Post on 22-Oct-2015
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS – FIEE - UNAC
MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M 1
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS – FIEE - UNAC
MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M 2
I.- INTRODUCCION Reciben el nombre de maquinas sincronías todos aquellos convertidores electrome-cánicos rotativos capaces de transformar energía eléctrica en mecánica. Los motores síncronos son usados como servo-controladores en aplicaciones como equipos periféricos de computadoras, robóticos y como controladores de velocidad ajustables en una variedad de aplicaciones como: bombas de carga, grandes abanicos y compresores. Estos motores son a menudo referidos como motores "DC sin brocha" o motores con-mutados electrónicamente.
II.- OBJETIVOS DEL LABORATORIO
Los objetivos del presente trabajo son:
Hacer conocer la constitución electromecánica de los GS.
Familiarizarse con la simbología y conexionado de los GS de nuestro laboratorio en los ensayos según las normas IEC y NEMA.
Conexión y puesta en servicio del GS.
Inversión de giro.
Determinar sus pérdidas, eficiencia en función de la corriente de campo y armadura.
A partir de los ensayos realizados obtener el modelo de la máquina.
Registro de los valores característicos y curvas características de funcionamiento bajo carga de los GS.
Evaluación de las mediciones realizadas y registradas.
Presentación del protocolo de pruebas según normas IEC, NEMA y IEEE.
III.- PRECAUCIONES Dado las circunstancias del laboratorio y teniendo en cuenta que los equipos son muy valiosos es que debemos tener muy en cuenta lo siguiente:
1. El alumno verificará el dimensionamiento de la instrumentación a utilizarse, así mismo constatará que sus esquemas estén bien planteados.
2. Para evitar el deterioro y/o avería de los instrumentos y equipos, el alumno no debe accionarlos por ningún motivo, sin la aprobación previa del profesor.
3. La escala de todos los instrumentos debe ser la máxima. 4. Al operar las cargas, comenzar con una carga mínima y aumentarlo en forma
gradual hasta llegar al máximo permisible.
IV.- EQUIPOS Y MAQUINAS ELECTRICAS A UTILIZAR
Fuente DC Voltímetro y Amperímetros AC y DC
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS – FIEE - UNAC
MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M 3
Frecuencimetro y cables de conexión y accesorios.
Banco de cargas resistivas, inductivas y capacitivas. El presente laboratorio debe facilitar comprobar los conocimientos proporcionados en el curso de teoría. Al concluir el presente laboratorio Ud habrá aprendido el modo de funcionamiento, operación y respuesta de las características de operación en estado permanente. Así mismo se demostrará las prácticas del control de tensión variando la corriente de excitación y la velocidad del motor primo.
V.- ENSAYOS NORMALIZADOS (IEC 34 - 2)
1.- CONEXIÓN DEL GENERADOR SINCRONO
2.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1)
VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS VER GUIA DEL GENERADOR SINCRONO
3.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1) e (IEEE – 43 / 1991)
A
A
V
V SW1 SW2
R
S
T
+
_
ESTATOR
FASE R
FASE S
FASE T
U1 U2
V1 V2
W2W1
F1 F2
Anillos rozantes
Juego de escobillas
Wm
V
MOBIL
ROTOR
Q ( MVAR )
Q ( MVAR )
+
-
SISTEMA
MW
SISTEMA
SISTEMA
SISTEMA
MW
+-
MS GP
Q
P P
P
Q
Q
MS G
OPERACION NORMAL
DEL GENERADOR
SINCRONO
OPERACION ANORMAL
DEL GENERADOR
SINCRONO
OPERACION NORMAL
DEL MOTOR SINCRONO
“ COMPENSADOR
DINAMICO”
OPERACION NORMAL
DEL MOTOR
SINCRONO “ PARA
CARGAS PESADAS ”
AQUI
MODELO ELECTRICO DE UN MOTOR DE ANILLOS ROZANTES CON LA EXISRTENCIA DE LA JAULA DE ARDILLA UBICADA SOBRE EL PAQUETE MAGNETICO ROTORICO
OPERACION DINAMICA EN ESTADO ESTACIONARIO DE LAS MAQUINAS SINCRONAS PUDIENDO SER:
II COMPENSADOR DINAMICO III MOTOR PARA CARGAS PESADAS
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS – FIEE - UNAC
MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M 4
VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS 4.- PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6)
Unicamente para controlar las pérdidas en el núcleo y las pérdidas rotacionales. Manteniendo el circuito de campo con una excita mínima.
5.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 ) Para la prueba con carga se tendrá que definir el tipo de motor síncrono a utilizar
esto es: Motor para cargas pesadas.- Potencia activa de ingreso superior a lo escrito en
la placa de datos(pérdidas + potencia útil); mientras que la potencia reactiva
depende del nivel de excitación del campo del motor síncrono pudiendo ser entre factor de potencia 1… 05 Inductivo.
Compensador dinámico.- La Potencia activa de ingreso es únicamente la necesaria para mover a la máquina a sus RPM sincronos (escrito en la placa de datos); mien-tras que la potencia reactiva depende del nivel de excitación del
campo del motor síncrono pudiendo ser entre factor de potencia 1….0 capacitivo.
EF = P útil / P ingreso 6.- ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 ) VER GUIA DEL GENERADOR SINCRONO
Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. Vs Tiempo. El tiempo mínimo es 04 horas cuando la temperatura comienza a
disminuir en 02 grados centígrados durante las dos horas siguientes. 7.- CLASIFICACION DE LOS GENERADORES SINCRONOS
Los motores sincronos presentan las siguientes características: • El factor de potencia es elevado.
• Trabaja a toda carga con f.P. = 1.
ENERGIA
ELECTRICA
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS – FIEE - UNAC
MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M 5
• La velocidad es constante a toda carga.
• No admite variaciones bruscas de carga ya que pierde la velocidad del sincronismo. • Deben ponerse en marcha con motores asíncronos.
• No se puede emplear motores síncronos cuando ha de arrancarse en carga. • Gastos de instalación mas elevados.
Los arranques de los motores síncronos
Para hacer la maniobra de conexión es preciso que se cumplan con exactitud estas
tres condiciones: • Llevar el motor síncrono a la velocidad del sincronismo (con un motor auxiliar). • Conectar el motor a la línea en que la tensión de línea o fuerza contra
electromotriz del motor se encuentren en oposición. • Cerrar el interruptor de alimentación del motor una vez cumplida las anteriores
condiciones.
Cuando un generador tiene que alimentar una red de gran capacidad, ésta le impone la frecuencia y la tensión. En el mismo instante en el que se acople a la red,
su frecuencia y su tensión deben coincidir con las de la red; la tensión debe coincidir no solo en lo que respecta a la magnitud, sino también en la fase. Esta condición debe cumplirse en las tres ramas o fases. Implica la exigencia de que la sucesión
de las tensiones en las ramas o fases del arrollamiento de la maquina coincida con las de la red.
CURVAS V DE LOS MOTORES SINCRONOS
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 50 100 150 200 250 300 350
CORRIENTE DE EXCITACION If ( p.u. )
CO
RR
IEN
TE
S
DE
CA
RG
A
(
p.u
. )
I1
I2
I3
I.U.F.P.
F.P.UNITARIO
F.P.ADELANTO
F.P. ATRASO
400
300
200
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100PORCENTAJE DE LA VELOCIDAD SINCRONA ( % )
TORQUE NOMINAL
ROTOR DEVANADO
CON CONTROL
DE RESISTENCIA
EXTERNA
ALTA RESISTENCIA
BAJA RESISTENCIA
ARRANQUE POR MOTOR PRIMO
TORQUE EN ( % )
Carcateristicas del torque de arranque ( % ) vs velocidad ( % )
Ws
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS – FIEE - UNAC
MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M 6
Ventajas
El factor de potencia se puede variar como sea requerido.
ANILLOS
ROZANTES
T
S
R
CAMPO
DC
Radj.
SISTEMA DE CONTROL CON FUENTE DC ESTATICA
DE ESTADO SOLIDO PARA LOS MOTORES
SINCRONOS TRIFASICOS
RED
TRIFASICA
EXTERNA
CARGA
MECANICA
Supresor de
subidas VacFiltroRectificador
TRANSFORMADOR
- Y
ESTATOR DEL
MOTOR SINCRONO
Supresor de
subidas Vac
FUENTE DC
ROTOR + SISTEMA DE ARRANQUE ( MASA MOBIL ) ESTATOR ( MASA FIJA )
ANILLOS
ROZANTES
T
S
R
DEVANADO
TRIFASICO
AMORTIGUADOR
CAMPO
DC
Radj.
Banco externo
de resistencias
SISTEMA DE ARRANQUE CON DEVANADO AMORTIGUADOR
PARA MOTORES SINCRONOS TRIFASICOS
RED
TRIFASICA
EXTERNA
ESCOBILLAS
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS – FIEE - UNAC
MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M 7
Puede dar velocidad constante en condiciones de vacío a condiciones de plena
carga ó carga parcial. La Potencia varía linealmente con la tensión.
Desventajas
No tiene aplicaciones donde la velocidad sea variable.
Requiere de excitación de corriente continua, proveer en algunos casos de una fuente externa.
No puede arrancar bajo carga ya que su par de arranque es cero. Requiere de anillos colectores y escobillas Puede salir del sincronismo y parar cuando se sobrecarga.
8.- PARAMETROS NOMINALES DE LOS GENERADORES SINCRONOS
Para poder seleccionar adecuadamente los alternadores es conveniente tener la siguiente información en forma clara, precisa y correcta:
a.- Potencia nominal KVA. b.- Factor de potencia cosφ. c.- Número de polos. d.- Frecuencia (Hz) e.- Temperatura ambiente °C. f.- Altitud (msnm)
g.- Protección térmica. h.- Tensión de armadura (DC). i.- Tipo de excitación. j.- Grado de protección de la máquina. k.- Tipo de aplicación. l.- Características de la carga.
m.- Rango de ajuste de tensión. n.- Tipos de regulación: V y F ctes.
9.- APLICACIONES INDUSTRIALES Su aplicación es muy diversa siendo las más importantes:
En Centrales Eléctricas y en las Subestaciones en paralelo a las barras mejorando el factor de potencia.
Industrias que tienen un elevado número de motores de inducción trifásicos para mejorar el factor de potencia. Al final de algunas líneas de transmisión para controlar la tensión mediante el
procedimiento de variar la excitación para optimizar el factor de potencia. Como elemento de accionamiento de grandes cargas: molinos de cemento, industria minera, molinos textiles, etc.
Operan en forma continua y velocidad constante tal como bombas centrifugas compresores de aire, grupos motor generador, etc.
10.- CUESTIONARIO 1.- Enumere y defina las características de funcionamiento nominales del MS.
Tome los datos de placa del motor primo y del M.S. utilizados en sus ensayos. 2.- De los ensayos de vacío graficar tomar datos de las pérdidas rotacionales.
Haga una demostración teórica de sus resultados.
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS – FIEE - UNAC
MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M 8
3.- Del ensayo con carga graficar las siguientes curvas.
V vs Ia, Pot vs Wm., EF vs Wm, EF vs Pot. , Pot. vs Ia. 4.- Del ensayo con carga graficar Icarga vs Iexcitación. 5.- Como verificaría si el sistema de escobillas está calibrado correctamente haqa un
esquema. En caso de no estar bien calibrado, este efecto, como afectaría en el trabajo normal del GS? Explique detalladamente su respuesta. 6.- Recomendaciones y conclusiones.
PROTOCOLO DE PRUEBAS PARA MOTORES SINCRONOS
DE ANILLOS ROZANTES
TABLA N° 1.- RESISTENCIA DE AISLAMIENTO
DEVANADO TERMINALES Raisl. ( M ) OBSERVACIONES
ROTOR F1 vs MASA
ESTATOR
U1 - Masa
V1 - Masa
W1 - Masa
TABLA N° 2.- RESISTENCIA OHMICA POR FASE
DEVANADO TERMINALES R fase Ohmios
Reactancia Ohmios
Inductancia Henry
Tamb. ( C° )
ROTOR F1 - F2
ESTATOR
U1 - U2
V1 - V2
W1 - W2
* * Utilizando un puente Wheatstone. Observaciones : * Utilizando una bateria, voltímetro y amperímetro.
TABLA N° 3.- PRUEBA DE CORTO CIRCUITO
MOTOR DC GENERADOR SINCRONO TRIFASICO DE ANILLOS ROZANTES
V f ( VOLT )
I f ( AMPER )
I R
(AMP )
I F
( AMP ) S
( VA )
P VATIOS
Q ( VARS )
COS OBSERVACIONES
TABLA N° 4.- PRUEBA DE VACIO
MOTOR DC GENERADOR SINCRONO TRIFASICO DE ANILLOS ROZANTES
V a ( VOLT )
I a ( AMP )
V f ( VOLT )
I f ( AMP )
V RS ( VOLTIOS)
ICAMPO
( AMP) VELOC.
RPM OBSERBACIONES
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS – FIEE - UNAC
MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M 9
TABLA N° 5.- PRUEBA CON CARGA
MOTOR DC MOTOR SINCRONO TRIFASICO DE ANILLOS ROZANTES
VDC VOL.
IDC AMP.
VRS VOLT.
IR AMP.
ICAMPO
AMP.
PTOTAL VATIOS
QTOTAL VARS
S V - A
VELOC RPM
COS EF %
MOTOR SINCRONO DE
ANILLOS ROZANTES
GENERADOR TRIFASICO
DE ANILLOS ROZANTES
FRENO
MAGNETICO
TACO - GENERADOR DC TIPO 731 - 09
G
DC
-
A1
A2
PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC GMBH
N S
D T
S P E E D T O R Q U E
M in u t -1
6
N - m
8
3
1 0
0
2
4
12
3
1
21
0
0
0 . 5
3 0 0 0 S T A R T
6 0 0 01 5 0 0
R A M P .
x 1 0 0 0
01 .
22 0
M A N . / E X T
3 1 0
N m
7 08 0
9 0
1 0 0M m a x . %
6 0
4 05 0
3 0
4 0
2
1 0 5 06 00
N m i n %
B R A K E
1 .
0
7
9
3
1
5
A U T O MR E S E T
O F F
M A N
O U T P U T
T E M P - A L A R ME X T E R N
T A C H O O U T P U T P E N - L I F T
1 … 1 0 V 1 … 1 0 V 1 … 1 0 V
B R A K E+
_
U N I D A D D E C O N T R O L T I P O 7 3 1 8 5
D O W N
MONTAJE DE MAQUINAS ELECTRICAS Y EQUIPOS DE MEDICION
GENERADOR - MOTOR TRIFASICO SINCRONO TIPO 732-36
U1 V1 W1
U2 V2 W2
-
W2 U2 V2
F1 F2
> T
PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC GMBH
U1 V1 W1
F1 F2
E E
PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC
BANCO TRIFASICO DE RESISTENCIAS 731 - 69
BANCO REGULABLE TRIFASICODE RESISTENCIAS
R1
S2
T1
R2
S2
T2
-
+
SALIDA
LEYBOLT DIDACTIC380 Vcc.
FUENTE REGULADA DECORRIENTE CONTINUA
FIJA
+
-
REGULABLE
E E
GENERADOR - MOTOR TRIFASICO SINCRONO TIPO 732-36
U1 V1 W1
U2 V2 W2
-
W2 U2 V2
F1 F2
> T
PANEL DE CONEXIONES - LEYBOLT DIDACTIC GMBH
U1 V1 W1
F1 F2
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS – FIEE - UNAC
MOTORES SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES - HUBER MURILLO M 10