4° INFORME MOTORES MONOFÁSICOS

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LABORATORIO MÁQUINAS ELÉCTRICAS

LABORATORIO 4

“MOTORES MONOFÁSICOS.” CARRERA:

Mecánica Eléctrica

CICLO:

V

GRUPO:

C10-J

CURSO:

Laboratorio Máquinas Eléctricas.

PROFESOR:

Alfonso Fiestas

ALUMNOS: Torres Torres, Nhilson Denys. Vargas Rabines, Jose Manuel. Vargas Villegas, Jose Alfredo FECHA DE REALIZACIÓN DEL LABORATORIO:

09/06/2017

FECHA DE ENTREGA DEL INFORME:

23/06/2017

2017 – I Ing. Alfonso Fiestas, Elias

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ÍNDICE 1. INTRODUCCION 2. OBJETIVOS 3. FUNDAMENTO TEORICO 3.1 MOTOR DE INDUCCION 3.2 PRUEBAS EN EL MOTOR DE INDUCCION 3.2.1 ENSAYO DE VACIO O ROTOR LIBRE 3.2.2 ENSAYO DE ROTOR BLOQUEADO O CORTOCIRCUITO. 4. SEGURIDAD 5. PROCEDIMIENTO 6. LISTA DE EQUIPOS, HERRAMIENTAS Y MATERIALES 7. ACTIVIDAD 8. CUESTIONARIO 9. OBSEVACIONES 10.RECOMENDACIONES 10.RECOMENDACIONES 11.CONCLUSIONES 11.CONCLUSIONES 12.RECOMENDACIONES 12.RECOMENDACIONES 13.BIBLIOGRAFIA 13.BIBLIOGRAFIA 14.ANEXOS 14.ANEXOS

Ing. Alfonso Fiestas, Elias

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“ENSAYO A UN MOTOR DE

INDUCCIÓN.”

1. INTRODUCCIÓN Este trabajo es un desarrollo explicativo del funcionamiento de los motores monofásicos de inducción, y además estos mismos son maquinas transformadoras estáticas. Los motores monofásicos de inducción si bien no tienen representación a nivel industrial, si que la tienen a nivel doméstico y en el sector servicios. Casi todos los frigoríficos y expositores de frío comerciales de los supermercados están accionados por compresores cuyos motores son monofásicos; lo mismo que las lavadoras domésticas; portones de garajes, etc. Nos referimos al motor asincrónico. Este es una máquina de corriente alterna, de la que solamente una parte: el rotor o el estator, está conectado a la red y la otra parte trabaja por inducción, siendo la frecuencia de las fuerzas electromotrices inducidas proporcionalmente al resbalamiento. Por consiguiente la elección de un motor de cualquier tipo para una determinada instalación requiere el conocimiento de los conjuntos de características, las del motor y las de la instalación, algunas necesarias porque están impuestas, y no pueden ser elegidas arbitrariamente, otros en cambio pueden ser seleccionadas entre un conjunto de posibilidades. Para adoptar efectivamente el motor se debe tener en cuenta, las exigencias de la instalación donde se ha utilizar, considerando que como el motor tendrá ciertos límites, los cuales no deberán ser superadas; por otra parte, el motor con sus características propias impondrá a la instalación ciertos requerimientos, que esta deberá satisfacer y a la vez se pueden utilizar directamente. El comportamiento de estas máquinas cuando son sometidas a condiciones normales de trabajo, sus componentes y estructura son algunos de los temas que se trataran en este trabajo. Podemos considerarlos los hermanos pequeños del trifásico puesto que comparten con ellos la sencillez del conexionado y el principio de funcionamiento; sin embargo, no se pueden comparar en rendimiento energético ni en potencia. Veremos en este tema los: • • • • •

Motores de fase partida. Motores de fase partida de arranque por condensador. Motores con condensador de trabajo. Motores de dos condensadores. Motores de espira de sombra

2. OBJETIVOS ➢

Después de completar este ejercicios, usted será capaz de demostrar las principales características de funcionamiento de los motores de inducción monofásicos, empleando el modulo motor con arranque por condensador.

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3. FUNDAMENTO TEÓRICO 3.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Los motores monofásicos de inducción experimentan una grave desventaja. Puesto que sólo hay una fase en el devanado del estator, el campo magnético en un motor monofásico de inducción no rota. En su lugar, primero pulsa co n gran intensidad, luego con menos intensidad, pero permanece siempre en la misma dirección. Puesto que no hay campo magnético rotacional en el estator, un motor monofásico de inducción no tiene par de arranque. Si pensamos en un motor de un solo par de polos, podemos ver fácilmente que el campo generado por el devanado principal al conectarse a una fuente de tensión alterna tiene una dirección fija y un signo cambiante en forma sinusoidal. Los motores de inducción requieren un campo magnético rotante para inducir las corrientes adecuadas en el rotor y producir un par mecánico. Si el campo magnético es fijo en el espacio y alterno en el tiempo y el rotor se halla detenido (por ejemplo, al intentar arrancarlo) el circuito electromagnético resultante se asemeja mucho al de un transformador en cortocircuito, donde el rotor haría las veces de secundario. Para comprender el funcionamiento de estas máquinas debemos imaginar que el campo magnético alterno es en realidad la composición de dos campos de módulos constantes pero rotantes en sentidos opuestos. En la figura se esquematiza esta construcción abstracta en la que ahora se tiene el equivalente a dos motores trifásicos conectados en secuencias opuestas y unidos por su eje. 3.2. TIPOS DE MOTORES MONOFASICOS. 3.2.1.FASE DIVIDIDA CON DEVANADO AUXILIAR DE ARRANQUE. En este motor se utilizará un devanado auxiliar que solo se conectará durante el arranque, después funcionará únicamente con el devanado de trabajo. Así conseguiremos crear un campo magnético giratorio, que será la suma de dos campos magnéticos alternos y desfasados entre sí. Esto se produce porque están girados físicamente los devanados, y las corrientes consumidas por los mismos están desfasadas también, por tener distinta reactancia los dos devanados. 3.2.2.CON CAPACITOR DE ARRANQUE. Técnicamente mejores que los motores de fase partida. También disponen de dos devanados uno auxiliar y el otro principal. Sobre el devanado auxiliar se coloca un capacitor (condensador) en serie, que tiene como función el de aumentar el par de arranque, entre 2 y4 veces el par normal.

Fig.01. Curvas Capacitor de arranque 4

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3.2.3.CON CAPACITOR DE REGIMEN Este motor presenta dos devanados iguales (igual resistencia), pero en unos de ellos se conecta un condensador en serie, calculado para que en el punto nominal del motor, las corrientes de los devanados sean los más parecidas posibles y su desfase sea próximo a 90º. De esta forma el campo giratorio es casi perfecto y el motor se comporta a plena carga con un par muy estable y un buen rendimiento.

Fig.02. Capacitor de régimen 3.2.4.CON CA-CR El motor produce un par de arranque elevado si se utiliza un condensador de arranque CA y un condensador de servicio Cm. Mediante la capacidad de ambos condensadores se puede incrementar el par de arranque hasta un valor que sea 2 a 3 veces superior al par nominal. Por este motivo el motor puede arrancar en carga. Una vez que se haya acelerado, se desconecta el condensador de arranque quedando sólo el condensador de servicio o de marcha. Es necesario efectuar esta desconexión ya que, debido a la elevada capacidad total del condensador de arranque y del condensador de servicio, pasa gran intensidad a través del arrollamiento auxiliar. En régimen permanente, esto daría lugar a sobrecalentamiento.

Fig. 03. Curvas del CA-CR 5

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4. LISTA DE EQUIPOS, MATERIALES Y HERRAMIENTAS

LISTA DE EQUIPOS, MATERIALES Y HERRAMIENTAS Nº

DESCRIPCIÓN

1

MOTOR JAULA DE ARDILLA

2

CABLES DE CONEXION

3

TARJETA DE ADQUISICION DE DATOS

4

MOTOR MONOFASICO

IMAGEN

6

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5

FUENTE DE ENERGIA

6

CUMPUTADORA

7

SOFTWARE LVDAM-EMS

8

MULTIMETRO

9

AMPERIMETRO

7

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5. SEGURIDAD

CANTIDAD Nº

ELEMNTOS DE

IMAGENES

SEGURIDAD

1

Guantes

1

Botas dieléctricos

1

Mameluco

6. PROCEDIMIENTO 1) Dentro del puesto de trabajo EMC, Instale los siguientes módulos: la fuente de alimentación, el motor de inducción jaula de ardilla de cuatro polos, el motor con arranque directo por condensador y la carga capacitiva y el interfaz para la adquisición de datos (DAI) 2) EN la fuente de alimentación, asegúrese de que el interruptor principal este en posición 0 (apagado) y que la perilla de control de voltaje se encuentre girada completamente hacia la izquierda, asegúrese de que la fuente de alimentación esté conectada en una fuente trifásica. 3) Asegúrese de que el cable chato de la computadora esté conectada al módulo DAI. Conecte las entregadas ALIMENTACIÓN BAJA POTENCIA de los módulos DAI y el motor de impulsión / dinamómetro a la salida de 24V-CA de la fuente de alimentación. En la fuente de alimentación, coloque con el interruptor de 24 V – Ca en el posición l 4) Inicie la aplicación aparato de medición. En la aplicación aparatos de medición, abra el archivo de configuración existente ACMOTOR1. DAI y luego seleccione ver especial 1. 5) Conecte el equipamiento como la muestra la figura 4-26.

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6.1. FUNCIONAMIENTO MONOFÁSICO Y BIFÁSICO DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA TRIFÁSICO. 1. Encienda la fuente de alimentación y ajuste la perilla de control de voltaje para que el voltaje aplicado a cada arrollamiento del motor (indicado por el medido E1) sea igual al voltaje nominal de esos arrollamientos. Nota: LOS VALORES NOMINALE DE VOLTAJE Y CORRIENTE DE LOS ARROLLAMIENTOS DEL MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA DE CUATRO POLOS ESTAN INDICADOS EN EL PANEL FRONTAL DEL MÓDULO. 2. ¿Encuentra usted que el motor de inducción jaula de ardilla arranca inmediatamente y gira normalmente? -Si

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3. Inicie la aplicación Analizador de fasores y elija el fasor de voltaje E1 como fasor de referencia. Luego seleccione las sensibilidades apropiadas para observar el favor de voltaje E1 y los fasores de corriente I1, I2, I3. Estos fasores representan el voltaje de línea a neutro de la fuente de c.a y las corrientes de línea en el motor de inducción jaula de ardilla trifásico. 4. Los fasores I1, I2, I3 ¿tienen igual magnitud y están separados por un ángulo de fase 120°, mostrando de esta manera que ellos crean un campo magnético giratoria normal? - Si, porque están desfasados a 120º de manera fasorial.

5. Apague la fuente de alimentación. Abra el circuito en el punto A de la figura 4-26. Asegúrese de que la entrada de VOLTAJE E1 del módulo DAI permanezca conectada a la fuente c.a. 6. Encienda la fuente de alimentación. ¿Encuentra usted que el motor de inducción jaula de ardilla arranca inmediatamente y gira normalmente? -

si

En la aplicación Analizador de Fasores, observe los fasores de corriente I2 e I3. ¿Hay un desfase entre ambos fasores para crear un campo magnético giratorio? -

Si

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7. Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda. Abra el circuito en el punto B de la figura 4-26 8. Encienda la fuente de alimentación, coloque la perilla de control de voltaje en alrededor del 50% y espere aproximadamente 5 segundos. Luego, Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda. ¿Encuentra usted que el motor de inducción jaula de ardilla arranca inmediatamente y gira normalmente? -

No

9. Utilice el módulo carga capacitiva para conectar un condensador en el circuito del motor, como lo muestra la figura 4-27. Ajuste la capacitancia de dicho condensador con el valor indicado en la misma figura.

VOLTAJE DE LÍNEA (V ca) 120 220 240

C1 (uf) 15.4 5.1 4.6

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Figura 4.27 – Adición de un condensador en el circuito del motor.

a. Se requiere =(0.722uF+1.45uF+2.89uF)x3=15.336uF

b. Se requiere = 0.722uF+1.45uF+2.89uF=5.1uF

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c. Se requiere = 0.772uF+0.772uF+2.89uF=4.434uF

10. Encienda la fuente de alimentación y gire lentamente la perilla de control de voltaje hasta 100%. Mientras aumenta el voltaje, observe las fasores I2, I3 en la aplicación analizador de fasores. ¿Encuentra usted que el motor de inducción jaula de ardilla comienza a girar? Explique brevemente la causa. -

Si, el voltaje de 120 de fase gira con una velocidad menos.

11. En el módulo carga capacitiva, abra los interruptores para desconectar el condensador del circuito del motor y corte de la corriente de uno de los dos arrollamientos del motor de inducción jaula de ardilla. ¿Encuentra usted que el motor continúa girando, lo que demuestra que una vez que arrancó puede seguir funcionando con una alimentación monofásica? -

Continúa girando pero disminuyendo su velocidad considerablemente, giro gracias a que fue inducido por un campo magnético. Por la carga acumulada de la capacitiva.

Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda. 13

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6.2. FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN MONOFÁSICO (DEL TIPO ARRANQUE POR CONDENSADOR) 1. Quite todos los conductores, con excepción del cable de alimentación 24V CA. Luego monte el circuito del motor con arranque por condensador de la figura 4-28

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2. Encienda la fuente de alimentación y coloque la perilla de control de voltaje alrededor de 10%. En la aplicación de Analizador de Fasores, seleccione las sensibilidades apropiadas para observar los fasores de voltaje E1 y corriente I1. Note que el fasor I1 (Corriente de arrollamiento principal) atrasa al fasor E1 (Voltaje de la fuente). En la fuente de alimentación, ajuste la perilla de control de voltaje en la posición de 50%. ¿Encuentra usted que el motor con arranque por condensador comienza a girar? - No, no hay suficiente campo magnético que venza la inercia. 3. Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda. Conecte el devanado auxiliar del módulo motor con carga por condensador, como lo muestra la figura 4-29

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4. Encienda la fuente de alimentación y gire lentamente la perilla de control de voltaje hasta alrededor del 10%. En la aplicación de Analizador de Fasores, observe los fasores de corriente I1 e I2. El desfasaje de fasor I2 (corriente en el devanado auxiliar) con respecto al fasor E1, ¿es menor que el desfasaje del fasor I1? (Corriente del arrollamiento principal) con respecto al fasor E2, confirmando de esta manera que la impedancia del devanado auxiliar es más resistiva y menos inductiva cuando el motor está arrancando? -

La corriente I2 es más inductivo y el I3 es más capacitivo, dependiendo si se aleja o se acerca el E1.

El desfasaje entre los fasores de corriente I1 e I2 ¿es menor que 90°? -

Si porque en una bobina ideal no existe perdidas, es por eso que en lo real existe perdidas y es por esa razón que es menor de 90º.

En la fuente de alimentación, ajuste la perilla de control de voltaje en la posición de 50% ¿Encuentra usted que el motor con arranque por condensador comienza a girar? -

Si gira 5. Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de completamente hacia la izquierda. Modifique el circuito del motor conectando el condensador del módulo motor de arranque por condensador en serie con el devanado auxiliar, como lo ilustra la figura 4-30.

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6. Encienda la fuente de alimentación y gire lentamente la perilla de control de voltaje hasta alrededor del 10%. En la aplicación analizador de fasores, observe los fasores de corriente I1 e I2. La conexión de un condensador en serie con el devanado auxiliar ¿crea un desfasaje aproximadamente 90° entre los fasores de corriente I1 e I2? -

No, su ángulo de desfasaje oscila entre 10º y 15º.

En la fuente de alimentación gire lentamente la perilla de control de voltaje hasta la posición de 50% ¿Encuentra usted que el motor con arranque por condensador comienza a girar? -

Si, gracias a que almacena carga capacitiva.

Deje funcionar el motor durante unos minutos mientras observa los fasores de corriente de I1 e I2 en la aplicación analizador de fasores. 17

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7. Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda. En el módulo motor con arranque por condensador, repongo el disyuntor que se desengancho. Modifique el circuito del motor conectando el interruptor centrífugo del módulo motor con arranque por condensador en serie con el devanado auxiliar y con el condensador, como ilustra la figura 4-31

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8. Encienda la fuente de alimentación y gire lentamente la perilla de control de voltaje hasta 100%. Mientras aumenta el voltaje, observe los fasores I1 e I2 en la aplicación Analizador de fasores. ¿Encuentra usted que el motor con arranque por condensador comienza a girar? - Si. Explique brevemente por qué el fasor I2 (corriente del devanado auxiliar) desaparece poco después de que el motor comenzó a girar. El interruptor centrífugo se desconecta al encontrar una velocidad determinada que hace que la intensidad I2 desaparezca de la interfaz. 9. CUESTIONARIO CUESTIONARIO 1. cuando un motor de inducción jaula de ardilla trifásico está conectado a solo dos fases, dicho motor: a. funciona normalmente b. rota en sentido opuesto c. no arranca o arranca rotando en modo anormal. d. afecta la cantidad de potencia reactiva que suministrara 2. cuando un motor de inducción jaula de ardilla trifásico está conectado a solo una fase, dicho motor: a. funciona normalmente b. rota en sentido opuesto c. no arranca o arranca rotando en modo anormal. d. afecta la cantidad de potencia reactiva que suministrara 3.a un motor de inducción monofásico se le acciona un devanado auxiliar y un condensador para ayudarlo: a. a arrancar b. a aumentar el par de arranque. c. a producir un desfasaje entre las corrientes de los arrollamientos d. todas las anteriores. 4. los motores de inducción monofásicos del tipo con arranque por condensador utilizan un interruptor centrifugo para a adicionar un devanado auxiliar y un condensador al circuito del motor b. quitar un devanado auxiliar y un condensador al circuito del motor c. adicionar una resistencia solo en el circuito de arranque d. quitar resistencia solo del circuito de arranque 5. El devanado auxiliar tiene pocas espiras y alambre fino. Por lo tanto tiene 19

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a. baja resistencia y alta inductancia b. baja resistencia y baja inductancia c. alta resistencia y alta inductancia d. alta resistencia y baja inductancia 10. OBSERVACIONES •

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En el preciso instante que se dispuso utilizar los cables de conexión, se encontraron algunos de los cables rotos, por lo que se dispuso solo a utilizar los adecuados y separar los de mal estado Al momento de ingresar revisamos si todos los componentes se encontraban en modo apagado y con las llaves bajadas, y pudimos notar que nuestra fuente tenía su voltaje en un nivel diferente a 0V por lo que se dispuso a bajar la perilla. Debido a que los módulos de los motores tenían que ir dentro de la estructura, los otros equipos que se encontraban en ese momento fueron retirados y fueron puestos en un lado de la mesa lo que nos generó que nuestro espacio de trabajo se redujera.

11. CONCLUSIONES •

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Al aplicar una carga capacitiva en motor sigue girando manteniendo una velocidad constante gracias a que esta almacenada energía para después ser utilizada por el motor monofásico. En un motor de inducción están desfasados sus corrientes a 80º a comparación de un motor trifásico que están separados 120º, porque se encuentran elementos inductivos y reactivos que afectan a los fasores.

12. RECOMENDACIONES •

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Siempre que quieras empezar a realizar una nueva conexión, verificar que el circuito eléctrico se encuentre apagado, para poder evitar cualquier descarga eléctrica. Verificar que tus equipos de medición se encuentren cargados, y que no tengan complicaciones o fallas al realizar los trabajos. Mantener el área de trabajo es indispensable, si sabemos que utilizaremos dos motores en este laboratorio, primero disponer de uno y al hacer el cambio de motores, poner el otro en su lugar y no amontonarlo en nuestras mesas. Algo indispensable es usar los EPP, para mantenernos protegidos de cualquier accidente, hacia nuestras personas.

13. BIBLIOGRAFIA Recuperado de: http://repositorio.pucp.edu.pe/index/bitstream/handle/123456789/28690/maq uinas_electricas_cap10.pdf?sequence=23 [en línea]. Recuperado de: http://personales.unican.es/rodrigma/PDFs/Motores%20monofasicos%20de%2 0induccion.pdf [en línea]. •

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Recuperado de: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lep/salvatori_a_m/capitulo 2.pdf [en línea]. Recuperado de: https://www.researchgate.net/profile/Marino_Pernia/publication/235752028_ Motores_Monofasicosconceptos_basicos/links/02bfe5131e98cea5f8000000/Motores-Monofasicosconceptos-basicos.pdf [en línea]. 14. ANEXOS •

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4° INFORME MOTORES MONOFÁSICOS

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