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F.N.I
LABORATORIO # 8 ENSAYO ENSAYO EN E N VACIO DEL MOTOR ASINCRONO 1. OBJETIVO • • • • •
Elementos importantes del motor de inducción. Conocer el principio do funcionamiento del motor de inducción. Conocer el circuito equivalente del motor de inducción. Conocer cómo se realiza el ensayo en vacío del motor de inducción. Determinar los valores magnéticos del motor de inducción.
2. MARCO TEÓRICO 2.1 El motor de id!""i id!""i.$ .$ El motor de inducción recibe este nombre debido a que igual que el transformador transformador opera bajo el principio de inducción electromagnética. Debido a que este tipo de motores no llega a trabajar a su velocidad síncrona, también se conocen como motores asíncronos. or el n!mero de fases se clasifican en general como" trif#sicos, bif#sicos y monof#sicos. or el tipo de rotor pueden ser" de rotor devanado y de rotor jaula de ardilla. or lo general, se fabrican de varios polos de acuerdo a la frecuencia y a la velocidad de operación.
2.2 Elemeto% im&ort'te% (!e (!e "o%tit!)e ! motor de id!""i.$ id!""i.$ $n motor motor de inducció inducción n est# constituido constituido fundame fundamental ntalment mente e por los siguient siguientes es elemen elemento tos" s" estat estator or,, rotor rotor,, carca carcasa, sa, y au%ili au%iliare ares s como como tapas tapas anter anterior ior y poste posterio rior, r, rodamientos, ventilador, tornillos de sujeción, caja de cone%iones, base y soporte. &a constitución de la m#quina de inducción trif#sica, en cuanto al rotor y estator, se resume de la siguiente manera"
Estator
Maquinas Eléctricas
(evanado trifásico distri)uido en ranuras a 12*+
Página 1
Tienen tres devanados el estator. Estos devanados están d estor fasadevana dosanado 2 !"#P$devana % anados ,otor ,o dev do los dev dos siendo nu&ero de a los del rotor rotorP el son si&ilar si&ilares es los del ' ares dcon e 'el oloque s destá e laasociado. estator &aquina El n&ero de fases del rotor no tiene 'orque ser el &is&o que el del estator% lo que tiene que ser igual es el nu&ero de 'olos. Los devanados del rotor están conectados conectados a anillos anillos conector conectores es &ontados &ontados so)re so)re el &is&o e
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o)inado
,otor
6aula de ardilla
Los conductores del rotor están igual&ente distri)uidos 'or la 'eriferia del rotor. Los e3tre&os de estos conductores están cortocircuitados% 'or tanto no 4a5 'osi)ilidad de cone3i0n del devanado del rotor en el e3terior. La 'osici0n inclinada de las ranuras &e/ora las ro iedades de arran ue
2.3 Principio de funcionamiento del motor de inducción asíncrono.El 'rinci'io de funciona&iento del &otor de inducci0n o sncrono% se &uestra en el siguiente cuadro Princi'io de funciona&iento del &otor de inducci0n o asncrono 7a&'o &agnético giratorio en el estator
El ca&'o &agnético induce f.e.&. en el &otor
7irculan corrientes 'or el &otor
Fuer8as electro&agnéticas entre las corrientes del rotor 5 el ca&'o &agnetico del estator
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Par en el rotor El rotor gira Página 2
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El rotor gira a una velocidad N & inferior a la velocidad de sincronis&o Nsinc 'ues en caso contrario no se inducira una fuer8a f.e.&. en el rotor 'or lo tanto no 4a)ra 'ar &otor.
2.* Co"e&to% im&ort'te% %o+re lo% motore% de id!""i.$ &a velocidad de rotación del campo magnético esta dado por" nsinc ' ()* f e Donde f e es la frecuencia del sistema +ertz y es el numero de polos en la maquina. e e%presa la velocidad mec#nica del eje del rotor en términos de la velocidad síncrona y del deslizamiento.
nm =( 1− s ) nsinc El deslizamiento se define como"
s=
n sinc−nm nsinc
En porcentaje, se tendr#"
s=
n sinc−nm nsinc
∗100
&a frecuencia en el rotor se puede e%presar como"
f r= s f e
f r=
f r=
nsinc −nm n sinc p 120
f e
( n sinc−n m )
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El par de carga aplicado al eje esta dado por"
Psal τ carga = ωm En función a las anteriores ecuaciones, si n m ' *, la frecuencia en el rotor es f r 'f e y el deslizamiento s' ( por lo que el rotor esta inmóvil. i nm ' nsinc, la frecuencia del rotor es f r ' * y el deslizamiento s ' * por lo que el rotor opera en vacio.
2., Cir"!ito e(!i-'lete de ! motor de id!""i.$ &os motores de inducción dependen para su operación de la inducción de voltajes y corrientes en el circuito del rotor desde el circuito del estator -acción transformadora. uesto que la inducción de voltajes y corrientes en el circuito del rotor de un motor de inducción es esencialmente una operación transformadora, el circuito equivalente de un motor de inducción ser# similar al circuito equivalente de un transformador. En un motor de inducción cuando se aplica voltaje a los devanados del estator, se induce un voltaje en los devanados del rotor de la maquina. El circuito equivalente de una fase ser#"
Por lo que se tendrá el siguiente circuito a'ro3i&ado
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Donde / es la resistencia din#mica que produce la carga mec#nica -rotor del motor de inducción, por lo tanto"
R=
R=
'
R2 ' s
( s −1 )
R2 ' s
− R '
R2 + R=
2
R2 ' s
Donde la potencia desarrollada por el rotor, tiene la siguiente relación" '
2
Pr= 3 ( I 2)
R 2 ' s
( 1− s )
2. E%')o e -'"io o de rotor li+re.$ Consiste en +acer funcionar el motor sin ninguna carga mec#nica en el eje, es decir, la maquina trabaja a rotor libre. El circuito equivalente es como sigue"
En vacío" nm ≅ nsinc or lo que el deslizamiento"
s =0 0 la resistencia din#mica ser#"
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R=
R2 ' 0
( 0 −1 ) = ∞
or lo que" '
I 2 =0 En estas circunstancias, la potencia * consumida por el motor es"
P0= PCu 1 + P Fe + P Perd. Mec
PCu 1 ≪ P Fe + P Perd . Mec
pues
I O ≪ I n
or lo tanto"
P0= P Fe + P Perd. Mec
Conocidas las pérdidas en
P Fe
se podr# calcular la rama en paralelo del circuito
equivalente, de acuerdo con las siguientes e%presiones" cos φ 0
=
P Fe m1 V 1 n I 0
Donde, para alimentación trif#sica" m('1
I Fe = I 0 cos φ 0 I μ= I 0 sin φ0
R Fe =
X μ=
V 1 n I Fe
V 1 n I μ
/. MATERIAL Y E0IO. $n motor de inducción trif#sico, que tiene las siguientes características" o o o o o
2ensión nominal 3 ' ))* 4 15* -3 Corriente nominal" 6 n ' 7,8 4 1,9 -: otencia nominal n ' ) -;p
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Página ;
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$n
motor de inducción monofasico, tiene las siguientes características" 2ensión nominal 3 ' ((* = ))* -3 Corriente nominal" 6n ' 7,8 4 1,9 -:
que
o
o
o o o
otencia nominal n ' ) -;p
:limentación de tensión trif#sica -variable
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Página <
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6nstrumentos de medición" o o
o o
o
3oltímetro > ((7. Escala de 2ensión" )** @m3A 4 B7* @3A:C )** @m3A4 (** @3A DC
:mperímetro >inipa> E2=)*5) Escala de Corriente" )** @:A 4 )* @:A :C )** @:A 4 )* @:A DC
$n vatímetro analógico
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Página =
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Cables para cone%ión
*. CIRCITO ARA EL LABORATORIO.
,. DESCRICIÓN DEL LABORATORIO. • •
•
/ealizar el circuito de laboratorio, como se indica en el punto 9 e debe iniciar el laboratorio con una tensión variable, +asta llegar a una tensión nominal, donde el motor de inducción est# en operación, registrar todas las lecturas. /ealizar el laboratorio con el cuidado respectivo.
. LECTRAS OBTENIDAS EN EL LABORATORIO MOTOR TRI3ASICO otor ediano" Corriente de arranque " 5 >?@ otencia
Lectura nº 1 Maquinas Eléctricas
V [V] #<<.:
" ) >AP@
I0 [A] *.BB Página B
P0 P!e["] 12*
#0 [VA$] ;9*.;
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C4LCLOS5 cos φ 0
=
160
∗
3 380
√ 3
= 0.18
1.07
φ0 =79.39 °
7on este lti&o% 'ode&os calcular
I Fe
e
I μ
.
I Fe = I 0 cos φ 0=0.18 I μ= I 0 sin φ0= 0.97
R Fe =
V 1 n I Fe
=1218.85 [ ]
or otro lado, se podría calcular la potencia aparente del sgte. modo"
!0= P0 tan φ 0 !0=640.6 [ V"R ]
otor equeFo" Corriente de arranque " ).( >?@ otencia " 1B5 >C@
Lectura nº 1
V [V] #<9
I0 [A] *.
C4LCLOS5 Maquinas Eléctricas
Página 1*
P0 P!e["] =*
#0 [VA$] :1#.=
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cos φ 0=
F.N.I 160 3∗380
√ 3
= 0.15
1.07
φ0 =81.15 °
7on este lti&o% 'ode&os calcular
I Fe
e
I μ
.
I Fe = I 0 cos φ 0=0.12 I μ= I 0 sin φ0= 0 . 78
R Fe =
V 1 n I Fe
=1828.2 [ ]
or otro lado, se podría calcular la potencia aparente del sgte. modo"
!0= P0 tan φ 0 !0=513.8 [ V"R ]
MOTOR MONO3ASICO Corriente de arranque " (( >?@ otencia " *.7 >c.v.@
Lectura nº
V [V]
I0 [A]
P0 P!e["]
1
211.9
#.=9
29*
#0 [VA$] 810.23
C4LCLOS5
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cos φ 0=
F.N.I 160 3∗380
√ 3
= 0.28
1.07
φ0 =73.5 °
7on este lti&o% 'ode&os calcular
I Fe
e
I μ
.
I Fe = I 0 cos φ 0=1.08 I μ= I 0 sin φ0=3.68
V 1 n I Fe
=203.7 [ ]
or otro lado, se podría calcular la potencia aparente del sgte. modo" !0= P0 tan φ 0 !0=810.23 [ V"R ]
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6. AN4LISIS DE RESLTADOS •
Con el presente ensayo de laboratorio, fue posible conocer el circuito equivalente del motor de inducción asíncrono, con sus respectivos par#metros resistivos e inductivos, en particular los de la rama en paralelo que son
•
R Fe
e observaron las ecuaciones que permiten describir el comportamiento de un motor de inducción así como su principio general de funcionamiento. e determinó la resistencia y reactancia de la rama paralela del circuito equivalente, mediante las lecturas e%perimentales de * y 6* y 3, que permitieron calcular
φ0
.
e realizó e%perimentalmente el cambio del sentido de giro del motor, invirtiendo dos fases cualesquiera del sistema en la cone%ión de salida del vatímetro. •
e observó y midió apro%imadamente la corriente y la potencia que resultan justo al comienzo de funcionamiento del motor, dando resultados bastante grandes como se esperaba
8 BIBLIO7RA3IA. #quinas electromagnéticas
&eander G. atsc+.
#quinas eléctricas
tep+en C+apman
:puntes de catedra 6nternet
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