informe de laboratorio de conversión electromecánica n°10

Informe de laboratorio de conversión electromecánica de la energíaExperiencia n°10: Motor de Inducción

Informe de laboratorio de conversión electromecánica

Experiencia n°10:Motor de Inducción

Integrantes : Felipe BarreraJorge ContrerasFrancisco Cortes Iván ZamoraSamuel Vargas

Profesor: Carlos Ávila Fecha: 10/11/2015

INTRODUCCION


Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motor de corriente alterna en el que

la corriente eléctrica del rotor necesaria para producir torsión es inducida por inducción

electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Por lo tanto un motor de

inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su misma excitación. En este

informe se verá el trabajo realizado con este tipo de motor para luego analizar los datos

medidos.

Marco Teórico


El motor de inducción al igual q el motor sincrónico consta de dos piezas fundamentales las cuales son: el estator que es la pieza fija la cual esta conformada por pares de polos los cuales serán alimentados por tensiones trifásicas generando así un campo magnético giratorio que afectara al rotor siendo así inducido un voltaje que así vez generara un campo magnético que tendera a alinearse con el campo de excitación esta es la pieza móvil y la segunda pieza fundamental de este tipo de motores.

Este campo giratorio generado por el estator gira a una velocidad denominada sincronismo la cual es determinada por la ecuación

Velocidad desincronismo=ns= f 60p

Donde P son los pares de polo y f es a la frecuencia en que se encuentra la red de excitación por lo que podemos definir el termino deslizamiento provocado por la persecución del campo del rotor al campo de excitación dando así origen a las ecuaciones de deslizamiento y velocidad de rotor dadas por las siguientes relaciones:

Deslizamiento=S=ns−nns

100 %Velocidad derotor=ns(1−s)

Considerando el hecho que se generan similares condiciones en comparación del circuito magnético del transformador podemos generar un modelo similar a partir de esta idea para representar los fenómenos eléctricos que genera el motor de inducción siendo dado por el siguiente circuito magnético equivalente

Dadas las consideraciones de este circuito equivalente además de modelarlo se podrán determinar sus parámetros de interés respectivos mediante ensayos como se realizo


en experiencias anteriores con transformadores y motores sincrónicos siendo denominados como: ensayo de rotor bloqueado y ensayo de vacio

Ensayo en vacio

Figura 1

V: voltaje fase I: Corriente de línea P: Potencia

Rfe=V

φ2

P If =

V φ

Rfe Im=√ I2−If 2 Xm=

V φ

Im

Ensayo Rotor Bloqueado

Figura 2

V: voltaje Fase I: Corriente de línea P: Potencia Fase

Rcc= PI 2

Zcc=

V φ

I Xcc=√Zcc2−Rcc2

Xcc2

=X1=X2 ´

Rcc2

=R1=R2 ´


Luego de determinar los parámetros del circuito equivalente es necesario conocer el diagrama de perdidas que presenta este motor para luego determinar un método que nos entregue la característica de torque útil que efectúa el motor

En el estudio del torque producido por el motor de inducción debemos hallar la potencia convertida pero mediante relaciones entre el deslizamiento y sus velocidades hallamos que la el torque inducido esta dado por la potencia disipada en el entre hierro tal como describe la ecuación:

Para determinar la potencia en el entre hierro se empleara el circuito equivalente thevenin del modelo en cuestión para hallar la corriente que afecta dicha resistencia por fase para con el fin de hallar el parametro I2¨ y asi establecer la ecuacion que define el torque inducido producido por el motor


Otro parámetro de interés es analizar los diferentes modos de uso del motor de inducción como se muestra en la siguiente grafica de toque v/s velocidad del rotor en donde podemos evidenciar que puede ser usado como: freno , motor y generador. Al observar la grafica podemos identificar un torque máximo

el cual logramos cuando se presenta la potencia consumida por este resistor sea máxima siendo asi empleamos el teorema de máxima transferencia de potencia dice que la potencia máxima que se transfiere al resistor de la carga R2/s se presentará cuando la magnitud de esta impedancia sea igual a la magnitud de la impedancia de la fuente siendo descrito este procedimiento por las siguiente ecuaciones:


1. El par inducido del motor es cero a velocidad síncrona. Este hecho ya se analizó.2. La curva par-velocidad es casi lineal entre vacío y plena carga. En este intervalo, la resistencia del rotor es mucho más grande que la reactancia, por lo que la corriente del rotor, su campo magnético y el par inducido aumentan linealmente conforme aumenta el deslizamiento.3. Hay un par máximo posible que no se puede exceder. Este par, llamado par máximo o par de desviación, es dos o tres veces el par nominal a plena carga del motor.La siguiente sección de este capítulo contiene un método para calcular elpar máximo.4. El par de arranque del motor es un poco mayor que el par a plena carga, por lo que este motor puede arrancar con cualquier carga que pueda alimentar a plena potencia.5. Nótese que el par del motor, dado cierto deslizamiento, varía con el cuadrado del voltaje aplicado. Este hecho es útil para una forma de control de velocidad de los motores de inducción que se describirá más adelante.6. Si la velocidad del rotor del motor de inducción es mayor que la velocidad síncrona, se invierte la dirección del par inducido en la máquina y ésta se convierte en generador, que transforma potencia mecánica en potencia eléctrica. Más adelante se describirá el uso de motores de inducción como generadores.7. Si el motor gira en sentido contrario en relación con la dirección de los campos magnéticos, el par inducido en la máquina la detendrá rápidamente y tratará de hacerla girar en la otra dirección. Puesto que invertir la dirección de rotación de un campo magnético es sólo cuestión de conmutar dos fases del estator, este hecho se puede utilizar para detener con rapidez un motor de inducción. La acción de conmutar dos fases para detener con prontitud el motor se llama frenado por contracorriente.

Marco practicoPasos a realizar en la experiencia

1) Verificar el diagrama circuital solicitado.


2) Solicitar los instrumentos de medición en el pañol.

Instrumento Cantidad Numero ModeloWattmetro 2

Coseno fimetro 1

Voltímetro 2

Amperímetro Análogo de C.C 2

Amperímetro

Análogo de C.A 1

3) Desarrollo de conexiones para los diferentes experimentos

Conexiones experimento

Conexión máquina generalizada como motor de inducción.

-Se debe conectar la fuente variable a la protección trifásica y entre dos de los terminales un voltímetro para verificar el valor de salida.

-Se debe conectar un Amperímetro en una de las líneas de salida de la fuente (en este caso R).

-En serie a la línea R se conecta la bobina de corriente del watt metro 1 y se deben conectar la bobina de voltaje del watt metro entre la línea R y S.

-Entre la línea R S y T se debe conectar el coseno fimetro y la bobina de corriente de este se conecta en la línea R y desde este se debe conectar a la bonina 1.

-Y Entre las línea S y T se debe conectar la bobina de voltaje del watt metro 2 y en serie a la línea T se conectar la bobina de corriente y desde este se debe conectar a la bobina 9.


-Desde la línea S se debe conectar a la bobina 5 y se conectan entre si las bobina 3´ 5´ y 9´ .

-Entre el primer terminal de la protección (línea R) y la bobina 3 de la maquina deben conectar un interruptor y también uno entre el ultimo terminal de la protección (línea T) y la bobina 9. Observación estos dos interruptores deben accionarse al mismo tiempo.

3. Para el ensayo de vacío ideal, mantenga el rotor en circuito abierto y aplique la tensión nominal en el estator.

En este ensayo también se debe conectar la maquina generalizada es lo siguiente:

Parte del Dinamo Basculante.

- Se Conecta una fuente de volteje regulada a 220V y en paralelo a un voltímetro para verificar este valor.

- En paralelo a esto conecte un amperímetro, luego en serie al amperímetro un reóstato de 990 y en serie a la bobina X del motor y la bobina XX del motor cierra esta parte del circuito en la fuente.

- Y en paralelo a todo esto se debe conectar un amperímetro y en serie al amperímetro un reóstato de 22 y de este en serie a la bobina A de motor y la bobina AA del motor cierra el circuito en la fuente.

En la especificaciones del experimento se les pide impulsar el conjunto en sentido anti reloj mediante la dínamo basculante a 3000 rpm (velocidad sincrónica), para ello deben ir variando la fuente periódicamente hasta llegar a 220 v para luego reducir al mínimo el reóstato de partida y luego subiendo periódicamente el otro reóstato hasta que la maquina gire a 3000 rpm.

Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Voltaje de la fuente (V) Corriente (A) Watt metro 1

(W)Watt metro 2

(W)Potencia

Total (W)Coseno fimetro


240 0,5 -50 60 10 0.78

4. Detenga el conjunto y haga el ensayo de rotor bloqueado, para lo cual debe cortocircuitar el rotor y aplicar tensión reducida hasta que circule la corriente nominal.

Voltaje de la fuente (V) Corriente (A) Watt metro 1

(W)Watt metro 2

(W)Potencia

Total (W)Coseno fimetro

121 4 90 450 540 0,67

5.Para proceder con los ensayos en carga, conecte la dínamo basculante como generador de corriente continua con excitación independiente, según la siguiente figura. Varíe la carga y mida tensión, potencia, corriente de entrada al motor, torque en el eje y velocidad.

-Desde la bobina A deben conectar un amperímetro en serie y desde este se conecta a una protección y desde la AA al otro terminal de la protección y en paralelo a la protección se debe conectar un voltímetro.

-Desde la protección conectamos la carga a utilizar.

-Desde una fuente variable de C.C conectamos un amperímetro y en serie un reóstato de 990 de donde este se debe conectar a la bobina X y luego desde la bobina XX conectamos al lado negativo de la fuente.


Los datos obtenidos fueron:

Carga (luces)

Corriente (A)

Wattmetro 1 (W)

Wattmetro 2 (W)

Potencia total (W)

Coseno fimetro

Torque (Libra)

Velocidad (rpm)

Voltaje (V)

Voltaje de la fuente

(V)10 3,7 530 890 1420 0,92 2 2384 104 2379 3,4 500 810 1310 0,93 1,9 2440 107 2388 3,25 470 760 1230 0,935 1,8 2482 110 2387 3 440 710 1150 0,94 1,75 2527 113 2386 2,6 400 640 1040 0,945 1,6 2590 117 2385 2,4 330 560 890 0,95 1,5 2646 121 2384 2 310 500 810 0,95 1,3 2699 124 2383 1,75 260 435 695 0,945 1,1 2746 128 2392 1,5 210 360 570 0,935 0,9 2799 131 2391 1,25 160 300 460 0,925 0,75 2838 136 2390 1 115 240 355 0,88 0,5 2880 140 240

6. Repita lo anterior, pero conectando a cada fase del rotor una resistencia en serie del mismo valor.

Carga (luces)

Corriente (A)

Wattmetro 1 (W)

Wattmetro 2 (W)

Potencia total (W)

Coseno fimetro

Torque (Libra)

Velocidad (rpm)

Voltaje (V)

Voltaje de la fuente (V)

10 3,7 500 930 1430 0,9 2,2 896 53,7 2389 3,6 470 875 1345 0,92 2 1132 61,3 2388 3,3 450 800 1250 0,93 1,95 1233 75,7 2397 3,2 450 800 1250 0,93 1,95 1285 79,6 2396 3,2 440 770 1210 0,94 1,9 1346 83,2 2395 2,9 410 700 1110 0,94 1,75 1512 95 2384 2,6 380 640 1020 0,94 1,6 1700 107,7 2383 2,35 340 550 890 0,945 1,5 1869 121 2392 1,8 280 460 740 0,945 1,25 2110 136,5 2391 1,5 230 375 605 0,93 1 2327 151,7 2390 1,3 150 280 430 0,9 0,7 2540 169,4 240

Desarrollo Guía de Trabajo

1. Analice y haga un diagrama del flujo de energía en el motor de inducción.


De esta forma se deduce el diagrama de flujo de energía

Pp1=Pcu1+PFe1

P1=Pa+Pp1

Pp2=Pfe2+Pcu2

Pmi=Pa-Pp2

Pmi=Pm+Pu

2. Calcule los parámetros del circuito equivalente.

Se obtuvo los siguientes datos del ensayo en vacio:

Diagrama de flujo de la energía


Voltaje de la fuente

(V)

Corriente (A)

Wattmetro 1 (W)

Wattmetro 2 (W)

Potencia Total (W)

Coseno fimetro

240 0,5 50 60 110 0.78

Se obtiene lo siguiente:

Rfe = V² / W = 240² / 110=Rfe = 523.63 Ω

Ife = V / Rfe = 240 / 523.63= 0.458 A

Im = (Io² - Ife² ) = (0,5² - 0,458² )= 0.2 A

Xm = V / Im = 240 / 0.2 = 1200 Ω

Zm = 523.63 + j 1200 ΩEnsayo en cortocircuito:

Voltaje de la fuente (V) Corriente (A) Wattmetro 1

(W)Wattmetro 2

(W)Potencia Total (W)

Coseno fimetro

121 4 90 450 540 0,67

Se calcula:


Rcc =R1+R’2= Vcc/IN*cosϕ = 121/ 4*0.67=20,77 Ω

Xcc=X1+X’2=Vcc/IN*senϕ=121/4*0,74=22.385

Zcc= (Rcc²+Xcc²) = (20,77²+22.385²) = 30.53 Ω

Zcc=20.77+j 22.385 Ω

3. En base al circuito equivalente, calcule y dibuje los valores de la potencia transferida a través del entrehierro, corriente de estator y rendimiento v/s deslizamiento.

El circuito equivalente puede ser representado según la siguiente expresión:

Donde:

Rcc /2≈R1≈R’2≈ 10,36 ΩXcc/2≈X1≈X’2≈ 9,42

Rfe = 484 ΩXm = 256 Ω


Z1=10,36+j9,42Zm=Rfe*jXm/(Rfe+jXm)= 484*j256/(484+j256)=105,8+j200ZTH=(10,36+j9,42)*(105,8+j200)/((10,36+j9,42)+(105,8+j200))=9,61+j9,1

VTH=220*(105,8+j200)/( 105,8+j200+10,36+j9,42)=207,9

Potencia entrehierro:

Pa(s) S1811 11892 0,91971 0,82044 0,72102 0,62127 0,52094 0,41954 0,31633 0,2762 0,07463 0,04122,8 0,010 0


Corriente del estator I1

La corriente en el estator está dada por

Usando los datos obtenidos, Ley de Ohm y Leyes de Kirchhoff, se obtiene la siguiente igualdad

I1 s8,08 17,85 0,97,58 0,86.33 0,55,68 0,44,84 0,2


2,37 0,11,91 0,071,59 0,051,44 0,041,15 0,010,9 0,0010,92 0,000000001

P I s

0 1811 8,08 10,037 1892 7,85 0,90,079 1971 7,58 0,80,127 2044 7,3 0,70,176 2102 6,9 0,60,255 2127 6.33 0,50,335 2094 5,68 0,40,391 1954 5,3 0,30,4 1633 4,84 0,20,562 762 1,91 0,070,468 463 1,44 0,040,16 122,8 1,15 0,010 0 0,92 0


4. Sobreponga a los gráficos anteriores las características obtenidas por medición en el laboratorio.

P (Watts) I(A) s

0,344 100 0,44 00,523 640 1,7 0,0830,498 840 2,25 0,120,38 1530 4,4 0,270,311 1710 5 0,4


5. Comente las ventajas y desventajas de agregar resistencias al devanado del rotor. Justifique con las características obtenidas de los ensayos.

El rotor tiene un arrollamiento trifásico en el que uno se conecta en estrella y el otro se envía a un anillo aislante entre sí, esta disposición hace posible de introducción de resistencias externas por los anillos, en el ensayo realizado se introdujo una carga RR igual a la del rotor y a medida que aumentábamos la carga se limitaba la corriente de arranque, mejoraba las características del par y existía la posibilidad de controlar la velocidad del rotor, esta posibilidad genera la opción de controlar el arranque y el frenado del motor.

CONCLUSION

En relación a lo medido y calculado, y luego las comparación realizadas en los distintos

gráficos expuestos en el informe, damos como conclusión que los parámetros, y los valores

teóricos sufren una variación en relación a lo medido, pero aun así la tendencia teórica sí se

logra ver con claridad.


El ensayo a rotor bloqueado se realizo satisfactoriamente, al aplicar la tensión reducida y

así poder encontrar la corriente nominal, y los valores calculados con esa información

fueron congruentes en cuanto a lo esperado.

En cuanto a los del manejo de la velocidad del rotor, se destaco que la implementación de

resistencia en el rotor, fue la que claramente afecto en ella, pero también pudimos analizar

que el rendimiento no es optimo, como también la regulación de la velocidad (rotor).

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