Laboratorio 03 Máquinas de Induccióngggggggg

MÁQUINAS MÁQUINAS AC CODIGO: EE4020

LABORATORIO N° 03 03

LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN” INDUCCIÓN”

2016-1 Tema :

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LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN

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IV

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ELECTROTECNIA INDUSTRIAL PROGRAMA DE FORMACION REGULAR

I.

OBJETIVOS -

Analizar la estructura de un motor trifásico jaula de ardilla.

-

Analizar la estructura de un motor trifásico de rotor devanado devanado..

-

Observar como fluye el campo giratorio y la velocidad del motor y el voltaje inducido en el rotor.

-

Exponer los conceptos de corrient corriente e de excitación, velocidad síncrono y deslizamient deslizamiento o en relación con un motor trifásico de inducción inducción..

II. EXPOSICIÓN TEÓRICA

El motor de inducción es el más sencillo y empleando de los motores eléctricos en la industria, como su nombre lo indica, este tipo de motores trabaja bajo el principio de inducción. Cuando se aplica potencia al estator de un motor de inducción, se establece un campo magnético giratorio cuyas líneas de flujo cortan las barras circuito que están alrededor de la superficie del rotor de jaula de ardilla y generan voltajes en ellas por inducción electromagn electromagnética. ética. Puesto que estas barras están en corto circuito con una resistencia muy baja, los voltajes inducidos en ellas producen elevadas corrientes que circulan por dichas barras del rotor. Las barras circulantes del rotor producen, a su vez, sus propios campos magnéticos magnéticos intensos. Estos campos locales de flujo del rotor producen sus propios polos magnéticos que son atraídos hacia el campo giratorio. Por lo tanto, el rotor gira en dirección del campo principal. La figura abajo mostrada indica las partes de un motor de inducción:

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IV

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Los motores de inducción trabajan con dos tipos de rotor, el tipo jaula de ardilla y el rotor bobinado con anillos rozantes. El rotor de jaula de ardilla se compone de un núcleo de hierro laminado que tiene ranuras longitudinales alrededor de su periferia. Barras sólidas de cobre o aluminio se presionan firmemente firmement e o se incrustan en las ranuras del rotor. A ambos extremos del rotor se encuentran los anillos de corto circuito que van soldados o sujetos a las barras, formando una estructura sumamente sólida. El rotor devanado cosiste en un núcleo magnético laminado con superficie ranurada, donde se alojan bobinas de cobre conectadas en estrella, a la que se tiene acceso desde el exterior mediante tres anillos rodantes con carbones rozantes. Este mecanismo permite controlar la corriente desde el exterior y por ende el par del motor empleando resistencia conectadas en estrella en los bornes del rotor.

ROTOR TIPO JAULA DE ARDILLA ROTOR DEVANADO Y ANILLOS ROZANTES

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III. EQUIPO A UTILIZAR

Mo M otor de de I nd nduc ucció ción n Tr Trii fá fásico sico ( J aula de A r di lla lla))

Mo M otor de de I nd nduc ucció ción n Tr Trii fá fásico sico ( R oto torr D eva vanad nado) o)

Mult M ultím íme etro

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IV

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Pinza Amperimétrica

Acople F lexible

Protección del Acople

Tacogenerador

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IV

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F uente de Alimentación

IV. PROCEDIMIENTO

Advertencia: ¡En esta etapa se manejarán voltajes peligrosos! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!.

Advertencia: Usar lentes de seguridad durante su permanencia en el Taller

Advertencia: Usar botas de seguridad durante su permanencia en el Taller

a) MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA

IV

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a.1) Tomar datos de placa del motor de inducción tipo jaula de ardilla e indicarlas en el cuadro adjunto.

Y/D

690/400 V

POTENCIA

0.37 Kw

COS φ

0.83

Y/D

0.58/1 A

RPM

3360 min-1

FRECUENCIA

60 Hz

TIPO

SE2672-3G6

a.2) Examine la construcción del m otor de inducción jaula de ardilla, y haga una descripción del mismo.

En

su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas). La base del rotor se construye de un apilado hierro de laminación

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a.3) Esquematizar las conexiones de las bobinas del motor en delta y estrella, indicando la denominación de los bornes, tensión de operación y corriente máxima.

CONEXI N ESTRELLA

Tensión entre líneas : 690 v Corriente máxima : 0.58 v

CONEXI N DELTA

Tensión entre líneas : 400 v Corriente máxima : 1A

a.4) De acuerdo a los datos de placa, determine el número de polos y la velocidad del campo giratorio. Fundamentar su respuesta. El número de pares de polos es igual al producto de la frecuencia (dato en la placa de la maquina) sobre la velocidad de giro en RPM, luego de esa operación el número de pares de polos nos sale dos .

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f= Ns =

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#p = Numero de polos Frecuencia en Hz (60) Velocidad del motor (3360)

a.5) ¿Qué efecto tiene sobre el motor emplear una frecuencia diferente (60 Hz) a la indicada en la placa (50 Hz) del motor? Se observó y se notó la diferencia al trabajar una misma máquina con 50 y 60 Hz que la velocidad de giro cambiaba, que la frecuencia era directamente proporcional a la velocidad de giro. a.6) ¿Qué es el deslizamiento y cómo se calcula? El deslizamiento se basa en el principio de inducción m agnética, es decir, es la diferencia de velocidades que existe entre el estator y el rotor. Se calcula hallando la diferencia entre la velocidad del sincronismo y la velocidad del rotor sobre la velocidad del sincronismo por el cien por ciento, ya que los resultados son porcentuales.

S = Deslizamiento Ns = Velocidad de campo giratorio Nr = Velocidad en el rotor

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a.7) Armar el circuito de la f igura 1 y energizar el m otor en vacío, mida la velocidad y después de esta maniobra, des energice la máquina, para luego aplicarle el freno de polvo magnético hasta obtener la corriente de plena carga.

Figura Nº 1

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a.8) Calcular el deslizamiento en vacío y en plena carga y comparar este último valor con el deslizamiento nominal calculado a partir de los datos de placa del motor.

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Cálculos:

I N

Vacío 0.301 3585

0.3 0.327 3573

0.4 0.388 3568

0.5 0.42 3541

0.6 0.483 3520

0.7 0.531 3496

S vacío = 0.29%

S p.c = 6.49%

S d.p = 3,1 %

a.9) ¿A qué se debe la d iferencia entre el deslizamiento calculado a partir d e los datos de placa y el calculado en plena carga? La diferencia entre el deslizamiento sacado con los datos de la placa con el deslizamiento calculado a plena carga se debe a que uno viene a ser teórico mientras que el otro es experimental (datos de velocidad diferentes), y sabemos que ambos datos nunca van a ser iguales, los datos de la parte experimental siempre serán menores a los teóricos, por lo que este porcentaje de diferencia lo llamamos error porcentual.

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a.10) Retirar la carga mecánica del motor (freno de polvo magnético) y observar el sentido de giro desde el lado de la carga, apague el motor invierta dos fases, vuelva a encenderlo y observe nuevamente el sentido de giro, notará que el sentido de giro a cambiado. ¿A que se debe el cambio? El cambio se debe a que al momento de invertir las fases también se invertirá el sentido de giro, generalmente las maquinas giran ha sentido horario, pero al invertir las fases este cambiará y girará en sentido anti horario.

Motor de inducción del rotor devanado b.1) Tomar datos de placa del motor de inducción de rotor bobinado e indicarlas en el cuadro adjunto.

Y/D

380/220 V

POTENCIA

0.27 Kw

COS φ

0.74

Y/D

1.22/2.1 A

RPM

1340 min-1

FRECUENCIA

50 Hz DM-SL71 / 42

TIPO

b.2) Examine la construcción del motor de rotor bobinado, y haga una descripción del mismo.

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El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en corto circuito al igual que el eje de jaula de ardilla.

b.3) Esquematizar e identificar los bornes de conexión del motor de rotor bobinado en el cuadro adjunto.

b.4) De acuerdo a los datos de placa, determine el número de polos y la velocidad del campo giratorio. Fundamentar sus respuestas.

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De igual manera utilizamos la misma fórmula para hallar el número de polos como en el anterior caso, solo que ahora tenemos diferentes datos como la frecuencia y nuestra velocidad de giro ya que se está trabajando en una maquina diferente.

p = Numero de polos Frecuencia en Hz (50) = Velocidad del motor (1340)

f= Ns

CAMPO GIRATORIO DEL ESTATOR c.1) Empleando el motor de rotor devanado acoplado a motor de corriente continúa en conexión shunt, armar el circuito de la figura 2.

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Figura Nª 2

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c.2) Sin energizar el motor en derivación, conecte en estrella el estator del motor de bobinado y manteniendo abiertos los terminales del rotor, aplique la tensión de la red (380 V) y tome nota de los siguientes datos:

E2 = 100.8 I2 = 0.54 A

E1 =380 v I1 = 0.54 A

F = 60 Hz I3 = 0.55 A

c.3) ¿Cómo se puede determinar el sentido del campo giratorio? El sentido de campo giratorio se puede hallar mediante la forma de conexión de las fases, o también podemos hallar simplemente con un secuencímetro. c.4) Manteniendo energizado el estator, encienda el motor DC shunt y hágalo girar en el sentido del campo giratorio a las velocidades indicadas en la tabla Nº 1 y tome los datos solicitados en la misma:

Velocidad mecánica (RPM)

Voltaje en el estator E1 (V)

Voltaje en el rotor E2 (V)

Frecuencia en el rotor F(Hz)

500

374.1

72.7

43.25

62.6

750

374.4

78.7

34.9

44.02

1000

375.0

44.6

26.56

25.37

1250

374.9

30.97

18.37

6.71

1500

375.3

17.23

13.43

-11.94

1800

374.2

5.59

10.05

-34.32

Deslizamiento S (%)

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Tabla Nª 1

Grafica de la Tabla Nº1

c.5) ¿Qué ocurre con la tensión y frecuencia del rotor?, ¿Por qué? Lo que ocurre con la tensión y la frecuencia es de q ue empiezan a disminuir mientras se va aumentando la velocidad de giro. Porque el rotor debe utilizar el menor voltaje posible y por lo tanto también menor frecuencia ya que de lo contrario se originarían sobrecalentamientos y más adelante posibles fallas en la máquina de i nducción.

c.6) De acuerdo a lo observado, deduzca la relación que existe entre el deslizamiento, la frecuencia y el voltaje. Observamos que a medida que íbamos aumentando la velocidad de giro nuestro voltaje y frecuencia iban disminuyendo por lo tanto también nuestro deslizamiento. También observamos que al darle un sent ido horario a la velocidad de giro nos permitía llegar a altas velocidades, trabajando con voltajes mínimos. c.7) Energice el estator, enciendo el motor DC shunt y hágalo girar en sentido contrario al campo girator io a las velocidades indicadas en la tabla Nº 2 y tome los datos solicitados en el a misma:

Tabla Nº 2 Velocidad mecánica (RPM)

Voltaje en el estator E1 (V)

Voltaje en el rotor E2 (V)

Frecuencia en el rotor F(Hz)

100

374.9

106.1

63.33

Deslizamiento S (%)

92.53

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250

374.5

114.2

68.34

81.34

500

374.8

128.2

76.71

62.68

750

374.7

142.2

85.04

44.02

1000

375.1

156.1

93.35

25.37

Gráfica Nº2

c.8) ¿Qué diferencias encuentra entre esta última experiencia y la hecha en el apartado c.4? Se pudo observar que al hacer funcionar el motor en sentido horario se pudo trabajar con altas velocidades de giro y a baja frecuencia, en cambio al darle un sentido anti horario a la velocidad de giro se trabajó con bajas velocidades, pero con una frecuencia y voltaje mayor al igual que el deslizamiento obtenido. c.9) ¿Cuáles son los limites del deslizamiento del motor de inducción y en qué condiciones se obtienen? Trabajando como generador los límites del deslizamiento son de m enos uno a uno, pero en este caso trabaja como motor y los lím ites son de 0 a 1 donde nos dice que la velocidad de sincronismo siempre será mayor a la velocidad del rotor. c.10) ¿En qué caso la máquina de inducción operaria a un deslizamiento mayor a 1? Solo puede ser mayor que uno cuando la máquina de inducción trabaja com o freno, y no debe pasar de dos.

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b) Trabajo de investigación d.1) Indique 8 ejemplos de aplicaciones del motor de inducción según sus características torque vs velocidad, 4 para motor jaula de ardilla y 4 para motor rotor bobinado, fundamente su respuesta. d.2) Realice el diagrama Torque vs. Velocidad e indique cada una de las zonas de funcionamiento de la máquina de inducción. Describa el funcionamiento del motor en la zona de frenado.

Aplicación de motor de inducción “jaula de ardilla” Introducción: Estos motores provienen de los motores polifásicos de inducción. Suponiendo que un motor de inducción comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con el voltaje nominal de las terminales de línea de su estator desarrollará un par de arranque que hará que aumente la velocidad. Al aumentar la velocidad a partir del reposo (100% de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta que se desarrolla un par máximo. Esto hace que la velocidad aumente todavía más, reduciéndose en forma simultánea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de inducción.

Los pares desarrollados al arranque y al valor de desplazamiento que produce el par máximo, en ambos exceden el par de la carga, por lo tanto la velocidad del motor aumentará hasta que el valor de desplazamiento sea tan pequeño que el par q ue se desarrolla se reduzca a un valor igual al aplicado por la carga. El motor continuará trabajando a esa velocidad y el valor d e equilibrio del desplazamiento, hasta que aumente o disminuya el par aplicado. La característica esencial que distingue a una máquina de inducción de los demás motores eléctricos es que las corrientes secundarias son creadas únicamente por inducción. Cuando se desarrolló por primera vez el rotor de doble jaula de ardilla se creó tal variedad y adaptabilidad en el diseño de rotores para motores de inducción que ha llevado a d iversas características de curva deslizamiento - par. Al dar la proporción correcta al devanado de doble jaula de ardilla, los fabricantes han desarrollado numerosas variaciones del diseño del rotor de vaciado o normal único. Estas variaciones tienen por consecuencia pares de arranque mayores o menores que el diseño normal y también menores corrientes de arranque. Para distinguir entre diversos tipos disponibles, la National Eléctrical Manufacturers Association (NEMA) ha desarrollado un sistema de identificación con letras en la cual cada tipo de motor comercial de inducción de jaula de ardilla se fabrica de acuerdo con determinada norma de diseño y se coloca en determinada clase, identificada con una letra. Las propiedades de la construcción eléctrica y mecánica el rotor, en las cinco clases NEMA de motores de inducción de jaula de ardilla, se resume en la siguiente tabla:

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Tabla 1 características de los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla de acuerdo con la clasificación en letras NEMA.

1.- Selección de motor de inducción: Los motores de inducción jaula de ardilla son muchas veces referidos, como “Los caballos de trabajo de la industria “. Debido a que son de bajo costo y confiables. Ellos se ajustan a muchas aplicaciones y tienen la mejor confiabilidad. Los motores de inducción, jaula de ardilla polifásicos en el rango de 1 a 2000 HP son específicos por su tipo de diseño: A, B, C o D. Estos estándares de diseño están disponibles para clases particulares de aplicación, basados en los requerimientos de carga típica de cada clase. Los motores de jaula de ardilla, tienen requerimiento de mantenimiento mínimo y son frecuentes elegidos

Los motores de inducción de rotor devanado son útiles en algunas aplicaciones debido a que sus circuitos de rotor pueden ser alterados para dar las características de arranque u operación deseadas; sin embargo, ellos requieren mantenimiento a los cojinetes. La siguiente tabla, puede ser usada para ayudar a determinar cuál tipo de diseño puede ser seleccionado Tabla de 2 características de tipo de diseño

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1.1.-MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE A El motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal o estándar fabricado para uso a velocidad constante. Tiene grandes áreas de ranuras para una muy buena disipación de calor, y barras con ranuras ondas en el motor. Durante el periodo de arranque, la densidad de corriente es alta cerca de la superficie del rotor; durante el periodo de la marcha, la densidad se distribuye con uniformidad. Esta diferencia origina algo de alta resistencia y baja reactancia de arranque, con lo cual se tiene un par de arranque entre 1.5 y 1.75 veces el nominal (a plena carga). El par de arranque es relativamente alto y la baja resistencia del rotor produce una aceleración bastante rápida hacia la velocidad nominal. Tiene la mejor regulación de velocidad pero su corriente de arranque varía entre 5 y 7 veces la corriente nominal normal, haciéndolo menos deseable para arranque con línea, en especial en los tamaños grandes de corriente que sean indeseables.

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Imagen 1.- bomba industrial con motor jaula de ardilla

1.2.-Motores de inducción de jaula de ardilla clase B A los motores de clase B a veces se les llama motores de propósito general; es muy parecido al de la clase A debido al comportamiento de su deslizamiento-par. Las ranuras de su motor están embebidas algo más profundamente que el los motores de clase A y esta mayor profundidad tiende a aumentar la reactancia de arranque y la marcha del rotor. Este aumento reduce un poco el par y la corriente de arranque. Las corrientes de arranque varían entre 4 y 5 veces la corriente nominal en los tamaños mayores de 5 HP se sigue usando arranque a voltaje reducido. Los motores de clase B se prefieren sobre los de la clase A para tamaños mayores. Las aplicaciones típicas comprenden las bombas centrífugas de impulsión, las máquinas herramientas y los sopladores.

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Imagen 2.- centrifuga industrial con motor jaula de ardilla

1.3.- MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE C

Estos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual desarrolla un alto par de arranque y una menor corriente de arranque.

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Debido a su alto par de arranque, acelera rápidamente, sin embargo cuando se emplea en grandes cargas, se limita la disipación térmica del motor por que la mayor parte de la corriente se concentra en el devanado superior. En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se adecua mejor a grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia. Las aplicaciones de estos motores de clase C se limitan a condiciones en las que es difícil el arranque como en bombas y compresores de pistón

Imagen 3.- compresores de pistón industrial con motor jaula de ardilla

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1.4.-MOTORES DEINDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE D Los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla clase D se conocen también como de alto par y alta resistencia. Las barras del rotor se fabrican en aleación de alta resistencia y s e colocan en ranuras cercanas a la superficie o están embebidas en ranuras de pequeño diámetro. La re lación de resistencia a reactancia del rotor de arranque es mayor que en lo motores de las clases anteriores. El motor está diseñado para servicio pesado de arranque, encuentra su mayor aplicación con cargas como cizallas o troqueles, que necesitan el alto par con aplicación a carga repentina la regulación de velocidad en esta clase de motores es la peor.

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Imagen 4.- extractor industrial con motor jaula de ardilla

Aplicación de “motor rotor bobinado”

2.-Motor de inducción trifásico de rotor bobinado con sistema motorizado de levantamiento de escobillas. Los motores de inducción trifásicos de rotor bobinado con sistema motorizado de levantamiento de escobillas son fabricados con sistema electromecánico que permite el cortocircuita miento de los anillos colectores y el levantamiento de las escobillas luego de la partida. Ejemplos de aplicaciones g Molinos de bolas; g Ventiladores; g Extractores; g Trituradores; g Bombas en general; g Otros. Luego del procedimiento de partida, los motores trabajan en condiciones nominales, con las características de motores de jaula.

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IV

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Ofrecen alta confiabilidad, pues son proyectados con la más alta tecnología de proyecto y fabricados con materiales de calidad comprobada internacionalmente

2.1.- Ventajas El levantamiento motorizado de escobillas implica ventajas Importantes en el desempeño del motor a lo largo de los años:

•

Evita el desgaste constante y prematuro de las escobillas y anillos colectores;

• •

Reduce las paradas para mantenimiento y cambio de escobillas;

•

Aumenta la vida útil de las escobillas, anillos colectores y, consecuentemente, la del motor.

Evita la acumulación de polvo de las escobillas en el interior del compartimiento de las mismas, manteniendo alto el nivel de aislamiento del rotor;

2.2.-Aplicaciones Estos motores son recomendados en casos en que la carga posee un alto conjugado resistente o alta inercia en la partida. Las resistencias externas son utilizados apenas para partir el motor, proporcionando elevado conjugado y reducción acentuada en la corriente de partida. Las escobillas permanecen en contacto con los anillos colectores solamente durante la partida del motor, evitando de esta forma, el desgaste desnecesario de las escobillas y anillos colectores durante el funcionamiento en régimen, permitiendo un mayor tiempo de uso para el conjunto. Los motores de inducción trifásicos de rotor bobinado con sistema motorizado de levantamiento de escobillas son fabricados con sistema electromecánico que permite el cortocircuitamiento de los anillos colectores y el levantamiento de las escobillas luego de la partida.

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Imagen 5.- trituradora industrial con roto bobinado transmisión: por engranaje, producción: 80-150 kg/hora

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HP 7,5,

2.3.-Ejemplos de aplicaciones •

Molinos de bolas;

•

Ventiladores;

•

Extractores;

•

Trituradores;

•

Bombas en general;

Luego del procedimiento de partida, los motores trabajan en condiciones nominales, con las características de motores de jaula. Ofrecen alta confiabilidad, pues son proyectados con la más alta tecnología de proyecto y fabricados con materiales de calidad comprobada internacionalmente. Imagen 6.- molino de bolas con roto bobinado 6.500 kW, 11.000 V, 6 polos, carcasa 900

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2.4.-Características Constructivas

•

Carcasa: Fundida hasta la carcasa 450 y de acero soldado de la carcasa 500 a 1600.

•

Estator: En alta o baja tensión, aislados con sistema WEG de aislación Micatherm – VPI.

•

Rotor: Bobinado y con anillos colectores.

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•

Anillos colectores: De acero inoxidable proporcionando una mejor performance y mayor vida útil.

• •

Porta escobillas: Con sistema motorizado para levantamiento de las escobillas.

•

Sistema motorizado de levantamiento de las escobillas: Posee un actuador electromecánico que suministra el comando para el levantamiento de las escobillas, como también el cortocircuita miento de los anillos colectores. Posee llaves fin de curso para comando y señalización. Necesita de comando externo a través de llaves contactores o CLP.

Escobillas: Desarrolladas para atender específicamente las maniobras en la partida de los motores.

Imagen 7.- bombas de bolas con roto bobinado 2.000 kW, 11.000 V, 4 polos, carcasa 560

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2.5.- Funcionamiento Los motores de rotor bobinado posibilitan el aumento de su resistencia rotórica a través de la utilización de una resistencia externa variable (reóstato), conectada al circuito rotórico, aumentando el conjugado de partida con corriente relativamente baja. El motor parte con las escobillas bajadas y los anillos colectores no cortocircuitados, lo que debe ser garantizado por el intertrabado de las llaves fin de curso de señalización, localizadas en los conjuntos de movimiento de estos componentes. En la medida en que el motor va ganando velocidad, el reóstato debe di sminuir su resistencia progresivamente hasta alcanzar el menor valor posible y entonces el mismo debe ser cortocircuitado. Cuando el motor alcanza la rotación nominal, el actuador electromecánico debe ser accionado para cortocircuitar los anillos colectores y levantar las escobillas y entonces el motor pasa a funcionar en régimen nominal. El sistema está diseñado para garantizar que las escobillas no sean levantadas antes que el rotor esté cortocircuitado. El actuador electromecánico posee llaves fin de curso de comando que son ajustadas para actuar de manera precisa tanto en el procedimiento de levantamiento como en la bajada de las escobillas

2.6.-Operación manual En caso de no la imposibilidad de accionamiento del sistema motorizado, el conjunto de escobillas puede ser accionado manualmente a través del volante localizado en la parte superior del actuador electromecánico. Imagen 8.- molino de bolas con roto bobinado 4.600 kW, 11.000 V, 6 polos, carcasa 800

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3.- Diagrama de torque vs velocidad Si el motor está alimentado a partir de una tensión fija a una frecuencia constante, el torque desarrollado por el motor es una función del deslizamiento. En consecuencia la relación torque velocidad pueden determinarse a partir de la ecuación . Aquí se obtiene una curva como la que se muestra a continuación.

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Existen tres regiones de operación: : Funcionamiento como motor, (0 S 1) El motor gira en la misma dirección que el campo. Una vez que el torque alcanza su nivel máximo, éste se reduce con el aumento del deslizamiento debido a una reducción del flujo en el entrehierro. Regeneración, (S 0): La velocidad del rotor es mayor que la velocidad sincrónica en igual dirección y con un deslizamiento negativo. Por lo que la potencia es devuelta al circuito de estator y el circuito opera como generador. Operación en sentido contrario, (S 1): La velocidad del motor tiene sentido contrario a la dirección del campo, y el deslizamiento es mayor que la unidad

Variaciones en las características de torsión-velocidad de un motor de inducción

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Característica T/S con resistencia adicional en el circuito del rotor Si la tensión de estator y la frecuencia de la red son constantes y con su valor nominal, al incorporar resistencia adicionales el circuito del rotor, las curvas características en función de la resistencia rotórica se muestra en la figura siguiente.

De la figura podemos deducir: a) El valor de torque máximo es independiente de la resistencia rotórica. b) El aumento de resistencias en el rotor implica un aumento en el torque de partida y deslizamiento al cuales se produce el torque máximo. Característica T/S con

tensión de alimentación variable

Si la frecuencia de la red es constante y no existe resistencia adicional en el circuito del rotor al variar la tensión de estator se obtienen las curvas siguientes:

De la figura podemos deducir:

a) El valor del torque disminuye alimentación.

cuadráticamente con la disminución de la tensión de

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b) La variación de la tensión de alimentación no afecta el valor del deslizamiento al cual se produce el torque máximo.

Característica T/S con frecuencia de alimentación variable La tensión inducida en el rotor se puede expresar:

Para operar la máquina a flujo constante, es decir, a torque constante se tiene:

Como no es posible actuar sobre la tensión “e”, si se desprecia la caída de tensión en el estator, se obtiene:

Por lo tanto, en el rango de frecuencia bajo la frecuencia nominal, se debe operar la máquina a torque constante. Ahora para operar la máquina a frecuencias mayores que la nominal, se mantiene la alimentación constante, lo cual implica operar en la zona de potencia constante con flujo en disminución. Esta situación implica que el torque en la máquina disminuye con el aumento de frecuencia manteniéndose constantes las pérdidas. En la siguiente figura se muestran las zonas de operación de la máquina operando con frecuencia variable.

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ANEXOS

Constitución de la Máquina Asíncrona Trifásica Tipos de Motores

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Motor con Rotor Bobinado

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Motor con Rotor en Jaula de Ardilla

Motor con Rotor en Doble Jaula de Ardilla El rotor en estos motores está constituido por dos jaulas, una externa, de menor sección y material de alta resistividad, y otra interna de sección mayor y material de baja resistividad. Ambas jaulas están separadas entre sí en cada ranura por medio de una delgada rendija que aumenta el flujo de dispersión en la jaula inferior. De este modo se consigue una jaula exterior de alta resistencia y baja reactancia y una jaula interior de baja resistencia y baja reactancia. En el arranque (la reactancia predomina sobre la resistencia, pues f es g rande) la corriente fluye en su mayor parte por la jaula exterior (menor reactancia). A la velocidad nominal (las resistencia predomina sobre la reactancia, f es muy pequeña) la corriente fluye en su mayor parte por la jaula interior (menor resistencia). Con todo esto se consigue que en el arranque la resistencia se alta, lo que implica alto par de arranque y baja intensidad, y a la velocidad nominal, como la r esistencia es baja, se tiene buen rendimiento.

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Motor con Rotor de Ranuras Profundas Un efecto análogo al anterior se obtiene mediante un rotor de ranuras profundas, ocupadas por barras altas y profundas, donde debido al efecto autoinductivo y de Foucault, la corriente se distribuye de form a diferente en el arranque y en el funcionamiento de trabajo.

Par en los Motores de Jaula de Ardilla

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Motor jaula normal

Motor de doble jaula

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Motor con ranura profunda

Iarrq / In

Marrq / Mn

Iarrq / In

Marrq / Mn

Iarrq / In

Marrq / Mn

4-7

0,8 - 1,2

3,3 - 5,5

1-2

4 - 4,8

1,2 - 1,5

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Conexión de los Devanados

Cambio del Sentido de Giro del Motor Intercambiando dos fases cambia el sentido de giro del campo magnético del estator y por lo tanto el sentido de giro del rotor

Deslizamiento Ejemplo para f

50Hz

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Número de polos

Ns rpm

Nr rpm

S%

2 4 8 10

3000 1500 750 600

2950 1450 700 550

1,6 3,3 6,6 8

Frecuencias de la corriente del rotor

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V. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

COYTO ALVAREZ, MARCO ANTONIO OBSERVACIONES - Su limitación tradicionalmente había sido la dificultad de controlar su velocidad en un rango amplio, hasta la aparición de los variadores electrónicos de frecuencia

CONCLUSIONES - Se concluyó que las máquinas de inducción trifásica se emplean preferentemente como motor y no como generador.

- El estator está compuesto por un núcleo de fierro cilíndrico, donde se ubican 3 bobinas idénticas que se conectan a los respectivos voltajes de las 3 fases - El rotor en principio puede ser un cilindro de fierro que pueda girar libremente en torno a su eje.

-Son motores mayoritariamente utilizados en plantas industriales por su bajo costo y su bajo rendimiento. - Se puede encontrar que mientras mayor sea el número de polos, menor es la velocidad de rotación del campo magnético

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- Para mejorar el torque del motor, se utiliza en el núcleo de fierro del rotor una estructura, comúnmente de aluminio, denominada “jaula de ardilla”.

- La potencia mecánica corresponde a la mayor potencia de la carga mecánica acoplada al eje, que puede mover el motor sin dañarse.

- El comportamiento electromecánico del motor se puede determinar mediante un modelo circuital muy similar al de un transformador, dado que el motor de inducción puede considerarse como transformador.

- El deslizamiento es la diferencia relativa entre la velocidad del campo magnético rotatorio o velocidad síncrona y la velocidad del rotor.

AMANQUI MOSCOSO, RENATO JESÚS OBSERVACIONES - En las pruebas del motor jaula de ardilla en vacío el deslizamiento es muy pequeño, por lo tanto, como en el rotor, su reactancia y su f.e.m. inducida son todas muy pequeñas. Así, la corriente del rotor es reducida, solamente lo suficiente para producir el par necesario en vacío.

CONCLUSIONES - Analizando tanto el motor de jaula de ardilla como el de rotor bobinado se puede apreciar que ambos motores se alimentan por el estator, para energizar el motor se cortocircuita.

- El factor de potencia es extremamente bajo y en atraso, con cos j < 0,3, pues la corriente que circula por el motor es utilizada solamente para su magnetización.

-Analizamos en que se basa el deslizamiento del motor, este es la diferencia relativa entre las velocidades del rotor y del flujo del estator (síncrona) , cabe resaltar que el rotor siempre va a girar con rotación debajo de la rotación del campo giratorio

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- El motor de rotor devanado posee la misma característica constructiva del motor de inducción con relación al estator, pero su rotor es embobinado con un enrollamiento trifásico en vez de unas cuantas barras, accesible eléctricamente a través de tres anillos con escobillas colectoras en el eje.

- Si el motor gira a una velocidad distinta de la velocidad síncrona (rotación del campo giratorio), las barras del rotor cortan las líneas de fuerza magnéticas del campo giratorio y, por las leyes del electromagnetismo, circularán en él corrientes inducidas.

-

- Cuanto más grande la carga, más grande

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tendrá que ser el par necesario para accionarla. Para obtener un mayor par, proporcionalmente tendrá que ser mayor la diferencia de velocidades entre rotor y el campo giratorio en el estator para que las corrientes inducidas y los campos producidos sean mayores. Por lo tanto, en la medida que la carga aumenta, baja la la velocidad de rotación del motor. Cuando la carga es cero (motor en vacío) el rotor va a girar prácticamente en la rotación síncrona.

DÁVILA GALDOS, MANUEL ALEJANDRO OBSERVACIONES

CONCLUSIONES

Observaciones: • Pudimos verificar que en ambas conexiones, el sistema de conexión es total mente diferente en jaula de ardilla esta en estrella y en la otra que sería rotor bobinado esta en delta.

• Los embobinados de las máquinas pequeñas se hacen con alambre redondo. En máquinas grandes, el material conductor tiene una sección transversal

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rectangular para un empacado más compacto en el espacio ocupado por el embobinado.

• Aunque los motores de corriente continua se adaptan mejor para procesos industriales que demandan altos grados de flexibilidad en el control de velocidad y torque de lo que están los motores de corriente alterna convencionales que operan de fuentes de frecuencia constante, su uso en nuestro medio ha decaído bastante.

• Uno de ambos es el campo principal, es decir, aquél sin el cual la máquina eléctrica no puede funcionar de ninguna manera como tal (ni con carga, ni sin ella); a este campo se le suele llamar también inductor y el circuito eléctrico

que lo origina se denomina de excitación o de campo.

- El uso más difundido de esta máquina es como motor y en nuestro medio se usa más, y también se construye, los motores con rotor de jaula de ardilla. Los motores de rotor bobinado son muy caros y no se construyen en el país.

Conclusiones: • El principio de funcionamiento de todo motor se basa en que tiene que estar formado con polos alternados el estator, ya que los polos magnéticos iguales se repelen y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación. • Estos motores por su alto nivel de velocidad y par de torsión bajo, son utilizados en electrodomésticos como son lavadoras licuadoras ventiladores etc

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• Estos motores se usaban en la industria pero tenían un problema ya que se limitaban a no regular la velocidad, y se usaban en tracción eléctrica, trenes de laminación, bombas de agua como también son utilizados en electrodomésticos como licuadoras, ventiladores entre otros pero se la gran mayoría fueron sustituidos por motores de Corriente continua. • Un motor cuando comienza a sobre trabajar, es decir, que trabaja por encima de sus valores nominales, va disminuyendo su periodo de vida; esto nos lleva a concluir que si no se realiza un buen plan de mantenimiento el motor no durará mucho. Un plan de mantenimiento debe realizarse tomando en cuentas las fallas que están ocurriendo en los motores • En aplicaciones especiales se emplean algunos tipos de máquinas dinamoeléctricas combinadas. Por lo general, es deseable cambiar de corriente continua a alterna o a la inversa, o cambiar de voltaje de alimentación de corriente continua, o la frecuencia o fase con alimentación de corriente alterna

Electrotecnia Industrial Rúbrica Resultado:

c) Los estudiantes conducen pruebas y mediciones, analizan e interpretan sus resultados para evaluar y mejorar sistemas.

Criterio de desempeño:

c.2: Interpreta y analiza resultados de pruebas y/o mediciones para optimizar el funcionamiento de equipos y sistemas eléctricos

Curso: Actividad: Nombre y apellido del alumno: Observaciones

Máquinas AC La máquina de inducción Sección : Periodo :

Ciclo:

4

Semana: Docente: Fecha:

Documentos de Evaluación

Laboratorio 03 Máquinas de Induccióngggggggg

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