UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE
MEXICO.

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ARAGÓN.
Laboratorio de maquinas eléctricas

P...
MAQUINA CORRIENTE DIRECTA Y MAQUINA SINCRONA
OBJETIVOS
Estudiar las propiedades del generador de CD en derivación con exci...
INTRODUCCIÓN

MOTOR C.D
Caracterizado porque el devanado de excitación (C, D) está conectado a la misma fuente de tensión
...
GENERADOR C.D.
Una maquina de corriente directa puede funcionar como motor o generador.
El generador transforma la potenci...
Si la carga toma más corriente, entonces la corriente de excitación aumenta, el campo magnético de
hace mas intenso y el g...
Variamos la corriente campo en derivación IF posteriormente medimos el voltaje en la armadura
EA
IF (miliampers) EA (volts...
Conectamos un modulo de resistencia para generar carga; Variamos la resistencia para obtener los
siguientes valores
Rl (oh...
Rl (ohms)
Infinita
600
300
200
150
120
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80

EA(volts)
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Cambiamos las conexiones del cam...
Conectamos un modulo de resistencia para generar carga;
Variamos la resistencia para obtener los siguientes valores
RL (oh...
TIPOS DE GENERADORES SICRONOS
La principal diferencia entre los diferentes tipos de generadores síncronos, se encuentra en...
Y se calculo la siguiente tabla:
I1 (Amps)
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Se ajusto la excitación de...
POTENCIA DEL ALTERNADOR
La mayoría de los generadores de c-a se usan para alimentar grandes redes de distribución eléctric...
Se ajusto la excitación de c-d del alternador de tal manera que produzca 60 watts de potencia real
a un factor de potencia...
1. MATERIAL EMPLEADO.
Modulo de motor síncrono
Modulo de electrodinamómetro
Modulo de fuente de alimentación
Wattmetro tri...
CARACTERISTICAS DE ARRANQUE.
Conecte el siguiente circuito:

a) Conecte la fuente de alimentación. Observe que el motor co...
a) Conecte la fuente de alimentación. A continuación aplique potencia trifásica cerrando el
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b) Calcule la potencia aparente suministrada al motor en el arranque:
c) Calcule el par a plena carga suministrada corresp...
Llenar la siguiente tabla:

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destinados para crear el flujo inductor. El sistema comúnmente utilizado cuenta con un circuito de
excitación el cual alim...
Núcleo magnético del Estator
El núcleo magnético, está constituido por un conjunto de coronas circulares de laminación y q...
Corriente Continua (DC)
Corriente Alterna (AC)
Estática

Excitación de DC
En este tipo de excitación se hace uso de genera...
Rectificación Estacionaria
En este tipo de sistemas la rectificación se realiza mediante rectificadores estacionarios, por...
Sus bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí a 120ᴼ Cuando por estas bobinas circula
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un sistema de corrientes ...
El efecto Laplace (ó efecto motor).
Todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo
magnéti...
Partes del motor Asincrónico.
En la figura se muestra el diagrama del motor asincrónico:

Estator.
Es un devanado trifásic...
Jaula de ardilla: los conductores del rotor están igualmente distribuido por la periferia del rotor. Los
extremos de estos...
Datos de la Placa.
Todos los motores deben llevar una placa sobre la cual se describen sus características más
importantes...
Vargas Prudente, Pablo. Problemas Resueltos de Máquinas Síncronas, Conversión de la
Energía II. ESIME – IPN 1986.
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  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO. FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ARAGÓN. Laboratorio de maquinas eléctricas Práctica número 3: Maquinas síncronas y de C.D. Alumno: Fernández Cano Veronico David Ricardo. No. de cuenta: 41205778-6. Grupo: jueves 11-12:30 Ciclo escolar: 2014-1 Fecha de realización: 03102013.
  2. 2. MAQUINA CORRIENTE DIRECTA Y MAQUINA SINCRONA OBJETIVOS Estudiar las propiedades del generador de CD en derivación con excitación independiente, en condición de vacío y de plena carga Obtener las curvas de saturación del generador Obtener la curva de voltaje de armadura en función de la corriente de armadura del generador Estudiar las propiedades del generador de CD en derivación autoexcitación , en condición de vacío y de plena carga Aprender como se conecta el generador auto excitable Obtener la curva del voltaje de armadura en función de la corriente de armadura del generador Estudiar las propiedades del generador compuesto de CD en condición de vacío y de plena carga Aprender como se conecta los generadores compuestos y diferencial compuesto Obtener las curvas del voltaje de armadura en función de la corriente de armadura, en ambos tipos de generadores Estudiar las propiedades del generador serie de CD Aprender como se conecta un generador serie Obtener la curva del voltaje de armadura en función de la corriente de armadura del generador serie . Obtener la característica en corto circuito del alternador. Observar el efecto de cargas desbalanceadas en el voltaje de salida Analizar la estructura y características de arranque del motor síncrono trifásico. Entender la curva característica de la corriente en C.D. y porque el motor síncrono puede comportarse como inductancia o capacitancia variables. Determinar las características a plena carga y el par de salida del motor síncrono. INSTRUMENTOS Y EQUIPO Modulo de fuente de alimentación ( 120/208 V; 3 fases; 120 cd; 0-120 cd ) Modulo de medición de cd (200 v; 500 mA; 2.5 A) Modulo de medición de ca (2.5/2.5/2.5 A) Modulo motor/generador de cd Modulo motor/generador síncrono Modulo de resistencia Cables de conexión Banda
  3. 3. INTRODUCCIÓN MOTOR C.D Caracterizado porque el devanado de excitación (C, D) está conectado a la misma fuente de tensión que el inducido (A, B). El arrancador de contacto triple para motores de derivación que se ilustra es visible y se opera manualmente. El elemento resistor del reóstato se conecta en derivación por medio de seis botones de contacto. El brazo móvil del reóstato regresa a su primera posición mediante un resorte, y está dispuesto de manera que se puede mover de un botón de contacto a otro para puentear secciones del resistor en derivación. Medimos la corriente de línea y la velocidad del motor y obtuvimos los valores siguientes E (volts) 120 120 120 120 I (amps) VELOCIDAD PAR (ibf plg) 0 3 6 9 DEVANADO EN DERIVACIÓN Medimos los voltajes y corriente del devanado de campo de derivación que fue vc.d Calculando la resistencia del devanado obtuvimos que media ohms Las pérdidas del devanado en derivación que fue watts DEVANADO EN SERIE Medimos los voltajes del devanado de campo en serie que fue Vcd Calculando la resistencia del devanado obtuvimos que media ohms Las pérdidas del devanado en serie que fue de watts DEVANADO DE LA ARMADURA Medimos los voltajes del devanado de la armadura en serie que fue Vcd Calculando la resistencia del devanado obtuvimos que media ohms Las pérdidas del devanado de la armadura que fue de watts VELOCIDAD DE ROTACION Velocidad en derivación con cero ohm = 1372 Velocidad en derivación con 300 ohm = 2524 En sentido horario Invirtiendo la polaridad de la fuente de alimentación el sentido se cambia a anti horario
  4. 4. GENERADOR C.D. Una maquina de corriente directa puede funcionar como motor o generador. El generador transforma la potencia mecánica en eléctrica esto se realiza cuando es impulsado mecánicamente para producir electricidad Para producir un campo magnético debe fluir una corriente de excitación, se puede suministrar al devanando del campo en 2 formas: - Por una fuente externa independiente de CD (excitación independiente) Por una fuente interna, es decir proviene de la salida del generador (autoexcitación ) En un generador con autoexcitación, la forma en que el campo se conecte determina las características del generador - Derivación (paralelo) Serie Compuesto PARALELO Cuando el devanado de campo se conecta en paralelo con la armadura, se induce una pequeña corriente de campo, si fluye en sentido adecuado, el magnetismo remanente se refuerza, sino, no se genera voltaje. COMPUESTO El elevado valor de regulación de voltaje se debe a 3 factores La corriente de campo disminuye al caer el voltaje de armadura La caída de voltaje en la armadura al pasar de vacio a plena carga La velocidad de operación de motor propulsor puede disminuir con la carga Los 2 devanados de campo de los generadores compuestos, se conectan de tal manera que sus campos magnéticos se refuerzan entre si (son aditivos). Si el campo serie se conecta en tal forma que la corriente de la armadura fluya en un sentido tal que su campo magnético se oponga al del campo en derivación, se obtiene un generador diferencial compuesto. SERIE Se conecta en serie con el devanado de la armadura. La corriente de excitación que pasa por el devanado de campo de un generador serie, es la misma corriente que la del generador proporciona a la carga.
  5. 5. Si la carga toma más corriente, entonces la corriente de excitación aumenta, el campo magnético de hace mas intenso y el generador produce un voltaje de salida mayor, es decir los cambios en la corriente de carga afectan enormemente al voltaje de salida del generador DESARROLLO CARACTERÍSTICAS EN VACIO Se utilizo un motor síncrono para impulsar mecánicamente al generador en la siguiente conexión Acoplamos el motor síncrono y el generador por medio de una banda El generador tuvo la siguiente conexión
  6. 6. Variamos la corriente campo en derivación IF posteriormente medimos el voltaje en la armadura EA IF (miliampers) EA (volts) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Se tiene un voltaje de la armadura con corriente IF= 0, por que no esta conectada una carga que genere corriente es decir existe una imantación residual CARACTERÍSTICAS DE CARGA Conectamos un modulo de resistencia para generar carga de acuerdo al siguiente circuito Variamos la resistencia para obtener los siguientes valores RL (ohms) IA (amps) Infinita 600 300 200 150 120 100 80 75 EA(volts) POTENCIA (watts) 120 120 120 120 120 120 120 120 120 CONEXIÓN EN PARALELO Se utiliza la misma configuración anterior con el motor síncrono y el acople mecánico; se conecto el generador de la siguiente forma
  7. 7. Conectamos un modulo de resistencia para generar carga; Variamos la resistencia para obtener los siguientes valores Rl (ohms) Infinita 600 300 200 150 120 100 80 75 EA(volts) 120 120 120 120 120 120 120 120 120 CONEXIÓN COMPUESTA Se utiliza la misma configuración anterior con el motor síncrono y el acople mecánico; se conecto el generador de la siguiente forma Hicimos variar el reóstato de campo y observamos que el voltaje en la armadura EA también lo hace; lo máximo que se pudo ajustar fue a 260 v. Conectamos un modulo de resistencia para generar carga; Variamos la resistencia para obtener los siguientes valores
  8. 8. Rl (ohms) Infinita 600 300 200 150 120 100 80 EA(volts) 120 120 120 118 120 120 120 120 Cambiamos las conexiones del campo serie para que la corriente de armadura pase por el sentido opuesto de la siguiente forma Volvimos a conectar el modulo de resistencia para generar carga; Variamos la resistencia para obtener los siguientes valores Rl (ohms) Infinita 600 300 200 150 120 100 80 EA(volts) 120 105 80 60 41 35 25 20 CONEXIÓN SERIE Se utiliza la misma configuración anterior con el motor síncrono y el acople mecánico; se conecto el generador de la siguiente forma
  9. 9. Conectamos un modulo de resistencia para generar carga; Variamos la resistencia para obtener los siguientes valores RL (ohms) IA (amps) Infinita 0 600 300 200 150 120 100 EA(volts) 120 6.7 6.5 6 5.9 5.2 4.9 MAQUINA SINCRONA COMO GENERADOR INTRODUCCION Los generadores sincrónicos o alternadores son maquinas sincrónicas utilizadas para convertir potencia mecánica en potencia eléctrica. En un generador sincrónico se aplica una corriente DC al devanado del rotor, la cual produce un campo magnético. Entonces el rotor del generador gira mediante un motor primario y produce un campo magnético rotacional dentro de la maquina. Este campo magnético rotacional induce un grupo trifásicos de voltaje en los devanadas del estator.
  10. 10. TIPOS DE GENERADORES SICRONOS La principal diferencia entre los diferentes tipos de generadores síncronos, se encuentra en su sistema de alimentación en continua para la fuente de excitación situada en el rotor. Excitación Independiente: excitatriz independiente de continua que alimenta el rotor a través de un juego de anillos rozantes y escobillas. Excitatriz principal y excitatriz piloto: la máquina principal de continua tiene como bobinado de campo otra máquina de excitación independiente, accionada por el mismo eje. Electrónica de potencia: directamente, desde la salida trifásica del generador, se rectifica la señal mediante un rectificador controlado, y desde el mismo se alimenta directamente en continua el rotor mediante un juego de contactores (anillos y escobillas). El arranque se efectúa utilizando una fuente auxiliar (batería) hasta conseguir arrancar. Sin escobillas, o diodos giratorios: la fuente de continua es un rectificador no controlado situado en el mismo rotor (dentro del mismo) alimentado en alterna por un generador situado también en el mismo eje y cuyo bobinado de campo es excitado desde un rectificador controlado que rectifica la señal generada por el giro de unos imanes permanentes situados en el mismo rotor (que constituyen la excitatriz piloto de alterna). Excitación estática consiste en que el devanado de campo del rotor es alimentado desde una fuente de alimentación a transformador y rectificadores que toma la tensión y corriente de salida del estator. El transformador, de tipo especial, posee dos devanados primarios, llamados de tensión e intensidad, que se conectan en paralelo y en serie a los bornes de salida del estator. El transformador convierte la tensión de salida a una más baja (30V aprox.), que se rectifica y aplica al rotor por medio de escobillas y anillos deslizantes. Es un sistema con autorregulación intrínseca, ya que al tener el bobinado serie, al aumentar el consumo sobre el generador, aumenta el flujo del transformador y por lo tanto aumenta la excitación del generador. DESARROLLO A continuación se desarrollan algunas de las practicas realizadas en el laboratorio en las cuales se utilizaron a la maquina síncrona como generador. EL ALTERNANDOR TRIFASICO Los alternadores generan un voltaje de c-a cuya frecuencia depende totalmente de la velocidad de rotación. El valor del voltaje generado depende de la velocidad, de la excitación del campo en c-d y el factor de potencia de la carga. El voltaje de salida aumentara en proporción directa a la excitación de campo de c-d y con los incrementos progresivos en la corriente de campo de c-d, el flujo saturara el hierro del alternador. Las tres fases del generador están espaciadas mecánicamente, los voltajes están desfasados 120 grados eléctricos. Se realiza el siguiente circuito:
  11. 11. Y se calculo la siguiente tabla: I1 (Amps) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 V1 (Volts) 0 Se ajusto la excitación de c-d de E1 = 208 volts y los resultados fueron E2=199v y E3=200v. Se calcularon los voltajes generados en cada devanado del estator conectado en estrella:E 1 a 4=110 E2a5=110 y E3 a 6=110. Después se realiza el siguiente circuito: Se abrió el interruptor de sincronización y se ajusto la excitación de c-d hasta E1= 208 de c-a. El motor y el modulo de sincronización estaban encendido. Se midió la corriente de excitación de c-d I1=0.5A c-d. Se cerro el interruptor del modulo de sincronización y se obtuvo el valor de I 2=1.4 c-d. Estos resultados de las corrientes son del estado permanente.
  12. 12. POTENCIA DEL ALTERNADOR La mayoría de los generadores de c-a se usan para alimentar grandes redes de distribución eléctrica en las que la frecuencia y el voltaje están establecidos por otros generadores que operan dentro del sistema. Este alternador de entrada tendrá un flujo constante en su entrehierro, debido a la frecuencia fija y el voltaje del sistema al que se conecta. El flujo se produce por la corriente de c-del rotor y/o corrientes alternas del estator. Si la corriente de c-d es menor que la que se requiere para producir el flujo, el estator tomara potencia reactiva atrasada o inductiva del sistema y por el contrario si la corriente de c-d del rotor es más grande, el estator tomara potencia reactiva adelantada o capacitiva del sistema. Un alternador solo puede entregar potencia real (watts) a un sistema cuando fuerza a su rotor a adelantarse con respecto a su posición normal en vacio y para lograr esto se debe aplicar un par mecánico. Un alternador puede pasar a operar como motor síncrono cuando el motor primario deje de proporcionarle el par motor. Se realizo el siguiente circuito: Se acoplaron los motores, se ajusto el reóstato de campo del motor de c-d, se abrió el interruptor de sincronización, se ajusto la excitación de c-d del alternador a un voltaje de salida E1=208 v c-a, se sincronizo el alternador y se calculo E1=208v c-a I1=0.1 e I2=0.7. Con esto se comprobó que el alternador no entregaba ni reciba potencia del sistema. Se aumento la excitación de c-d del alternador hasta I1=0.33 A y se midió w1=29 W, w2=-23 W, E1=208 V c-a y E2=130v c-d. Después se redujo la excitación de c-d del alternador hasta I1=0.33ª c-d y obtuvieron w1=24 W, w2=-24 W, E1=208 V c-a y E2=130v c-d.
  13. 13. Se ajusto la excitación de c-d del alternador de tal manera que produzca 60 watts de potencia real a un factor de potencia al 50% y se utilizaron los siguientes métodos: Alternador Sobreexcitado W 1= w W2= w I1= A c-a I2= A c-a E1=208 v c-a Alternador Subexcitado W 1= w W2=-5 w I1= A c-a I2= A c-a E1=208 v c-a Se ajusto la excitación de c-d del alternador y el par de motor de c-d, de tal manera que alternador funcionara como una capacitancia trifásica perfecta obteniendo: w1=0 W, w2=-0 W, I1=0 A c-a I2=0.65 A c-d y E1=208 EL MOTOR SÍNCRONO El motor síncrono deriva su nombre del término velocidad síncrona, que es la velocidad natural del campo magnético giratorio del estator. Como ya se sabe, la velocidad natural de rotación está determinada por el número de pares de polos y la frecuencia de la potencia aplicada. El principio de operación del motor síncrono se basa prácticamente en la aplicación de una fuente multifásica de C.A. a los devanados del estator y se produce un campo magnético rotatorio. Se aplica una corriente directa a los devanados del rotor y se produce un campo magnético fijo. El motor está construido de tal forma que cuando estos dos campos magnéticos reaccionan entre sí, el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético giratorio. El motor síncrono no tiene par de arranque propio y su rotor de modo que, una vez parado el motor, no habrá manera de hacer que el rotor entre en acoplamiento magnético giratorio. Por esta razón, todos los motores síncronos tienen algún medio de arranque. La forma más sencilla de arrancar un motor síncrono es usar otro motor que lo impulse hasta que el rotor alcance aproximadamente 90% de su velocidad síncrona. El motor síncrono requiere una considerable potencia reactiva cuando opera en vacío sin ninguna excitación de C.D. aplicada al rotor. Actúa como una carga inductiva trifásica en una línea de potencia. Cuando funciona en vacío el motor síncrono tiene la propiedad de actuar como un capacitor variable/inductor variable, en donde el valor de la reactancia queda determinada por la intensidad de corriente directa que fluye por el rotor. Los motores síncronos, al igual que los de inducción, se pueden sobrecargar en forma temporal. Sin embargo, a diferencia del motor de inducción, el síncrono mantendrá una velocidad constante hasta que las condiciones de sobrecarga no excedan determinado punto. El punto máximo de sobrecarga depende de la excitación de C.D. del rotor. Cuando se sobrepasa este punto, los polos del rotor se “desacoplan” del campo giratorio del estator y el rotor pierde su sincronismo. Este punto de sobrecarga se denomina par de salida del motor. Cuando un motor síncrono sale de sincronismo, hay que desconectarlo de la línea de alimentación tan rápidamente como sea posible.
  14. 14. 1. MATERIAL EMPLEADO. Modulo de motor síncrono Modulo de electrodinamómetro Modulo de fuente de alimentación Wattmetro trifásico Modulo de interruptor de sincronización Modulo de medición de C.A. Modulo de medición de C.D. Tacómetro de mano Cables de conexión Banda 2. DESARROLLO I. Examine la estructura del modulo de motor/generador síncrono, fijándose especialmente en el motor, los anillos colectores, reóstato, las terminales de conexión y el alambrado. II. Identifique los dos anillos colectores y las escobillas. III. ¿Se pueden mover las escobillas?.....No IV. Identifique los devanados amortiguadores de C.D. en el rotor. (Aunque sólo son devanados, están conectados en tal forma que sus fuerzas magnetomotrices actúan en oposición, creando así cuatro polos.) V. Identifique el devanado del estator y observe que es idéntico al de los motores trifásicos de jaula de ardilla y de rotor devanado. VI. Observe desde la cara delantera del modulo: a) Los tres devanados independientes del estator están conectados a las terminales 1 y 4, 2 y 5, 3 y 6. b) ¿Cuál es el voltaje nominal de los devanados del estator?...... 120 V c) ¿Cuál es la corriente nominal de los devanados del estator?..... 0.8 A d) El devanado del rotor se conecta ( a través del reóstato de 150 Ω) a las terminales 7 y 8. e) ¿Cuál es la corriente nominal del devanado del rotor?.... 0.6 A f) ¿Cuál es el voltaje nominal del devanado del rotor?.... 120 V de C.D. g) ¿Cuál es la velocidad nominal y la potencia del motor?
  15. 15. CARACTERISTICAS DE ARRANQUE. Conecte el siguiente circuito: a) Conecte la fuente de alimentación. Observe que el motor comienza suavemente a funcionar y sigue operando como un motor ordinario de inducción. b) Observe el sentido de rotación: c) Desconecte la fuente de alimentación e intercambie dos de los tres cables que van a la fuente de alimentación. d) Conecte la fuente de alimentación y observe el sentido de rotación: Conecte el siguiente circuito:
  16. 16. a) Conecte la fuente de alimentación. A continuación aplique potencia trifásica cerrando el interruptor de sincronización y observe lo que sucede. ¡No aplicar potencia más de 10 segundos. Al momento de aplicar la potencia trifásica a la maquina síncrona, esta responde de manera brusca con un corto. b) ¿Qué lectura dio el amperímetro?... Amperes c) ¿Funciona el aparato como motor de inducción?.... d) Ajuste cuidadosamente la salida de la fuente de alimentación a 120 V de C.D. según lo indique el medidor de la fuente de alimentación. En este paso se observa claramente que se reduce la corriente al motor. a) Conecte la fuente de alimentación y mida rápidamente los siguientes parámetros:
  17. 17. b) Calcule la potencia aparente suministrada al motor en el arranque: c) Calcule el par a plena carga suministrada correspondiente a d) Calcule la relación entre el par de arranque y el par a plena carga: ARMAR EL SIGUIENTE CIRCUITO: a .
  18. 18. Llenar la siguiente tabla: Potencia Grafica: 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Corriente de campo GENERADOR ASINCRONO A lo largo del último siglo, la energía eléctrica ha representado una de las necesidades más grandes a satisfacer. En particular, para los sistemas eléctricos de potencia, el generador síncrono es parte fundamental en las plantas de generación de energía eléctrica. Por lo tanto es menester tener conocimiento de los principios básicos de su conformación y operación. Elementos Rotor El generador síncrono es un convertidor de energía electromecánico constituido de una parte móvil (rotor o inductor) y una parte fija (estator o inducido) las cuales están separas por un entre hierro. El sistema inductor contiene los polos magnéticos los cuales son excitados con corriente continua y están
  19. 19. destinados para crear el flujo inductor. El sistema comúnmente utilizado cuenta con un circuito de excitación el cual alimenta los polos del rotor mediante unos anillos colectores que giran con el rotor y a los cuales llega la corriente proporcionada por la excitación de la máquina. Esencialmente existen dos tipos de generadores y estos dependen del tipo de rotor que los conforme, ya sea de polos salientes o de polos lisos. La aplicación de uno u otro está en función de diferentes variables como el tipo de planta generadora, la velocidad síncrona, etc. Estator Hasta estos momentos solo se ha hecho mención a la parte móvil del generador, por lo que la parte fija es el estator o inducido, el cual está constituido, principalmente de las siguientes partes: Carcasa Núcleo magnético Devanados Accesorios mecánicos y eléctricos La carcasa, es la estructura metálica la cual tiene como función sostener y centrar el núcleo magnético del estator.
  20. 20. Núcleo magnético del Estator El núcleo magnético, está constituido por un conjunto de coronas circulares de laminación y que cuenta con ranuras que contendrán los devanados del estator. Este conjunto de laminaciones se encuentra centrado en la carcasa. Para formar este conjunto de laminaciones se pude utilizar laminas de acero al silicio de 0.35 a 0.5 mm de espesor ya que presenta perdidas bajas. Devanados Los devanados siempre son conectados en estrella y el neutro es conectado a tierra. La conexión en estrella es preferible por los siguientes motivos: 1. El voltaje por fase es solo 1/√3 ó 58% del voltaje entre líneas, lo que significa que el voltaje mayor entre un conductor del estator y el núcleo del estator aterrizado es solo 58% del voltaje de línea. Por lo que se puede reducir el nivel de aislamiento entre las ranuras, por lo que nos permite incrementar la sección transversal de los conductores. Un conductor mayor nos permite incrementar la corriente y por ende permite aumentar la potencia de la máquina. 2. Cuando un generador está bajo carga, el voltaje inducido en cada fase tiende a distorsionarse y la forma de onda no es del todo senoidal. La distorsión es debido al voltaje de tercera armónica. Con la conexión en estrella la distorsión por armónicas de línea a neutro no aparece entre las líneas porque ellas se cancelan. Consecuentemente, los voltajes de línea permanece senoidal bajo cualquier condición de carga. Sistemas de excitación Debido a que los generadores síncronos tienen su salida de voltaje en media tensión es necesario hacer uso de un sistema de excitación en el campo para alcanzar el voltaje de salida. El diseño del sistema de excitación es parte sustancial del generador debido a que además de mantener el voltaje de salida estable, debe tener una respuesta rápida ante cambios repentinos de carga de tal manera que no altere la estabilidad del sistema. En términos generales los sistemas de excitación se clasifican de acuerdo a la fuente de poder que se utiliza en la excitación de los cuales se derivan los siguientes:
  21. 21. Corriente Continua (DC) Corriente Alterna (AC) Estática Excitación de DC En este tipo de excitación se hace uso de generadores de DC que proporcionan la corriente al rotor por medio de escobillas y añillos deslizantes. Generalmente el excitador es impulsado por el mismo eje del generador. Debido el constante mantenimiento y reemplazo de escobillas y anillos, causado por el desgaste de las escobillas o al polvo del carbón, estos sistemas de excitación han sido reemplazados por sistemas de excitación brushless (sin escobillas). Aun así sistemas de excitación de DC se encuentran en servicio. La figura no. 1.5 muestra en sistema de excitación de DC típico, el cual cuenta con un conmutador el cual abastece de corriente continua al campo del generador principal. El excitador es controlado por un amplidina. Una Amplidina es una máquina de DC de construcción especial que tiene un conjunto de escobillas separadas en 90° eléctricos, uno sobre el eje directo (d) u otro sobre su eje de cuadratura. Excitación de AC Este tipo de excitación utiliza alternadores como fuentes para la excitación del generador de poder o principal. Generalmente los dos generadores están montados sobre el mismo eje. La salida del primer generador es rectificada por un grupo de rectificadores. La salida de DC es alimentada directamente al rotor del generador síncrono. La armadura del excitador de AC y los rectificadores giran sobre el mismo eje. En este tipo de sistemas él rectificador trifásico reemplaza al conmutador, los anillos rosantes y las escobillas.
  22. 22. Rectificación Estacionaria En este tipo de sistemas la rectificación se realiza mediante rectificadores estacionarios, por lo cual la excitación se hace a través de anillos deslizantes. Cabe mencionar que en este arreglo no se tiene control sobre los diodos rectificadores. Lo anterior constata que existen dos modos independientes de regulación: el primero por un regulador de AC que mantiene el voltaje en los bornes del estator del alternador principal a un voltaje de referencia de AC, y otro el cual con un regulador de DC mantiene constante el voltaje en el campo del generador principal de acuerdo a una referencia determinada. Estática En estos sistemas de excitación todos los componentes son estáticos, desde los rectificadores ya sean controlados o no, como la fuente de excitación de DC para el campo del generador. Aquí la fuente de alimentación se obtiene desde del mismo generador, a través de un transformador reductor conectado al mismo bus de fase aislada al que están conectadas las terminales del estator del generador. Dentro de las características de este tipo de sistemas de excitación se encuentra que debido a que el transformador está conectado al mismo bus del generador, en caso de que exista una falla externa, provocará una reducción de voltaje en el generador, por lo que el transformador también disminuirá la tensión de alimentación al campo del generador. MAQUINA ASINCRONA COMO MOTOR. Introducción. Si lo que hacemos es transformar energía eléctrica en mecánica, la máquina síncrona estará funcionando como motor. Y los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motores eléctricos de corriente alterna.
  23. 23. Sus bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí a 120ᴼ Cuando por estas bobinas circula . un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday: Los motores síncronos tienen las siguientes características: Tienen un estator de trifásico similar al de un motor de inducción. Son usados por lo general en instalaciones de voltajes medianos. Tienen un rotor bobinado (campo rotatorio) que tiene el mismo número de polos que el estator, el cual es excitado por media de una fuente externa de corriente continua. Arranca como un motor de inducción. El motor síncrono tiene también un devanado tipo jaula de ardilla conocido como devanado amortiguador que sirve para producir la fuerza de torsión para el arranque del motor. Los motores síncronos funcionan como se menciono anteriormente a la velocidad de sincronismo de acuerdo con la fórmula: RPM = (120 x frecuencia)/Número de polos Funcionan como motores de colector o motores monofásicos: El mayor inconveniente de la transmisión en continua es que la tensión no puede modificarse mediante un transformador y está limitada a 3 kV (para largas distancias provoca caídas porcentuales de tensión en la línea elevadas, y exige conductores de gran sección). La ventaja de los motores monofásicos de colector radica en que la catenaria se puede alimentar a tensiones elevadas (25 kV) y adaptar la tensión al motor con un transformador. La difusión de estos motores es muy grande (millones de unidades) para aplicaciones domésticas, de servicios, talleres, oficinas. Dependiendo de la potencia de la máquina nos podemos encontrar con las siguientes constituciones: a. Máquinas superiores a 5KVA el devanado inducido está en el estator, encajado en unas ranuras y el devanado inductor, alimentado por corriente continua, en el rotor. b. Máquinas inferiores a 5KVA los devanados se colocan de forma inversa, igual que en las máquinas de corriente continúa.
  24. 24. El efecto Laplace (ó efecto motor). Todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en un campo magnético se induce una tensión. El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, genera una fuerza electromotriz de inducción. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento. La cual se calcula con la formula: Donde: Circuitos eléctricos. Los dos circuitos eléctricos van situados uno en las ranuras del estátor (primario) y otro en las del rotor (secundario), que esta cortocircuitado. El rotor en cortocircuito puede estar formado por bobinas que se cortocircuitan en el exterior de la maquina directamente o mediante reóstatos; o bien, puede estar formado por barras de cobre colocadas en las ranuras, que han de ser cuidadosamente soldadas a dos anillos del mismo material, llamados anillos de cortocircuito. Este conjunto de barras y anillos forma el motor jaula de ardilla. También existen motores asíncronos monofásicos, en los cuales el estator tiene un devanado monofásico y el rotor es de jaula de ardilla. Son motores de pequeña potencia y en ellos, el campo magnético es igual a la suma de dos campos giratorios iguales que rotan en sentidos opuestos. Estos motores monofásicos no arrancan por si solos, por lo cual se debe disponer algún medio auxiliar para él.
  25. 25. Partes del motor Asincrónico. En la figura se muestra el diagrama del motor asincrónico: Estator. Es un devanado trifásico distribuido en ranuras de 120°. En el interior del estator va colocado el rotor, que es un cilindro de chapa magnética fijado al eje. En su periferia van dispuestas unas ranuras en las que se coloca el bobinado correspondiente. El entrehierro de estos motores es constante en toda su circunferencia y su valor debe ser el mínimo posible. Tiene tres devanados en el estator. Estos devanados están desfasados: Donde: p: numero de pares de polos de la maquina. La siguiente figura muestra un dibujo de un estator: Rotor. Existen dos tipos: el bobinado y Jaula de ardilla Bobinado: los devanados del rotor son similares al estator con el que está asociado. El numero de fases del rotor no tiene porque ser el mismo que el del estator, lo que si tiene que ser igual es el numero de polos. Los devanados del rotor están conectados a anillos colectores montados sobre el mismo eje. Un dibujo del bobinado se ve en la siguiente figura:
  26. 26. Jaula de ardilla: los conductores del rotor están igualmente distribuido por la periferia del rotor. Los extremos de estos conductores están cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexión del devanado del motor con el exterior. Se mejora las propiedades de arranque y disminuyen el ruido. Ejemplo de jaula de ardilla: Las espiras en cortocircuito están formadas por un conjunto de varillas de cobre unidas en sus extremos a dos anillos también de cobre. Principios de funcionamiento de las máquinas asíncronas. Las máquinas asíncronas, son aquellas en las cuales la velocidad de rotación n puede ser diferente que la síncrona vs, siendo ésta última la velocidad con la que gira el campo magnético dentro de la cavidad en la que se aloja el rotor. En estas condiciones, si aplicamos la regla de mano izquierda podemos deducir que sobre la espira aparecerá un par de fuerzas que provocará que ésta gire en el mismo sentido que el campo magnético. Cuando la bobina adquiera una cierta velocidad de rotación, la f.e.m. y por lo tanto la corriente inducida disminuirá. Esto es así porque la velocidad con la que varía el flujo magnético con respecto a la bobina habrá disminuido en la misma proporción. Por otra parte, esto significa que la velocidad de rotación del rotor se podrá acercarse a vs pero siempre será menor que ella.
  27. 27. Datos de la Placa. Todos los motores deben llevar una placa sobre la cual se describen sus características más importantes. Entre otras, allí se encuentran; la potencia útil del motor, en W, CV o HP, la velocidad de rotación nominal (n ó v), las tensiones a las que puede trabajar el motor, y las corrientes de líneas correspondientes y el factor de potencia. Por ejemplo: Tabla de lecturas. Potencia V I Velocidad ¼ Hp 120V 2.8A 1800 r. p. m. Bibliografía. Chapman Stephen J. Máquinas Eléctricas Ed.McGraw Hill. Colombia 1987. Pág. 397 a pág. 516. Dawes, Chester L. Tratado DE Electricidad, Corriente Alterna Tomo II, Gustavo Gilli, S.A. México, D.F. 1979. Pág. 166 a pág. 254, pág. 398 a pág. 469. Garduño García, Agapito y Magaña Madrigal Ramón. Máquinas Síncronas. Conversión de la Energía II. Pág. 9 a pág. 239. Kosow, Irving L. Máquinas Eléctricas y Transformadores. Reverté, S.A. España 1978. Pág. 170 a pág. 307. Langsdorf Alexander S. Teoría de las Maquinas de Corriente Alterna.Ed. McGraw Hill. Book Company España, 1967. Siskind, Charles L. Electrical Machines. Diret and Alternating Current, McGraw Hill, Tokio 1959. Vargas Prudente, Pablo. Alternador Síncrono, Conversión de la Energía II Instituto Politécnico Nacional 1996. Vargas Prudente, Pablo. Motores Síncronos, Conversión de la Energía II Instituto Politécnico Nacional 1996.
  28. 28. Vargas Prudente, Pablo. Problemas Resueltos de Máquinas Síncronas, Conversión de la Energía II. ESIME – IPN 1986. Vargas Prudente, Pablo. Instructivo de Laboratorio de Conversión de la Energía II. ESIME IPN

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