Ingeniería de Máquinas y Sistemas Eléctricos: 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.