Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERÍA EL ÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
GUÍA DE LABORATORIO DE MÁQUINAS
ELECTRICAS II
EE-242
UNI 2020
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
1
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
ENSAYO Nº 1
ARROLLAMIENTO PARA MÁQUINAS ROTATIVAS DE
CORRIENTE ALTERNA
1. OBJETIVO
Estudio práctico de los bobinados polifásicos usados en motores asíncronos.
Influencia de la distribución de bobinas y análisis del contenido de armónicos que
genera un motor.
2. EQUIPO A UTILIZAR
-
Motor Westinghouse (WESCO): “Alternating Current Motor for Winding
Study”.
1 Amperímetro de pinza.
1 Multímetro.
1 Analizador de armónicos multifunción, Fluke 39.
1 Tacómetro o estroboscopio.
Extension trifásica.
Una llave cuchilla o un interruptor termo magnético 3Ф, 30 A.
Autotransformador 220/ 0-220 V o transformador 3 380/220.
Cables de conexión.
3. PROCEDIMIENTO
1° Caso:
Formar usando todas las bobinas disponibles, un arrollamiento trifásico simétrico
de 2 polos. Conectar en serie todas las bobinas de
una misma fase.
Aplicar 220 V en conexión estrella.
1. Arrancando el motor en forma directa, medir y anotar en un cuadro tabulado:
la velocidad de vacío, la corriente de vacío, la corriente de arranque, sentido
de giro del motor y el tiempo de arranque.
2. Analizar el contenido de armónicos de tensión (V) y corriente (I) hasta el
armónico ν = 9, así como la distorsión armónica total (THD) de ambos,
durante la operación del motor en vacío.
2° Caso:
Solo modificando las conexiones del primer caso, duplicar el número de polos
(de 2 a 4) del motor (conexión de polos consecuentes).
1. Repetir los puntos 1 y 2 del primer caso.
3o Caso:
Conectar el arrollamiento de 2 polos, del caso 1, en conexión doble estrella y
aplicar una tensión de tal manera que se mantenga Bmax constante, respecto a
la conexión en estrella simple.
1. Repetir los puntos 1 y 2 del primer caso.
Motor Westinghouse
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
2
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
El motor asíncrono que se utiliza para realizar las conexiones tiene un bobinado
trifásico tipo imbricado de doble capa, por lo tanto 48 bobinas distribuidas en 48
ranuras (un lado de bobina en la parte inferior y el otro en la parte superior), el
paso de bobina es única para cualquier caso y = 1 – 8 (7 ranuras de distancia
entre los lados superior e inferior).
Cada bobina tiene un número en un extremo y el mismo número aumentado en
cien en el otro (lo cual equivale también al mismo número con 1-1’, 2-2’…), lo
que significa que los bornes de la primera bobina son 1-101, como se muestra
en la siguiente figura:
8'
9'
7'
6'
5'
4'
3'
2'
10'
11'
1'
12'
48'
13'
17
15 14 13 12 11
16
10
8
18
14'
47'
9
6
20
15'
46'
7
19
45'
5
21
16'
23
17'
18'
3
24
2
25
1
26
19'
43'
42'
48
27
41'
47
28
20'
44'
4
22
46
21'
39'
44
30
43
31
22'
40'
45
29
33
23'
38'
42
32
34
35 36
37 38 39
40
41
37'
24'
36'
25'
35'
26'
34'
27'
28'
29'
31'
30'
32'
33'
En esta figura el lado superior de la bobina figuran como 1’, 2’, 3’, etc., mientras
que el módulo de laboratorio son: 101, 102, 103, etc.
4. CUESTIONARIO
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
3
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
1.
Mostrar el diagrama de conexiones del arrollamiento de una fase en cada
caso.
2.
Deducir la onda del campo magnético producido por una sola fase en
cada caso.
3.
Calcular y presentarlo en un cuadro tabulado el factor de paso (Kp), factor
de distribución (Kd), y el factor de devanado (Kdev) hasta el armónico ν =
15, para los casos de 2 y 8 polos.
3.
Explicar cómo se logra duplicar el número de polos (de 8 a 16) del
arrollamiento con sólo algunos cambios de conexión.
4.
Explique a qué se debe el cambio del sentido de giro al duplicar el número
de polos (de 8 a 16).
5.
¿Qué posibilidades hay de formar un arrollamiento bifásico balanceado
tetrapolar?, indicar que fuentes de alimentación se requiere para
alimentarlo y ¿cuál sería entonces su velocidad de vacío?
6.
Calcular teóricamente la proporción entre las corrientes de vacío
correspondientes a los tres casos ensayados.
7.
Dibujar la distribución de amper-conductor para una de las fases y calcule
la densidad lineal de corriente A/m (láminas de corriente) a lo largo del
entrehierro en cada caso.
8.
Mostrar el diagrama de conexiones para un arrollamiento de 12 fases y 2
polos.
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
4
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
ENSAYO Nº 2
LA MÁQUINA ASÍNCRONA
1. OBJETIVO
Realizar los ensayos de motor asíncrono en vacío y corto circuito (rotor
bloqueado), y partir de ellos obtener los parámetros del circuito equivalente y
determinar las pérdidas rotacionales y el pronóstico teórico de su
comportamiento. Luego operar la máquina como motor bajo carga y generador
auto excitado en vacío.
2. EQUIPO A UTILIZAR
-
Resistencia de arranque Ra 30 Ω, 8,5 A.
Resistencia de campo 1000 Ω, 1 A - 97,6 A.
3 llaves cuchilla 1 30 A.
01 amperímetro DC, 0-30 A.
01 amperímetro DC, 0 – 1 A.
01 amperímetro DC, 0-1,5 A.
01 multímetro digital.
01 Resistencia de carga 0 – 15 A o lámparas incandescentes.
01 amperímetro DC, 0 – 2,5 A.
Tacómetro o estroboscopio.
3. PROCEDIMIENTO
Observar las características de la máquina, bornes de conexión, anotar los
datos de placa, resistencia por fase del devanado de armadura y armar el
esquema eléctrico de la figura 2.1.
R
S
T
220 Vac
A
S
+
1
380 Vac
GA
Fluke 39
MAs
~
J
G
=
K
220 Vdc
HB
Rx
GENERADOR DC SHUNT
Figura 2.1.
3.1
ENSAYO EN VACÍO
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
5
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
Medir la resistencia de cada uno de los devanados ra, el promedio de las
tres será el valor que se tome como dato. Anotar la temperatura.
Luego la máquina debe ser arrancada con la tensión mínima del
autotransformador y sin carga en el eje, esperando que funcione un
tiempo prudencial para que las condiciones de lubricación se estabilicen.
Seguidamente elevar la tensión de alimentación hasta aproximadamente
un 120% del valor nominal y registrar para esta tensión la potencia y
corriente absorbida por el motor.
Disminuir la tensión de alimentación hasta aproximadamente 50% de Vn
y anotar para cada valor de tensión, la potencia y corriente (10 juegos de
valores). Medir la temperatura de cada fase del estator una vez culminado
este ensayo.
V0 (V)
3.2
P0 (W)
I0 (A)
Q0 (VAR)
cos  0
n (rpm)
ENSAYO EN CORTO CIRCUITO (ROTOR BLOQUEADO).
Bloquear el rotor adecuadamente y aplicar a la máquina asíncrona una
tensión reducida de tal manera que la corriente consumida no sobrepase
los límites de la corriente nominal. Tomar simultáneamente varios juegos
de lecturas (6 valores como mínimo) de tensión, corriente y potencia
hasta aproximadamente 1,5In. Culminado el ensayo medir las
resistencias por fase del estator ra.
Vcc (V)
3.3
Pcc (W)
Icc (A)
Qcc (VAR)
cos  cc
ENSAYO COMO MOTOR BAJO CARGA
Acoplar los ejes de las máquinas, asíncrona y la de corriente continua,
luego arrancar la máquina asíncrona aumentando gradualmente la
tensión de alimentación hasta el valor nominal; luego excitar el generador
de corriente continua, de tal manera que genere su tensión nominal.
Enseguida conectar a los bornes del generador de CC la resistencia de
carga RL o las lámparas incandescentes, las cuales deberán estar en su
posición de máximo valor de resistencia.
Ajustar el valor de RL o encender las lámparas de tal manera que el motor
asíncrono tenga una velocidad en el eje correspondiente a un
deslizamiento del 3% (debido al torque frenante que surge en el
generador); a continuación registrar la velocidad, potencia y corriente
absorbida por el motor asíncrono, la tensión en bornes del generador DC
y la corriente en la resistencia de carga del mismo.
Máquina Asíncrona
n (rpm)
P (W)
Q (VAr)
V (V)
I (A)
cos 
Máquina CD
Vcd (V)
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
6
Icd (A)
UNI-FIEE
T (N-m)
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
3.4
EE 242
ENSAYO COMO GENERADOR
Modificar las conexiones del circuito del generador CD para obtener el
motor shunt CD (figura 2.2).
R
S
T
220 Vac
A
S
+
1
380 Vac
GA
Fluke 39
J
G
=
MAs
~
K
220 Vdc
HB
Ra
Rx
Motor primo.
Figura 2.2.
Arrancar el motor de corriente continua con la resistencia de campo en
su mínimo valor y la de armadura en máximo, observar el sentido de giro.
Desconectar esta máquina y arrancar el motor asíncrono con tensión
reducida verificando que el sentido de giro sea el mismo que el de la
máquina CC. Si no son iguales alterar la secuencia de fases de la tensión
trifásica, permutando dos líneas cualesquiera. Arrancar nuevamente el
motor CC y llevarlo a la velocidad cercana a la síncrona (velocidad del
campo en el motor de inducción). A continuación conectar el motor
asíncrono a la red, con la tensión del autotransformador en la misma
posición.
Incrementar esta tensión gradualmente hasta 380 V aproximadamente.
A estas condiciones aumentar la velocidad hasta alcanzar la corriente
nominal en una de las máquinas.
Seguidamente medir la potencia, tensión y corriente en el estator,
corriente en la máquina de corriente continua y la velocidad rotórica.
Repetir estas mediciones reduciendo gradualmente la velocidad hasta
alcanzar la velocidad síncrona (tomar 10 valores como mínimo).
Máquina Asíncrona
n (rpm)
P (W)
Q (VAr)
V (V)
I (A)
cos 
Máquina CD
Vcd (V)
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
7
Icd (A)
UNI-FIEE
T (N-m)
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
4.
EE 242
CUESTIONARIO
1. Relación de los valores tomados en la experiencia.
2. A partir del juego de valores del ensayo de vacío calcular:
P00  Pfe  Pmec
P00  P0  3r1 I102
Pcu1  3r1 I102  Pérdidas en el cobre del estator
P
cos 0  0 - Factor de potencia en vacío.
3VI 0
3. Graficar en un mismo cuadro las características del motor
asíncrono en régimen de marcha en vacío, es decir, P00, I0 y cos
como funciones de la tensión aplicada. Explicar la tendencia de
cada curva y defina el intercepto de determinaría en el eje de las
ordenadas la interpolación de la curva P00.
4. A partir de las lecturas del ensayo a rotor bloqueado calcular: Zcc
y Rcc en  / fase y tabularlos en función de la tensión aplicada.
5. Graficar en un mismo cuadro Pcc, Icc, Zcc y Rcc como funciones de
la tensión aplicada. Explicar las tendencias.
6. Calcular los parámetros del circuito equivalente “T” equivqlente de
la máquina asíncrona para tensión nominal.
7. A partir de 6, evaluar los parámetros del circuito equivalente “L”
invertida.
8. Construir el diagrama circular usando el circuito equivalente “L”
invertida.
9. A partir de 8 se pide:
Operación como motor:
Para un deslizamiento de 3%, determinar: corriente,
potencia absorbida, factor de potencia, potencia en el eje
y eficiencia. Comparar estos resultados con los obtenidos
experimentalmente. Explicar las divergencias.
El deslizamiento para torque máximo.
La máxima potencia en el eje.
Operación como generador.
Entregando por sus bornes la corriente de operación
como motor encontrada en 9.1, determinar: el
deslizamiento, potencia entregada en bornes, factor de
potencia, potencia recibida por el eje y eficiencia.
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
8
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
La máxima potencia que puede entregar por sus bornes y
el deslizamiento en estas condiciones.
Para la máquina como generador construir la característica teórica de potencia en
bornes vs. Velocidad o deslizamiento. Contrastarla con los puntos experimentales.
Calcular errores y explicar divergencias.
Ubicar los puntos experimentales tomados para el generador y ubicarlos en el diagrama
circular trazado en la experiencia. Explicar diferencias.
Dar un mínimo de 5 observaciones y 5 conclusiones.
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
9
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
ENSAYO Nº 3
GENERADOR SÍNCRONO I
1. OBJETIVO
Demostrar de forma práctica los ensayos de rutina aplicados al generador
síncrono, como son: prueba de vacío, cortocircuito trifásico, carga
puramente inductiva y resistiva, características en “V”, así como la
característica angular (de potencia). Demostrar la operación del generador
síncrono en régimen autónomo y en paralelo con la red.
2. EQUIPO A UTILIZAR
- Resistencia de arranque Ra, 30Ω, 8,5 A.
- Resistencia de campo motor 1000 Ω, 1.2 A. Campo de la Ms.
- 03 Llaves cuchilla 2x30 A.
- 01 Amperímetro CD 0-40 A.
- 01 Amperímetro CD 0-1,2 A.
- 01 Amperímetro CA 0-10 A. Ia.
- 01 Voltímetro CA 0-300 V.
- 01 Multímetro digital.
- 01 Instrumento multifunción FLUKE 39.
- Resistencias de carga de 0-15 A, 220V o Lámparas
incandescentes.
- 01 Amperímetro CD 0-1,5 A. Campo generador.
- 01 Tacómetro o estroboscopio.
- 01 Autotransformador trifásico.
- Cables de conexión.
3. PROCEDIMIENTO
Observar las características de la máquina, bornes de conexión, anotar los
datos de placa, resistencia por fase del devanado de armadura y armar el
esquema eléctrico de conexiones para la operación del generador.
Determinar la distribución de los amperímetros CA y CD e incluirlo en el
informe previo. Armadura en delta o estrella. Figura 3.1.
3.1 Ensayo en vacío.
Verificar para el motor de corriente de accionamiento de continua tipo
shunt, que la posición del reóstato de campo Rx se encuentre en posición
de mínima resistencia y el de armadura Ra en máxima.
Ponerlo en marcha cerrando el interruptor S1 de la red de 220 Vdc y
llevarlo hasta la velocidad síncrona del generador, verificar periódicamente
que se mantenga constante.
Cerrando el circuito de la excitación del generador síncrono S2, disminuir
la resistencia de campo Rx para elevar la tensión generada hasta 120% de
la tensión nominal. En seguida disminuir gradualmente la tensión
(aumentando Rx) para tomar de 8 a 10 valores de tensión y corriente de
campo If, hasta dejar abierto el circuito y anotar la tensión remanente del
generador (cuando If=0).
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
10
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
S
V
+
S2
If
A
220 Vdc
-
1
A
+
GA
Rx
J
M
=
Excitación
Ms
K
220 Vdc
HB
Rx
Ra
Motor primo.
Figura. 3.1.
Ensayo en cortocircuito trifásico
Retirar la excitación, abriendo S2 (If=0). Poner en cortocircuito los bornes
del generador síncrono RST, tal como se muestra en la figura 3.2.
Imax=1,2In
+
S2
A A A
If
A
220 Vdc
-
Rx
Excitación
Ms
Figura. 3.2.
En seguida cerrar el circuito de excitación y aumentar gradualmente If de
tal manera que se obtenga de 3 a 5 valores de la corriente de armadura
Icc. Anotar este juego de valores en una tabla.
If
Icc
If p.u.
Icc p.u.
Esta característica resulta ser lineal debido a que su mismo devanado
representa una carga inductiva (ra≈0).
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
11
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
Ensayo bajo carga de factor de potencia cero.
Para realizar esta prueba es necesario acoplar o poner en paralelo el
generador síncrono con la red industrial (barra infinita). Entre la red y el
generador se conectará un autotransformador de tensión regulable, el
cual representará a la carga inductiva. El esquema de conexión en
paralelo es el mismo que de la figura 1, para la puesta en paralelo se
utilizan las lámparas o el sincronizador, como se muestra en la figura 3.3
R
S
220 Vac
T
Lámparas
al apagado.
V
+
S2
A
220 Vdc
-
A
A
S1
A
+
GA
Rx
M
=
J
K
220 Vdc
HB
Ra
Rx
-
Figura. 3.3
Con la máquina ya en sincronismo con la red, incrementar la excitación
o sobreexcitar (disminuyendo Rx del devanado de campo del generador)
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
12
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
hasta que entregue su corriente nominal, anotar los valores de If y V.
Ajustar la tensión del autotransformador a un nuevo valor y mantener
constante la corriente de armadura actuando sobre la corriente de
excitación. Anotar nuevamente las nuevas mediciones If y V. La prueba
será satisfactoria si cosφ ≤ 0,1-0,2 lo que se verifica con el fluke 39.
If (A)
V (V)
P (W)
Q (VAr)
Cos φ
If (pu)
V (pu)
Repetir el proceso para otras 4 ó 6 tensiones del autotransformador.
Ensayo bajo carga resistiva
Estando el generador síncrono operando a condiciones nominales de
vacío (tensión y frecuencia nominal), sin el autotransformador, conectar
una carga trifásica resistiva que consuma a tensión y frecuencia nominal
la corriente de armadura nominal. Para mantener constante la tensión se
debe interactuar sobre If, Rx del generador síncrono, y para mantener
constante la velocidad se debe interactuar sobre la corriente de campo If,
Rx del generador shunt.
Anotar el valor de la corriente de armadura, corriente de excitación,
frecuencia y tensión del generador síncrono (Ia, If, f, V).
Ia (A)
If (A)
f (Hz)
V (V)
A continuación desconectar la carga gradualmente sin variar la corriente
de excitación del generador If y manteniendo constante la frecuencia con
la corriente del campo del motor shunt, medir la tensión generada en
vacío. Tener cuidado que el generador no se embale al quitar la carga.
Nota: Como carga resistiva se puede utilizar tres reóstatos o tres juegos
de lámparas.
+
220 Vdc
-
A
A
Rx
Ms
Figura 3.4.
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
13
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
4.
CUESTIONARIO
4.1
Relación de las lecturas tomadas en la experiencia.
4.2
Trazar las características de vacío, cortocircuito y factor de potencia cero.
4.3
Graficar las características anteriores en un mismo cuadro en pu.
4.4
A partir de los resultados de 4.2 determinar las reactancias no saturadas
y saturadas (xd, xq), la relación de cortocircuito (RCC), el factor de
saturación para tensión y corriente nominal.
4.5
A partir de los resultados de 4.3 (conociendo la resistencia de armadura
por fase), trazar los diagramas fasoriales de Pothier del generador
síncrono operando a tensión y corriente nominal, para los siguientes
factores de potencia: 1, 0,8 inductivo y 0,8 capacitivo. Obtener en cada
caso la fem Ef. La regulación de tensión y excitación necesaria If.
4.6
Determinar el error porcentual, tomando como referencia los resultados
experimentales, en la fuerza electromotriz Ef y la excitación necesaria
para la prueba experimental con carga resistiva. Explicar los errores
obtenidos.
4.7
Dar un mínimo de 5 conclusiones.
ENSAYO Nº 4
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
14
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
GENERADOR SÍNCRONO II
1. OBJETIVO
Demostrar de forma práctica los ensayos bajo carga para la determinación
experimental de la característica P-  y las curvas en “V” del generador
síncrono. Asimismo la prueba de deslizamiento para la estimación de las
reactancias en el eje directo y en cuadratura en una máquina de polos
salientes.
2. EQUIPAMIENTO
- Resistencia de arranque Ra 30Ω, 8,5 A.
- Resistencia de campo motor 1000 Ω, 1.2 A. Campo de la Ms.
- 03 Llaves cuchilla 2x30 A.
- 01 Amperímetro CD 0-40 A.
- 01 Amperímetro CD 0-1,2 A.
- 01 Amperímetro CA 0-10 A. Ia.
- 01 Voltímetro CA 0-300 V.
- 01 Voltímetro CA con 0 en el centro de la escala.
- 01 Multímetro digital.
- 01 Instrumento multifunción FLUKE 39.
- 01 Resistencia de carga de 0-15 A, 220V o Lámparas
incandescentes.
- 01 Amperímetro CD 0-2,5 A. Campo generador.
- 01 Tacómetro o estroboscopio.
- 01 Autotransformador trifásico.
- Cables de conexión.
3. EQUIPO A UTILIZAR
Característica potencia vs. Ángulo de carga (P -  ).
Conectar el equipo tal como se muestra en la figura 4.1. Ajustar la
tensión, secuencia de fases y frecuencia del generador síncrono
(condiciones previas, sincronización), y ponerlo en paralelo con la
red.
El disco graduado dispuesto en el eje del motor primo ubicar un
origen   0 para medir el ángulo delta, para ello debe iluminarse
el disco con el estroboscopio.
Observar a continuación la dependencia entre la potencia P
entregada por la máquina y el ángulo de carga  , para ello debe
aumentarse el torque aplicado al eje del generador.
Tomar valores de P y  , desde las condiciones de mínima
potencia hasta potencia donde la corriente de armadura no supere
1,5 In.
Es necesario que durante la sobrecarga un integrante del grupo
este atento para regular el torque aplicado a la máquina en caso
de pérdida de sincronismo.
P (W)
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
Q (VAr)
15
cos
 (º)
Ia (A)
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
R
S
T
220 Vac
Lámparas
al apagado.
V
S1
A
+
+
-
A
A
GA
Rx
M
=
J
K
220 Vdc
HB
Rx
Ra
Figura 4.1.
Características en “V” del generador síncrono
Se desconecta el estroboscopio. Estando en paralelo el generador
síncrono con la red, regular su potencia entregada al 50% de la
potencia nominal y mantenerla constante, luego aumentar la
corriente de excitación If del generador hasta que la corriente de
armadura Ia alcance su valor nominal.
A partir de este juego de valores desexcitar gradualmente al
generador (disminuir If), la corriente de armadura Ia empezará a
disminuir y pasará por un valor mínimo para luego volver a
incrementarse, seguir bajando la excitación hasta que la corriente
de armadura sea la nominal. Anotar este juego de valores.
Seguidamente consiga la corriente de armadura mínima.
Estando Ia en el mínimo valor disminuir la carga del generador a
25% de la potencia nominal, manteniendo constante esta
potencia, repetir el proceso anterior. Realizar nuevamente lo
explicado, pero para una potencia de 0% de la nominal.
P=0,5 Pn
If
Ia
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
P=0,25 Pn
If
Ia
16
P=0 Pn
If
Ia
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
Prueba de deslizamiento
Reducir la potencia entregada por el generador a la red y sacarlo
del paralelo. Realizar el esquema de conexiones que se muestra
en la figura 4.2.
R
S
T
220 Vac
Autotrasformador a
tensión reducida.
V
A
+
A
GA
V Vcd
J
M
=
Ms
K
220 Vdc
HB
Rx
Ra
Figura 4.2
Encender el motor primo y llevarlo a una velocidad próxima a la
velocidad síncrona, de tal manera que el deslizamiento sea mayor
que el 2%.
Reducir la tensión de la red ajustable (autotransformador) a 0.25Vn
aproximadamente y cerrar el interruptor del generador, cuidando
que la corriente de armadura no supere su valor nominal. Se
deberá notar que el índice del voltímetro Vcd conectado en los
bornes del campo del generador empezará a oscilar suavemente.
Simultáneamente tomar las medidas de la tensión aplicada a la
máquina y la corriente de armadura que consume, cuando:
El índice del voltímetro Vcd pase por cero y cuando pase por un
máximo, es decir, la tensión máxima y mínima en los bornes del
generador y la corriente máxima y mínima que absorbe.
w
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
Vmax
17
Vmin
Imax
Imin
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
xd 
4.
Vmax
I min
xq 
Vmin
I max
Cuestionario
4.1 Relación de lecturas obtenidas en la experiencia.
4.2 Con la información obtenida en la prueba de deslizamiento estimar
las reactancias en el eje directo y cuadratura (xd y xq) de la máquina.
4.3 Calcular la relación xd/xq y compruebe si este valor se encuentra
dentro del rango usual para máquinas de este tipo y potencia. Explique.
4.4 Utilizando los valores xd, xq (4.3) y ra (medido en el ensayo 3), construir
la característica teórica P vs.  . Contrastarla con los puntos obtenidos
experimentales. Calcular los errores y explicar las divergencias.
4.5 De los gráficos anteriores indicar cual sería la potencia máxima que
podría entregar el generador sin perder el sincronismo y cuál es el ángulo
delta limite; contrastarlo con los cálculos teóricos.
4.6 Graficar en un mismo plano los datos experimentales de las
características en “V” (Ia vs if ) del generador síncrono operando en
paralelo con la red para cada caso (P=0%Pn, 25%Pn y 50%Pn). Calcular
el factor de potencia del generador cuando entrega la corriente de
armadura Ia por sus bornes y es excitado con una corriente de excitación
if.
Ia
cos 
fpd inductivo
cos 
cos 
50%
fpd capacitivo
25%
0%
I
f
4.7 En las graficas obtenidas en 4.6. Para cada caso ubicar los puntos
mínimos de la curva (Iamin ) y unirlos con una curva que constituirá el lugar
geométrico de cosθ=1,0 (característica de regulación). Estimar las curvas
a otros factores de potencia y determinar el límite de operación
estacionaria al disminuir if para cada caso (Para if mínimo).
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
18
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
Ia
Límite de operación
50%
25%
0%
fpd inductivo
fpd capacitivo
I
f
4.8 Dar un mínimo de 5 conclusiones y 5 observaciones.
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
19
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
ENSAYO Nº 5
GENERADOR SHUNT - COMPOUND
1. OBJETIVO
Estudio empírico de la autoexcitación del generador shunt y la
determinación de sus características en estado estable. Asimismo a partir
de esta máquina se implementa un generador de tipo compuesto.
2. EQUIPOS A UTILIZAR
- Resistencia de arranque Ra 30Ω, 8,5 A.
- Resistencia de campo motor 1000 Ω, 1.2 A. Campo de la Ms.
- 03 Llaves cuchilla 2x30 A.
- 01 Amperímetro CD 0-40 A.
- 01 Amperímetro CD 0-1,2 A.
- 01 Amperímetro CD 0-15 A. Ia.
- 02 Voltímetros CD 0-300 V.
- 01 Multímetro digital.
- 01 Resistencia de carga de 0-15 A, 220V o Lámparas
incandescentes.
- 01 Amperímetro CD 0-2,5 A. Campo generador.
- 01 Tacómetro.
- Cables de conexión.
3. PROCEDIMIENTO
Observar las características de la máquina, bornes de conexión, datos de
placa y armar el modulo según el esquema eléctrico de conexiones para
la operación como generador mostrado en la figura 5.1 (la carga resistiva
puede ser una resistencia o un juego de lámparas).
A
+
S2
A
V
220 Vdc
A
J
M
=
GA
G
=
HB
Rx
S3 +
A
GA
K
I
J
If
K
S1
V
RL
220 Vdc
HB
Rx
Ra
-
Motor.
Generador.
Figura 5.1.
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
20
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
Antes de arrancar el motor debe de verificarse la posición de los reóstatos
Ra y Rx, de la manera que se limite la corriente de arranque y a la vez que
tenga un torque necesario para su aceleración (Ra en máximo valor y Rx
en mínimo). Cerrando el interruptor S1 de la fuente de corriente continua,
poner en marcha el motor verificando el sentido de giro que indica la
flecha, para lo cual disminuir gradualmente Ra y ajustar la velocidad al
valor nominal (aumentando Rx), el cual debe de mantenerse constante
para todas las pruebas.
3.1 Características de excitación
Con el interruptor S3 abierto, medir con el multímetro la tensión
inducida en la armadura, cerrar el interruptor, con Rx en máximo valor y
observar en el multímetro el efecto producido sobre la tensión generada.
Si la conexión no posibilita la autoexcitación, permutar los bornes del
devanado de excitación o de armadura. Observar ahora la dependencia
de la tensión inducida con respecto a If reduciendo Rx sin tomar aun
valores; regresar luego a la máxima resistencia.
En vacío
Excitar nuevamente la máquina incrementando If hasta obtener una
tensión del 120% de la nominal. Anotando la tensión y la excitación en
este punto disminuir monótona y gradualmente If hasta tomar 8 o 10
valores. Finalmente con If=0 (S1 abierto) se anota la nueva tensión
remanente.
En carga
Con la tensión generada al mínimo verificar que RL se encuentre en su
máximo valor, luego conectarla. Aumentar la corriente de excitación If
hasta alcanzar una tensión en bornes de aproximadamente el 70%Vn.
Ajustar RL hasta lograr la corriente de carga igual al valor nominal.
Registrar la tensión en bornes V y la corriente de excitación If.
Luego actuar sobre Rx y RL para aumentar If (por lo tanto V), manteniendo
I constante. Anotar los nuevos valores de I y V.
3.2 Característica Externa
Con RL en máximo valor, llevar la tensión hasta 0,9Vn aproximadamente
y medir la corriente de excitación If correspondiente.
A partir de este punto tomar los valores de tensión en bornes (V),
corriente de excitación If, reduciendo RL gradualmente hasta alcanzar
corriente máxima tolerada por esta resistencia. Tratar de completar
característica hasta el punto de cortocircuito, considerando que
sobrecarga de la máquina debe ser muy breve.
la
la
la
la
3.3 Característica de regulación
Con la carga RL en máximo valor, elevar la tensión (reduciendo Rx) hasta
el 90%Vn aproximadamente. Bajo estas condiciones elevar gradualmente
la corriente de carga (reduciendo RL) y al mismo tiempo, para mantener
constante la tensión, elevar la corriente de excitación If (reduciendo Rx).
Tomar de 4 a 6 valores de If e I.
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
21
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
3.4 Variación de la característica externa en conexión Compound
(compuesta).
Efectuar los cambios de conexión en el generador tal como se muestra
en la figura 5.2, la bobina de tipo serie y repetir el procedimiento 3.2.
Invertir la polaridad de la bobina serie y repetir lo anterior. Apuntar valores
de tensión (V) y corriente (I) para ambos casos.
A
A
+
S2
A
V
J
GA
M
=
G
=
HB
Rx
+
A
GA
K
I
J
If
V
K
220 Vdc
S
1
HB
Rx
Ra
-
Motor.
Generador.
Figura 5.2
4. CUESTIONARIO
4.1
Relación de las lecturas tomadas en la experiencia.
4.2
Trazar las características en vacío y en carga a corriente no min
en un mismo cuadro. Conociendo la resistencia de armadura
incluyendo interpolos, trazar el lado triángulo característica del
generador para una tensión en bornes.
4.3
Recoger tres pares de valores (Ef, If) de la característica de vacío,
de tal manera que se cumpla:
If3=If2+I; If1+I y aproximar una parábola de la forma:
Ef = a0 + a1If + a2If2
Verificar los errores porcentuales respecto a los experimentales.
4.4
Del “triángulo característico” trazado en 4.2 anotar el cateto que
cuantifica. Puede asumirse (no es estrictamente correcto) que
este valor expresado en amperios es proporcional a la corriente
de armadura CIa. Calcular C.
4.5
Para considerar el efecto desmagnetizante de la reacción de
armadura se puede considerar que I’f=If -CIa (siendo If=V/Rf,
Rf=resistencia del devanado de campo+Rx), y evaluar la Fem.
inducida E y la constante C de 4.4.
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
22
UNI-FIEE
Laboratorio de Máquinas Eléctricas II
EE 242
4.6
Trazar la característica externa experimental del generador shunt.
En el mismo cuadro graficar la característica externa teórica. Esta
debe obtenerse utilizando la ecuación hallada en 4.5 dando
valores para I. Discutir y sustentar las divergencias.
4.7
Trazar la característica experimental de regulación para una
tensión en bornes V igual.
BIBLIOGRAFÍA

M. P. Kostenko, L. M. Piotrovski. 1976. Máquinas Eléctricas, tomo
II. Editorial Mir. Primera edición. Rusia.

Jesús Fraile Mora. 2003. Máquinas Eléctricas. Mc Graw-Hill
/Interamericana de España, S. A. U. Quinta edición. España.

Luis Rojas Miranda 2007 Curso de Máquinas Eléctricas II EE-214
Apuntes del curso.
EXPERIENCIAS LIBRES (EL) SUGERIDAS POR LOS PROFESORES
EL1. Arranque y operación del motor síncrono.
EL2. Arranque Υ/∆ y operación del motor asíncrono trifásico de J. A.
EL3. Arranque y regulación de velocidad del motor asíncrono trifásico de anillos
rozantes.
EL4. Corrección del factor de potencia del motor asíncrono trifásico de J. A.
EL5. Operación del generador asíncrono auto excitado.
EL6. Operación del motor asíncrono trifásico conectado a una red monofásica.
EL7. Arranque y operación de un motor monofásico con condensador de
arranque.
EL8. Distribución de bobinas en un motor asíncrono de J. A. y análisis del
contenido de armónicos de corriente y tensión.
EL9. Arranque y operación del motor asíncrono trifásico de J. A. tipo Dalhander.
EL10. EL11. Aplicación del variador de frecuencia en el arranque y regulación de
velocidad de un motor asíncrono trifásico
Ing. Luís Rojas Miranda / ccg
23
UNI-FIEE