práctica nº 7 motor asincrónico _de inducción_ polifásico

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS DE AC - MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA

ING HAROLD JOSÉ DÍAZ M. MSC- GRUPO DE DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA 1

PRÁCTICA Nº 7: MOTOR ASINCRÓNICO (DE INDUCCIÓN) POLIFÁSICO

7.1 OBJETIVOS Estudiar las características de funcionamiento del motor asincrónico polifásico (de inducción). Obtención del diagrama circular. 7.2 CONCEPTOS BÁSICOS

Figura 7.1 Motor de inducción.

7.2.1 Definiciones 7.2.1.1 Motor asincrónico (de inducción). Motor que transforma energía eléctrica

de corriente alterna en energía mecánica y cuyas revoluciones no son proporcionales a la frecuencia de la tensión aplicada.

7.2.1.2 Motor de Jaula: Motor cuyo rotor es perforado axialmente por barras

normalmente circulares de cobre o aluminio, en las partes laterales son unidas por anillos conductores. pueden ser de jaula sencilla y doble jaula.

7.2.1.3 Motor de rotor bobinado: Motor asincrónico cuyo rotor esta formado por

un devanado imbricado conectado en Y. 7.2.1.4 Motor de gran reactancia (con desplazamiento de corriente): la jaula se

realiza mediante ranuras de sección rectangular, trapezoidal o en forma de botella de gran profundidad. En este tipo de motor se utiliza el fenómeno de desplazamiento de la corriente.



7.2.2 Teoría 7.2.2.1 Principio de funcionamiento: El principio de funcionamiento del motor de inducción puede ilustrarse utilizando el aparato de la figura 7.2.a). Un imán permanente esta suspendido encima de una línea de cobre o aluminio que hace pivote sobre un cojinete en una plancha de láminas de hierro El campo del imán se completa por tanto a través de la plancha de hierro. Cuando el imán gira, el disco situado debajo gira con el. El disco sigue el movimiento del imán, como se indica en la figura 7.1.b, debido a las corrientes parásitas inducidas producidas por el movimiento relativo entre un conductor (el disco) y un campo magnético. Por la ley de Lenz, el sentido de la tensión inducida (y las consiguientes corrientes parásitas) origina un campo que tiende a oponerse a la fuerza o movimiento que produjo la tensión inducida.

Figura 7.2 Principio de funcionamiento del motor de inducción.

En efecto, como se indica en la figura 7.1.b, las corrientes parásitas inducidas tienden a producir un polo sur en el disco en aquel punto situado bajo el polo norte giratorio del imán y un polo norte en el punto del disco situado debajo del polo sur giratorio del imán. Por consiguiente, el disco gira en el mismo sentido que el imán, pero debe girarse a la misma velocidad que el imán, entonces no habrá movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético y no se producirán corrientes parásitas en el disco.



7.2.2.2 Deslizamiento. Como se estableció anteriormente, la velocidad del disco nunca puede ser igual a la velocidad del imán. Si así sucediese, la corriente seria 0 y no se produciría flujo magnético o par. Por lo tanto, debe reducirse la velocidad a fin de producir par. Esto determina una diferencia de velocidades producida entre (1) la velocidad de sincronismo del campo magnético giratorio esencialmente función de la frecuencia para una máquina de inducción determinada, y (2) la velocidad a la que el disco gira como resultado del par producido por la interacción entre su campo y el campo magnético giratorio. Esta diferencia de velocidad entre (1) y (2) se denomina deslizamiento y ordinariamente se expresa como porcentaje de la velocidad de sincronismo (como deslizamiento porcentual o simplemente deslizamiento).

100*S

SSs r−= (7.1)

Donde:

( )sSSr −= 1 (7.2)

( )sp

fSr −= 1*120 (7.3)

En la que s es el deslizamiento porcentual (para finalidades de calculo en lugar del tanto por ciento siempre se emplea el tanto por uno). S es la velocidad de

sincronismo (p

f*120 ) en rpm del campo magnético giratorio producido por el

estator. rS es la velocidad del rotor en rpm. 7.2.2.3 Circuito equivalente del motor de inducción. En reposo, los motores polifásicos de inducción se pueden considerar en realidad transformadores estáticos. En el transformador, la carga del secundario es eléctrica, mientras que en el motor de inducción es mecánica. No obstante, en un circuito eléctrico equivalente al del motor de inducción, la carga mecánica se puede reemplazar por una resistencia pura.

ssRR −

=1

2 (7.4)

Siendo 2R la resistencia del rotor y s el deslizamiento. Si se examina el motor de inducción considerando que la relación entre las espiras del rotor y del estator sea de 1:1, su funcionamiento puede representar por medio



de un circuito equivalente (aproximado) como el de la figura 7.3. Este circuito aproximado se emplea para determinar el diagrama de círculo.

V’

Figura 7.3 Circuito equivalente aproximado del motor de inducción.

7.2.2.4 Diagrama circular del motor de inducción. En la figura 7.3, el circuito shunt se conecta fuera de la impedancia del estator, y la corriente en el shunt Io no circula por dicha impedancia. Como se sabe, si en un circuito en serie la reactancia permanece constante y la resistencia varia, el lugar geométrico del vector intensidad de corriente es un círculo. Por consiguiente, si la corriente activa y la reactiva se representan gráficamente, una en función de la otra, el lugar geométrico del extremo de su suma vectorial que es siempre la corriente total, será un círculo. En el círculo de la figura 7.3, la corriente Io en el circuito shunt es constante, en el circuito de la derecha, las reactancias 1X y 2X y la resistencias 1R y 2R son todas esencialmente constantes, pero R varia con la carga. Por consiguiente, el lugar geométrico del extremo de la vector intensidad 2I es un círculo como se indica e la figura 7.4.

7.4 Diagrama circular del motor de inducción



Como la intensidad de la corriente total I suministrada al motor es la suma de la variable 2I y de la constante 0I , el lugar del extremo de I es también un círculo. Así, en la figura 7.4, para cargas que varían, el lugar de la intensidad del motor I (punto E) es el arco del circulo PEHK . Este diagrama es aproximado, ya que se desprecian la caída por impedancia y las pérdidas en el cobre del estator debidas a las corrientes de imanación y a las parásitas en el núcleo. El vector tensión Vn se hace coincidir con el eje Y. Los datos para trazar el diagrama se obtienen por medio del ensayo de motor en vacío y rotor bloqueado (impidiendo el movimiento del rotor) como se hace con los alternadores y transformadores. Empleando los datos obtenidos en estos ensayos, se puede determinar el funcionamiento del motor con un grado de precisión aceptable gracias al diagrama circular. 7.2.2.5 Ensayo de motor en vacío Primero se hace marchar el motor a la tensión nominal en vacío nV , y se mide la tensión de la línea y la intensidad de la corriente en la misma, así como la potencia total oP en vatios. Puede determinarse luego el ángulo θ del factor de potencia.

ono IV

Po**3

cos =θ (7.5.)

La tensión por fase nV se traza verticalmente (fig.7.4.), y la intensidad en vacío Io (por fase) se traza retrasada un ángulo oθ con relación a nV . 7.2.2.6 Ensayo en corto circuito (rotor bloqueado) Se impide el movimiento del rotor en corto circuito. Para que la Intensidad de la corriente se pueda mantener dentro de los límites razonables, se reduce la tensión de alimentación por fase a c.cV , valor que debe ser tal que de aproximadamente la intensidad en corto circuito igual a la nominal. La intensidad por fase Ic.c. , la potencia total Pc.c. y la tensión por fase c.c.V se miden en dichas condiciones. La intensidad medida Ic.c. se multiplican por la relación que hay entre la tensión nominal nV (por fase) y la reducida V´ del motor, lo que da OHIB = , que es la intensidad por fase que correspondería si se aplicara la tensión nominal de la línea

nV con el rotor en corto circuito. La corriente tiene un retraso de fase c.c.θ con relación a nV siendo:



1

....

.... **3

coscccc

cccc IV

P=θ (7.6.)

7.2.2.7 Construcción del diagrama de círculo. Se traza OL a la derecha de la perpendicular nOV , e OPIo = formando un ángulo

oθ con nOV , luego se traza OH Ic.c. = , formando un ángulo c.c.θ con nOV , con lo que se determinan los puntos P y H del circulo. Se trazan PH y PK paralela a OL . Tomando PK como diámetro se traza una semicircunferencia que pase por los puntos P y H. El centro M de la circunferencia se encuentra levantando en el punto medio de PH la perpendicular M´M cuya intersección con PK da dicho centro. Con centro en M y radio MP se traza la circunferencia PEHK . Desde H se baja luego una perpendicular HJ a OL . La recta HF se divide entonces en dos segmentos tales que RI:RI GF:HG 1

212

22= , es decir en la relación

de las resistencias del secundario y del primario, por que se supone que la relación de espiras entre el rotor y el estator es 1:1. Luego se traza la recta PG . Si el rotor es bobinado, la recta HF se divide directamente en dos segmentos HG y GF que están en la relación 12 R : R .

Las pérdidas totales por resistencia del estator y del rotor están representadas por HF , que se determina con el rotor frenado y a la frecuencia total del estator. Debe recordarse que 2R es la resistencia del rotor referida al estator. Si /

´2R es la resistencia real del rotor, el valor que se emplea en el diagrama circular es )²n : (n*R:R 21

/22 , siendo 1n y 2n las aspiras del estator y del rotor.

Para el motor de jaula de ardilla, la distancia HF se determina con el rotor en corto circuito y GF se hace igual a 1

21 RI siendo 1R la resistencia efectiva del estator ,

que puede ser de 1,3 a 1,6 veces su resistencia ( Rcc ) en continua. El punto G queda así determinado. 7.2.2.8 Información obtenida del diagrama circular. Para cualquier corriente de carga de intensidad I, la del secundario es PE I2 = , vectorialmente igual a OI-I . EA es la componente energética de I. Además se obtiene:

a) La potencia total absorbida: n1 V*EA P = por fase. b) Las pérdidas en el núcleo y por razonamiento: nV*BA Pc = por fase. c) Las pérdidas en el cobre del primario: n1 V *BC R I² = por fase.



d) Las del secundario: V *CD R I² n1 = por fase. e) La potencia útil: nV * DE P = por fase f) El rendimiento: AE:DE g) El par; CE T = ( a escala) h) El deslizamiento: CE : CD s = i) El factor de potencia: I :EA cos =θ

El diagrama se dibuja para una sola fase del motor. Los valores de la potencia, pérdidas y par deben multiplicarse por su número n de fases. La determinación de la escala del par se puede consultar en la bibliografía 7.1. 7.3 TRABAJO DE LABORATORIO 7.3.1.1 Con ayuda de un puente de Wheatstone medir la resistencia ( Rcc ) por

fase del estator y del rotor (para rotor bobinado). 7.3.1.2 Efectuar el Ensayo de motor en vacío motor asignado como indica en el

numeral 7.2.2.5. 7.3.1.3 Efectuar el ensayo en corto circuito (rotor bloqueado) como indica en el

numeral 7.2.2.6. 7.3.1.4 Colocar carga al motor y tomar los datos de funcionamiento 7.3.1.5 Tomar los datos de placa del motor estudiado.

7.5 Diagrama de pruebas



7.4 EQUIPOS Y MATERIALES

SOLICITANTE ______________________________ CÓDIGO __________________SOLICITANTE ______________________________ CÓDIGO __________________LABORATORIO ______________________________ ESPACIO __________________PROFESOR RESPONSABLE _______________________ CÓDIGO __________________FIRMA ______________________________PRACTICA ( ) TESIS ( ) OTRO ( ) ______________________________

CANT DESCRIPCIÓN No FIRMA FECHA SALIDA FECHA ENTRADAINVENTARIO D M A D M A

La firma de esta solicitud implica el conocimiento y la aceptación del reglamento interno de los laboratorios.

1

3

1

1

1

1

1

Grupo motor generador

Tacometro

cos 3 AC

Tacometro

Watt 3 AC

Vol AC 300 Volt

UNIVERSIDAD DEL VALLEFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICAALMACÉN DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

cuchilla doble tiro

arrancador

3 Amp AC 20 A

1



7.5 INFORME. 7.5.1 Dibujar esquemas de los montajes utilizados en los ensayos. 7.5.2 Con base en los datos de los ensayos dibujar el diagrama circular del motor

de inducción utilizando una escala conveniente (diagrama circular tamaño carta).

7.5.3 A partir del diagrama circular obtener la información especificada en el

numeral 2.2.8 correspondiente al motor de inducción funcionando en condiciones nominales.

7.5.4 Determinar la escala para el cálculo del par y obtener el par nominal del

motor estudiado en Kgm. 7.5.5 Realizar las graficas de potencia de salida del motor (eje x) versus

eficiencia, deslizamiento y coseno fi (eje y)



7.6 BIBLIOGRAFÍA [1]. IEEE Std 112 – 2004. Standard Test Procedure for Polyphase Induction

Motors and Generators [2]. IEC 34-2 – 1996. Methods for determining losses and efficiency of rotating

electrical machinery from tests (excluding machines for traction vehicles) [3]. DAWES L., Chester – Tratado de Electricidad – Corriente Alterna Editorial

Gili. [4]. KOSOW L., Irving – Máquinas Eléctricas y Transformadores – Editorial

Reverte. [5]. LANGSDORF S., Alexander – Teoría de la Máquina de Corriente Alterna –

Editorial Mc Graw –Hill. [6]. GRAY ALEXANDER–G.A. Wallace– Electrotécnica – Fundamentos

Teóricos y aplicaciones Practicas – Editorial Aguilar. [7]. ENCICLOPEDIA CEAC DE ELECTRICIDAD – Máquinas de corriente

Alterna - Editorial CEAC. [8]. CORTES, Manuel – Curso moderno de máquinas Eléctricas Rotativas –

Editorial ETA.



%U Línea teórica

U Línea teórica

Iexc Potencia Cos Vol 1 Vol 2 Vol 3 Amp 1 Amp 2 Amp 3 RPM

120% 264

115% 253

110% 242

105% 231

100% 220

95% 209

90% 198

85% 187

80% 176

75% 165

50% 110

25% 55

0% 0

CARACTERÍSTICA DE MOTOR ASINCRONO EN VACÍO



%I Línea teórica

I Línea teórica

Iexc Potencia Cos ? Vol 1 Vol 2 Vol 3 Amp 1 Amp 2 Amp 3 RPM

110%

100%

75%

50%

25%

0%

CARACTERÍSTICA DE ROTOR BLOQUEADO

Potencia entrada

Potencia Salida

Cos ϕ Ia Ib Ic Vol 1 Vol 2 Vol 3 Amp 1 Amp 2 Amp 3 RPM

CARACTERÍSTICA DE CARGA

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