Guia Para El Laboratorio de Maquinas Electricas II Revision MP 2012 Revision Final

8/19/2019 Guia Para El Laboratorio de Maquinas Electricas II Revision MP 2012 Revision Final

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UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DEPARTAMENTO DE POTENCIA

GUÍA PARA EL LABORATORIO DE MÁQUINASELÉCTRICAS II

FRANCISCO RODRÍGUEZ

NAPOLEÓN ARTEAGA

AGOSTO 2007

REVISIÓN Agosto 2012 – Milagros Peña


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LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS II

DEPARTAMENTO DE POTENCIAUNIVERSIDAD DE CARABOBO Página i

INTRODUCCIÓN

El Laboratorio de Máquinas Eléctricas II esta concebidocomo un complemento a la formación teórico-práctica delestudiante de máquinas de corriente alterna, a nivel delséptimo semestre de la carrera de Ingeniería Eléctrica en laUniversidad de Carabobo.

El propósito de las sesiones de laboratorio es permitirque el estudiante confronte las bases conceptuales adquiridascon las experiencias demostrativas y las situaciones reales,contribuyendo al desarrollo de su pensamiento científico,caracterizado por:

1. La actitud receptiva hacia la investigación. 2. La capacidad de observación, identificación y

delimitación de problemas.

3. La formulación, aceptación o rechazo de hipótesis. Durante las sesiones de laboratorio, el estudiante

ejecutará conexiones y maniobras sobre máquinas reales,sustentando así las nociones adquiridas durante las clasesteóricas. Además, la realización de montajes circuitales condiferentes equipos de medición, permitirá reforzar lasdestrezas para conectar, leer correctamente e interpretar laslecturas de los distintos instrumentos de medición.

EI curso se contempla dividido en 12 prácticas. Sinembargo, se ha considerado recomendable realizar una prácticaadicional, que en este trabajo se denomina PRÁCTICA No O, con

el fin de retomar algunas ideas de cursos anterioresrelacionadas con los sistemas trifásicos y el manejo de losinstrumentos básicos de medición. Esta práctica preliminartiene una duración de una semana (una sesión de laboratorio).

Las prácticas 1 y 2 se refieren a los devanados de lasmáquinas de corriente alterna. Cada una de ellas tiene unaduración de una semana. El docente-facilitador podrá organi-zar al grupo de estudiantes para que, en una misma sesión, setrabajen ambas prácticas simultáneamente. La aplicación deeste procedimiento, obedecerá a la disponibilidad de equiposen el laboratorio según el número de estudiantes.

Las prácticas 3 y 4 se refieren al generador sincrónico. En ellas, se consideran algunos ensayos que permiten modelary predecir el comportamiento de una máquina sincrónica que,en forma aislada, alimenta a una carga eléctrica. Cada una delas prácticas, se realiza en una sesión de laboratorio.


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DEPARTAMENTO DE POTENCIAUNIVERSIDAD DE

CARABOBO Página ii

Las prácticas 5 y 6 enfocan su atención hacia elfuncionamiento de una máquina sincrónica conectada a una redde potencia infinita. Las actividades que se contemplan,

durante la ejecuci6n de estas prácticas, están orientadas a larealizaci6n de maniobras que permitan describir y explicar elfuncionamiento de la máquina sincrónica como generador omotor de accionamiento. El tiempo estimado, para cada una deestas prácticas, suele ser una semana; eventualmente, pudierarequerirse una sesión adicional, dirigida bajo algunaestrategia metodo1ogica particular, con el fin de asegurar laconsecución de los objetivos de ambas prácticas.

Las prácticas 7, 8 Y 9 permiten ensayar al motor trifá- sico de inducci6n. Se consideran ensayos dirigidos a: modelaral motor de inducción circuitalmente, explicar su

comportamiento bajo carga, analizar algunas operaciones anor-males y describir sus características de funcionamiento en elarranque. Estas tres prácticas se realizan en dos sesiones delaboratorio.

Las prácticas lO, 11 Y 12 consideran el estudio de los motores monofásicos de inducción y se caracterizan por ser derápida ejecución, por lo que, frecuentemente, una sesión delaboratorio resulta suficiente para llevar a cabo lasactividades correspondientes a las tres prácticas.

El estudiante no debe olvidar que cualquier problema que se presente durante la ejecución de alguna práctica (compor-tamientos inesperados de los equipos utilizados, ausencia detensión en algún punto del montaje circuital disparo deprotecciones, etc.) es una fuente de herramientas paradesarrollar habilidades técnicas; en cuanto a la localizaciónde fallas y la solución de problemas de cableado. No obstan-te, es importante que se tomen las medidas de seguridadpertinentes para evitar accidentes innecesarios.

Con el fin de actualizar y depurar cada vez más el contenido de estas guías, el D e p a r t a m e n t o dePotencia, a través de la figura de cualquiera de susprofesores de Máquinas Eléctricas, agradece las sugerencias yrecomendaciones que puedan aportar los usuarios de este

material ante eventuales errores de forma o contenido. Se sugiere que el estudiante realice un pre laboratorio y

lo entregue antes de la sesión donde indique el titulo, losobjetivos, desarrolle la preparación previa e incluya elprocedimiento brevemente con el montaje circuital, así mismodebe leer los problemas y tarea incluidos para que elestudiante tenga conocimiento de cual es la finalidad de lasesión práctica.

Revisión 2012 editada por los bachilleres Kevin Sacco yAmilcar Revollo, bajo corrección de Milagros Peña.


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LABORATORIO DE M QUINAS EL CTRICAS II

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Índice

Práctica Título Página

0 Manejo de Instrumentos……………………………………… 5

1 La Máquina Universal…………………………………………… 8

2 Devanados………………………………………………………………………… 18

3 Alternador Sincrónico. CircuitoEquivalente. Regulación…………………………………… 23

4 Funcionamiento de un AlternadorSincrónico bajo Carga………………………………………… 27

5 Operación de un AlternadorSincrónico conectado a una Redde Potencia Infinita…………………………………………… 31

6 Motor Sincrónico. 36

7 Motor de Induccion deJaula de Ardilla………………………………………………………… 40

8 Motor de Inducción deRotor Devanado……………………………………………………………… 46

9 Arranque de Motores Trifásicosde Inducción…………………………………………………………………… 51

10 Motor Universal…………………………………………………………… 54

11 Motor Monofásico de Arranque

por Condensador…………………………………………………………… 57

12 Motor Monofásico de Fase Partida……………… 60

Anexos…………………………………………………………………………………… 63


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PRÁCTICA No 0

MANEJO DE INSTRUMENTOS

OBJETIVO

Medir la potencia y el factor de potencia de una cargatrifásica.

PREPARACIÓN PREVIA

1. Defina: conexión Y, conexión D, sistema trifásicoequilibrado y desequilibrado, factor de potencia,ángulo de impedancia, potencia activa, reactiva ypotencia aparente.

2. Repase la forma de conectar los siguientes

instrumentos en los sistemas trifásicos amperímetro,voltímetro, vatímetro, medidor de Cos!,transformadores de corriente y transformadores detensión.

3. Demuestre que utilizando los dos vatímetrosmonofásicos se puede medir la potencia trifásicaconsumida por una carga (método de los dosvatímetros).

4. Dibuje el diagrama fasorial de una carga R-Lbalanceada conectada en Y y Delta. Indique corrientesde fase y de línea, así como tensiones de fase y delínea.

5. A partir de los diagramas fasoriales de 4.,demuestre las siguientes expresiones

Vlinea = ! 3.Vfase (en una estrella) Ilinea = ! 3 .Ifase (en un triángulo)

6. Demuestre que la potencia trifásica consumida una

carga equilibrada está dada por:

P3"

= ! 3.Vlin.Ilin.fp

7. Dibuje y explique cómo debe puede medirse lapotencia trifásica consumida por:

a ) Una carga balanceada si para tal fin solo sedispone de un vatímetro monofásico.

b) Dos vatímetros 1! c) Tres vatímetros 1!


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d) Indique a que es igual la lectura de los instrumentospara obtener el valor final de potencia.

FUNDAMENTOS

La potencia consumida por una carga trifásica puede

medirse a través de varios métodos, según su naturaleza

a) La medición en cargas desbalanceada se puede realizarusando un vatímetro trifásico, tres vatímetrosmonofásicos o en su defecto con dos vatímetrosmonofásicos.

b) La medición con cargas balanceadas puede realizarsecon los métodos mencionados anteriormente en "a",además de poderse llevar a cabo con un solo vatímetromonofásico conectado convenientemente.

La medición del factor de potencia de una carga trifásicabalanceada se puede llevar a cabo utilizando un medidortrifásico, empleando el método de los dos vatímetros ousando un medidor monofásico adecuadamente conectado. Laconexión eléctrica de los medidores de factor de potenciaes similar a la de los vatímetros.

EQUIPOS Un Vatímetro Polifásico.

Tres Vatímetro Monofásicos. Un medidor de Cos . Dos Amperímetros. Dos Voltímetros. Un Transformador de Corriente. Un Transformador de Tensión. Fuente de Poder. Carga Resistiva e Inductiva. Un Interruptor tripolar

NOTA: El estudiante seleccionará los rangos de cadainstrumento de acuerdo a su aplicación.

PROCEDIMIENTO

1. Ejecute las conexiones indicadas en el esquema anexopara una carga resistiva pura. En dicho esquema sóloaparecen conectados los amperímetros y voltímetros.El estudiante realizará la conexión del resto de losinstrumentos.

1.1 Utilizando 1 vatímetro 1! 1.2 Utilizando 2 vatímetros 1!

1.3

Utilizando 3 vatímetros 1!


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2. Cierre el interruptor tripolar y energice con 220Ventre 1ineas. Ajuste la carga para que absorba de las1ineas una corriente de 3 amperios. Tome nota de la lectura de todos los instrumentos.

2.1 Utilizando 1 vatímetro 1! 2.2 Utilizando 2 vatímetros 1! 2.3 Utilizando 3 vatímetros 1!

3. Repita el paso 2. para una carga R-L de factor depotencia 80%. Una vez tomadas todas las lecturas, abraél interruptor tripolar súbitamente sin desactivar la fuente y observe las variaciones de los instrumentos.

3.1 Utilizando 1 vatímetro 1!

3.2

Utilizando 2 vatímetros 1! 3.3

Utilizando 3 vatímetros 1!

PROBLEMAS Y TAREA 1. Trace el diagrama fasorial de una carga trifásica

desbalanceada, de factor de potencia en adelanto,conectada en Delta y alimentada a partir de una fuenteconectada en Y. Indique las tensiones y corrientes delínea y de fase.

2. Dibuje el esquema para la medición de potencia

trifásica empleando: tres vatímetros monofásicos y dosvatímetros monofásicos.

3. ¿Cómo podría medirse el factor de potencia de unacarga balanceada si se dispone de: un amperímetro, unvoltímetro y dos vatímetros monofásicos?

4. Dibuje el esquema de conexiones para la medición dela potencia y del factor de potencia de una cargatrifásica, empleando un vatímetro monofásico y unmedidor de Cos" monofásico.

5. Conclusiones


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PRÁCTICA No 1

LA MAQUINA UNIVERSAL

PARTE I: CONOCIMIENTO DE LA MAQUINA UNIVERSAL.

PARTE II: FORMA DE ONDA DE LA DISTRIBUCIÓN ESPACIAL

DE LA DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO.

PARTE III: EFECTO DEL ACORTAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN

DE LOS DEVANADOS.

OBJETIVO: 1. Conocer la constitución y el funcionamiento de la

Máquina Universal.

PREPARACIÓN PREVIA: Retome los siguientes aspectos de cursos anteriores:

a) Conceptos de H, B y !. Diferencias entre ellos.

b) Distribución espacial de la FMM en el entrehierro deuna máquina.

c) Proceso de arranque y aceleración de un motor decorriente continua.

d) Sistemas trifásicos balanceados.

e) Definir MÁQUINA UNIVERSAL y para que se utiliza.

FUNDAMENTOS: La Máquina Universal (MU) para laboratorio, es una máquinade dos (2) polos, de rotor liso (entrehierro uniforme)acoplada a otra máquina (medidora de torque) de corrientecontinua, para funcionamiento como motor o como generador.

El estator de la Máquina Universal, tiene 24 ranuras Y undevanado con bobinas en una sola capa, acortadas en unaranura. Los terminales de las 12 bobinas no estánconectados entre el, sino que son extraídos de una máquinapara tener acceso a cada bobina a través de los bornesnumerados 1-1, 2-2, etc., según se muestra en la Figura1.1.

Conectando apropiadamente los terminales de las bobinas sepueden realizar una gran variedad de devanados.


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El rotor de la Máquina Universal tiene un devanado de pasocompleto de dos (2) polos, 30 ranuras, similar al de unaMáquina de D.C., es decir cerrado. Cuando él es alimentadoa través de los terminales A y A2, se produce unadistribución de campo magnético similar a la producida por

el campo de excitación (rotor de una máquina sincrónica).De allí que se le utilice de dicha forma, cuando se desea

Adicionalmente a los devanados rotóricos y estatóricosantes mencionados, la máquina universal posee una bobina deexploración X1 - X2, ubicada en el través de la cual sepuede observar el campo magnético producido por el rotor.

De igual forma en el rotor existe la X3 – X4, con la cual sepuede observar el campo magnético producido en elentrehierro.

EQUIPO: Maquina Universal

PROCEDIMIENTO: Identifique la Máquina Universal y la MáquinaDinamométrica.

1.1. Identifique las bobinas del estator.

1.2. Idem para el rotor y las bobinas de exploración.

PROBLEMAS Y TAREA:

1. La máquina dinamométrica (motriz), es una máquina D.C.de conexión shunt. Dibuje el diagrama de conexioneseléctricas de la misma, incluya todos los elementosque usted crea necesario.

2. Describa el procedimiento para arrancar máquinamotriz.

3. En la Figura 1.2 anexa se muestra un devanado rotóricode 12 ranuras, 2 polos, paso completo, similar al queposee la máquina universal; si dicho devanado sealimenta con una corriente D.C. a través de los bornesF1 y F2 trace la distribución espacial de la FMM.

4. Observaciones y Conclusiones relevantes.


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PARTE II

FORMA DE ONDA DE LA DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LADENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO.

OBJETIVO: Estudiar la distribución espacial de la densidad de flujomagnético B(#), producida por las máquinas eléctricas.

Existen básicamente tres tipos de devanados en las máquinaseléctricas, a saber:

1. Devanados Concentrados:Como los usados en el estator por el sistema de

excitación de las máquinas de corriente continua ocomo los usados en el rotor por el sistema deexcitación de las máquinas sincrónicas de polossalientes.

2. Devanados por Conmutador:Usados en el inducido de las maquinas D.C. yciertas máquinas A.C.

3. Devanados Distribuidos:

Los cuales son usados por los devanados de fases de las máquinas A.C. tanto sincrónicas comoasincrónicas.

Cuando por alguno de estos devanados circula una corrienteeléctrica, ellos producen una F.M.M.; si esta actúa sola,se producirá una distribución de campo magnético H(#) sobreel circuito magnético de la máquina, la cual producirá a suvez una distribución de densidad de flujo magnético B(!).

La distribución espacial de la densidad da flujo magnético

B(#) puede ser observada alimentando al devanado encuestión con una corriente continua de modo que el campomagnético sea invariable en el tiempo. Si se hace rotar unabobina de exploración de paso completo en el entrehierro dela máquina, la tensión inducida en dicha bobina en eltiempo será e = 2.B(#).l.V. Como l y V son constantes, laforma de onda e(t) observada en un osciloscopio tendrá lamisma forma de B(#).


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EQUIPOS:

Máquina Universal.

Osciloscopio.

Reóstato.

Amperímetro.

Fuente D.C.

PROCEDIMIENTO:

1. Distribución del campo magnético del rotor:1.1. Conecte el dinamómetro (maquina motriz de

D.C.)como se muestra en la figura 1 y lleve al

conjunto a una velocidad conveniente de valor "X" r.p.m. So recomienda un valor comprendido entre 1000 y2000 r.p.m.

1.2. Alimente el rotor a través de los bornes A y A2,con una corriente D.C. de 1 amp y observe con elosciloscopio la tensi6n inducida en la bobina deexploración del estator Xl - X2. Esta onda esrepresentativa de la distribución espacial del campomagnético producido por el rotor (de una máquinasincrónica de rotor liso).

NOTA: En caso de que las señales observadas tengan muchoruido y no estén bien definidas, comuníqueselo alpersonal técnico para que realice ajustes en el sistemade portaescobillas

2. Distribución de campo magnético de un devanadodistribuido:Una de las características de los devanados distribuidoses que la forma de la FMM puede ser controladadistribuyendo los conductores a través de la periferia

de la máquina. La influencia del ángulo de distribuciónsobre la forma de la FMM se puede estudiar según elsiguiente procedimiento:

2.1. Conecte las bobinas6 bobinas según se

del estator en dos grupos demuestra en la figura 2. Una

los terminales posteriores 1’ y 7’ según“a”. Alimente con 1 amperio D.C. a través de terminales 1 y 7.

los

2.2. Ídem al punto 1.1.


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2.3. Observe la forma de onda del campo magnético conun osciloscopio conectado a la bobina deexploración X3 y X4. Ahora mueva el puente hacia 2y 8 según “b”, para incluir dos bobinas en serie por polo, lo cual origina un ángulo de distribución de 60º. Repita para 3’ y 9’, y asísucesivamente. Observe y dibuje en cada caso laforma de onda. Tome nota de los valores pico ydel periodo de las ondas. Relacione el periodo delas ondas con su velocidad de trabajo “X”.

3. Distribución del campo magnético producido en uninstante de tiempo por corrientes trifásicasequilibradas:Para observar la distribución espacial del campo magnético en un instante dado, es necesario simular lascorrientes trifásicas instantáneas con corriente D.C. de

valores adecuados. Por ejemplo, en el instante en el queIu es máxima positiva, Iv es igual a Iw y a su veziguales a la mitad del valor máximo y negativo (instante“0”, Figura 3-27 del texto Fitzgerald).

3.1. Conecte el devanado de la máquina para unaconexión "Y". Identifique c/u de los terminalesde fases y alimente a la fase U con +1 amp, a laV y W con -0,5 amp. Para ello realice el montajede la Figura 3.

3.2. Ídem al punto 1.1.

3.3. Observe la distribución del campo magnéticoproducido en instante "t=0-" del Fitzgerald,haciendo uso de un osciloscopio conectado a labobina de exploración X3 - X4

PROBLEMAS Y TAREA:

1. A partir de la configuración del devanado de rotor,determine teóricamente la distribución del campo

magnético.

2. A partir del devanado del estator conectado en “Y”,determine teóricamente la distribución del campomagnético para el instante t=0- de Fiztgerald.

3. Observaciones y conclusiones.


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PARTE III

EFECTO DEL ACORTAMIENTO Y LA DISTRIBUCIÓN DELDEVANADO.

OBJETIVO: Estudiar los efectos del acortamiento y la distribuciónde los devanados sobre la tensión inducida en unalternador.

PROCEDIMIENTO: 1. Conecte el dinamómetro (máquina motriz) según se

muestra en la Figura 1. Ajuste su velocidad hasta"X" r.p.m.

2. Conecte las 12 bobinas del estator en serie paraformar un devanado distribuido abierto en susextremos. Véase Figura 4.

3. Conecte un osciloscopio para observar la tensióninducida en la bobina 1 – 1’, luego la de la bobina1 - l' más la de la 2 - 2' y así sucesivamente hasta observar 1 – 12’. Observe e contenido armónico en cada caso. Dibuje las Formas de Onda y tome nota de sus valores característicos.

4. Para observar el efecto del acortamiento sobre latensión inducida, conecte un canal del osciloscopioa la bobina de exploración X1 – X2 (estatórica depaso completo) y el otro canal a la bobina 1-1'(estatórica acortada). Dibuje las formas de onda.Compare los resultados.

PROBLEMAS Y TAREA:

1. ¿Qué es factor de paso?. Dedúzcalo.

2. ¿Qué es factor de distribución? Dedúzcalo.

3. ¿Qué importancia tienen los factores de paso y dedistribución?

4. Observación y conclusiones.


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FIGURA 1.1


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F1

F2

FIGURA 1.2


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F I G U R A

1


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F I G U R A

4


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PRÁCTICA No 2

DEVANADOS

OBJETIVO:

Realizar algunas conexiones trifásicas en un devanadotípico de una máquina de corriente alterna.

PREPARACIÓN PREVIA

1. Defina: Espira, Bobina, Ranura, Capa, Paso Polar, Pasode Bobina, Acortamiento, Grado Mecánico, GradoEléctrico Espacial, Campo Magnético Giratorio, Grupo yFase.

2. Interprete las variables de la ecuación de corte:

e = B.l.V.

3. Deduzca la siguiente expresión:

Rf = 4,44.Kw.Nph.f."p

4. Qué relación existe entre la velocidad de giro de uncampo magnético giratorio en r.p.m y la frecuencia de

alimentación en Hz.

5. ¿Cómo se puede verificar que un devanado está bien conectado?

FUNDAMENTOS "

A diferencia de las máquinas de corriente continua, en lascuales el inducido va ubicado en el rotor, el inducido delos generadores de corriente alterna se ubica generalmenteen el estator. Los devanados de C.C. se caracterizan por

ser cerrados (esto significa que si partimos de un punto"A" del devanado, al recorrerlo llegamos nuevamente alpunto "A"). Los de C.A. son abiertos.

Se dice que un bobinado es concéntrico, cuando todas lasbobinas que la constituyen tienen un mismo centro, por loque todas las bobinas de un mismo grupo son diferentes. Enlos bobinados excéntricos, todas las bobinas del devanadoson iguales. Todos los devanados excéntricos sonrealizados "por polos", por lo que teniendo esto presenteresulta que cada fase tiene tantos grupos de bobinas comopolos tiene la máquina.


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En todos los bobinados “por polos” los grupos de una mismafase que se deseen conectar en serie se unen de lasiguiente forma: final del primer grupo con principio deltercero; final del tercero con final del cuarto y asísucesivamente.

Los bobinados excéntricos de corriente alterna pueden serimbricados y ondulados y realizarse con una o dos capas. Asu vez, los devanados imbricados pueden ser enteros yfraccionarios.

Debido a que los sistemas trifásicos son los más usuales,es lógico pensar que tanto de los alternadores como de losmotores A.C., sean los devanados trifásicos, los cuales sepueden obtener mediante arreglos y conexiones adecuadas delas distintas bobinas que constituyen el devanadoestatórico de la máquina. Según sean las necesidades los

devanados trifásicos pueden ser conectados en estrellaserie (Y), estrella de dos ramas en paralelo (YY), deltaserie ($), delta de dos ramas en paralelos (2$) y en otroscasos estrellas y deltas de más de dos ramas en paralelo.

PROCEDIMIENTO:

1. A partir del devanado asignado tome nota de:Nº de Polos.Nº de Ranuras. Nº Capas.

Nº Bobinas.Nº Vueltas/bobina Paso Polar en Ranuras y grados mecánicos.Paso Bobina en Ranuras y grados mecánicos.Acortamiento en Ranuras y grados mecánicos.

Identifique plenamente el tipo de devanado asignado (sies imbricado, Ondulado, Concéntrico, Excéntrico,Abierto, Cerrado, etc.)

1.1. Calcule el factor de paso y el de distribución.

1.2. Haciendo uso del esquema del bobinado haga lasconexiones necesarias para obtener 4 terminalespor fase.

1.3. Conecte el devanado según la conexión que leindique el profesor

1.4. Partiendo de que cada bobina soporta unacorriente de 3 Amperios. Alimente el devanado conun Variac Trifásico hasta que absorba lacorriente permitida según la conexión realizada.


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1.5. Verifique si las corrientes de línea son iguales.En caso contrario revise las conexiones.

1.6. Verifique si se produce un campo magnéticogiratorio introduciendo un rotor de prueba.

1.7. Realice ajustes en sus conexiones para invertirel sentido de giro del campo magnético. Determineteóricamente a qué velocidad se mueve dicho campomagnético.

2. La mayoría de los motores trifásicos pequeños y medianosson construidos de manera que puedan ser conectados endos tensiones. El propósito de ello es que el mismo

motor pueda sor utilizado en lugares con diferentestensiones. Usualmente los terminales de las bobinas sonextraídas externamente para ser conectados en serie paratensión alta o en paralelo para la baja. Prácticamentetodos los motores trifásicos (Americanos) de 2tensiones, tienen 9 terminales identificados, en formaestándar del T1 al T9.

2.1. A partir del diagrama de bornes indicado en laFigura 2.1, realice las conexiones necesarias tanto para alta como para baja tensión (Llene la

tabla anexa). Realice luego dichas conexiones en un motor trifásico del laboratorio que tenga elmismo esquema de señalización.

TENSIÓN L1 L2 L3 UNIR ALTA BAJA

2.2. Ídem al punto 2.1 pero para las conexiones en $ y

2$ correspondientes a la Figura 2.2.

TENSIÓN L1 L2 L3 UNIR ALTA BAJA


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PROBLEMAS Y TAREA:

1. A partir del devanado asignado, indique como serían lasúltimas conexiones para lograr la $, 2$, Y, YY.

2. Partiendo de que cada grupo de bobina soporta una

corriente nominales de línea en cada conexión señaladaen 1.

3. Explique a qué se deben los pequeños desbalances que seobservan en las corrientes que absorbe el devanado queusted conectó.

4. Discuta la relación entre la velocidad del campomagnético giratorio (determinado teóricamente) y lavelocidad (aproximada) a la cual giró el rotor de pruebaempleado.

5. Indique todas las conexiones posibles que se puedenrealizar con un devanado trifásico imbricado de 8 polos.

6. ¿A que se debe que la corriente de línea requerida paramover un rotor de prueba en un devanado conectado en YYsea mayor e la requerida en uno conectado en Y?

7. ¿Qué diferencias existen entre los devanados ondulados eimbricados?

8. Conclusiones.


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PRÁCTICA No 3

ALTERNADOR SINCRÓNICO. CIRCUITO EQUIVALENTE.REGULACIÓN.

OBJETIVOS

Determinar las características de vacío y cortocircuito deuna máquina sincrónica, así como su regulación.

PREPARACIÓN PREVIA:

1. ¿Cómo se obtiene la característica de cortocircuito deuna máquina sincrónica? ¿Qué utilidad tiene?. Dibújela.

2. ¿Cómo se obtiene la característica de vacío de unamáquina sincrónica? ¿Qué utilidad tiene?. Dibújela.

3. Defina: Reactancia sincrónica saturada y no saturada.¿Cómo se obtienen a partir de los ensayos de vacío y cortocircuito?. Indique las ecuaciones para su cálculo.

4. ¿Qué diferencia existe entre impedancia sincrónica yreactancia sincrónica?

5. Defina: Línea de entrehierro y relación de

cortocircuito.

6. ¿Cómo se construye y qué utilidad tiene el triángulo dePotier?

7. ¿Cómo se determina la regulación con el método laimpedancia sincrónica? ¿Cómo se determina regulaciónusando el triángulo de Potier?

8. Investigue el método volt-amperimétrico para determinarla resistencia del devanado en D.C.

EQUIPOS:

Los equipos necesarios y sus especificaciones deberán serseleccionados por los estudiantes de conformidad con eldiagrama circuital del ensayo.


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PROCEDIMIENTO:

1. Conexión y arranque:Primeramente, determine la resistencia en C.D. de unade las fases del alternador a ensayar. Puede utilizarel método volt-amperimétrico o cualquier instrumento

disponible en el laboratorio para tal fin.

1.1. Conecte la máquina motriz y el alternador deacuerdo al diagrama de conexiones.


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1.2. Tome nota de las características de placa de lamáquina sincrónica. Estos valores no deben serexcedidos durante el ensayo.

1.3. Arranque la máquina motriz y llévela velocidad

nominal del alternador. ESTA VELOCIDAD DEBEMANTENERSE CONSTANTE DURANTE TODO EL ENSAYO.

2. Característica de vacío E = F (Im). ("S" Abierto)Partiendo de Im=0, varíe la corriente de excitación, en tantos pasos como usted desee, hasta el máximopermisible. Para cada paso tome nota de los pares devalores (E,Im). Partiendo del último valor, repita elprocedimiento para tomar valores en descenso.

3. Característica de cortocircuito Ia = Fm(Im).

3.1 Ajuste el reóstato de excitación de la máquinasincrónica hasta conseguir Im = O. Cortocircuitelas tres. fases del alternador (cerrando elinterruptor “S”) manteniendo un amperímetro enuna de ellas.

3.2 Varíe la corriente de armadura en pasos, hastaalcanzar su valor máximo permisible. Esto selogra variando el reóstato de excitación Rmy.

Para cada paso tome nota de los pares de valores(Ia,Im). Verifique que la velocidad se mantieneconstante.

4. Característica de carga a factor de potencia cero.Sólo se determinarán 2 puntos experimentalmente:

4.1. Un primer punto:

V=0, I=I N, f p=0, If=?

Que es el mismo de cortocircuito.

4.2. Un segundo punto:

V=V N, I=I N, f p=0, If=?

Cuyo valor se tomará haciendo uso de una cargainductiva pura.

4.3. A partir de los ensayos realizados, determine laFMM de reacción de armadura y la reactancia de

dispersión. Para ello deberá construir eltriángulo de Potier.


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5. Determinación de la regulación:

5.1. Cargue la maquina en condiciones nominales (VN,IN) con carga de factor de potencia igual a 0,8inductivo. Tome nota de las variables

involucradas.

5.2. Remueva la carga sin realizar ningún otro ajusteque no sea el de mantener la velocidad constante.Tome nota de la tensión de vacío. Calcule laregulación experimentalmente a partir de esteensayo.

5.3. Partiendo de que usted conoce el Triangulo dePotier de esa máquina, así como sus curvas demagnetización y cortocircuito, determine

(mediante cálculo) la regulación y la excitaciónnecesaria para alimentar a una carga con lascaracterística indicadas en 5.1. Compare losresultados obtenidos en 5.2.

5.4. Ídem a 5.3, pero partiendo de que usted conoce laimpedancia sincrónica.

5.5. Compare los métodos de Potier y de impedanciasincrónica con el resultado real obtenido en 5.2.

PROBLEMAS Y TAREA:

1. Trace la curva de vacío y la característica decortocircuito en el mismo gráfico con Im como eje común.

2. Para cada valor de Im, lea en la gráfica los valores deE y de Icc. Realice el cociente para obtener laimpedancia sincrónica. Grafíquela en la misma curvaanterior.

3. Calcule la reactancia saturada y no saturada.

4. Calcule la relación de cortocircuito del generador.

5. Trace el diagrama fasorial a escala del generador bajola condición nominal de cortocircuito.

6. Concluya en cuento a la exactitud de los métodos decálculo de regulación.


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PRÁCTICA No 4

FUNCIONAMIENTO DE UN ALTERNADORSINCRÓNICO BAJO CARGA

OBJETIVOS 1. Interpretar y describir la operación de un AlternadorSincrónico que funciona bajo carga, en forma aislada.

2. Graficar la variación de tensión que se manifiesta enlos terminales de la máquina, cuando se producenvariaciones en la corriente de carga y se mantiene lafrecuencia en un valor constante (variación de tensión,regulación de frecuencia).

3. la variación de frecuencia que experimenta la tensión en

bornes de la máquina, cuando se producen variaciones enla corriente de carga y se mantiene constante el valorr.m.s. de la tensión en terminales (variación defrecuencia, regulación de tensión).

PREPARACIÓN PREVIA

1. ¿Es posible “quemar” el devanado inducido de unAlternador Sincrónico aún sin que esté entregandopotencia activa a una carga? Razone su respuesta.

2. ¿Qué ocurre con la velocidad de un alternador sincrónicosi la potencia mecánica suministrada a su eje (Pm) estransitoriamente menor que la potencia eléctrica (Pe)entregada a la carga? Repita suponiendo lo contrario, esdecir: Pm>Pe.

3.¿Qué es funcionamiento aislado? ¿Qué es funcionamientoen paralelo con una red de potencia?

4. Dibuje las características de Vtem con Iam para cargasresistivas puras, inductancias y capacitancias puras.

5. A partir del diagrama unifilar anexo, dibuje el diagramade conexiones y seleccione los equipos necesarios.

6. Dibuje las características de frecuencia vs. Ia para lostres tipos de carga.


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FUNDAMENTACIÓN

Un generador sincrónico que funciona como fuente única,suministrando energía eléctrica a una carga, se comportacomo una fuente de tensión alterna cuya frecuencia estádeterminada por la velocidad de la máquina motriz y el

número de polos del alternador. La corriente y el factor depotencia del mismo, están determinados por la excitación dela máquina, por su impedancia y por la naturaleza de lacarga.En la práctica, a nivel de centrales de generación, losgeneradores sincrónicos requieren sistemas que controlen latensión (valor r.m.s.) y la frecuencia de la señal devoltaje en terminales. Esto se hace con el fin de asegurarun suministro de energía estable a nivel del sistemaInterconectado nacional.

PROCEDIMIENTO: 1. Conecte la máquina motriz y el alternador según el

diagrama de conexiones.

2. Manteniendo “S” abierto y el reóstato “Rmy” enposición de Im = O, proceda a arrancar la máquinamotriz. Ajuste su velocidad da forma tal que lavelocidad del conjunto sea la velocidad nominal delalternador.

3. Ajuste el reóstato “Rmy” del alternador hasta lograrque la tensión en bornes sea la nominal. Tome nota dela corriente de excitación “Im”. Este valor, al igualque el de la velocidad, deben mantenerse constantesdurante esta parte del experimento.

3.1. Cierre el interruptor “S” y, con la cargaresistiva “Rb”, varíe la corriente de armadura entantos pasos como usted considere conveniente,hasta alcanzar la corriente nominal (mantenga lavelocidad constante en cada paso). En cada paso,

tome nota de la tensión terminal y de lacorriente de armadura.


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3.2. Abra el interruptor “S”, sustituya la cargaresistiva por una inductiva pura, conectadaapropiadamente.

3.3. Cierre el interruptor “S” y varíe la corriente decarga. En cada paso, tome nota de la tensión

terminal y de la corriente de armadura. Verifiqueque “Im” y la velocidad se mantienen constantes.Recuerde no exceder el valor nominal de lacorriente de armadura.

3.4. Abra el interruptor “S” y sustituya la cargainductiva por una capacitiva pura.

3.5. Cierre el interruptor "SR y varié la corriente dearmadura según los pasos permitidos por la carga. Encada paso, tome nota de la tensión terminal y de la corriente de armadura. Termine el ensayo cuando

la tensión de línea en terminales de la máquina hayaalcanzado unos 300 voltios.

El punto 3 (3.1 a 3.5) permitió estudiar la forma en quevaria libremente la tensión con los cambios de carga;mientras tanto, la velocidad y, por ende, la frecuencia, sehan regulado con el fin de mantenerlas constantes.

4. Abra el interruptor “S". Con la velocidad ajustada en suvalor nominal, varíe el reóstato "Rmy”. Hasta obtener latensión nominal en los terminales de la máquina, la cual

tendrá que mantenerse constante durante el resto delexperimento. De aquí en adelante, se estudiará lavariación de frecuencia con regulación de tensión, esdecir se permitirá que la velocidad varíe libremente conlos cambios de carga.

4.1 Cierre el interruptor “S” y, con la cargaresistiva “Rb”, varíe la corriente de armaduraen tantos pasos como usted considereconveniente, hasta alcanzar su valor nominal. Noolvide mantener la tensión siempre en su valornominal. En cada paso_ tome las lecturas de losinstrumentos (torquímetro, frecuencímetro,tacómetro, vatímetro, amperímetro, voltímetro,medidor de Cos!.

4.2 Abra el interruptor "S”. Sustituya la cargaresistiva por una inductiva, conectadaapropiadamente. Repita el punto 4.1.

4.3 Abra el interruptor “S”. Sustituya la carga inductiva por una capacitiva pura, conectada convenientemente. Repita el punto 4.1.


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PROBLEMAS Y TAREA

1. Empleando los datos de las experiencias 3.1 a 3.5,trace las características Vt (tensión en terminales)vs. Ia (corriente de carga) para los tres tipos decarga estudiados. Utilice una misma gráfica con “Ia”2. Describa las diferencias entre las tres curvas yluego explique el por que de dichos comportamientos.

2. Describa las diferencias entre las tres curvas yluego explique el por que de dichos comportamientos.

3. Utilizando el valor de la reactancia sincrónica obtenida en la practica Nº 3, trace un diagrama vectorial a escala del alternador, alimentando concorriente nominal y tensión nominal a una carga defactor de potencia cero y naturaleza inductiva.

4. Repita el paso 3 para una carga de factor de potencia

cero y naturaleza capacitiva.

5. Empleando los datos de las experiencias, 4.0 a 4.3,trace las características de f(frecuencia)vs. Ia(corriente de carga) para los tres tipos decarga estudiados. Utilice una misma gráfica con “Ia”como eje común.

6. Describa las diferencias entre las tres curvas y luegoexplique el por que de dichos comportamientos.

7. Explique qué es un regulador de potencia-frecuencia en

máquinas motrices. ¿Qué se conoce como característicaAstática y Estática de dichos reguladores?

8. Dibuje un diagrama de bloques donde se indique lamáquina motriz, el alternador, el sistema deregulación automática de tensión, el sistema deregulación automático de la frecuencia y la carga.


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PRÁCTICA No 5

ALTERNADOR SINCRÓNICO CONECTADO A UNA RED DEPOTENCIA INFINITA

OBJETIVO

Estudiar la Operación de un Generador Sincrónico conectadoa una red de potencia finita.

CONTENIDO

Sincronización. Generación de potencia activa y reactiva.Principio de conservación de la energía. Fenómeno dependuleo (pérdida de sincronismo).

PREPARACIÓN PREVIA

I. Definir Sincronización. Generación de potencia activay reactiva. Principio de conservación de la energía.Fenómeno de penduleo (pérdida de sincronismo).

II. Dibuje los diagramas fasoriales de una máquinasincrónica conectada en cada una de las siguientessituaciones:

1. La máquina está recién sincronizada (flotando sobrela línea).

2. La máquina entrega potencia reactiva a la red, sinintercambiar potencia activa.

3. La máquina entrega potencia activa a la red, sinintercambiar potencia reactiva.

4. La máquina recibe potencia reactiva de la red, sinintercambiar potencia activa.

5. La máquina recibe potencia activa de la red, sinintercambiar potencia reactiva.

6. La máquina entrega a la red potencia activa ypotencia reactiva.

7. La máquina recibe de la red potencia activa ypotencia reactiva.

8. La máquina entrega a la red potencia activa ypotencia reactiva y trabaja en el límite deestabilidad.

9. La máquina recibe de la red potencia activa y potencia reactiva y trabaja en el límite de estabilidad.


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III. Para cada uno de los modos de funcionamientoanteriores, identifique si se trata de una máquinasincrónica funcionando como generador o como motor.Identifique el que corresponde a un condensadorsincrónico.

IV. Investigue los métodos de sincronización utilizadosfrecuentemente y en qué se fundamentan.

V. Investigue que son las curvas en V de una máquina.

FUNDAMENTOS

En la mayoría de los casos, los grandes alternadores seencuentran conectados al sistema interconectado a la rednacional de suministro do energía eléctrica. Esta red,también conocida como sistema de potencia “infinita”, poseela propiedad de ser capaz de mantener la tensión y la

frecuencia en valores constantes. Una barra (nodo) de dichared se conoce como "barra infinita".

Cuando un generador sincrónico se conecta a una barrainfinita, la frecuencia y la tensión en bornes sonimpuestas por la red, siendo su funcionamiento en estascondiciones un tanto diferente al modo de funcionamientoaislado.

Para que dos o más alternadores puedan conectarse enparalelo o para que un alternador pueda conectarse a unared eléctrica es necesario reunir una serie de requisitos,

conocidos como condiciones de sincronización.Una vez que un alternador se encuentra recién sincronizado(flotando sobre la línea), mediante maniobras adecuadas sepueden conseguir diversas formas de funcionamiento:

1. Flotando sobre la Línea:

1.1 Sobrexcitado. 1.2 Subexcitado.

2. Suministrando Potencia Activa:

2.1 Sobrexcitado. 2.2 Subexcitado.

La capacidad que tiene una máquina sincrónica (generador omotor) para transferir potencia activa, no solo vienedeterminada por las limitaciones térmicas y mecánicas de lamisma, sino también por el ángulo limite (%) máximo paratransferirla en forma estable. En este sentido, se defineel límite de estabilidad como la potencia activa máxima porencima de la cual se pierde el sincronismo.


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EQUIPOS

El estudiante seleccionará los equipos de acuerdo condiagrama de conexiones sugerido para los ensayos.

PROCEDIMIENTO

1. Conecte la máquina motriz y el alternador según eldiagrama de conexiones. Previamente se habráseleccionado el método de sincronización.

1.1. Cierre el interruptor "SR" y "SL" manteniendoabierto el interruptor "SS". Conecte una cargaresistiva que absorba uno potencia trifásica delorden de 600 W. Tome lectura de los instrumentosde medición.

1.2. Conecte en paralelo con “RB” una carga inductivatal que el factor de potencia de la combinación

R-L sea de 0,8. Tome nota de la lectura de losinstrumentos.

1.3. Ejecute el procedimiento de sincronización.

1.4. Una vez sincronizada la máquina sincrónica(flotando sobre la línea), incremente lacorriente de excitación “Imy” y tome nota de lalectura de los diferentes instrumentos demedición, incluyendo el torque. Realice esteprocedimiento en tantos pasos como usted desee,hasta obtener el valor nominal de la corriente de

armadura.

1.5. Regrese "Imy" al valor de partida que tenia antesde iniciar el paso anterior. A partir de estevalor, repita el paso 1.4 pero reduciendo a"Imy", tomando la precaución de no exceder lacorriente nominal de armadura.

1.6. Regrese el valor "Imy" al punto de partida delpaso 1.4.

2. Generación de Potencia Activa y Reactiva.

2.1. Aplique un torque mecánico "T1" desde la máquinamotriz hacia el generador (no exceda la corrientenominal). Tome nota de los instrumentos.

2.2. Para el valor de torque anterior, incremente lacorriente "Imy" en tantos pasos como usteddesee tomando las lecturas de todos losinstrumentos. NO EXCEDA LA CORRIENTE NOMINAL DEARMADURA. Repita para una reducción de "Imy".


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2.3. Regrese el valor de "Imy" hasta el valor que haceque la corriente de armadura sea mínima.

2.4. Repita loa pasos 2.1 y 2.2 para otro valor detorque "T2".

2.5. Repita 2.3. Realice alguna maniobra que ustedconozca para observar inestabilidad. Observe elfenómeno de penduleo con una lámparaestroboscópica. No demore mucho en este paso yaque la máquina pudiera sufrir algún daño.

2.6. Realice los ajustes necesarios en el alternador,para lograr que la potencia activa y reactiva suplidas por la red sean nulas. Tome nota de las lecturas de los instrumentos.

2.7. Realice los ajustes necesarios para lograr que elalternador suministre una potencia activatrifásica de 1200 W con un factor de potencia de0,85 en retraso. Tome nota de las lecturas de losinstrumentos.

2.8. Bajo las condiciones anteriores desconecte lacarga R-L. Tome nota de los instrumentos yanalice lo ocurrido.

PROBLEMAS Y TAREA

1. Describa secuencialmente el procedimiento desincronización.

2. ¿Cuáles son los métodos comúnmente empleados parasincronizar y en que se fundamentan?

3. ¿Qué es un sincronoscópio?

4. ¿Cuáles son los límites térmicos y mecánicos de una

máquina sincrónica?

5. ¿Qué se conoce como límite de estabilidad en régimenpermanente y limite de estabilidad transitoria?

6. Identifique cada situación de la máquina en la prácticacon los diagramas fasoriales realizados en lapreparación previa.

7. Trace las curvas en “V” del alternador para variosvalores de potencia.


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8. ¿Qué utilidad práctica ledaría usted a las curvas en

“V”? Ejemplifique

9. Analice los resultados y emita las conclusiones

"


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PRÁCTICA No 6 Motor Sincrónico

OBJETIVO

Estudiar las propiedades de la máquina sincrónicafuncionando como motor conectado a un sistema de potenciainfinita.

PREPARACIÓN PREVIA

1. Compare los motores CC, con los motoressincrónicos, tomando en cuenta variables como:utilidad, versatilidad, economía, aplicabilidad ydisponibilidad de alimentación para cada uno.

2. Identifique los modos de funcionamiento de un motorsincrónico:

2.1. Compensador de fase.2.2. Motor de accionamiento.

3. Repase lo referente al intercambio de potencia activa yreactiva entre la máquina sincrónica y la red cuando:

3.1. Se producen variaciones en la corriente de

excitación, siendo constante el torque aplicado ala maquina en sentido contrario al movimiento deleje.

3.2. Se producen variaciones en el torque (aumentos odisminuciones a partir de su valor inicial,en sentido contrario a la velocidad),siendo constante la corriente de excitación.

4. Enumere algunas ventajas de la compensación estáticafrente a la sincrónica.

PROCEDIMIENTO

1. Realice el montaje anexo. Adicionalmente, conecte unmedidor de Cos", un vatímetro y un amperímetro en losterminales del motor sincrónico.

2. Tome nota de los datos de placa de la máquina, luegoejecute el procedimiento de sincronización.

3. Motor sincrónico como compensador de fase.


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3.1. Realice los ajustes necesarios para obtenerdiferentes puntos de una curva en “V” para untorque de O N-m (Vacío). En cada punto, tome notade todas las lecturas de los instrumentos, asícomo de la indicación "LEAD" (Capacitivo) o "LAG"(Inductivo) del medidor de Cos".

3.2. Repita el punto 3.1 para un torque de 3 N-maplicado en sentido contrario al movimiento deleje.

4. La maquina sincrónica como motor para accionamiento.

4.1. Ajuste el reóstato de campo del medidor de torquepara llevar el valor de torque a un mínimo.Ajuste el reóstato de campo de la máquinasincrónica para llevar la corriente de armadura a

un valor mínimo. Tome nota de la corriente deexcitación de la máquina sincrónica. La corrientede excitación debe mantenerse constante durantetoda la prueba.

4.2. Cargue la máquina sincrónica variando el reóstatode campo del medidor de torque en tantos pasoscomo usted desee, hasta llegar al valor nominalde corriente de armadura del motor sincrónico.Para cada paso, tome nota de las lectura de losinstrumentos incluyendo el torque.

4.3. Ajuste el torque a un valor mínimo, con elreóstato de campo del medidor de torque. Cambie la corriente de excitación de la máquina sincrónica a 0,8 amperios y manténgala constante durante el resto del ensayo.

4.4. Cargue la máquina sincrónica variando el reóstatode campo del torquímetro y la carga "RB", hastaalcanzar el valor nominal de corriente del motorsincrónico. Para cada paso tome nota de las

lecturas de los instrumentos, incluyendo eltorque.


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LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II

DEPARTAMENTO DE POTENCIAUNIVERSIDAD DE CARABOBO Pagina 38


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PROBLEMAS Y TAREA

1. Trace las características siguientes:

1.1. Curvas en "V" (parte 3).1.2. Corriente estatórica versus potencia de salida Ia

= f(Pout) (parte 4), para dos corrientes deexcitación diferentes.1.3. Potencia reactiva consumida por el motor versus

potencia de salida Q = f(Pout) (parte 4), parados corrientes de excitación diferentes.

2. Calcule en base a las mediciones realizadas, elporcentaje de potencia nominal de la máquina sincrónica,que se puede usar cuando ésta opera como compensador defase sobreexcitado.

3. ¿Qué limita la potencia disponible de la máquina en elcaso anterior (2)?

4. ¿Cómo podría aumentarse la potencia disponible cuando lamáquina sincrónica opera como compensador de fasesubexcitado?

5. Investigue sobre el uso que hoy en día se les da a losmotores sincrónicos en la industria. Ventajas yDesventajas. Diga sus limitaciones.


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PRÁCTICA No 7

MOTOR DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA

OBJETIVOS

1. Determinar el circuito equivalente de un molar deinducción de jaula de ardilla (MIJA).

2. Medir la eficiencia a diferentes cargas de un MIJA.

3. Graficar la característica torque-deslizamiento a dostensiones de alimentación diferentes.

4. Estudiar los efectos que sobre la máquina, tienela pérdida de una de las fases de alimentación.

PREPARACIÓN PREVIA

1. Investigue cuales son y como deben realizarse laspruebas para obtener el circuito equivalente de unmotor de inducción.

2. Dibuje el circuito equivalente por fase de un motor deinducción, referido al estator. Interprete elsignificado de cada uno de los elementos que contieneel modelo.

3. ¿Cuál es la utilidad del modelo circuital del motor deinducción?. Que representa FÍSICAMENTE cada uno de losparámetros del modelo circuital.

4. Defina: Eficiencia (n) y Deslizamiento (S).

5. Clasifique las pérdidas asociadas al funcionamiento unmotor de inducción.

6. Dibuje una característica típica Torque vs.

Deslizamiento para un motor de inducción. Estudie losefectos de la variación de tensión en bornes sobreesta característica.

7. Suponga que un motor de inducción trifásico estáacoplado a una carga mecánica que demanda potenciaconstante ¿Qué efecto tendría sobre la máquina lapérdida de una de las fases de alimentación? Razone.

8. Mencione algunas ventajas del motor de inducción deardilla frente al motor sincrónico.

9. ¿Qué es y para qué sirve un arrancador Y-$?


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PROCEDIMIENTO

I. Determinación del Circuito Equivalente.

1.1. Tome nota de los datos de placa de la máquina aensayar. Mida la resistencia de una de las fasesdel motor usando un método conveniente. Conecteluego la máquina de acuerdo a la tensión disponibleen el laboratorio para su funcionamiento. No supereningún valor nominal durante las pruebas.

1.2. En los terminales de la máquina (bornes) conecte unvoltímetro, un amperímetro y un vatímetro. Utilicealgún otro equipo disponible en el laboratorio(tacómetro o lámpara estroboscópica) para medir lavelocidad en el eje del motor una vez iniciados losensayos.

1.3. Arranque a tensión reducida sin carga mecánicaacoplada al eje del motor, con el fin de dar inicioal ensayo en vacío.

1.4. Incremente la magnitud de la tensión dealimentación en tantos pasos como usted desee,hasta llegar a la tensión nominal. En cada paso,tome nota de las lecturas de los instrumentos y dela velocidad de la máquina.

1.5. Reduzca la tensión de alimentación a cero y mida elgiro del motor bloqueando su eje de alguna forma.Se procederá ahora a iniciar el ensayo a rotorbloqueado.

1.6. Con el rotor bloqueado, aumente gradualmente latensión en tantos pasos como usted desee, hastaalcanzar la corriente nominal. En cada paso, tomenota de las lecturas de los instrumentos.

II. Medición de la Curva de Eficiencia y la Característicade Torque

2.1. Inserte un arrancador Y-D en los terminales delmotor de inducción. Coloque el selector en laposición "O". Conecte el voltímetro, amperímetro yvatímetro de las experiencias anteriores en losterminales de alimentación.

2.2. Acople el eje del motor de inducción al torquímetro, el cual funcionará como generador.

2.3. Lleve la tensión de alimentación del motor hasta

220 voltios (entre líneas).


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2.4. Pase el selector del arrancador a la posici6n "Y".Una vez logrado el arranque, pase el seleccionador a la posición “D” y manténgalo allí para elresto del ensayo.

2.5. Realice los ajustes necesarios en eltorquímetro para cargar al motor de inducción con1N-m. Tome nota de las lecturas de losinstrumentos conectados en los terminales delmotor de inducción y de su velocidad.

2.6. Repita el punto 2.5 incrementando el torqueen pasos de 1N-m, hasta que la corriente absorbidapor el motor sea la nominal.

2.7. Lleve el torque de carga a un mínimo.

Luego desconecte la alimentación del motor deinducción y lleve el selector del arranque a laposición “0”.

III. Efecto de la tensión en bornes.

3.1. Manteniendo el selector del arranque en “0”,lleve la tensión de alimentación del motor deinducción a176 voltios (80% de 220V).

3.2. Arranque el motor de inducción según el paso 2.4.

3.3. Repita el ensayo de carga a tensión reducida (176V) según los pasos 2.5 a 2.7.

IV. Operaciones Anormales.

4.1. Arranque el motor de inducción con 220V, segúnel paso 2.4.

4.2. Realice los ajustes al torquímetro hasta lograr

que el motor de inducción absorba su corriente nominal.

4.3. Reduzca la tensión de alimentación del motorde inducción en un 15% y, rápidamente tome nota delas lecturas de los instrumentos de medición(tensión, corriente, potencia, torque yvelocidad). Tan pronto como haya tomado laslecturas, restituya la tensión de alimentación asu valor nominal.

4.4. Disminuya el torque hasta que el motor absorba el50% de la corriente nominal.


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4.5. Desconecte una de las fases de alimentacióndel motor y, rápidamente, observe las lecturas delos instrumentos. Reponga la fase removida tanpronto en la fase donde se encuentra elamperímetro, ya que de hacerlo, no podrá observarla variación de corriente.

4.6. Reduzca el torque al valor mínimo.

4.7. Reduzca gradualmente la tensión aplicada almotor hasta llegar a cero. Observe elcomportamiento de la máquina y las lecturas de losinstrumentos.

PROBLEMAS Y TAREA

1. Trace la curva de Tensión Aplicada vs. Velocidad para elensayo de vacío practicado en I.

2. Determine el circuito equivalente por fase del motor deinducción ensayado.

3. Utilizando los datos de ensayo en vacío, determine elfactor de potencia del motor de inducción a tensiónnominal.

4. Utilizando los datos del ensayo a rotor bloqueado,determine el factor de potencia del motor de inducción acorriente nominal.

5. En base al circuito equivalente determine la corriente yel factor de potencia durante el arranque directo aplena tensión.

6. ¿Qué pérdidas pueden determinarse con los ensayos devacío y rotor bloqueado?

7. Determine la eficiencia y el deslizamiento para cada unode los torques de carga correspondientes a las pruebasII y III.

8. Dibuje las gráficas de Eficiencia vs Potencia de Salida(& vs. Psal) empleando las mediciones realizadas en laspruebas II y III. Trace ambas curvas sobre el mismosistema coordenado y analice los resultados.

9. Ídem a 8. para las gráficas Torque vs. Deslizamiento (Tvs. S). Mediante extrapolación, determine cuanto vale eldeslizamiento para torque=0. Compare con el valorteórico esperado.

10. Determine el porcentaje de la corriente de vacío (atensión nominal) con respecto a la corriente nominal del


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motor. ¿Por qué la corriente de vacío de un motor deinducción de “X” kVA es porcentualmente superior a la deun transformador de “X” kVA?

11. Ídem a 8. para corriente Absorbida vs Deslizamiento (I

vs S).

12. A partir de los datos obtenidos en la prueba II.Calcule el factor de potencia a plena carga y tensión nominal. Compare con el suministrado en la placa.

13. Dibuje el diagrama circuital del interruptor Y-D ydescriba su funcionamiento.

14. Calcule teóricamente el porcentaje de sobrecarga queexperimentan las fases “sanas” del motor en l

experiencia 4.5.

15. ¿Cómo varía el torque suministrado por un motor deinducción cuando su tensión de alimentación se reduceen un porcentaje X%? ¿Sugiere este comportamientoalgún método de control de velocidad?

16. Consulte el catálogo de motores de inducción deuna compañía americana. Seleccione aleatoriamenteuno d ellos , transcriba sus características alinforme de esta práctica.

17. Ídem a 16. Para una compañía europea.

18. En base a sus consultas en catálogos, enumere algunasdiferencias entre las especificaciones dadas por losfabricantes Americanos y los Europeos.

19. Investigue cómo se comporta un motor de induccióncuando las tensiones de alimentación no estánperfectamente equilibradas.

20. Defina brevemente cada una de las características quese especifican en la placa de un motor de inducciónAmericano.

21. Ídem. a 20. para un motor de inducción Europeo.


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PRÁCTICA No 8

MOTOR DE INDUCCIÓN DE ROTOR DEVANADO

OBJETIVO

1. Medir la eficiencia a diferentes cargas, así como eltorque entregado como función del deslizamiento

2. Estudiar la influencia de la impedancia rotórica sobreel torque de arranque de la máquina.

3. Estudiar el control de velocidad por variación de latensión de alimentación y por variación dela impedancia rotórica.

PREPARACIÓN PREVIA

1. ¿Cuál es el efecto de la variación de la resistencia,rotórica sobre la curva torque-deslizamiento de un motorde inducción de rotor devanado?

2. ¿Cómo varía la frecuencia de las corrientes rotóricascon la velocidad de la máquina?

3. Compare al motor de inducción de jaula de ardilla con elde rotor devanado, en cuanto a: utilidad de cada uno,aplicabilidad en la industria, costo de compra, partesconstituyentes, robustez y costo de mantenimiento.

PROCEDIMIENTO

1. Conexión:

1.1. Conecte el torquímetro como generador y el motor deinducción como motor, de acuerdo con el diagrama decircuito. El suiche “S” debe estar en posición“Apagado" y el interruptor Y-D en la posición “0”.

1.2. Tome nota de los datos de placa del motor deinducción.

1.3. El personal técnico chequeará las conexiones.


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2. Medidas de las características de Eficiencia y Torque.

2.1. Ajuste el voltaje AC variable a 220 voltios. Paseluego el suiche Y-$ a la posición "Y". Una vezlogrado el arranque de la máquina, pase el suiche

a la posición "$”. Verifique que la resistenciarotórica esté ajustada en su valor mínimo.

2.2. Haga funcionar al torquímetro como generador.Verifique que en el momento de cerrar el suiche"S", la carga "RB" esté ajustada a máximaresistencia (mínima corriente).

2.3. Jugando con el reóstato "shunt" del torquímetro yla resistencia de carga "RB", cargue al motor deinducción con un torque de 1 N-m. Tome las

lecturas de todos los instrumentos.

2.4. Repita el paso 2.3. para torques de 2,3,4,..etc.N-m. Finalice sus incrementos de ca r g a e n e lmomento en que la corriente absorbida por elmotor sea la nominal. Para cada paso, tomelecturas de todos los instrumentos.

2.5. Ajuste la resistencia "RB" a su valor demínima corriente. Abra luego el suiche "S"para descargar al motor en estudio.

3. Control de Velocidad por Tensión de Armadura.

3.1. Repita 2.1.

3.2. Reduzca el voltaje de alimentación del motor a176 voltios (80% de 220 voltios).

3.3. Repita los pasos 2.2 a 2.5

4. Influencia de la Impedancia Rotórica en el torque dearranque.

4.1. Coloque el reóstato rotórico en mínimaresistencia (paso 5). Sostenga el rotor con lamano y sensibilícese con el mismo (observe cuánfácil o difícil es moverlo).

4.2. Coloque el arrancador Y-$ en posición "$".


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4.3. Aplique gradualmente tensión AC (con el rotorbloqueado) hasta alcanzar 5 amperios. Observe ytome nota del "grado de dificultad o facilidad"para mantener al rotor en reposo. Una vez hechoesto, reduzca a cero la tensión de alimentación.

4.4. Incremente la resistencia rotórica colocando elreóstato en la posición 4. Incremente la tensiónhasta alcanzar nuevamente 5 amperios. Tome nota dela sensibilidad.

4.5. Repita el paso 4.4 para las posiciones 3, 2, y 1del reóstato rotórico.

4.6. Sustituya al reóstato rotórico por una impedanciainductiva conectada en “Y”. Varíe la Inductancia

desde un valor mínimo al máximo. En cada paso tomenota de la sensibilidad.

4.7. Repita 4.6 para una impedancia capacitivaconectada en “Y”.

5. Influencia de la impedancia rotórica sobre la curvatorque-deslizamiento

5.1. Conecte nuevamente el reóstato rotórico en elrotor del motor de inducción. Colóquelo en una

posición tal que el torque de arranque sea máximo.Manténgalo allí para el resto de la experiencia.

5.2. Repita los pasos 2.2 a 2.5.

5.3. Ajuste el reóstato rotórico aproximadamente a lamitad. Manténgalo allí para el resto de lasiguiente experiencia.

5.4. Repita 5.2

PROBLEMAS Y TAREA

1. Dibuje los gráficos de &=f(Pout) para las experiencias2. y 3. en el mismo diagrama.

2. Dibuje los gráficos de T=f(S) para las experiencias 2.,3. y 5. en el mismo diagrama. Extrapole los gráficoshasta T=0 N-m ¿Cuánto vale el deslizamiento para esetorque?

3. Calcule el porcentaje de la corriente de vacío con

respecto a la corriente nominal, para tres valoresde resistencia rotórica.


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PRÁCTICA No 9

ARRANQUE DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN

OBJETIVOS

1. Analizar y describir el proceso de arranque yaceleración de un motor trifásico de induccióncontrolado por un conjunto do relés.

2. Conectar e identificar los elementos constituyentes deun tablero de control magnético.

3. Interpretar un esquema de control asignado por eldocente-facilitador.

PREPARACIÓN PREVIA

1. ¿Por qué se hace necesario limitar la corriente de unmotor en el instante del arranque?

2. Discuta la validez de la siguiente afirmación: “El valorr.m.s. de la corriente absorbida por un motor trifásicode inducción en el instante del arranque, depende de lamagnitud de la carga mecánica acoplada al eje de lamáquina en dicho instante.

3. Explique las características de cada uno de lossiguientes métodos tradicionales de arranque: arranqueestrella-delta, arranque con resistencias, arranque conreactancias, arranque con autotransformador y arranquedirecto.

4. Dibuje una curva torque-deslizamiento típica deun motor trifásico de inducción. Señale luego sobre dicha curva la zona de frenado acontracorriente(“plugging”)y la zona de frenadoregenerativo.

5. ¿Qué diferencia existe entre el frenado acontracorriente y el frenado con corriente continua?

6. ¿Qué es un relé y cómo funciona?

7. ¿Qué diferencia existe entre un relé y un contactor?

8. ¿Qué diferencia existe entre una protección de sobrecargay una protección contra cortocircuitos?

9. ¿En qué se diferencia un fusible de un cortacircuitos(“Breaker”) termomagnético ?


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10. Un motor de inducción es alimentado a partir de unC.C.M. (centro de control de motores). Dibuje elcircuito ramal, indicando los siguientes elementos:protección térmica, protección contra cortocircuitos,sistema de aterramiento, cable de alimentación, C.C.M.,contactor y motor.

PROCEDIMIENTO

1. Solicite al docente-facilitador la asignación tanto deun esquema de arranque como de un motor trifásico deinducción. Identifique dicho esquema y funcionamientocon los miembros del grupo de trabajo.

2. Ejecute las conexiones del esquema de arranque asigna-do. Tome nota de los datos de placa de la máquina. Noolvide conectar las tres fases del motor de acuerdo ala magnitud de la tensión disponible para el tablero decontrol existente en el laboratorio.

3. En base a los datos de placa de la máquina y al esquemade control a utilizar, haga una estimación de la co-rriente absorbida por el molar en el instante delarranque. En base a esto, incorpore un amperímetro derango adecuado en la entrada del motor.

4. Energice el sistema, para verificar el funcionamientodel tablero de control. De producirse algún imprevistopor ejemplo: el motor no arranca, el motor quedaalimentado de solo dos fases, el circuito de control nocumple con alguna de sus funciones particulares, elmotor no para al pulsar “stop”, etc., revise nuevamentelas conexiones y compare con el esquema originalmenteasignado.

5. Repita el punto 4.0 hasta que el circuito funcione enforma adecuada.

6. Registre la corriente del motor en el instante delarranque. Compare con el valor nominal. NOTA: no realicedemasiados arranques consecutivos, puesto que puede serdañino para la máquina.

7. Registre la corriente del motor en vacío una vez alcan-zado el régimen permanente. Compare con el valor nomi-nal.

8. Si el esquema asignado contempla inversión del sentido degiro, registre la corriente absorbida por el motor en elinstante de la inversión del giro (no realice esta maniobracon demasiada frecuencia, ya que puede ser dañino para la

maquina). Compare con la corriente en el instante delarranque.


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9. Realice las operaciones que considere convenientes paraidentificar, sobre el tablero de control los diferenteselementos que aparecen dibujados en el esquema decontrol asignado: relés de tiempo para abrir y tiempopara cerrar, relés de acción instantánea, fusibles,

resistencias, reactancias, autotransformadores,pulsadores, etc.

PROBLEMAS Y TAREA

1. ¿Qué es un PLC y para que sirve?

2. ¿Qué ventajas tiene el control magnético frente alcontrol electrónico digital?

3. Un transformador trifásico de 10kVA es alimentado con

una tensión de 480 V (línea-linea), 60Hz. Registrándoseuna corriente absorbida en vacío de valor “IT” amperios.Por otra parte un Motor de Inducción 3! de 10kVA, sealimenta con 480V (línea-linea), 60 Hz, registrándoseuna corriente absorbida en vacío de Valor “IM” amperios.Seleccione justificadamente entre las siguientesalternativas:

3.1. IT > IM

3.2. IT < IM

3.3. IT = IM

4. Explique el significado de: “ON DELAY” y “OFF DELAY”.

5. Describa el funcionamiento del sistema de controlasignado en la práctica.


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PRÁCTICA No 10

MOTOR UNIVERSAL

OBJETIVO

Medir la velocidad y calcular el rendimiento, para diversascargas, de un motor universal alimentado bien sea contensión alterna o con tensión continua.

PREPARACIÓN PREVIA

1. ¿Por qué un motor de C.C. serie puede trabajaralimentado tanto con corriente continua como concorriente alterna?

2. ¿Qué aplicaciones comunes (por ejemplo a nivel deelectrodomésticos) tienen los motores universales?

PROCEDIMIENTO

1. Ejecute las conexiones señaladas en el diagrama adjunto,donde el torquímetro funciona como generador acoplado almotor universal.


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2. Toma nota de las características de placa del motoruniversal. Calcule, a partir de estos datos, el torquenominal.

3. Funcionamiento en corriente alterna

El motor universal tiene las mismas características deun motor serie, de manera que NO DEBE OPERARSE ENVACÍO EN NINGÚN MOMENTO

3.1. Cierre “S” y coloque "RB” en la posición demínima corriente. Aplique tensión D.C. al campodel torquímetro hasta alcanzar una corriente de0,4 amperios.

3.2. Aplique tensión alterna al motor universal e

increméntela gradualmente hasta alcanzar 220voltios.

3.3. Varíe el torque de carga de modo que la velocidadlo haga en tantos pasos como usted considere conveniente. En cada paso, tome nota de lasvariables: potencia, torque, velocidad, tensión ycorriente. Es importante que la mayor velocidad noexceda las 3.000 r.p.m y que la menor velocidadregistrada no corresponda a un torque superior al120% del nominal.

4. Funcionamiento en corriente continua.

4.1. El motor será alimentado con un voltajeinferior al nominal, con la finalidad de que suvelocidad no exceda el alcance del tacómetro.

4.2. Alimente por Al y A2, en lugar de usar U1 y U2.Desconecte el transformador de corriente y elvatímetro (¿por qué?). Mantenga el amperímetro yel voltímetro. Cambie la alimentación de A.C. a

D.C. variable.

4.3. Repita el punto 3.1

4.4. Aplique tensión D.C. al motor universal e increméntela gradualmente hasta alcanzar 150voltios.

4.5. Repita el punto 3.3.


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PROBLEMAS Y TAREA

1. Calcule la potencia de salida y el rendimiento para cadamedida realizada.

2. Trace sobre una misma gráfica las curvas de velocidadvs. Torque correspondientes a los datos tomados durantela ejecución de las partes 3. y 4.

3. Ídem a 2. para las gráficas de rendimiento vs. Potenciade salida.

4. ¿Cómo se puede invertir el sentido de giro de un motoruniversal?

5. Escriba conclusiones relevantes.


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PRÁCTICA No 11

MOTOR MONOFÁSICO DE ARRANQUE POR CONDENSADOR

OBJETIVO Determinar el torque de arranque y la característica decarga de un motor de inducción monofásico de arranque porcondensador.

PREPARACIÓN PREVIA 1. Analice el siguiente enunciado: “La onda de la FMM

generada en un devanado monofásico excitado con unafuente de corriente alterna se puede descomponer enondas viajeras rotatorias”

2. Explique el funcionamiento de un motor monofásico deinducción a través de la teoría de los camposmagnéticos giratorios.

3. ¿Qué función desempeña el condensador durante elarranque de un motor monofásico de inducción?

PROCEDIMIENTO

1. Realice las conexiones del diagrama adjunto. Alimente elmotor a partir de una fuente AC variable.


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2. Tome nota de las características de placa del motormonofásico. Calcule, a partir de estos datos, el torquenominal.

3. Medición de la eficiencia del motor.

3.1. Ajuste la resistencia de carga "RB" y laexcitación del torquímetro de modo que circulemínima corriente por la armadura de la máquinaD.C. Mantenga abierto el Interruptor "S".

3.2. Aplique tensión A.C. variable, incrementándolagradualmente hasta alcanzar 220 voltios. Una vezalcanzada la condición de régimen permanente, tomenota de la velocidad, el torque, la potencia y lacorriente absorbida por el motor monofásico.

3.3. Cierre el .interruptor "S" de la carga "RB".Jugando con el valor de "RB" y la corriente deexcitación del torquímetro, varíe el torque decarga en tantos pasos como usted considerenecesario, hasta alcanzar el torque nominal. Tomenota de las lecturas de los diferentesinstrumentos: torquímetro, vatímetro, tacómetro,amperímetros, etc.

2. Medición del torque de arranque.

Una forma de estimar el torque de arranque está basada encargar progresivamente al motor, a partir da una condiciónde funcionamiento estable, hasta casi alcanzar el bloqueo.No obstante, esta experiencia debe realizarse a tensiónreducida, para que la corriente absorbida por la máquina nosea excesiva.Otra forma de estimar el torque de arranque de una formapráctica, se consigue al ejecutar el siguienteprocedimiento:

4.1. Cierre el interruptor "S" de la resistencia decarga "RB". Aplique 0,4 amperios al circuito deexcitación del torquímetro y ajuste "RS" paramínima corriente en el circuito de armadura delTorquímetro.

4.2. Partiendo desde cero, incremente gradualmente latensión A.C. aplicada en bornes del motor monofá-sico, hasta que éste se mueva ligeramente. Tomenota de la tensión A.C., el torque y la corrienteabsorbida por el mismo. ESTA MEDIDA DEBE EJECUTAR-

SE RÁPIDAMENTE. Una vez tomadas las lecturas delos instrumentos, reduzca la tensión a cero.


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PROBLEMAS Y TAREA

1. Calcule la potencia de salida y el rendimiento para cadamedida realizada en la parte 3 (3.0 y 3.3).

2. Empleando los datos de la parte 3, trace sobre una mismagráfica las curvas de velocidad, corriente absorbida,factor de potencia, potencia d entrada y torque (todasvs. Potencia de salida).

3. En base a la experiencia 4 (4.1 y 4.2),

torque dearranque del motor a 220 voltios.

4. Enumere algunos de los electrodomésticos convencionalesque sean accionados por motores monofásicos de arranque

con condensador.

5. Si un motor monofásico de arranque por condensador,perteneciente a algunos de sus artefactos eléctricoscaseros, dejara de funcionar en un momento dado, ¿Quéprocedimiento seguiría para detectar la falla? Razone surespuesta.

6. Concluya en base a las experiencias realizadas.


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PRÁCTICA No 12

MOTOR MONOFÁSICO DE FASE PARTIDA

OBJETIVO

Determinar la corriente de arranque y la característica decarga de un motor de inducción monofásico de fase partida.

PREPARACIÓN PREVIA

1. ¿Qué es un motor monofásico de fase partida? ¿Cuál essu principio de funcionamiento?

2. ¿Qué es un interruptor centrífugo y qué funcióndesempeña?

3. Mencione algunos artefactos electrodomésticos que seanaccionados por un motor monofásico de fase partida.

PROCEDIMIENTO

1. Realice las conexiones indicadas en el diagrama adjunto.Alimente al motor a partir de la fuente A.C. variable.


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2. Tomar nota de las características de placa del motormonofásico. Calcule, a partir de estos datos el torquenominal.

3. Medición de la eficiencia del motor

3.1. Aplique tensión A.C. variable, incrementandogradualmente hasta alcanzar 220 voltios. Una vezalcanzada la condición de régimen permanente, tomenota de la velocidad, el torque, la potencia y lacorriente absorbida por el motor monofásico.

3.2. Cierre el Interruptor "S" de la carga "RB". Jugan-do con el valor de "RB" y la corriente de excita-ción del torquímetro, varíe el torque de carga entantos pasos como ust

Guia Para El Laboratorio de Maquinas Electricas II Revision MP 2012 Revision Final

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