Ensayos del motor síncrono

Introducción

Los ensayos prácticos sobre el motor síncrono permiten obtener los valores de los componentes del esquema equivalente del mismo. Una vez determinados puede evaluarse analíticamente la máquina.

Los ensayos más característicos son:

·         Ensayo con corriente continua sobre el estátor.

·         Ensayo de vacío.

·         Ensayo de cortocircuito o de rotor bloqueado.

Ensayo con corriente continua sobre el estátor

Objetivo

Determinar la resistencia óhmica de las fases del estátor (RE del esquema equivalente) y consecuentemente las pérdidas en el cobre del estátor.

Como se realiza

Se hace pasar una intensidad de c.c. por los devanados del estátor igual, o menor, a la corriente eficaz que pasa por el motor en condiciones nominales, con el fin de que la temperatura de los devanados sea del mismo orden.

Con este fin, la corriente deberá circular durante el tiempo necesario para que se alcance la temperatura estabilizada de funcionamiento.

En la práctica, hay dos casos, dependiendo de cómo estén conectados los devanados del estátor:

Devanados en estrella

Conexiones en los devanados en estrella del estátor de un motor de inducción trifásico para la medida de la resistencia eléctrica de los mismos.

Devanados en triángulo

Conexiones en los devanados en triángulo del estátor de un motor de inducción trifásico para la medida de la resistencia eléctrica de los mismos.

En la práctica, para tener en cuenta el efecto pelicular o skin en los conductores, se suele aumentar el valor que se obtiene del ensayo  para RE, entre un 10% y un 20%.

Ensayo en vacío como generador

Objetivo

Permite determinar la característica de circuito abierto de la máquina, lo cual permite a su vez, determinar el voltaje E generado internamente por la máquina para cualquier corriente de excitación dada.

¿Cómo se realiza?

El generador se pone a funcionar a la velocidad nominal. Se desconectan entonces todas las cargas de los terminales del generador y se pone a cero la corriente de excitación.

En esta situación se comienza a aumentar paulatinamente la corriente de excitación, Iexc, midiendo en cada paso el voltaje en el estátor, V, por medio de un voltímetro de alta impedancia. Finalmente se representa la curva V - Iexc.

Ensayo en vacío de un generador síncrono

(1) A tener en cuenta

• Las tensiones del estator se miden entre dos fases (tensión compuesta). Para obtener la tensión del esquema equivalente deberá dividirse ésta por √3

• Inicialmente, para Iexc = 0 existe una pequeña tensión inducida como consecuencia del magnetismo remanente, y a medida que aumenta la intensidad de excitación aumenta E, primero linealmente y luego presentándose efectos de saturación.
• Modificando la velocidad de giro se obtienen curvas distintas consecuencia de que :

E=4,44 · N_f · K_W · f. Φ_P

Variación de la tensión de excitación de un generador síncrono

para diferentes velocidades e intensidades de excitación

• Pueden expresarse en una curva normalizada para la frecuencia:

Variación del flujo magnético en un generador síncrono

en función de la intensidad de excitación

Ensayo como generador con el estátor en cortocircuito

Objetivos

Permite obtener la reactancia sincrónica de la máquina.

¿Cómo se realiza?

Se impulsa la máquina a velocidad constante (la de sincronismo) estando los bornes de salida cortocircuitados. Para diferentes valores de intensidad de excitación para el motor Iexc, se mide la corriente que pasa por el inducido Icc.

Este ensayo debe realizarse con precaución para evitar un calentamiento excesivo en los devanados del estátor.

En concreto, cuando se supera la intensidad nominal de la máquina, se procurará que el tiempo de funcionamiento sea el imprescindible para hacer la lectura de ambas intensidades.

(1) Determinación experimental de Xs

Se utilizan las curvas de vacío y de cortocircuito, y el valor de R_E obtenido por el ensayo de c.c.

Con la saturación, además de otros efectos, las formas de onda dejan de ser senoidales y las ecuaciones de ondas senoidales no son aplicables y solo sirven como una aproximación para conocer el funcionamiento de la máquina.

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PROTECCIÓN CONTRA CONTACTOS INDIRECTOS

Para la protección contra contactos indirectos, distinguiremos en este post,  algunos de los tipos comprendidos en los dos grupos de medidas siguientes:

·         Grupo de medidas de protección sin puesta a tierra (sistemas pasivos)

·         Grupo de medidas de protección con puesta a tierra (sistemas activos)

Grupo de medidas de protección sin puesta a tierra

En este grupo de medidas estarían comprendidas aquellas que impiden el contacto o lo hacen inofensivo.

Persiguen suprimir el riesgo en sí:

·         Haciendo que los contactos eléctricos no sean peligrosos para las personas.

·         Impidiendo los contactos simultáneos entre las masas y los elementos conductores.

Estos sistemas de protección serían los siguientes:

·         Separación de circuitos.

·         Empleo de pequeñas tensiones de seguridad.

·         Separación entre las partes activas y las masas accesibles por medio de aislamientos de protección.

·         Inaccesibilidad simultánea de elementos conductores y masas.

·         Recubrimiento de las masas con aislamientos de protección

·         Conexiones equipotenciales

Grupo de medidas de protección con puesta a tierra

En este grupo de medidas se contemplan aquellas en que se considera la puesta a tierra directa o a neutro de las masas de la instalación, asociándolas a un dispositivo de corte automático que origine la desconexión inmediata de la instalación defectuosa.

Los sistemas de protección serían los siguientes:

·         Puesta a tierra de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto (neutro a tierra).

·       Puesta a tierra de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto (neutro aislado de tierra).

·         Interruptores diferenciales.

·         Dispositivos de corte por tensión de defecto.

·         Puesta a neutro de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto.

Ventajas e inconvenientes de los distintos sistemas de protección

GRUPO DE MEDIDAS DE PROTECCIÓN SIN PUESTA A TIERRA

Separación de circuitos

Se basa esta medida en el principio de separar el circuito de baja tensión susceptible de ser efectuado por un defecto, de cualquiera otra red, por ejemplo, de la red primaria  si el circuito secundario está alimentado, no por un generador autónomo, sino por otro circuito. Se debe utilizar entonces un transformador con bobinados separados, llamado "transformador de separación". Por otra parte, el circuito separado no debe tener ningún punto unido a tierra, debe ser poco extenso y presentar por sí mismo un buen nivel de aislamiento.

En estas condiciones, ningún punto del circuito ha fijado su potencial respecto a la tierra y, si una persona entra en contacto con una masa que se encuentre accidentalmente en conexión con un punto de este circuito, su cuerpo no será recorrido por ninguna corriente, aunque haya sido llevado al potencial del circuito, puesto que no se ofrece ningún camino a una corriente eventual.

La condición de pequeña extensión tiende, sobre todo, a evitar que se presente este camino de vuelta por las capacidades repartidas de los conductores y la de un buen aislamiento a impedir que no proporcione otro defecto este punto de retorno.

En atención a que esta medida de seguridad de los circuitos se considera como suficiente por sí misma y no obliga a ningún control permanente del aislamiento, es indispensable verificar el buen estado del aislamiento.

El circuito de corriente de la base de enchufe se halla separado galvánicamente de la red de tensión normal.

Los transformadores deben llevar la marca: 

 

Se utilizan para trabajos en interior o sobre recipientes metálicos, andamios metálicos, etc.

Empleo de pequeñas tensiones de seguridad

Utilización de tensiones no peligrosas (tensiones de seguridad) en caso de contacto accidental.

Estas tensiones son función de las condiciones del lugar de trabajo y se calculan en base a los siguientes parámetros:

·         Umbral de seguridad: 30 mA (por debajo del cual no se produce fibrilación ventricular ni asfixia).

·         Resistencias de 800 a 1.600 Ohms para locales conductores y secos respectivamente.

Por tanto, las tensiones de seguridad serán:

·         Locales conductores:  800 Ohms x 0,030 A = 24 V

·         Locales secos: 1.600 Ohms x 0,030 A = 48 V

El reglamento electrotécnico para baja tensión fija las tensiones de seguridad tanto para corriente continua como para corriente alterna de 24 V para locales conductores y 50 V para locales secos a la frecuencia de 50 Hz.

La conversión de tensiones se lleva a cabo mediante transformadores con separación galvánica o por generación directa.

Estos transformadores de seguridad deben llevar la marca:  

Se utilizan para la alimentación de herramientas o alumbrado portátil, salas de quirófanos, aparatos médicos, etc.

Separación entre las partes activas y las masas accesibles por medio de aislamientos de protección.

Este sistema de protección consiste en el empleo de materiales que dispongan de aislamientos de protección o reforzado entre sus partes activas y sus masas accesibles, además de su aislamiento funcional.

Este doble aislamiento puede hacerse de dos maneras: con aislamiento de protección de los elementos de las instalaciones o con aislamiento del lugar de trabajo.

Los aparatos que  llevan este sistema de protección están marcados con el símbolo: 
 

 ·         Protección de aparatos

·         Protección de instalaciones

 ·         Protección del puesto de trabajo

Inaccesibilidad simultánea de elementos conductores y masas

Este sistema de protección consiste en disponer las masas y los elementos conductores de tal manera que no sea posible en circunstancias habituales, tocar simultánea e involuntariamente una masa y un elemento conductor.

Para la aplicación de este sistema se tendrá en cuenta la forma y dimensiones de los objetos conductores que puedan ser manipulados usualmente en el local o emplazamiento de la instalación.

Conexiones equipotenciales

Se unen entre sí todas las masas de la instalación para evitar que aparezcan diferencias de potencial peligrosas entre dos puntos accesibles.

Conexiones equipotenciales de dos o más máquinas. La existencia de la misma tensión en ambas máquinas, en caso de quedar derivada una de ellas.

Si dos máquinas, carcasas, etc., se encuentran muy cerca una de otra y una de ellas sufre un defecto a masa, queda en tensión y la otra no. Al tocar las dos se produce una descarga. Sin embargo, si están las masas conectadas, esto no ocurre.

GRUPO DE MEDIDAS DE PROTECCIÓN CON PUESTA A TIERRA

Puesta a tierra de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto (Neutro a tierra)

Puesta a tierra de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto (Neutro aislado de tierra)

Interruptores diferenciales

Dispositivos de corte por tensión de defecto

Puesta a neutro de las masas y dispositivos de corte por intensidad de defecto

Protección mediante puesta a neutro de las masas (TN)

·         Se desarrolla en la Norma de Seguridad N.S. III-3.

·         Protección mediante puesta a neutro de las masas (TN)

·         Desconexión automática del fusible al producirse el defecto. Actuación antes de 5 segundos.

·         La instalación se alimentará con transformador independiente.

·         Es preceptiva la conexión equipotencial del conductor de protección a todas las masas metálicas (estructuras, tuberías, etc.).

·         No compatible con sistemas TT

Ver post: “Comparación y elección de los diferentes regímenes de neutro en baja tensión” en el siguiente link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2018/01/comparacion-y-eleccion-de-los.html

 

FUENTES:

AMYS: Medios de protección contra contactos indirectos en las instalaciones eléctricas de baja tensión”

Artículo 51 de la Ordenanza General de Higiene y Seguridad en el Trabajo,

Reglamento de Baja tensión, ITC-BT-24: “Protección contra los contactos directos e indirectos”.

REAL DECRETO 614/2001, sobre disposiciones mínimas para la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente al Riesgo Eléctrico

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