segundo de la acumulaci´on del voltaje. Los resultados a trav´es del primer medio segundo de la corriente moment´anea se deben trazar seg´ un las indicaciones de la Fig. 3.3. La l´ınea EC es dibujada de modo que el ´area EBC sea igual al ´area por debajo de la curva EBD de la acumulaci´ on del voltaje del excitador. La relaci´on de transformaci´on principal de la respuesta del excitador es: Rela. de transf. nom. de la respuesta del excitador =

2BC AB

(3.15)

Figura 3.3: Respuesta Nominal de la excitaci´on[1]

3.7.5.

MEDIDA DE LA INDUCTANCIA DEL BOBINADO.

3.7.5.1.

PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CIRCUITO DE LA ARMADURA ´ DE LAS MAQUINAS SHUNT Y DE BOBINADO COMPUESTO.

3.7.5.1.1 INDUCTANCIA NO SATURADA. Esta prueba debe ser tomada y aplicada a motores monof´asicos de 50Hz o 60Hz de corriente alterna en las terminales del circuito de la armadura de la m´aquina, incluyendo todos los devanados inductores en serie, eventualmente. El bobinado del campo shunt se debe cortocircuitar para evitar

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.134

el desarrollo de altas tensiones dentro del bobinado. La inductancia, determinada, es generalmente representativa de la inductancia a otras frecuencias y con los componentes de la corriente continua y alterna presentes. ADVERTENCIA: Si el circuito del campo shunt est´a abierto, pueden ocurrir altas tensiones dentro del bobinado de campo shunt y en los terminales que puede causar da˜ no a la m´aquina y lesiones al personales. La armadura se debe bloquear para prevenir el movimiento. Las escobillas de carb´on normales pueden ser utilizadas si la corriente alterna se limita aproximadamente al 20 % del valor de corriente de la m´ aquina para evitar sobrecalentar las escobillas o el conmutador durante las pruebas. Las escobillas deben ser ajustadas y revisadas antes de que se comience la prueba. Con la corriente alterna ajustada sucesivamente en tres pasos de progresi´on aproximadamente equidistantes, el valor m´ as grande no debe exceder el 20 % del valor de corriente de la m´aquina, las medidas del voltaje se debe tomar a trav´es del circuito completo de la armadura y a trav´es de los componentes de este. El ´ angulo de fase entre varios valores de voltajes y corrientes se debe observar usando un medio adecuado tal como un osciloscopio. Alternativamente, las medidas usando un vat´ımetro se pueden utilizar en la determinaci´on del componente reactivo de la impedancia y de la inductancia asociada. La inductancia del circuito completo de la armadura y de varios componentes, de los datos promedio de la prueba es: L=

V · sinθ I · 2π · f

(3.16)

donde: L.−Inductancia (henrios) V.−Voltaje (voltios) I.−Corriente (A) ´ θ.−Angulo de fase entre el voltaje y la corriente f.−Frecuencia (Hertz) 3.7.5.1.2 INDUCTANCIA SATURADA. Esta prueba es igual que la prueba no saturada salvo que el campo shunt es excitado de una fuente de alimentaci´ on continua como se describe en 3.3.5.1 a valor de corriente del campo shunt especificado o en la ausencia del valor de la corriente, a la corriente correspondiente completa de campo, a plena carga de la m´ aquina. 3.7.5.2.

PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CIRCUITO DE LA ARMADU´ ´ RA DE MAQUINAS DE EXCITACION EN SERIE (INCLUYENDO EL CAMPO EN SERIE).

La inductancia del circuito de la armadura de m´aquinas con excitaci´on en serie var´ıa extensamente con la frecuencia y con la magnitud de las componentes de la C.C. y de C.A. de la corriente. Por consiguiente, los valores de la inductancia determinados de las pruebas descritas anteriormente son valores para an´ alisis y para los prop´ositos del control de fabricaci´on pero no son una medida de inductancia de la m´ aquina con carga especificada y con excepci´on de la frecuencia de la prueba. Las medidas u ´tiles de la inductancia saturada de la armadura se pueden tomar excepto el bobinado de campo serie, en su lugar, es excitado con la corriente especificada usando una fuente de alimentaci´ on continua seg´ un lo descrito en 3.3.5.1. La inductancia saturada, entonces es determinada, sin incluir la inductancia contribuida por el campo serie que ser´a determinado anal´ıticamente. 3.7.5.3.

PRUEBA DE LA INDUCTANCIA DEL CAMPO SHUNT.

En los procedimientos de la prueba y del c´alculo detallados luego, la inductancia del campo shunt es determinada del ´ındice de acumulaci´on de la corriente del campo shunt sobre la aplicaci´ on precipitada del voltaje a las terminales del campo shunt con la m´aquina funcionando a la velocidad especificada de campo y con la armadura en circuito abierto. Tambi´en, se llama inductancia eficaz y se calcula del ´ındice de acumulaci´on de flujo del eje directo seg´ un lo indicado por el voltaje generado de la armadura medido en las escobillas. Se eval´ uan ambos valores de la inductancia

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.135

como el producto de la resistencia del campo shunt y el tiempo para alcanzar el 63.2 % del u ´ltimo valor de la variable. Lt = Rt · Tif

(3.17)

Lfef f = Rt · Tva

(3.18)

donde: Lt .−Inductancia del campo shunt (henrios) Lfeef .−Inductancia efectiva del campo shunt (henrios) Rt .−Resistencia D.C. del campo shunt (ohmios) Tif .- Tiempo para alcanzar el cambio al 63.2 % de la corriente de campo (segundos) Tva .- Tiempo para alcanzar el cambio al 63.2 % del voltaje de armadura (segundos) 3.7.5.3.1 INDUCTANCIA NO SATURADA. Con la m´ aquina funcionando a la velocidad especificada de campo, el campo shunt debe ser excitado de una fuente del voltaje que tenga una regulaci´on para la excitaci´on de campo especificada en la m´ aquina bajo prueba de menos del 2 %. Completar un ciclo del voltaje de excitaci´on del campo shunt dos veces entre el valor brindado del voltaje de armadura especificado y despu´es reducir el voltaje de la armadura al aproximadamente 50 % de valor especificado. Despu´es de observar el voltaje del campo shunt, reducirlo a cero y abrir el circuito de campo. Ajustar el voltaje del excitador al valor preestablecido. Observar y registrar el voltaje y la corriente del campo shunt y el voltaje de la armadura y la velocidad sobre el circuito cerrado del campo shunt. ´ DE LA INDUCTANCIA. 3.7.5.3.2 SATURACION Establecer el trazado de circuito de la excitaci´on del campo shunt mostrado en la Fig. 3.4 para permitir un cambio precipitado en el voltaje de la excitaci´on entre los valores que rinden aproximadamente 90 % y 110 % del voltaje especificado de la armadura. Con el interruptor SW 1 cerrado, ajustar el voltaje de la fuente del campo shunt, Vf , para producir una corriente de campo que rinda 110 % del voltaje especificado de armadura. Con el interruptor SW 1 abierto, completa un ciclo con referencia a, dos veces entre los valores que rend´ıan el 90 % y 110 % del voltaje especificado de la armadura, acabando en el valor del 90 %. Observar y registrar el voltaje y la corriente del campo shunt, el voltaje de la armadura y la velocidad sobre el cierre del interruptor, SW 1.

Figura 3.4: Prueba circuital para la medida de la inductancia del campo shunt[1]

3.7.6.

CORRIENTE DEL EJE.

La corriente del eje puede causar problemas de los rodamientos en motores o en equipos conectados. Los rodamientos o el eje, o ambos, pueden ser da˜ nadas por la corriente del eje, tendr´ an un aspecto fri´ o o manchado. El aceite lubricante o la grasa reducir´a muy bien la contaminaci´ on de la part´ıcula met´ alica y el color cambiar´a. En potencia rectificada, los motores se pueden estar sujetos a la corriente del eje dependiendo de las caracter´ısticas y de puesta a tierra de la fuente de alimentaci´ on implicada y al dise˜ no electromagn´etico y mec´anico del motor.

CAP´ITULO 3.

3.7.6.1.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.136

CAUSAS DE LA CORRIENTE DE EJE.

La corriente de eje es producida por tres diversas causas: 1. La corriente de circulaci´ on puede ser el resultado de una fuerza electromotriz generada en el eje. Este voltaje es generado por cualquier distribuci´on asim´etrica del flujo magn´etico entre los polos en los yugos inm´ oviles o giratorios que dan lugar al flujo neto que encierra al eje y est´ a alternando su polaridad. Este flujo alterno genera una fuerza electromotriz de C.A. entre los extremos del eje. Si esta fuerza electromotriz es suficiente para analizar la fuerza diel´ectrica de la pel´ıcula del aceite, la corriente del eje fluir´a si un circuito el´ectrico externo se proporciona entre los rodamientos. 2. La corriente localizada puede dar lugar al flujo magn´etico que circula a trav´es del eje y de los rodamientos. Eventualmente cualquier corriente neta que encierre el eje, tal como el resultado de las conexiones del bobinado del estator, una fuerza magnetomotriz se desarrolla entre los extremos del eje. El flujo magn´etico resultante pasa a trav´es de los rodamientos y de la estructura soportante externa de la m´aquina. La rotaci´on del eje genera un voltaje de C.C. homopolar alrededor del bucle del interfaz del rodamiento del eje del cojinete que, es suficiente para analizar la fuerza diel´ectrica del aceite, que resulta perjudicial la corriente localizada en el rodamiento. Debido a la saturaci´on magn´etica del eje o del circuito magn´etico asociado y porque la velocidad del desenfrenada es limitada para la buena operaci´on del rodamiento, el voltaje directo puede exceder muy raramente una peque˜ na fracci´on de un voltio. 3. En potencia rectificada, la corriente del rodamiento puede resultar del acople capacitivo entre el bobinado del inducido y su estructura particularmente con los motores de cojinete liso. La componente alterna del voltaje entre los bobinados y la tierra da lugar a una corriente de salida que pase a trav´es de los rodamientos paralelamente a la tierra. El aislante de un solo rodamiento, o un z´ ocalo del rodamiento, como se ve com´ unmente en un extremo de m´aquinas grandes, no previenen el flujo posible de corriente capacitiva en otros rodamientos sin aislar. La corriente perjudicial fluye si el voltaje m´aximo del eje excede la fuerza de ruptura de la pel´ıcula del aceite en el rodamiento. Solamente un desv´ıo eficaz del camino a trav´es del rodamiento puede prevenir da˜ no. Manteniendo un correcto ajuste de las escobillas del eje a tierra, montados en la superficie del eje de rotaci´on proporcionar´a al camino de desv´ıo necesario y prevendr´ a da˜ no del rodamiento. 3.7.6.2.

PRUEBAS PARA LA CORRIENTE DEL EJE.

´ 3.7.6.2.1 CIRCULACION DE LA CORRIENTE DEBIDO A LA FUERZA ELECTROMOTRIZ DEL EJE. Esta prueba se debe tomar en la m´aquina a valor de voltaje sin carga, especificado, y en baja y m´ axima velocidad. El circuito el´ectrico externo formado por la estructura portante del rodamiento, los rodamientos, y el eje, deber´ıan estar en circuito abierto. 1.- En cada una de las condiciones antes dichas, medir la fuerza electromotriz generada entre los extremos del eje con un milivolt´ımetro de C.A. Un instrumento de escala completa de 100 milivoltios es generalmente adecuado. El tipo electr´onico o instrumento t´ermico es satisfactorio para esta prueba. ´ PRECAUCION: Los puntos de prueba que entran en contacto con las escobillas deben asegurar el buen contacto metal sobre metal y se deben obtener resultados repetidos. 2.- En cada una de las condiciones antes dichas, medir la corriente con un amper´ımetro de 60 A o m´ as de corriente alterna con cada terminal de 3 m (10 pies) de longitud de alambre #4 o m´ as grande conectado entre los extremos del eje. ´ PRECAUCION: Los puntos de contacto de prueba con el eje deben tener una baja resistencia. La magnitud de la corriente ser´ a frecuentemente un rango bajo de la escala del instrumento. La lectura de escala debe ser registrada. La magnitud real deber ser determinada por la calibraci´ on apropiada. Un instrumento de lectura inferior tendr´a una impedancia demasiado alta para dar buenos resultados.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.137

3.7.6.2.2 CORRIENTE LOCAL DEBIDO A LA FUERZA MAGNETOMOTRIZ DEL EJE. La prueba se debe hacer en la m´aquina con carga especificada, el voltaje especificado, y la velocidad m´ axima especificada. El circuito magn´etico formado por la estructura portante del rodamiento, los rodamientos, y el eje debe simular la aplicaci´on real estrechamente como pr´actico. Medir el voltaje residual bajo condiciones antes dichas con un milivolt´ımetro continuo. Un instrumento de escala completa de 100 milivoltio es generalmente adecuado. Los terminales del instrumento deben entrar en contacto ajustado con la superficie del eje con puntos de prueba de baja resistencia en cada cara del soporte del cojinete. Esta prueba se debe relanzar para cada rodamiento. 3.7.6.2.3 CORRIENTE EN EL RODAMIENTO DEBIDO AL BOBINADO CONECTADO A TIERRA. En potencia rectificada, los potenciales posibles del eje pueden ser detectados midiendo el potencial de C.A. del eje conectado a tierra con un osciloscopio o un volt´ımetro de C.A. electr´onico con la m´ aquina accionada bajo condiciones de funcionamiento normales y las escobillas levantadas del eje y conectadas a tierra. Un nivel de voltaje menor que 50 V pico a pico se puede considerar normal. Si la lectura muestra un nivel de voltaje m´as alto, la eficiencia de las escobillas puestas a tierra se reduce grandemente y el peligro al personal aumenta. Por consiguiente, la integridad de la fuente de alimentaci´ on debe ser investigada. Con las escobillas del eje puestas a tierra y bajadas y con mantenimiento apropiado, el voltaje pico a pico debe disminuir menor a 5V bajo condiciones de funcionamiento normales. ´ PRECAUCION: Las observaciones antes dichas se deben hacer r´apidamente para evitar da˜ nos al eje y al lubricante de los rodamientos.

3.7.7.

MEDIDA DEL MOMENTO DE INERCIA.

Dos m´etodos son descritos m´ as abajo para determinar el momento de inercia de m´aquinas continuas. El primer m´etodo se adapta a la prueba de ensamblado de m´aquinas particularmente m´ aquinas grandes. El segundo m´etodo implica solamente la prueba de la armadura. 3.7.7.1.

´ METODO DE PRUEBA RETARDADA.

´ ´ Y EFECTO DEL VIENTO. 3.7.7.1.1 PERDIDAS POR FRICCION Determina las p´erdidas por fricci´on y efecto del viento de la m´aquina, incluyendo la fricci´ on de las escobillas, usando los m´etodos de medici´on descritos en 3.5.6. Probar a varias velocidades y trazar la suma de estas p´erdidas en funci´on de velocidad seg´ un las indicaciones de la Fig. 3.5(a).

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.138

Figura 3.5: Pasos en la derivaci´on del momento de inercia por el m´etodo de retraso[1] 3.7.7.1.2 MAQUINA DESACOPLADA. Con la m´ aquina desacoplada, aumenta la velocidad al valor m´aximo especificado y quitar la potencia de la armadura y de la excitaci´on de campo. Medir la velocidad en funci´on del tiempo seg´ un las indicaciones de la Fig. 3.5 (b) y, desde la inclinaci´on de la curva, derive el ´ındice de cambio de la velocidad en funci´ on de la velocidad. 7.7.1.3 MOMENTO DE INERCIA. Derivar el momento de inercia de las observaciones a varias velocidades usando la ecuaci´ on siguiente: J=

P · 106 c · n · dn dt

(3.19)

donde: J.−Momento de inercia P.−p´erdidas por fricci´ on (kW a velocidad n) n.−Velocidad rotacional (r/min) dn/dt.−Valor de desaceleraci´ on, (r/min)/s a velocidad n c.−Valor de la constante por unidad usada J K · m SI de unidades lb · pie2 (mumericamente igual a [lb · pie2 ] slug · pie2 2

c 10.97 0.4621 14.88

Cuadro 3.10: Valor de la constante c seg´ un el sistema de medida utilizado

CAP´ITULO 3.

3.7.7.2.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.139

´ ANGULAR. PRUEBA DE OSCILACION

´ DE LA ARMADURA 3.7.7.2.1 SUSPENSION Mantener suspendido la armadura con el eje orientado verticalmente usando dos alambres paralelos seg´ un lo indicado en la Fig. 3.6.

Figura 3.6: Prueba de la Oscilaci´on Angular wk 2 [1] Los alambres se deben asociar diametralmente, equidistantes de la l´ınea central del eje. La longitud de la relaci´ on de transformaci´on de la separaci´on (l/d) debe ser aproximadamente diez. Desplazar (girar) la armadura una peque˜ na cantidad de la posici´on de equilibrio, y despu´es realizar la medida de la frecuencia y de la oscilaci´on angular. El momento de inercia es determinada por la ecuaci´ on: J=

c · m · d2 l · f2

(3.20)

donde: J.−Momento de inercia m.−Peso de la armadura l.−Longitud del cable d.−Separaci´ on de los cables f.−Frecuencia de oscilaci´ on (Hz) c.−Valor de la constante por unidad usada

j Kg · m2 lb · pie2 mumericamente igual awk 2 slug · pie2

m kg lb lb

l, d m pies pies

c 6,2 × 10−2 2,04 × 10−1 6,33 × 10−3

Cuadro 3.11: Valor de la constante c seg´ un el sistema de unidades usado

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.140

CONCLUSIONES: Esta gu´ıa contiene instrucciones para la realizaci´on de informes y pruebas de aplicaci´on m´ as generales y aceptables para m´ aquinas rotativas de inducci´on. Muchas de las pruebas descritas se pueden aplicar tanto a motores y generadores, seg´ un sea necesario. Dado que los sistemas polif´ asicos de potencia son, casi universalmente, sistemas trif´asicos, las ecuaciones de esta gu´ıa han sido descritas espec´ıficamente para las tres fases. Cuando la prueba se realiza con excepci´on de energ´ıa trif´ asica, las ecuaciones se deben modificar adecuadamente para ser aplicadas a las nuevas condiciones. La calidad de energ´ıa de la red, adem´as la instrumentaci´on son aspectos fundamentales en la realizaci´ on de ensayos en las m´ aquinas rotativas. La importancia de la medici´on de las resistencias, tanto del estator como las del rotor, son de vital importancia para obtener el circuito equivalente de la m´ aquina bajo prueba para la cual existen varios m´etodos mencionados en este documento. La potencia mec´ anica de una m´ aquina rotativa se puede obtener usando un dinamofreno con la cual se aplica una fuerza de torsi´ on al rotor de la m´aquina. Para las mediciones de la velocidad se pueden utilizar tac´ometros digitales o contadores anal´ogicos con los cuales podemos medir la variaci´on de la velocidad a diferentes cargas y poder realizar el c´ alculo del deslizamiento. Las p´erdidas en una m´ aquina son I 2 R para el rotor como para el estator y constituyen las p´erdidas en sus respectivos devanados denominados p´erdidas en el cobre. Las p´erdidas en el hierro y p´erdidas por fricci´ on y efectos del viento son las denominadas de dispersi´on y se presentan en la carcasa de la m´ aquina como calor y se determinan con la m´aquina funcionando sin carga a partir del 125 % del voltaje nominal. Adem´as de las p´erdidas anteriormente mencionadas existen las p´erdidas en la carga y se obtienen midiendo las perdidas totales y rest´andolas de las p´erdidas en el rotor, estator, hierro y por efectos del viento y fricci´on. Este tipo de medidas se lo puede realizar por dos m´etodos (medida indirecta y medida directa). Las p´erdidas tambi´en son tomadas en los soportes de las escobillas en las m´aquinas de rotor bobinado y es igual a la suma de todas las ca´ıdas de tensi´on por la corriente del rotor medidas en todas las escobillas de la misma fase. Las pruebas de la eficiencia de la m´aquina se pueden obtener por varios m´etodos: M´etodo A: A la entrada y salida M´etodo B: A la entrada y salida, con la separaci´on de las p´erdidas y la medida indirecta de las p´erdidas por p´erdida en la carga. M´etodo C: Maquinas duplicados, con la separaci´on de las p´erdidas y la medida indirecta de las p´erdidas por p´erdida en la carga. M´etodo D: Medida de la energ´ıa el´ectrica, bajo carga con la separaci´on de las p´erdidas y la medida directa de las p´erdidas por p´erdida en la carga. M´etodo E1: Medida de la energ´ıa el´ectrica bajo carga con la separaci´on de p´erdidas y el valor presunto de las p´erdidas por p´erdida en la carga. M´etodo F: Circuito equivalente, con la medida directa de las p´erdidas por p´erdida en la carga. M´etodo F1: Circuito equivalente con el presunto valor de las p´erdidas por p´erdida en la carga. M´etodo C/F: Circuito equivalente ajustado al m´etodo C en un punto de carga con la medida indirecta de las p´erdidas por p´erdida en la carga. M´etodo E/F: Circuito equivalente ajustado al m´etodo E en un punto de carga con la medida directa de las p´erdidas por p´erdida en la carga. M´etodo E1/F1: Circuito equivalente ajustado al m´etodo E en un punto de carga con el presunto valor de las p´erdidas por p´erdida en la carga.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.141

Existen otras pruebas como la medici´on del voltaje en el rotor de la m´aquina en el caso de motores de rotor devanado y la de rotor bloqueado que se realiza para verificar la calidad del funcionamiento de la m´ aquina. El par en las maquinas rotativas con rotor bloqueado se toma como el esfuerzo m´ aximo desarrollado por la m´aquina bloqueada en las posiciones angulares del rotor. A lo largo del documento se dan instrucciones para realizar pruebas para determinar las caracter´ısticas de funcionamiento de las m´aquinas s´ıncronas de baja potencia, condensadores s´ıncronos, y variadores de frecuencia s´ıncronos. No se pretende con esta gu´ıa cubrir todas las pruebas posibles, o pruebas de car´ acter de investigaci´ on, sino solamente esos m´etodos m´as generales que se puedan utilizar para obtener datos de funcionamiento. Esta gu´ıa no debe interpretarse como una exigencia de la realizaci´ on de cualquier prueba espec´ıfica en un determinado acuerdo o lo que implica una garant´ıa para cumplir con los ´ındices de rendimiento espec´ıficos o condiciones de funcionamiento. Las pruebas de aislamiento en las m´aquinas s´ıncronas se lo realiza para comprobar la presencia de humedad en el aislamiento, el ´ındice de polaridad y los efectos de temperatura. Durante esta prueba de los devanados inductores de las m´aquinas grandes, las escobillas deben ser levantadas y aisladas el´ectricamente de los anillos de los colectores de modo que no se induzca en el devanado inductor. Existen varios m´etodos para realizar estas pruebas en las m´aquinas s´ıncronas en las cuales podemos destacar las siguientes: M´etodo de la prueba de voltaje alterno a frecuencia especificada, el m´etodo del voltaje directo en las bobinas el estator, y el m´etodo de baja frecuencia en las bobinas del estator. Al igual que en las m´ aquinas de inducci´on la medida de la resistencia en las m´aquinas s´ıncronas se realiza con la correcci´ on a la temperatura especifica de prueba. La resistencia de campo se mide com´ unmente en estado estacionario de la m´aquina debido a que la temperatura y la resistencia de la m´ aquina bajo prueba se pueden determinar exactamente porque no existen variaciones grandes de la temperatura en estado estacionario. Existen otros m´etodos para determinar la resistencia de campo como la prueba de funcionamiento a la temperatura de prueba, esta se realiza bajo condiciones bajo carga durante un largo periodo para alcanzar la temperatura deseada con lo cual se obtiene un mejor resultado, otro de los m´etodos usados es el de la ca´ıda de tensi´on en las escobillas es utilizado cuando la corriente de campo es muy peque˜ na. La prueba de cortocircuito de campo giratorio se realiza para verificar que bobinas se encuentran cortocircuitadas, el n´ umero incorrecto de vueltas o el tama˜ no incorrecto del conductor. Esto se lo puede realizar por varios m´etodos utilizando corriente continua o alterna y para motores con rotores cil´ındricos se usa el m´etodo de comparaci´on de resistencia por corriente continua, excitaci´on de la bobina y detecci´ on de la forma de onda. Las irregularidades en el circuito magn´etico crear una peque˜ na cantidad de flujo ligado al eje, resultando que una fuerza electromotriz se genere entre los extremos del eje. Esta fuerza electromotriz puede crear una corriente que atraviesa el eje, los cojinetes, los soportes de los cojinetes, y al otro extremo del eje con la carcasa de la maquina, por esto existen varios m´etodos para verificar la presencia de corriente sobre el eje. La prueba de secuencia de fases es muy com´ un en estos motores debido a que nos permiten verificar la correcta conexi´ on de la l´ınea con los terminales de la armadura para obtener una correcta puesta de fase de un generador o la correcta direcci´on de rotaci´on de la m´aquina. El factor de influencia telef´ onica (TIF) para la m´aquina s´ıncrona solamente se mide normalmente cuando su excitaci´ on rectificada ha sido substituida por una fuente de ondulaci´on libre y los transformadores de energ´ıa se han quitado de la l´ınea. Se obtiene como el cociente de un valor fundamental cargado rms y los arm´onicos de una onda de voltaje, y el valor de la ra´ız cuadrada de la onda.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.142

Tambi´en se realizan pruebas de velocidad excesiva solamente cuando est´an especificadas. Se especifican generalmente para los generadores s´ıncronos conectados con turbinas u otro equipo mec´ anico que puede estar sujeto a velocidad excesiva por p´erdida de carga u otra causa, Al hacer la prueba, la m´ aquina debe estar funcionando a la velocidad determinada por un largo periodo para que las lecturas de vibraci´ on sean revisadas y estabilizadas, con esta prueba se verifica las condiciones de funcionamiento tales como la vibraci´on, el alcance del eje el rotor y el comportamiento del aceite en los cojinetes. Para la medici´ on de las p´erdidas es conveniente obtener los datos para las curvas de saturaci´ on de circuito abierto y cortocircuito para la determinaci´on de las p´erdidas. Al igual que las m´aquinas de inducci´ on estas pruebas se realizan con la analizando el tipo de instrumentos que se van a utilizar, la correcci´ on de la temperatura etc. Cuando no es factible poner la m´aquina a su velocidad por medios mec´anicos, es necesario arrancar el´ectricamente. De vez en cuando, el generador (o el motor) es conveniente arrancar a partir de una fuente de energ´ıa a voltaje y frecuencia determinada. Esta prueba se realiza para determinar las curvas de saturaci´ on en circuito abierto, cortocircuito, con factor de potencia cero. Los instrumentos de transformaci´on de voltaje y de corriente usados se deben ser aislados para voltajes elevados aplicados en la prueba. La longitud y el tama˜ no de los terminales secundarios y de los valores de las cargas secundarias se deben indicar claramente para los prop´ositos de calibraci´on. Para la excitaci´ on de la m´ aquina debe ser realizada por una fuente separada porque esta elimina la necesidad de corregir los resultados para la p´erdida del excitador y el problema de mantener la excitaci´ on constante durante la desaceleraci´on. Para las pruebas de desaceleraci´on se calculan las p´erdidas en puntos donde la velocidad es menor a la especificada tan cerca de la normal como sea posible para cada condici´ on de excitaci´on, esto se realiza por varios m´etodos: velocidad-tiempo, generador de C.C, contador electr´ onico. No hay pruebas espec´ıficas para determinar directamente la reactancia de la salida de la armadura, la cual esta compuesta de varios elementos tales como: ranura de salida, terminal de conexi´ on de salida, potencia de salida del entrehierro. La potencia de salida del entrehierro son a veces determinados por los dise˜ nadores de la m´aquina. Las pruebas de temperatura en las m´aquinas s´ıncronas se realizan determinar la subida de temperatura de ciertas piezas de la m´aquina sobre una cierta temperatura de referencia al funcionar bajo condici´ on de carga especificada. Estas pruebas se pueden realizar con el funcionamiento de la m´ aquina a una o muchas condiciones de carga como: carga convencional que consiste en llevar a la m´ aquina a una temperatura constante en condiciones especificas de corriente, voltaje, potencia y frecuencia de armadura; regeneraci´on s´ıncrona, cuando una m´aquina s´ıncrona similar a la que es probada est´ a disponible, se considera un ahorro de energ´ıa con este m´etodo de carga. Tambi´en permite la prueba a plena carga con los valores espec´ıficos de las m´aquinas cercanos o superior a la capacidad disponible de la fuente de alimentaci´on; factor de potencia cero, consiste en hacer funcionar la maquina como un condensador s´ıncrono. En las pruebas para determinar el par los m´etodos espec´ıficos de la prueba se proporcionan para el par con rotor bloqueado. Los valores de todas las cantidades s´ıncronas se pueden obtener de las pruebas de la curva velocidad-par; sin embargo, otros m´etodos de ensayo son requeridos para determinar las frecuencias de las componentes aleatorias del par presentes a cada velocidad. En muchos casos es impr´ actico realizar pruebas del par con el voltaje clasificado. Por lo tanto, en este texto se preven procedimientos de pruebas con el voltaje reducido. Los resultados entonces se ajustan al voltaje especificado en caso de necesidad. La prueba del par vs la corriente a rotor bloqueado se realiza para determinar y dibujar la

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.143

corriente de la armadura del motor durante el arranque, con el par desarrollado a rotor bloqueado, y la corriente de campo inducida resultante. En esta prueba, los circuitos de amortiguaci´on y del estator se calientan muy r´ apido y la prueba se debe hacer lo m´as r´apidamente posible. Estas pruebas se pueden realizar mediante varios m´etodos como es el caso del m´etodo de la viga que consiste utilizar una palanca para crear una fricci´on en el rotor de la m´aquina; otro m´etodo es por la entrada el´ectrica, el rotor puede ser bloqueado en contra vuelta y el par calculado desde las medidas el´ectricas. Las pruebas del par-velocidad se realizan para determinar datos suficientes para trazar la curva par-velocidad. Es importante que la frecuencia de la fuente de alimentaci´on est´e mantenida constante a trav´es de la prueba en el valor clasificado del motor. Para este tipo de pruebas existen varios m´etodos tales como: medida a la salida que consiste en acoplar la m´ aquina s´ıncrona a un generador de C.C, para controlar la velocidad del motor para cada punto de prueba que se controla con el generador; el m´etodo de aceleraci´on consiste en arrancar el motor s´ıncrono como una m´aquina de inducci´on sin carga para este m´etodo se debe tener en cuenta una buena medida de la velocidad y de la aceleraci´on. El motor debe arrancar con un voltaje m´ınimo, si el tiempo de aceleraci´on es demasiado corto en el voltaje m´ınimo de arranque, una tensi´ on inferior se debe utilizar durante la prueba y la fricci´on de arranque debe ser superada dando vuelta al rotor por medio mec´anico o aplicando un voltaje m´as alto moment´aneamente; el m´etodo de la entrada el par se determina restando las p´erdidas de la m´aquina de la potencia de entrada este m´etodo es aproximado debido a que las p´erdidas en el estator no son determinadas para condiciones de funcionamiento reales; el m´etodo de la medida directa se lo hace a la m´aquina bajo carga a varias velocidades, con un dinamofreno o un freno prony. Estos procedimientos de ensayo incluyen recomendaciones para llevar y realizar pruebas generalmente aceptables para determinar las caracter´ısticas de funcionamiento de m´aquinas continuas convencionales. Las pruebas en esta gu´ıa usada para controlar el funcionamiento de m´aquinas continuas se dividen en: ex´ amenes, pruebas de la determinaci´on del funcionamiento, prueba de temperatura, pruebas miscel´ aneas. Las pruebas para determinar el funcionamiento y la temperatura son hechas generalmente para determinar el funcionamiento de una m´aquina continua. Estos procedimientos incluyen recomendaciones para la realizaci´on de informes y pruebas de aceptaci´ on general para determinar las caracter´ısticas de rendimiento convencionales de m´aquinas de corriente continua. Las pruebas miscel´ aneas se emprenden a menudo para proporcionar la informaci´on adicional referente a una m´ aquina espec´ıfica de C.C. Los instrumentos de tipo anal´ ogico o digital se puede utilizar en las pruebas, pero los factores que afectan la exactitud, de los instrumentos no electr´onicos, o anal´ogicos son: sobrecarga de la fuente, calibraci´ on de la componente en los terminales, el rango, la condici´on, y la calibraci´on del instrumento. Tambi´en se puede utilizar osciloscopios para ver que las se˜ nales de voltaje y de corriente est´en dentro de las dimensiones esperadas por la m´aquina. La potencia de entrada de la armadura se puede medir directo usando un vat´ımetro u otros medios de medida, en donde el producto instant´ aneo del voltaje y de la corriente es un promedio del tiempo. En potencia rectificada, la potencia de entrada de la armadura se puede medir directo usando un vat´ımetro u otros medios de la medida en donde el producto instant´aneo del voltaje y de la corriente es un promedio del tiempo. La fuente de alimentaci´on debe ser tal que necesite un m´ınimo

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.144

ajuste durante las lecturas de la prueba que se est´a tomado. Generalmente debe ser suficientemente del tama˜ no y de tal condici´ on que su operaci´on no influya en la m´aquina bajo prueba. Tambi´en se pueden usar fuentes con potencia rectificada cuyas formas de onda deben ser o estar libres de disturbios e inestabilidad. Otro tipo de prueba que se destaca en las m´aquinas de C.C es la direcci´on de rotaci´on del eje, cuando la direcci´ on no es especificada la norma nos dice que el giro a la derecha es para motores y a la izquierda para generadores. Para la medici´on de la resistencia en la m´aquinas de C.C se utiliza el mismo procedimiento que para las maquinas de inducci´on y s´ıncronas sin olvidar la correcci´ on de la misma a la temperatura de la prueba. En el caso de la medida de resistencia del bobinado de armadura existen tres m´etodos para realizar este procedimiento dependiendo de las caracter´ısticas de la m´ aquina. En las m´ aquinas no compensadas la medida de la resistencia de los devanados de campo se mide directamente en sus terminales. Para el bobinado de campo serie la resistencia debe medirse en todos los terminales de cada bobinado. Una de las medidas comunes en las m´aquinas de C.C es la medida en el entrehierro, que incluye la verificaci´ on de la instalaci´ on correcta de los polos principales, la prueba de la deformaci´on posible del rodamiento o del soporte de rodadura, y del montaje apropiado del rotor con respecto al estator. Las medidas de la polaridad y de la ca´ıda de la impedancia de las bobinas de campo tambi´en son realizadas en las m´ aquinas de C.C. Cada polaridad de la bobina de campo se debe comprobar independiente esto se realiza con una br´ ujula o con la regla de la mano derecha. Para la prueba de vibraci´ on del motor causada por asim´etrica mec´anica o electromagn´etica se debe medir usando una fuente inferior de corriente continua tal como un generador. Tales medidas se hacen generalmente sin ninguna carga y a la velocidad especificada usando una balanceadora en la extensi´ on del eje. Para determinar el funcionamiento de m´aquina de C.C se considera la verificaci´on de la saturaci´ on, el arranque por separado, autoarranque, conmutaci´on, etc. Estos procedimientos nos presenta el m´etodo para obtener la regulaci´ on de la m´aquina de C.C excepto para maquinas con bobinados en serie. La regulaci´ on de velocidad es para determinar la variaci´on de velocidad del motor pues la carga se disminuye uniformemente de carga especificada a sin carga con voltaje constante de la armadura y la corriente de campo constante. El prop´osito de la regulaci´on de voltaje es para determinar el cambio del voltaje en los terminales acompa˜ nado del traslado gradual de los valores de corriente especificada de la armadura con el ajuste principal de campo para el voltaje de la carga especificada sin perturbaciones. Para la prueba de eficiencia estas se determinan para el voltaje y la velocidad especificados. Las p´erdidas en las m´ aquinas de C.C se pueden realizar analizando las p´erdidas por ventilaci´on, p´erdidas rotatorias que son determinados por c´alculos de las medidas de la potencia de entrada requerida para hacer arrancar la m´aquina bajo condiciones especificadas usando el m´etodo de entrada de potencia mec´ anica, el m´etodo de entrada de potencia el´ectrica, o usando el m´etodo retardado; las p´erdidas mec´ anicas consiste en arrancar la m´aquina de prueba sin carga con un dinamofreno o con un motor convenientemente calibrado. Las pruebas de temperatura se hacen para determinar el aumento de la temperatura sobre la temperatura ambiente de piezas especificadas de la m´aquina continua, cuando est´an sujetadas a la carga especificada, tambi´en sobre los devanados inductores, de la armadura, rodamientos etc. Dentro de las pruebas miscel´ aneas de una m´aquina de C.C se realizan la medida de las caracter´ısticas perceptibles del ruido a los que esta expuesta la m´aquina; las formas de onda de la tensi´on corriente utilizando osciloscopios en este caso digitales con los que se cuenta actualmente en el laboratorio; la medida de la inductancia de la armadura (saturada y no saturada). Otra prueba importante

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.145

es la de la corriente del eje que puede causar problemas en los rodamientos de los motores o en equipos conectados. Los rodamientos o el eje, o ambos, pueden ser da˜ nados.

CAP´ITULO 3.

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA.146

RECOMENDACIONES: Para realizar las pruebas de medici´on de la resistencia en los devanados de las m´aquinas rotativas se tiene que tener en cuenta el m´etodo a utilizarse y con el equipo con el que se cuenta en el laboratorio y adem´ as hacer la correcci´on de a la temperatura de la prueba. Los dinamofrenos deber´ an cumplir con las condiciones que los valores medidos o mostrados no deber´ an exceder el 15 % del valor de salida de la m´aquina bajo prueba. Para la medici´ on de la velocidad en las m´aquinas rotativas es recomendable utilizar tac´ometros digitales con errores no mayores a ±1.0 r/min., para que no influya en gran escala con el c´alculo del deslizamiento. No se pretende que esta gu´ıa se referir´a a todas las pruebas posibles, o pruebas de car´acter de investigaci´ on, pero s´ olo los m´etodos m´as generales que pueden ser utilizados para obtener datos de rendimiento. Esta gu´ıa no debe interpretarse como una exigencia de la realizaci´on de cualquier prueba espec´ıfica en una determinada transacci´on o lo que implica una garant´ıa para cumplir con los ´ındices de rendimiento espec´ıficos o condiciones de funcionamiento. Debido que en algunas pruebas se utiliza altas tensiones, lo que podr´ıa causar lesiones personales graves o la muerte, las pruebas deben ser realizadas s´olo por personal experimentado, y se deben tomar las precauciones necesarias y adecuadas de seguridad para evitar tales lesiones al personal o da˜ nos a los equipos utilizados para realizar dichas pruebas. Despu´es de una prueba con alta tensi´on, el equipo utilizado debe estar conectado debidamente a tierra.. En muchos casos, la conexi´on a tierra debe mantenerse durante varias horas para disipar la carga para evitar el peligro hacia el personal.

Bibliograf´ıa [1] Institute of Electrical and Electronics Engineers National Electrical Manofacturers Association. IEEE Guide: Test Procedures for Direct-Current Machines. IEEE, 1(113):38, 1985. [2] Institute of Electrical and Electronics Engineers National Electrical Manufacturers Association. IEEE Standard Test Code For Resistance Measurement. IEEE, 1(118):35, 1978. [3] Institute of Electrical and Electronics Engineers National Electrical Manufacturers Association. IEEE Guide: Test Procedures for Synchronous Machines. IEEE, 1(115):197, 1995. [4] Institute of Electrical and Electronics Engineers National Electrical Manufacturers Association. IEEE Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Generators. IEEE, 1(112):64, 1996.

147

ANEXOS

148

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE ´ INDUCCION

149

BIBLIOGRAF´IA

150

BIBLIOGRAF´IA

151

BIBLIOGRAF´IA

152

BIBLIOGRAF´IA

153

BIBLIOGRAF´IA

154

BIBLIOGRAF´IA

155

´ MAQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA

156

BIBLIOGRAF´IA

157

BIBLIOGRAF´IA

158

BIBLIOGRAF´IA

159

BIBLIOGRAF´IA

160

BIBLIOGRAF´IA

161

BIBLIOGRAF´IA

162

BIBLIOGRAF´IA

163