Facultad: Ingeniería Escuela: Ingeniería eléctrica Asignatura: Conversión de energía electromecánica II

Tema:

Curvas V de los motores síncronos

Contenidos • Puntos de operación para el motor síncrono.

Objetivos Específicos • Utilizar los parámetros de corriente de armadura y corriente de campo para describir el efecto de la variación de la corriente de excitación sobre la corriente de armadura y el factor de potencia. • Conectar adecuadamente una máquina síncrona como motor trifásico. • Comprobar las curvas “V” características del motor síncrono para determinar puntos de operación adecuados para mejorar del factor de potencia de la red.

Material y Equipo

No

Cantidad

Descripción

1

1

Máquina síncrona trifásica

2

1

Unidad de control para freno magnético

3

1

Freno magnético

4

2

Medidores RMS S05127-1L

5

1

Medidor de factor de potencia SO5127-1M

6

1

Vatímetro SO5127-1R6

7

1

Acople para motores y freno

8

1

Cubierta de acople

9

1

Tacogenerador SE 2662-5Z

10

X

Cables de diversas medidas

11

1

Multímetro y pinza voltamperimétrica

3

Conversión de energía electromecánica II

Introduccion Teorica Las curvas V tal como lo dice el nombre, es una representación gráfica de la conducta de la maquina síncrona, que dice como es la corriente de armadura a una determinada corriente de excitación, manteniendo constante un parámetro de carga al eje, es como una función de 2 variables en la cual se mantiene constante una de ellas, el resultado de la gráfica es la forma de una V. Las curvas V son ampliamente utilizadas para estudiar la estabilidad dinámica de los motores síncronos, determinar la reactancia sincrónica de una manera indirecta y de evaluar las condiciones de adelanto y atraso o sub excitación y sobre-excitación de la inyección de reactivos y corrección del factor de potencia con respecto a un sistema eléctrico.

Procedimiento Parte I. Curvas Características “V”. a. Las curvas de corriente de armadura vrs. corriente de campo ó corriente de armadura contra voltaje de excitación son llamadas curvas “V”. Estas ilustran el efecto de diferentes valores de corriente de excitación sobre la corriente de armadura y factor de potencia para cargas especificas aplicadas al eje del motor. b. Encienda el motor síncrono siguiendo el procedimiento apropiado de la practica anterior; para ello sólo active SW1 de la figura 1 de los anexos: 1. Conecte el circuito de campo a un valor inicial de 100mA. 2. Presione el interruptor de arranque. 3. Suelte el interruptor y conecte a la red. c. Varíe la corriente de excitación de manera que no se supere 400 mA, o en su defecto lo que tiene indicada la placa de datos. d. Ajuste el torque aplicado a la máquina a un valor de 2.5 Nm después de arrancada la maquina sin carga al eje. e. Ajuste la corriente de excitación 10mA y tome datos de corriente de armadura y factor de potencia. Complete las tablas 1, 2 y 4. Por razones de tiempo sólo se completarán estas tablas de datos. Nota: Deberán ajustarse los valores de las corrientes de campo, de tal manera que el motor síncrono no presente vibraciones ni inestabilidad en su funcionamiento. Corresponde a los alumnos verificar y tomar en cuenta esta recomendación. f. Apague el motor con el interruptor de 4 polos SW1.

Conversión de energía electromecánica II

4

Considere M = 2.0 Nm I exc (mA)

10mA

20mA

30mA

40mA

50mA

60mA

70mA

80mA

90mA

100mA

110mA

120mA

130mA

140mA

150mA

160mA

170mA

180mA

190mA

200mA

210mA

220mA

230mA

240mA

250mA

260mA

270mA

280mA

290mA

300mA

310mA

320mA

330mA

340mA

350mA

360mA

370mA

380mA

390mA

400mA

I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø Tabla 1.

Considere M = 1.5 Nm I exc (mA)

10mA

20mA

30mA

40mA

50mA

60mA

70mA

80mA

90mA

100mA

110mA

120mA

130mA

140mA

150mA

160mA

170mA

180mA

190mA

200mA

210mA

220mA

230mA

240mA

250mA

260mA

270mA

280mA

290mA

300mA

310mA

320mA

330mA

340mA

350mA

360mA

370mA

380mA

390mA

400mA

I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø Tabla 2.

5

Conversión de energía electromecánica II Considere M = 1.0 Nm

I exc (mA)

10mA

20mA

30mA

40mA

50mA

60mA

70mA

80mA

90mA

100mA

110mA

120mA

130mA

140mA

150mA

160mA

170mA

180mA

190mA

200mA

210mA

220mA

230mA

240mA

250mA

260mA

270mA

280mA

290mA

300mA

310mA

320mA

330mA

340mA

350mA

360mA

370mA

380mA

390mA

400mA

I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø Tabla 3.

Considere M = 0.5 Nm I exc (mA)

10mA

20mA

30mA

40mA

50mA

60mA

70mA

80mA

90mA

100mA

110mA

120mA

130mA

140mA

150mA

160mA

170mA

180mA

190mA

200mA

210mA

220mA

230mA

240mA

250mA

260mA

270mA

280mA

290mA

300mA

310mA

320mA

330mA

340mA

350mA

360mA

370mA

380mA

390mA

400mA

I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø Tabla 4.

Conversión de energía electromecánica II

6

Considere M = 0.1 Nm I exc (mA)

10mA

20mA

30mA

40mA

50mA

60mA

70mA

80mA

90mA

100mA

110mA

120mA

130mA

140mA

150mA

160mA

170mA

180mA

190mA

200mA

210mA

220mA

230mA

240mA

250mA

260mA

270mA

280mA

290mA

300mA

310mA

320mA

330mA

340mA

350mA

360mA

370mA

380mA

390mA

400mA

I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø Tabla 5.

Considere M = 0.0 Nm I exc (mA)

10mA

20mA

30mA

40mA

50mA

60mA

70mA

80mA

90mA

100mA

110mA

120mA

130mA

140mA

150mA

160mA

170mA

180mA

190mA

200mA

210mA

220mA

230mA

240mA

250mA

260mA

270mA

280mA

290mA

300mA

310mA

320mA

330mA

340mA

350mA

360mA

370mA

380mA

390mA

400mA

I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø I exc (mA) I arm (A) Cos Ø Tabla 6.

7

Conversión de energía electromecánica II Parte II. Control del Factor de Potencia. a. Activando sólo SW2 de la figura 1 de los anexos, mida: i. VARs inductivos =__________ Cos φ =__________ b. Activando sólo SW1, con If=400mA arranque el motor síncrono y ajuste If hasta obtener el mismo valor de VARs (pero capacitivos) que se obtuvieron en el literal a. Mida: i. VARs capacitivos =__________ ii. Cos φ =__________ c. Mida los VARs y cos φ al activar simultáneamente SW1 y SW2, bajo las condiciones ajustadas anteriormente en el motor síncrono. Si el factor de potencia aún no es unitario, ajuste la If hasta obtener Cos φ = 1, anotando los VARs capacitivos que entrega el motor para obtener dicho parámetro. i. VARs =__________ ii. Cos φ =__________

Discusión de resultados 1. Con los datos obtenidos en las tablas obtener las curvas “ V “ para la maquina síncrona. Grafique I de campo contra I de armadura, y E de campo contra I de armadura. 2. Explique como se relacionan los términos de sobre-excitación y sub-excitación, para predecir el comportamiento del signo (sentido de flujo) de la potencia reactiva inductiva, y luego producir potencia reactiva capacitiva. 3. Para la parte II, dibuje esquemáticamente la red como fuente de potencia, y el motor síncrono y la carga inductiva como dos cargas conectadas a la red. Dibuje esquemáticamente el flujo de potencia reactiva para: d) Sólo operando SW2. e) Sólo operando SW1. f) Operando ambos SW1 y SW2. 7. Explique cómo mediante la variación de la corriente de campo de un motor síncrono se puede controlar el flujo de potencia reactiva de la máquina (justifique según las tablas). 8. Determine un procedimiento práctico para encontrar la curva de factor de potencia unitario. 9. Determine un método práctico para encontrar la reactancia síncrona de la máquina utilizada durante la práctica.

Investigacion complementaria 1. 2. 3. 4.

¿Cuál es la ecuación característica que define las curvas V, de los motores síncronos.? ¿Cuál es el rango de operación estable del motor síncrono con su corriente de excitación, para la condición del 50% de su carga nominal al eje? ¿Qué magnitud de corriente de armadura en el estator ocurre a factor de potencia unitario? ¿Qué condiciones se necesitan para obtener un factor de potencia igual a cero?

Bibliografía • Charles I. Hubert. Electric Machines. Second Edition. Prentice Hall, 2002. • A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley. Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. Jr. McGraw-Hill 1992. • Stephen Chapman. Fundamentos de Máquinas Eléctricas. McGraw-Hill 1990.

Conversión de energía electromecánica II

Guía 2. Curva V del motor síncrono Hoja de cotejo: 2 Alumno:

Puesto No:

Docente:

GL:

Fecha:

EVALUACION % CONOCIMIENTO 20%

APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO

20%

20%

20%

ACTITUD 10%

10%

TOTAL

100%

1-4

5-7

08/-10

Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos durante la evaluación previa de la práctica.

Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos

Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos

Un porcentaje de mediciones, entre el 0% y 45% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas.

Un porcentaje de mediciones, entre el 45% y 75% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas.

La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria es insuficiente.

La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria contiene menos elementos de lo solicitado. Interpreta correctamente, aunque con apoyo docente, los resultados que se obtienen durante la práctica. Se ha tardado un tiempo poco mayor al esperado para realizar la práctica.

Un porcentaje de mediciones, entre el 75% y 100% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas. La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria es suficiente.

No interpreta correctamente todos los resultados obtenidos durante la práctica, aún con apoyo del docente. Se ha tardado un tiempo mucho mayor al esperado para realizar la práctica. No tiene actitud proactiva para realizar las mediciones durante la práctica.

Su actitud es parcialmente proactiva para realizar las mediciones durante la práctica.

Interpreta correctamente los resultados obtenidos durante la práctica.

El tiempo de realización de la práctica es mejor que el esperado. Muestra claramente una actitud proactiva para realizar las mediciones durante la práctica.

Nota

8