OBJETIVOS Conocer la constitución electromecánica de los motores asíncronos. Familiarizarnos con la simbología y conexionado de las máquinas eléctricas del laboratorio en los ensayos, según las normas IEC y NEMA. Lograr la conexión y puesta en servicio del motor. Además de calcular sus pérdidas y eficiencia en función de la corriente de campo. Obtener el modelo de la máquina y curvas características a partir de los ensayos realizados.
FUNDAMENTO TEORICO MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motores eléctricos de corriente alterna. El motor asíncrono trifásico está formado por: El rotor.- Que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla b) bobinado El estator ..- En el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y las tensiones inducidas están desfasadas entre sí 120º eléctricos. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday:
Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión. El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento. Es del tipo cilíndrico ranurado, en cuyas ranuras va montado un devanado 3 , cuyas fases, físicamente, se encuentran desfasados 120º entre sí.
FUNDAMENTO TEORICO MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motores eléctricos de corriente alterna. El motor asíncrono trifásico está formado por: El rotor.- Que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla b) bobinado El estator ..- En el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y las tensiones inducidas están desfasadas entre sí 120º eléctricos. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday:
Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión. El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento. Es del tipo cilíndrico ranurado, en cuyas ranuras va montado un devanado 3 , cuyas fases, físicamente, se encuentran desfasados 120º entre sí.
Estator y su respectivo circuito Constitución del motor asíncrono
Circuito magnético La parte fija del circuito magnético (estator) es un anillo cilíndrico de chapa magnética ajustado a la carcasa que lo envuelve. La carcasa tiene una función puramente protectora. En la parte interior del estator van dispuestos unas ranuras donde se coloca el bobinado correspondiente. En el interior del estator va colocado el rotor, que es un cilindro de chapa magnética fijado al eje. En su periferia van dispuestas unas ranuras en las que se coloca el bobinado correspondiente. El entrehierro de estos motores es constante en toda su circunferencia y su valor debe ser el mínimo posible
Circuitos eléctricos Los dos circuitos eléctricos van situados uno en las ranuras del estator (primario) y otro en las del rotor (secundario), que esta cortocircuitado. El rotor en cortocircuito puede estar formado por bobinas que se cortocircuitan en el exterior de la maquina directamente o mediante reóstatos; o bien, puede estar formado por barras de cobre colocadas en las ranuras, que han de ser cuidadosamente soldadas a dos anillos del mismo material, llamados anillos de cortocircuito. Este conjunto de barras y anillos forma el motor jaula de ardilla TIPOS DE MOTOR ASINCRONO TRIFASICO Motor de rotor bobinado Motor de rotor jaula de ardilla
Motor de Jaula de Ardilla Está formado por una serie de conductores de cobre o aluminio, los mismos que están puestos en cortocircuito por dos anillos laterales (el nombre de jaula proviene del aspecto que tomaría este devanado si se omitiera el apilamiento de hierro). En la actualidad, en las máquinas pequeñas, se aplica un método de fundición de aluminio, con el que se fabrican al mismo tiempo las barras del rotor y los anillos laterales, resultando un conjunto como el que se muestra: Rotor de jaula de ardilla: es el más robusto de los rotores de las maquinas de inducción.
ROTOR DEL MOTOR ASINCRONO JAULA DE ARDILLA Rotor de jaula de ardilla: es el más robusto de los rotores de las máquinas de inducción. El rotor de tipo Jaula de ardilla posee un núcleo igual al del rotor bobinado, con la diferencia que sobre las ranuras están colocadas barras de cobre o aluminio cortocircuitadas en sus extremos por anillos del mismo material. Este rotor no está conectado eléctricamente al exterior de la máquina. Una gran mayoría de los motores de inducción o asíncronos trifásicos se fabrican de Jaula de Ardilla debido a que su construcción es más barata y al no poseer contactos deslizantes, es de fácil mantenimiento. DESLIZAMIENTO El rotor no puede girar a la velocidad de los polos ficticios del estator (velocidad de sincronismo) pues en este caso no habría ningún desplazamiento relativo de las
espiras del rotor con relación a los polos ficticios del estator, ninguna f.e.m., ninguna corriente, ninguna fuerza electromagnética y; por lo tanto, ningún par motor. La velocidad a la que gira el campo magnético del estator (en RPM), se define de la siguiente manera:
Donde: f : frecuencia de trabajo de la máquina p : número de polos Por lo que el deslizamiento queda definido de la siguiente manera:
()
El deslizamiento puede tomar valores entre el 2 y 5%. Donde: ns : Velocidad de sincronismo o velocidad del campo magnético giratorio. nm : Velocidad del motor (velocidad del rotor). En un motor asíncrono o de inducción trifásico, el deslizamiento varía de la siguiente manera:
Si el motor está en reposo, entonces nm = 0, luego:
(Condición de rotor bloqueado)
Si el motor se mueve sin carga, entonces nm≈ ns, luego: (Condición de vacio)
Luego, podemos decir:
En el arranque, como nm = 0, entonces, S = 1 La frecuencia del rotor: f r = Sxf = 1 x f = f (la misma de la red)
En operación normal, como nm≈ ns, entonces, S ≈ 0 La frecuencia del rotor (f r) , es muy pequeña; es decir fr ≈ 0
NUMERACION DE TERMINALES Para la numeración de terminales o identificación de los terminales se usan números en el Sistema NEMA (USA) y letras en el Sistema Internacional. Motor de 12 Terminales NEMA
SI
NEMA
SI
1
U1
7
U2
2
V1
8
V2
3
W1
9
W2
4
X1
10
X2
5
Y1
11
Y2
6
Z1
12
Z2
CONEXIÓN DELTA - ESTRELLA (∆/Y). TENSIONES DE TRABAJO: 220V - 380V Para este caso el motor debe tener 6 terminales.
CONEXIÓN DELTA (220 V) R 220 V S 6
220 V
1
220 V T
3
4
5
2
FIGURA 2. CONEXIÓN DELTA CONEXIÓN ESTRELLA (380 V)
1
R
380 V 4 S
380 V 380 V 6
5
T
3
2
FIGURA 3. CONEXIÓN ESTRELLA CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR ASINCRONO TRIFASICO Sabemos que por medio de los ensayos de vacio y de rotor bloqueado, podemos obtener el circuito equivalente de un motor asíncrono trifásico. Este no es más que un modelo matemático que aproxima el comportamiento del motor. En las siguientes figuras observaremos los elementos del circuito equivalente que obtendremos mediante la experiencia.
FIGURA 4. CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR ASINCRONO TRIFASICO Donde: r 1 es la resistencia de las bobinas del estator x1 es la reactancia del estator r 2’ es la resistencia rotorica reflejada en el estator x2’ es la reactancia rotorica reflejada en el estator Rp es la resistencia que representa las perdidas en el hierro
Xm es la reactancia de magnetización
PERDIDAS EN LAS MAQUINAS DE INDUCCION ASINCRONAS TRIFASICAS
PERDIDAS EN EL COBRE: Son consecuencia de la inevitable resistencia que presentan los conductores eléctricos, dando lugar a una pérdida en forma de calor por efecto de Joule.
PERDIDAS EN EL NUCLEO: Se producen en todas partes de las máquinas que son recorridos por flujos variables. Están compuestas por las pérdidas por Histéresis y por las pérdidas por corrientes de Foucault (conocidas también como pérdidas parásitas). La forma de reducir las pérdidas en el núcleo (hierro) es emplear núcleos magnéticos de acero al silicio en forma de chapas; esto disminuye el valor de las pérdidas por Histéresis, debido a que el ciclo se hace más estrecho, y reduce las pérdidas por la corriente de Foucault debido a la adición de silicio y a aislar las chapas entre sí. La laminación puede hacerse en caliente o en frío (granos orientados), resultando unas pérdidas del orden de 0,8 a 1,3 W/kg a 1,0 Tesla para las chapas ordinarias (laminadas en caliente) y de 0,4 a 0,5 W/kg a 1,0 Tesla para las de grano orientado.
PERDIDAS MECANICAS: Estas pérdidas son debidas a los rozamientos de los cojinetes, a la fricción de las escobillas y a la ventilación (rozamiento con el aire). Es de precisar que estas pérdidas sólo existen en las máquinas que disponen de un órgano giratorio.
PERDIDAS ADICIONALES O MISCELANEAS: Son aquellas que no pueden situarse dentro de las categorías anteriores, ya que varían según la potencia que absorbe o cede la máquina. Sin importar con qué cuidado se consideran pérdidas, algunas siempre se escapan de las categorías anteriores y por eso se agrupan como pérdidas dispersas. En la mayoría de las máquinas, estas pérdidas se toman convencionalmente como el 1 % de la plena carga.
FLUJO DE POTENCIA
P
cu1
P
fe
P
cu2
P = 3.V .I .cosθ e
1
1
P
teh
=P
t2
Potencia transferida al rotor P1 = Pérdidas totales en el estator ( P1 = Pcu1 + Pfe ) Potencia de entrada: Pe = 3 V1.I1.Cosθ Pérdidas en el cobre del estator: Pcu1 = 3.I12.R1 Pérdidas en el fierro del estator: Pfe = 3.E12 / Rfe = 3. E12.Ife Pérdidas totales en el estator: P1 = Pcu1 + Pfe
P m
P
S
P u
Potencia transferida al entrehierro (potencia que llega al rotor):
Pteh = Pe - P1 = Pe - Pcu1 – Pfe Pérdidas en el cobre del rotor: Pcu2 = 3.I’22.R’2 Pérdidas en el fierro del rotor: Son despreciables por que la f2 son pequeñas (f 2 = S . f 1) Potencia desarrollada (potencia que llega al eje de la máquina):
Pd = Pteh – Pcu2
Pd = 3. I’22. R’2(1/S – 1)
o
R 'c Pérdidas mecánicas: Pm = Pérdidas por rozamiento y ventilación Potencia de salida: Ps = Pu = Pd – Pm Luego la eficiencia del motor será:
P s P e
P s P s P m P cu 2 P fe P cu1
PRUEBAS EN LOS MOTORES ASINCRONO TRIFASICO PRUEBA DE VACÍO O PRUEBA DE ROTOR LIBRE Permite determinar los parámetros de la rama de excitación o rama shunt del modelo circuital del motor. R C ' Como a rotor libre tanto, para esta prueba el modelo circuital del motor es:
tiende al infinito, por lo
Condición de la prueba: Con el eje sin carga, al motor se lo alimenta con su voltaje y frecuencia nominal; luego, se mide la potencia y la corriente de entrada. Circuito de prueba:
V lee A
lee
de línea de línea
(W1 + W2) = ( )
El cálculo de parámetros se hace por fase, considerando generalmente la conexión estrella
PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6) En esta prueba se hace girar la máquina a velocidad síncrona, preferentemente por un accionamiento externo. De esta forma el deslizamiento es cero y por el circuito del rotor no circulan corrientes. La máquina se alimenta a frecuencia y tensión nominal en el estator. Se miden las corrientes de las fases, tensiones de línea y la potencia activa de entrada. Las condiciones son las siguientes: La velocidad debe ser constante. El eje del motor debe estar completamente libre. La frecuencia debe ser la nominal del motor. Con la finalidad de verificar las curvas de vacío sobreponerlos con las B vs H.
( )
(√ )
(Gauss) (Amper-Vuelta/metro)
Donde: Lm = Longitud media al paquete magnético en m. N
= Número de vueltas del bobinado estatórico por fase.
A
= Área transversal del paquete magnético estatórico = L x C
L
= Longitud del paquete magnético en m.
C
= Altura de la corona en m.
f
= Frecuencia del sistema Hz.
VLL = Tensión de línea en Voltios.
PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.8 ) Para realizar este ensayo es necesario bloquear el rotor de la máquina de inducción. Cuando el rotor está detenido, el deslizamiento es 1.0. El circuito equivalente en estas condiciones es semejante al de un transformador en corto circuito. En la identificación de parámetros del transformador se puede despreciar la rama de magnetización, porque la corriente de corto circuito es mucho mayor que la corriente de magnetización. La Tensión de la rama de magnetización se deprime prácticamente a la mitad de la tensión en vacío y esto reduce aún más la corriente que circula por ella. En el transformador, la influencia de la rama de magnetización durante el ensayo es prácticamente despreciable. En la máquina de inducción la corriente de rotor bloqueado puede alcanzar entre tres y seis veces la corriente nominal. La corriente de vacío está comprendida entre la tercera parte y la mitad de la corriente nominal. Durante la prueba de rotor bloqueado la tensión de la rama de magnetización se deprime más o menos a la mitad y por esta razón la corriente de la máquina durante este ensayo puede alcanzar a ser entre seis y dieciocho veces mayor que la corriente de magnetización. Desde un punto de vista práctico es posible despreciar está rama en la estimación de parámetros, sin embargo la aproximación no es tan precisa como cuando se aplica en el ensayo de cortocircuito de un transformador. Los parámetros se calculan utilizando las ecuaciones que se mostraran: Las condiciones son las siguientes:
La corriente de línea debe ser la nominal del motor. El eje del motor debe estar trabado. La frecuencia debe ser la nominal del motor.
Donde: R e ( R1 R2 ) Luego: R e
Z e
X e ( X 1 X 2)
también se cumple que:
( P CU )1
X e Z e
2 (V 1CC ( I )11 )1 N
2
Re
2
( I 1 N )1
NOTA: Como es difícil aislar las reactancias de dispersión y dado que sus valores son parecidos cuando están referidos al lado del estator, entonces, para fines prácticos se considera:
X 1 X '2
X e 2
Aun cuando el ensayo a rotor bloqueado se realice con cierta rapidez, la resistencia de las bobinas cambia apreciablemente con la temperatura y es preciso corregir las medidas. Para este fin se miden las resistencias del estator cuando la máquina está a temperatura ambiente, antes de comenzar el ensayo. Esta medida se realiza, inyectando corriente continua y midiendo la caída de tensión. La corriente inyectada debe ser menor a un décimo de la nominal para que el calentamiento sea despreciable. Posteriormente se efectúa el ensayo a rotor bloqueado e inmediatamente después de terminar estas medidas, se realiza una nueva medida de las resistencias del estator mediante el mismo método descrito. Las dos medidas de resistencia y el conocimiento del material utilizado en las bobinas de la máquina permiten deducir la temperatura alcanzada por la máquina durante el ensayo. La ecuación que determina la variación de la resistencia en función de las temperaturas es la siguiente: RT 2 RT 1
234.5 T2 (C ) 234.5 T1 (C )
En la prueba de rotor bloqueado se tiene q medir la potencia activa, la tensión y la corriente. Las resistencias se pueden corregir desde la temperatura de la prueba, a temperatura nominal de operación. Como además se conoce la resistencia del estator por una medida directa, la resistencia del rotor referida al estator se calcula utilizando la ecuación
Rr
RT
Re
PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 ) La prueba con carga se realiza cuando la maquina está funcionando con carga, que por lo general es un freno para experiencias de laboratorio. Se hallara la potencia del motor cuando circule una corriente nominal por esta, para eso debemos variar las RPM del motor hasta que circule dicha corriente y que va ligado con un torque en ese momento. Con la potencia el voltaje y corriente se podrá calcular la eficiencia del motor. P útil = T (N-m) x RPM (pi/30) EF = P útil / P ingreso
EQUIPOS Y MATERIALES Motor tipo jaula de ardilla. Manguito de acoplamiento. Cubierta de acoplamiento.
Interruptor de 4 polos. Conmutador D-Y. Fuente de alimentación de corriente alterna regulable adecuada.
Multímetros digitales-Medidores de potencias. Unidad condensadora.
PROCEDIMIENTO 1. Prueba en vacío. Se hace el montaje según la siguiente figura. Con el motor trifásico en vacío la tensión de alimentación se regula hasta que el voltímetro indique la tensión nominal del motor a ser probado.
Las condiciones de operación son las siguientes: La velocidad debe ser constante. El eje del motor debe estar libre. La frecuencia debe ser la nominal del motor.
Prueba de v ac ío
Toma
de
datos
Se obtuvieron los siguientes resultados:
1 2 3 4 5
V 401.5 350.2 303.8 251 200.7
I 0.24 0.19 0.16 0.14 0.12
P 22.34 18.41 17.5 17.06 14.72
Q 96.74 63.12 47.79 29.71 18.97
2. Prueba con rotor bloqueado Se realiza el siguiente montaje:
Las condiciones son las siguientes: La corriente de línea debe ser la nominal del motor. El eje del motor debe estar trabado. La frecuencia debe ser la nominal del motor.
RPM 3600 3600 3590 3590 3560
cos 0.225 0.280 0.357 0.498 0.613
Disposición del generador AC
Conexión
Toma de dato s
final
Se obtuvieron los siguientes datos:
1 2 3 4
V
I
P
Q
cos
45.2 90.2 133.6 180.1
0.25 0.5 0.75 1
8.55 33.51 76.05 140
7.49 29.28 65.04 118.98
0.752 0.753 0.76 0.762
3. Prueba con carga Se tiene que conectar el freno LN. Se regula la velocidad hasta que la corriente circulante consumida por el motor sea la corriente nominal.
Conexión del motor
1 2 3 4 5 6 7 8
V
I
P
T
RPM
cos
405.2 405.2 405.2 402.5 400.1 397 396.6 394.6
0.33 0.39 0.44 0.49 0.66 0.8 0.91 1.01
94.66 127.01 150.7 173.41 241.3 290.83 330.43 370
0.82 1.06 1.22 1.37 1.79 2.06 2.25 2.38
3520 3470 3430 3400 3290 3190 3080 2940
0.718 0.814 0.851 0.872 0.91 0.922 0.923 0.9
CUESTIONARIO 1. Enumere y defina las características nominales de las máquinas rotativas de inducción jaula de ardilla. Presente las características de la placa del motor utilizado en su experiencia. I.
II.
Voltajes nominales: un motor de inducción jaula de ardilla tiene dos voltajes nominales, cada voltaje equivale a tipo de conexión que se conecta a la fuente trifásica (estrella o triangulo). Corrientes nominales: igual que el voltaje, tiene dos corrientes nominales la cuales equivale al tipo de conexión a fuente trifásica (Y o ∆).
III. IV.
V.
Velocidad angular nominal: cuando se alimenta con los valores nominales (corriente y tensión) resulta en plena carga y a la potencia nominal. Potencia de entrega: es la potencia que entrega el motor en las condiciones iníciales, recordar que es la potencia que entrega el motor, y que este consume otra potencia donde se puede obtener la eficiencia. Factor de potencia: es la relación entre la potencia aparente (entregada por la fuente) y la potencia activa (potencia utilizada y disipada por el motor).
Con el motor trabajado tiene las siguientes características:
I. II. III. IV. V.
Voltajes nominales: 400/690 V Corrientes nominales: 1,0/0,6 A Velocidad angular nominal: 2800 rpm Potencia de entrega: 0,37 Kw Factor de potencia: cos(φ) = 0,83
2. Cómo se invierte el sentido de giro de éste motor asíncrono y cuantas posibilidades tengo de hacerlo. Haga las conexiones que Ud. Ha realizado. Para invertir el giro del motor es preciso cambiar el sentido de movimiento del campo giratorio, lo cual se logra intercambiando entre si dos cualesquiera de los cables que se unen a la red de alimentación. En la figura se muestran unas conexiones típicas, indicando los sentidos de giro correspondientes. Según el tipo de conexión se puede 3 formas de conectando por cada tipo de conexión (Triangulo o estrella) por que se puede escoger 3 pares de cables que intercambiaremos.
3. Realice todos los cálculos necesarios que le conduzca a construir el diagrama equivalente monofásico valorado, referido al estator con sus valores registrados y calculados en el laboratorio.
Ensayo de vacío: El circuito equivalente del ensayo de vacío sería el siguiente: R1
X1
+ I1 V1
RC1
XM1
-
Para separar las pérdidas mecánicas de las pérdidas en el hierro procedemos a plotear los datos obtenidos del ensayo de tal manera que por proyección de la curva hallada de P0 vs V 2 podamos hallar las pérdidas mecánicas según el siguiente esquema:
P vs V2 25 20 P
15 10
y = 0.0002x + 10.161
5 0 0
10000
20000
30000
40000
V2
50000
60000
Además se considera que .Obtenemos ahora los valores de y de las ecuaciones:
I
cos
0.22 0.19 0.16 0.16 0.14 0.13 0.12 0.11
0.24 0.266 0.310 0.32 0.36 0.36 0.42 0.58
0.0528 0.21357004 0.05054 0.18315488 0.0496 0.15211785 0.0512 0.15158681 0.0504 0.13061332 0.0468 0.1212838 0.0504 0.10890289 0.0638 0.08960781
Además:
Hallamos ahora los valores de y para el voltaje nominal de 400 V( ):
√ También se puede hallar usando las pérdidas en el fierro:
√
Ensayo de cortocircuito (rotor bloqueado): El circuito equivalente del ensayo sería:
R1
X1
L2'
R2'
+ V1
I1
I2'
En este ensayo la corriente de excitación será muy pequeña, por lo que la corriente magnética y la corriente de pérdidas en el fierro serán despreciables. Para hacer los cálculos trabajaremos con el dato de corriente nominal ( ):
Debido a que se hizo el ensayo de resistencias ni se midió con ningún aparato la resistencia en el estator, por aproximación diremos que:
Además:
Ahora, para hallar seguimos las recomendaciones de la norma 112 de IEEE:
Por ser nuestro motor uno de tipo A, diremos que:
Entonces dibujamos el circuito equivalente exacto referido al estator:
JX1
R1
R2
59.2329ohm +
118.47ohm
JX2 59.23ohm
118.47 ohm
RC V1
JXM
4406 ohm I1
1089.4 ohm
-
4. A Grafique las curvas de vacío y corto circuito realizadas en el laboratorio. Curva de vacío
Curva de cortocircuito
5. Grafique la PNUCLEO vs I1, T, EF y FP vs velocidad.
EF vs N 3600 3400 F 3200 E
3000 2800 0
20
40
60
80
100
N
PN vs I1
PN vs T
1.5
3
1
N
2
P1
0.5 0
0 0
100
200
300
400
0
100
I1
200
T
FP vs N 4000 3000 P 2000 F
1000 0 0
0.2
0.4
N
0.6
0.8
1
300
400
6. Determinar las perdidas rotacionales en los motores probados Del circuito equivalente mostrado en el prolema N 3 otenemos la resistencia
promedio por fase del estator.
Req +
Xeq
222.3826 ohm
V
123.189 ohm
Como el motor tiene la misma impedancia por fase para cada lectura, procederemos a obtener las perdidas rotacionales usando la siguiente formula.
( ) () V
I
P
T
Q
RPM
cos
400 0.22 27.3 0.33 86.2 3560 0.3 1 400 0.33 101.4 0.88 85.6 3480 0.76 2 396 0.4 174.3 1.1 88.6 3440 0.83 3 396 0.5 173.8 1.37 95 3380 0.88 4 396 0.61 218 1.64 103 3320 0.9 5 393 0.73 264 1.91 117 3220 0.91 6 390 0.91 327 2.2 143 3080 0.92 7 390 1.05 370 2.4 180 2910 0.9 8 A partir de la prueba con carga obtenemos la relación entre la potencia de salida y el torque de salida.
3 2.5
Tu= 0.006(n)+ 0.216
) m - 2 N ( e 1.5 u q r o 1 T
0.5 0 0
100
200
300
400
Potencia (W)
A partir de esta grafica obtenemos las torques rotacionales y así determinamos las perdidas rotacionales.
1 2 3 4 5 6 7 8
P 22.3 18.8 17.1 18 15.4 15.2 14.7 14.7
I 0.22 0.19 0.16 0.16 0.14 0.13 0.12 0.11
V 3600 3600 3580 3570 3560 3560 3560 3560
Req Trotacional Pentrada Protacional 222.3826 0.3498 131.871802 99.5818481 222.3826 0.3288 123.95497 91.6650161 222.3826 0.3186 119.442375 87.1524218 222.3826 0.324 121.12753 88.8375761 222.3826 0.3084 114.972507 82.6825534 222.3826 0.3072 114.525143 82.2351895 222.3826 0.3042 113.406733 81.1167799 222.3826 0.3042 113.406733 81.1167799
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Mediante el ensayo de vacío se consiguió hallar los valores de la resistencia de pérdidas en el fierro y la reactancia de magnetización de dos maneras: una que no precisaba de más de dos mediciones mediante el uso de las fórmulas que relacionan el voltaje de fase y la resistencia; y otro método gráfico en el que se usaban todas las mediciones hechas para conseguir el valor constante de las pérdidas mecánicas. A pesar de que el segundo método ofrece la ventaja de poder separar las pérdidas en el fierro y las pérdidas mecánicas, no presenta mayor precisión que el primer método al momento de calcular las resistencias y reactancias debido a que el método se basa en una proyección de una recta aproximada. Por ejemplo, mediante el primer método de obtuvo una resistencia de pérdidas en el fierro de 4406 Ω mientras que con el segundo un valor cercano a 4390 Ω.
En el ensayo de cortocircuito se concluyó que es posible despreciar la corriente magnética y la corriente de pérdidas en el fierro, lo que permitió hallar las impedancias equivalentes con facilidad. Sin embargo el problema surge cuando se quieren separar los resultados. Lo usual es medir R1 en el estator al comienzo mediante otro ensayo o con un multímetro, lo que no se hizo durante la experiencia. Es por eso que se consideró que R1 era igual a R2. En el caso de X1 y X2 se siguieron las recomendaciones de la norma 112 de IEE, la cual propone cierta relación entre las reactancias de dispersión dependiendo del modelo del motor, que en nuestro caso sería: X1=X2.
Mediante la prueba de vacío, se determino la potencia consumida debido núcleo de hierro del transformador la cual coincide con la potencia absorbida por el circuito.
Mediante el ensayo de corto circuito se determinó la pérdida de potencia en el cobre la cual coincide con la absorbida por el circuito.
Mediante el ensayo con carga, analizamos la caída de tensión para los diferentes valores de carga mediante el uso del Circuito Equivalente Aproximado Referido A Baja Tensión (CEARBT).
RECOMENDACIONES Se recomienda asegurarse los tipos de conexiones, no alimentar al menos que se te seguro. Los motores deben de tener constantemente su mantenimiento adecuado para reducir pérdidas y riesgo de no malograr la maquina. No sobrepasar los parámetros nominales porque podrían causar daños en el equipo. Para la industria, estos motores son los más adecuados porque en la práctica no se necesita mucho espacio y por ser trifásicos la potencia entregada es más estable. Este motor no tiene ventajas con el de CC porque no es fácil controlar la velocidad, pero en estos tiempos se puede implementar la Electrónica de potencia para estos fines con microprocesadores adecuados. Con esto se lograra poder utilizar estos tipos de motores por su pequeño tamaño y poca potencia disipada. Se recomienda realizar estudios de la electrónica. No olvidar que los motores necesitan de una buena ventilación, la cual ya viene equipado pero su alrededor no debe de impedirlo y debe ser el adecuado para su régimen de trabajo.
BIBLIOGRAFÍA
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ANEXO CIRCUITO EQUIVALENTE CON EL ROTOR PARADO
CIRCUITO EQUIVALENTE CON EL ROTOR GIRANDO
