Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Alternador Trifásico

INFORME DE LABORATORIO Nº 2. PARALELO DEL ATERNADOR CON LA RED

Wolffang David Niño Pacheco, wolffang.nino@uptc.edu.coCarlos Sebastian Rojas Piña, carlossebastian.rojas@uptc.edu.coAndrés David Suarez Gómez, andresdavid.suarez@uptc.edu.co

Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Resumen- A lo largo del desarrollo de este informe se presentara los pasos para el correcto acoplamiento de un alternador trifásico a la red mediante el uso de un sincronoscopio para evaluar las condiciones suficientes y necesarias para realizar esta conexión, para ello se mostrará el proceso de implementación de conexiones en la máquina AC para realizar el paralelo del alternador a la red trifásica, el éxito de esta práctica está en poder igualar el voltaje generado con el voltaje de alimentación, mediante la manipulación de la corriente de excitación, y de esta forma tenido una velocidad de sincronismo de 3600 rpm para lograr el enlace con la red y poder comparar los pasos y resultados con la teoría de máquinas síncronas.

Palabras clave- Alternador, máquina, sincronismo, velocidad, carga, devanado, rotor, campo, fem, estator, estrella, magnético, reóstato, saturación.

Abstract- During the development of this report the steps for proper coupling an alternator to the network is presented by using a synchronoscope to assess the necessary and sufficient conditions for this connection , for which the process is displayed implementing connections in the AC machine to perform parallel to alternator phase network , the success of this practice is in order to equalize the voltage generated by the supply voltage , by manipulating the drive current , and thus had sync speed 3600 rpm to achieve the link with the network and steps and to compare results with the theory of synchronous machines.

Key words- Alternator, machine, timing, speed, loading, winding , rotor, field, fem, stator, star , magnetic, rheostat, parallel.

1. INTRODUCCIÓNEn este informe se presenta el desarrollo paso a paso del acoplamiento de un alternador a la red trifásica, el primer paso, es hacer girar la máquina a una velocidad de 3600rpm para así generar los 60Hz que es la misma frecuencia a la que trabaja la red local, mediante el ingreso y modificación de una corriente de excitación se logrará incrementar el voltaje generado e igualarlo con el voltaje de alimentación, de esta forma se realiza el acoplamiento del alternador y se generan pequeñas correcciones con las modificaciones de la corriente de armadura y campo, después de tener estos parámetros estables se procede a ingresar el sincronoscopio donde se tendrá el ingreso de

una alimentación trifásica y la salida de las terminales de la máquina, cuando se tengan las condiciones en el sincronoscopio adecuado se cerrara el circuito y el alternador quedará acoplado a la red, de esta forma empezará a actuar como motor enlazado a la red.

2. OBJETIVOS

Conectar el alternador en paralelo con la red, identificando las características que deben tenerse en cuenta.

3. MARCO TEÓRICO

La generación, como transmisión y distribución de energía eléctrica debe efectuarse de forma eficiente y confiable a un costo razonable con el menor número de interrupciones. Por eficiente se entiende que un alternador debe operar no solo a su eficiencia máxima, sino que la eficiencia debe ser máxima a plena carga o cerca de ella. Como la demanda energética puede fluctuar en un día es casi imposible operar solamente un alternador a su eficiencia máxima todo el día. El termino confiable supone que los consumidores nunca deben darse cuenta de una perdida de energía eléctrica por ende se necesita máximo un alternador debido a las posibilidades de falla o interrupción y por tanto un alternador único que suministra una carga variable no puede ser eficiente, rentable ni confiable. Para suplir las demandas energéticas, se dispone de centrales donde están conectados varios alternadores en paralelo; cuando es reducida algún alternador se puede retirar de la línea y si aumenta se puede acoplar otro alternador, en consecuencia deben satisfacerse los siguientes requerimientos antes de conectar un alternador al conector infinito:

1. El voltaje lineal alternador (entrante) debe ser igual al voltaje constante del conductor (bus) infinito: El alternador se impulsa a su velocidad especificada y la corriente del campo se aumenta hasta un nivel en el que su voltaje sin carga es casi igual a la red.

2. La frecuencia del alternador (entrante) debe ser exactamente igual a la del conductor (bus) infinito: Para

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comprobar la secuencia de fase se conectan asimétricamente tres lámparas cuando la secuencia de fase de la red es igual a la del alternador una lámpara se apaga y las otras dos están eliminadas, si la secuencia es inapropiada las tres lámparas están iluminadas o apagadas.

3. La secuencia de fase del alternador (entrante) debe ser idéntica a la secuencia de fases del conductor (bus) infinito: Cuando la frecuencia de fase es la apropiada y la frecuencia del generador es igual a la de la red una lámpara permanece apagada mientras que las otras dos brillan, cualquier desigualdad obliga a las tres lámparas a pasar de apagadas a iluminadas en orden sucesivo. También se puede conectar un aparato llamado sincronoscopio a través de una de las fases, como este aparato mide el ángulo de fase entre las fases del alternador y la red, la diferencia de fase entre estas debe ser cero.

En la figura xx se muestra la conexión para la operación en paralelo de dos alternadores.

Figura 1. Diagrama de conexión para la operación en paralelo de dos alternadores. Tomada de Gurú. Maquinas eléctricas y transformadores.

4. El alternador está listo para ingresar a la red cuando el voltaje de línea es igual al de la red infinita y cuando una lámpara está apagada mientras las otras dos brillan y el sincronoscopio nos indica cero en la diferencia de fase, una vez que se cierra el interruptor del circuito, el alternador está en línea, en este momento no está recibiendo ni alimentando energía, esto se conoce como estado flotante del alternador. En la figura xx se muestra un sincronoscopio.

Figura 2. Sincronoscopio de Lorenzo.

4. MATERIALES Y EQUIPO

Sistema compuesto por maquinas eléctricas DELORENZO.4 multímetro.1 TacómetroCables de conexión para la máquina.1 Sincronoscopio

5. PROCEDIMIENTOEl alternador puede ser conectado en paralelo con la red cuando la frecuencia de red es igual a la producida mientras que el valor de las tensiones, que deben estar en fase son iguales. Mientras que frecuencia y tensión pueden ser medidas con frecuencímetro y voltímetro, para la relevación de la secuencia de las fases se aconseja el sincronoscopio DL 10310.

Se utiliza el grupo de experimento implementado en la práctica de Alternadores Trifásicos.

Figura 3. Conexión Práctica.

El interruptor de paralelo de DL 10310 debe ser puesto en “off”

El grupo debe ser inicializado alimentando el motor con una tensión continua de 32V, con el reóstato de campo Re en corto circuito y sin excitar el alternador. El grupo girara a la velocidad de cerca d 3600 rpm y se excita el alternador (cerca de 4.5 A) en modo de erogar una tensión de 24V, pares a la de la red.Se observa la iluminación cíclica de las lámparas del sincronoscopio: el interruptor de paralelo debe ser puesto en "ON”, “usando, con rotación lenta de la prendida de las lámparas L1 está apagada y L2 y L3 presentan la misma intensidad luminosa.

Generador Síncrono (alternador)

La potencia activa erogada hacia la red del generador se comanda mediante la potencia motriz.

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Reduciendo la excitación del motor primario mediante el reóstato de campo Re, tentando en esta forma de aumentar la velocidad ,se notara que la misma se mantiene constante mientras que el amperímetro indicara una corriente: la potencia pasa del alternador a la red.

Motor Síncrono:

Aumentando la excitación del motor primario mediante el reóstato de campo Re , tentando en esa forma de reducir la velocidad , se notara que la misma se mantiene constante mientras que el amperímetro indicara una corriente ; la potencia de la red pasa al alternador.

Después de reportar el alternador a las condiciones de paralelo (corriente intercambiada nula o por lo menos mínima) operando sobre la excitación del motor primario, quitar la alimentación del motor primario y verificar que el alternador funciona como motor síncrono.

Si ahora pusiéramos bajo carga el motor síncrono, este mantendrá la velocidad constante hasta que la carga no alcance un valor tal por el cual el motor “pierde el paso” y tiende a pararse.

6. ANALISIS Y RESULTADOS:

Inicialmente se realizó la configuración mostrada en el la figura 3, pero alimentando el motor primario con 42V (corriente continua). Inicialmente se debió llevar el grupo a la velocidad de 3600 rpm, reduciendo la resistencia de armadura para alcanzar dicha velocidad.

Figura 4. Configuración para el motor

Se acondiciono un reóstato de campo (RC) cuya función era la variación de la velocidad mecánica del rotor o grupo. Una forma de aumentar la velocidad del grupo era reducir la corriente de campo, es decir hacer la variación en el reóstato de campo, para aumentar la resistencia

Corriente de Armadura (A)

Velocidad(rpm)

2,36 1700

2,85 3600

Tabla 1. Relación entre la corriente de armadura y la velocidad de grupo.

Figura 5. Ubicación de los reóstatos de armadura y campo.

Una vez el grupo alcanzo la velocidad constante de 3600 rpm, ya que se tienen que asegurar una frecuencia de 60Hz se procedió a realizar la configuración del alternador, que al excitarse progresivamente auemntando la corriente , entre sus fases debía alcanzar un voltaje generado de 44V, es decir los voltajes de línea fueron iguales.

Se utilizó el Sincronoscopio para comprobar la secuencia de fases, por medio del método de las tres lámparas, a través de los terminales abiertos que iban hacia el sincronoscopio. Inicialmente las tres lámparas lucían brillantes, eso indicaba que había una diferencia de fases, hasta que dos de las lámparas inferiores parpadearon a la misma intensidad, mientras que la lámpara superior estaba apagada, a partir de ese momento fue posible colocar el interruptor en ON, ya que el sistema se encontraba en sincronía.

Se procedió a realizar la configuración del alternador, midiendo el voltaje entre fases, la conexión realizada se puede observar en la figura 6.

Ra

Rc

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Figura 6. Conexión del alternador.se coloco un voltímetro para medir la tensión entre cualquiera de sus fases, en este caso

La sincronía de los sistemas, se puede observar en la figura 7

Esto se puede observar en la figura 7:

Figura 7. Sincronoscopio en funcionamiento, indicando que el sistema se encuentra en sincronía, y listo para ser acoplado.

En esta sincronía también fue posible observar los voltajes de línea, y fase que debían ser aproximadamente iguales. Cuando el sistema se encontraba trabajando más rápido que el sistema en funcionamiento, las luces rotaban en sentido horario. Si la maquina en aproximación era más lenta, la secuencia de las luces giraba en sentido anti- horario.

Finalmente cuando los voltajes en fase ( es decir se alcanza la sincronía ), el interruptor se pudo cerrar para interconectar los sistemas.

Figura 8. Voltajes de línea fase, y en terminales que fueron ajustados por medio del reóstato de campo Rc.

Se eliminó el voltaje de alimentación del motor (los 42V en corriente continua), ya que el sistema logro alcanzar la sincronía; y a partir de ese momento el sistema trabaja como motor sincrónico. La velocidad alcanzada por el grupo fue de 3600 rpm, manteniéndose siempre constante.

Figura 9. Velocidad de grupo de 3600 rpm, cuando el sistema empezó a trabajar como un motor sincrónico.

Al tomar lectura de los voltímetros para verificar las tensiones, se obtuvieron los resultados registrados en la tabla 2.

Voltaje de Línea (V)

Voltaje Generado

(V)

Corriente de línea (A)

Corriente de Armadura (A)

44.39 45 0,050 -4

45,10 45 1,22 0,015

Tabla 2. Valores registrados para los voltajes de línea y generados, donde se verifica que son aproximadamente iguales

También fue posible observar que el voltaje de campo, influye en la velocidad de grupo del motor, según los siguientes datos registrados:

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Corriente de excitación (A)

Voltaje de Campo (V)

Velocidad (rpm)

6,522 3,18 3336

5,95 2,730 3597

Tabla 3. Relación entre el voltaje de campo y velocidad de grupo alcanzada.

7. CONCLUSIONES

Se utilizó la configuración de un alternador trifásico en condiciones normales, que pudiera trabajar en paralelo con la red asegurando siempre que el voltaje de línea y fase fuera aproximadamente , mediante la variación progresiva de la corriente de armadura, además por medio del sincronoscopio se visualizó la sincronía de las fases, con modificaciones en la corriente de campo y armadura, finalmente se logró que el grupo mantuviera una velocidad constante de 3600rpm, asegurando que los sistemas estuvieran en sincronía ( alternador y red) , para finalmente se conectados, una vez alcanzada la sincronía el sistema implementado puede trabajar a manera de motor síncrono, sin que el motor primario dependa de una fuete de alimentación externa.

8. REFERENCIAS

[1] Fitzgerald, A. E., Kimgsley, Ch. y Umans, S. “MAQUINAS ELECTRICAS”. Editorial McGraw-Hill. México. 1992.

[2] Chapman, S. J. “MAQUINAS ELECTRICAS”. Editorial McGraw-Hill. Colombia. 1987.

[3] Fraile Mora, J. “MAQUINAS ELÉCTRICAS”. Editorial McGrawHill. 2003.

[4] UNED. “TEORIA GENERAL DE MAQUINAS ELECTRICAS”. 6. Unidades didácticas. Madrid.