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Practica #5: Prueba de vacío y rotor bloqueado de máquina a inducción Luis Guiracocha, Pablo Tonato
[email protected] [email protected] [email protected] .ec Universidad Politécnica Salesiana - Sede Cuenca Laboratorio de Maquinas Eléctricas II Resumen--- en el presente informe se dará a conocer como realizar la prueba en vacío de una máquina de inducción. Para ello tomaremos datos tanto de la corriente como de voltaje para poder calcular la única incógnita que es la resistencia, la cual a su vez nos permitirá permitirá calcular esquematizar el circuito equivalente. Además, también se realizara la prueba de rotor bloqueado para poder determinar el comportamiento de la maquina en ambas situaciones. Palabras Claves — prueba en vacío, prueba de rotor bloqueado, corriente, voltaje, resistencia. resistencia.
OBJETIVOS Objetivo General: Obtener los parámetros de la rama en paralelo del circuito equivalente de la máquina de inducción.
Objetivos Específicos:
Realizar la prueba de vacío de la máquina de inducción. Realizar la prueba de rotor bloqueado de la máquina de inducción. Calcular y esquematizar la rama paralela del circuito equivalente de la máquina de inducción.
I. INTRODUCCIÓN Como es por regla general de realizar pruebas en los elementos a utilizar en cualquier tipo de máquina tanto en motores, generadores o transformadores existen las pruebas de corto circuito y pruebas de vacío. Para ello debemos basarnos en los esquemas que puede ser proporcionado por los propios fabricantes de dichos elementos. En las practicas anteriores ya se vino realizando los dos tipos de pruebas que se pueden realizar a una máquina, ahora completaremos estas pruebas realizando la prueba en vacío de una maquina a inducción. En este tipo de pruebas se tomaran únicamente datos los cuales nos permitirán determinar su resistencia resistencia respectiva esis dos datos son la corrientes y voltaje.
II. MARCO TEÓRICO 2.1. Prueba en vacío de una máquina de inducción. indu cción. Consiste en hacer funcionar el motor sin ninguna carga mecánica en el eje, es decir, la máquina trabaja a rotor libre.
Se debe aplicar la tensión nominal al primario , midiendo la potencia absorbida y la corriente de vacío . [2] El ensayo de vacío del motor asíncrono permite determinar los parámetros RFe y Xμ Xμ de la rama paralelo del circuito equivalente del motor asíncrono. [2] asíncrono. [2] Las magnitudes a medir en el ensayo de vacío son el valor de la tensión que alimenta a la máquina, Vn, que debe coincidir con la tensión nominal, la potencia absorbida por el motor, P0 y la corriente de vacío, I0. Los motores de inducción se caracterizan por no poder girar a la velocidad de sincronismo ya que si alcanzan la velocidad de sincronismo no generan par. Desde el punto de vista del circuito equivalente de la máquina, girar a la velocidad de sincronismo, s=0, implicaría que el valor de la resistencia del secundario R ′2/s ′2/s sería infinito. [2] Dado que no hay ninguna carga acoplada al eje, toda la potencia disipada corresponde a la energía necesaria en las pérdidas por rozamientos rozamientos y en la refrigeración, refrigeración, a través del ventilador, de la máquina. [1] La potencia absorbida en el ensayo de vacío, P0, es igual a la suma de las pérdidas en el cobre del estator, Pcu, las pérdidas en el hierro, PFe y las pérdidas mecánicas, Pm. [1]
= + + El valor de las pérdidas en el cobre del estator se obtiene multiplicando la corriente de vacío, I0, por el valor de la resistencia estatórica, R1. Para determinar las pérdidas en el hierro, PFe, y las pérdidas mecánicas, Pm, es necesario alimentar la máquina con varios niveles de tensión, desde su valor nominal hasta un valor alrededor del 50% de la tensión nominal. [1]
Fig1. Representación de perdidas mecánicas y perdidas de hierro en función de la tensión de alimentación. [1]
2.2. Rama en paralelo del circuito equivalente de la máquina de inducción.
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Este circuito representa al estator del motor pues para esta parte el rotor no tiene carga por lo que no ejerce ningún tipo de potencia mecánica. [3]
Puesto que la resistencia efectiva del rotor es una función de la frecuencia para motores de diseño clases B y C, la frecuencia incorrecta del rotor puede llevar a obtener resultados falsos en la prueba. [1]
Fig3. Diagrama de conexión para prueba de rotor bloqueado. [1]
2.5. formulas a utilizar para prueba de rotor bloqueado. Fig2. Rama en paralelo del circuito equivalente de la máquina de inducción. [3]
2.3. Fórmulas a utilizar para prueba en vacío. Potencia en vacío absorbida por el motor Pérdidas en el cobre del estator en vacío Factor de potencia en vacío
= cos =
vacío
= sin
estator
Impedancia total Resistencia en el rotor bloqueado
III. DESARROLLO
= cos
del circuito equivalente reducido al
√ 3 | = | √ 3 = 1 + 2
= =
= + +
Componentes de la corriente de
Componentes de la rama en paralelo
Factor de potencia
= =
2.4. Prueba de rotor bloqueado. La tercera prueba que se puede realizar en un motor de inducción para determinar los parámetros de circuito se llama prueba de rotor bloqueado o algunas veces prueba de rotor enclavado. Durante esta prueba que corresponde a la de cortocircuito del transformador, se bloquea o enclava el rotor de tal forma que no se pueda mover, se aplica voltaje al motor y se miden el voltaje, la corriente y la potencia resultantes. [1] Para llevar a cabo la prueba de rotor bloqueado, se aplica un voltaje AC al estator y se ajusta el flujo de corriente al valor aproximado de plena carga. Cuando la corriente está en su valor de plena carga, se miden el voltaje, la corriente y la potencia resultante que fluyen hacia el motor. [1] Sin embargo, esta prueba presenta un problema. En operación normal, la frecuencia del estator es la frecuencia de la línea del sistema de potencia (50 ó 60 Hz). En co ndiciones de arranque, el rotor también está a la frecuencia de la línea. Sin embargo, en condiciones de operación normal, el deslizamiento de la mayoría de los motores es tan sólo de 2 ó 4% y la frecuencia resultante en el rotor está en un rango de 1 a 3 Hz, lo cual crea un problema en cuanto que la frecuencia de la línea no representa las condiciones de operación normal del rotor.
3.1 Procedimiento: 1. Primero se procede a realizar las mediciones para la corriente en vacío por fase, donde se deben conectar tres amperímetros uno por cada fase y medir la corriente en cada una de ellas, la corriente será la resultante del promedio de las tres fases.
2. Calcular los parámetros de la rama paralelo de la máquina asíncrona y dibujar la misma, similar a la fig. 2 =
Conexión
V
I
R
U1-U2 V1-V2 W1-W2
3,740 3,702 3,756
3,7 3,7 3,7
1,0108 Ω 1,00054Ω 1,0151 Ω
Conexión
V
I
R
K-L L-M K-M
1,46 1,47 1,37
3,6 3,7 3,69
0,4055 Ω 0,397 Ω 0,371 Ω
3. Se toman los datos de la prueba realizado en vacío. w1 w2 V1 V2 I1 I2 temperatura
520 -120 213 212 3,8 1,8 16,2°C
= 1 + 2 = 520 − 120
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= 400 [] 1 + 2 = 2 213 + 212 = 2 = 212,5 [] 1 + 2 = 2 3,8 + 1,8 = 2 = 2,8 [] = √ 3 ∗ ∗ = √ 3 ∗ 212.5 ∗ 2.8 = 1030,57 = 400 = 1030,57 = 0.388 ( ) = = 67.2°
4. Datos de prueba de rotor bloqueado. = 99,1 V = 99,3 V P1=387 W
P2=-53,4W
I1=4,99 A I2=4,24 A Temperatura=26,7°C
= 1 + 2 = 387 − 53,4 = 333,6 [] + = 2 99,1 + 99,3 = 2 = 99,2 [] 1 + 2 = 2 4,99 + 4,24 = 2 = 4,615 [] = √ 3 ∗ ∗ = √ 3 ∗ 99,2 ∗ 4,615 = 792,95 = 333,6 = 793,95 = 0.4201 ( ) = = 65.15° IV. RECURSOS (ACCESORIOS Y MATERIAL FUNGIBLE): Cables de conexión Motor de inducción Siemens: Multímetros (3)
3
Vatímetros (3) Fluke (medidor de calidad) –opcional-
V.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
como son máquinas de inducción se pudo comprobar que los mismos no trabajan en plena corriente nominal de forma instantánea, sino que se tiene que ir variando desde el nivel más bajo hasta llegar al punto de operación. Se recomienda que antes de conectar los instrumentos de medición verificar las escalas a medir, y con lo que respecta la fuente se debe colocar una regulables ya que esto nos permitirá controlar la corriente. Si se coloca una fuente fija la maquina no funcionará por lo que sé que dará trabada. Se puede decir que las resistencias calculada tienes a ser cero, debido a que en la rama de magnetización tanto la corriente como el voltaje tiende a ser los mismos, en este caso nos dio valores de resistencias entre cero y uno, lo cual quiere decir que la prueba en vacío es correcta ya que la maquina no está conectada a ningún tipo de carga. En general se puede decir que ambas pruebas ya realizadas (prueba de vacío y corto circuito) nos permitirán entender el funcionamiento y comportamiento de cada una de estos tipos de máquinas. Una de las cosas que se puede notar a simple vista es en la temperatura que se presenta en la maquina a momento de realizar las pruebas, es decir que cuando se realiza la prueba de rotor bloqueado la temperatura duplica a la temperatura de la prueba en vacio.
VI. REFERENCIAS [1]
S. J. Chapman, "Motores síncronos", en Máquinas eléctricas, 4° Ed., México: Mc. GrawHill, 2005, Cap. 6, pp.346-379 [2] J. F. Mora, "Máquinas Síncronas", Máquinas Eléctricas, 5° Ed., México: Graw Hill, 2003, Cap. 5. [3] Ozuna, O. S., Hern, I. V., Xochiquetzal, I., God, A., Cervantes, M., Rodr, G. R., & Mart, R. (n.d.). Caracterización de los sistemas de control de voltaje y velocidad de una máquina síncrona para pruebas de corto circuito.
