GUIA DE LABORATORIO Nº8 ENSAYO DE CIRCUITO ABIERTO Y ROTOR BLOQUEADO EN EL MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO
El alumno deberá determinar los parámetros del circuito equivalente del motor trifásico de inducción aplicando los ensayos de vacío y de rotor bloqueado, comparando los resultados con el circuito equivalente del transformador.
El motor asíncrono de corriente alterna se considera el motor industrial por excelencia, a causa de la sencillez y fortaleza de su construcción, así como por su seguridad de funcionamiento. Analizaremos, a continuación, el motor asíncrono conectado a una red trifásica, que es el más utilizado en la industria actual. Haciendo los ensayos del motor asíncrono nos permite determinar los parámetros del circuito equivalente de la misma. Es algo similar a la forma del transformador, existen dos tipos de pruebas, denominadas: Ensayo de vacío o de rotor libre. Ensayo de rotor bloqueado o de cortocircuito. Esta prueba consiste en hace funcionar al motor sin ninguna carga mecánica en el eje del motor, entonces la máquina trabaja a rotor libre. Se debe aplicar la tensión asignada al primario V 1n, midiendo la potencia absorbida P 0 y la corriente de vacio I0. Existe una gran diferencia entre el ensayo del motor asíncrono y el correspondiente del transformador. Hay que tomar en cuenta que si la maquina pudiera funcionar en esta prueba a la velocidad de sincronismo n = n 1, el deslizamiento seria igual a cero, lo que indicaría, en el circuito equivalente sería exactamente como la figura siguiente:
1
Que la resistencia R’ se hace infinita y que en consecuencia, I’
sería nula y resultaría que para el transformador (despreciando las pérdidas en el cobre del primario) resultaría un esquema similar al indicado en la figura siguiente: c
2
girar a la velocidad de sincronismo, ya que I’
Sin embargo, y como se ha explicado anteriormente, el motor asíncrono no puede 2 sería nula y no existiría ningún par electromagnético en el eje, pero estaría muy cercana, es decir, dado que lo hacemos funcionar con una tensión U 1 y frecuencia nominal f. En estas condiciones la velocidad de giro del motor estará muy cercana a la velocidad de sincronismo, de tal forma que:
→0 ⟹′ ∗[(1−)/] = + = + +.. <<< <<< + .. ≈ + = +..
Es muy grande; en estas circunstancias la potencia P 0 consumida por el motor es como a continuación vemos: y
(pues I0<< IN )
Su esquema en forma simple sería de la siguiente forma:
Ensayo en vacío.
Circuito equivalente 2
El problema que se plantea en este ensayo es que la potencia absorbida por el motor funcionando a rotor libre es la suma de las pérdidas en el hierro mas las pérdidas mecánicas. Es necesario separaras, para ello, se procederá de la siguiente forma: comenzando por la tensión nominal de alimentación, se irán realzando sucesivas medidas de potencia a diferentes tensiones, hasta llegar a una tensión de alimentación de aproximadamente el 25% de la tensión nominal, construyendo una grafica de tipo parabólico) como la que se muestra en la figura siguiente:
Una vez construida la gráfica anterior, se prolongara dicha curva hasta que corte al eje de ordenadas El punto de corte nos indica las pérdidas mecánicas, ya que entonces las pérdidas en el F e serán nulas al no existir flujo. Por tanto a la tensión nominal de alimentación, las pérdidas en el hierro serán la potencia total absorbida menos las pérdidas mecánicas. Hemos de notar que las perdidas mecánicas se consideran constantes para diferentes valores de tensión de alimentación porque una vez que el motor comienza a girar lo hace prácticamente a la misma velocidad, como dijimos, muy cercana a la de sincronismo, para diferentes tensiones de alimentación, con lo que las perdidas mecánicas se pueden considerar constantes. Una vez separadas las pérdidas en el hierro de las pérdidas mecánicas, tenemos que: El circuito equivalente queda en la forma que indica el diagrama de debajo. Entonces:
3
3 = = = = = { { =( +) = = = =√ 3∗ = || − Suma algebraica.
;
;
;
;
En este ensayo lo realizamos bloqueando el motor impidiéndole que gire, es decir, n=0, por lo que se tendrá: s =1, R'c =0, lo que indica que el motor se comporta como un transformador con el secundario en cortocircuito. Al estator se le aplica una tensión un creciente, partiendo de cero, hasta que la corriente absorbida sea la asignada, Icc =I1n (por fase), midiendo a la vez la tensión asignada V 1cc (fase) y la potencia absorbida total Pcc . La corriente de vacio I 0 es entonces despreciable frente a I 1n debido a la pequeña tensión necesaria, resultando el circuito equivalente de la figura siguiente, la cual se obtiene al despreciar la rama en paralelo y hacer que R' c =0.
Circuito equivalente en ensayo de rotor bloqueado. Entonces, resumiendo, dado que lo hacemos funcionar con una tensión U 1 y que al impedir que gire obtenemos que N2=0, s=1, R'c=0 y se aplica al estator una tensión creciente desde 0 hasta que la corriente del motor sea la nominal (I1cc=I1N).
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= + = + 3 = +′′ = +′ = = =cos = + = } = +′ } = +′ = y X’ =X’
R1 lo obtenemos por medición directa sobre los devanados del estator, y X cc se reparte entre X 1 2 a falta de otra información X 1 2. Y de la figura siguiente podemos decir:
= = + +′′ = = = + = − ;
Para los fines de ensayo se utilizará: Multímetros. Auto transformador trifásico. Vatímetro trifásico. Amperímetro. Voltímetro. 5
Se procederá a reconocer e identificar los terminales del motor, elaborar el esquema de conexiones de los componentes encontrados. (Indicar el tipo de motor según la información obtenida). DATOS DE PLACA SIEMENS 3-Motor 1 La7 080-2yc80 Potencia: 1.2 HP Ta: -15/40 ºC cosØ : 0.90 RPM: 3400 Frecuencia: 60 Hz
Conexión: 220 ∆∆/380 YY/440 ∆Y
El motor para la prueba es en conexión delta para bajo voltaje.
4.1.- MEDICIÓN DE LAS RESISTENCIAS DE LAS BOBINAS Medir el instrumento con el instrumento adecuado el valor de la resistencia las bobinas del estator de cada fase y determinar el valor promedio de la resistencia por fase para el modelo equivalente por fase del motor de inducción trifásico. Medición entre: Resistencia:
4.5Ω 4.8Ω 4.6Ω 4.6333Ω
L1-L2
L1-L3 L2-L3
Promedio: 4.2.- RECONOCIMIENTO DE LOS TERMINALES
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Reconocer los terminales del motor y realizar el esquema de conexiones de los instrumentos y fuentes que permitan hacer los ensayos para determinar los parámetros por fase correspondientes.
Ensayo en vacio.
Ensayo con rotor bloqueado. 4.3.- MEDICIÓN DEL VALOR DE LA TENSIÓN, CORRIENTE Y POTENCIA Medir con el instrumento adecuado el valor de la tensión de alimentación del ensayo en vacío, al corriente que toma de la fuente y la potencia que absorbe en el ensayo de vacío. Mediciones realizadas en la prueba de motor en vacio: Data: Valor:
I de vacio Voltaje N 2.5 Amp 220 V
WA 33*2
WB 93*2
4.4.- DESARROLLO DEL ENSAYO DE ROTOR BLOQUEADO Desarrolle el ensayo de rotor bloqueado siguiendo estrictamente las indicaciones del docente, tomando las previsiones adecuadas para evitar accidentes. Mediciones realizadas en la prueba de motor bloqueado: Data: Valor:
I de vacio Voltaje N 4 Amp 45 V 7
WA 85*2
WB 16*2
4.5.- MODELO EQUIVALENTE CON LOS VALORES Con la información recolectada dibujar el modelo equivalente por fase con los valores que le correspondan a los diferentes elementos del circuito equivalente.
5.1.- PARÁMETROS DEL CIRCUITO EQUIVALENTE EN CONDICIÓN DE VACÍO Determine los parámetros del circuito equivalente del motor de inducción en la condición de vacío. Data: Valor:
I de vacio Voltaje N 2.5 Amp 220 V
WA 33*2
WB 93*2
= + =252 . = 2523 =84 . 220 = = 84 =576.19 Ω =√ =1143. 3 ∗220∗15(−3) =+ = − ; =1115.02 = =43.40Ω
5.2.- FORMA DE SEPARAR PERDIDAS EN EL ENSAYO EN VACÍO Describa la forma de separar las perdidas rotacionales del motor, en el ensayo de vacío. Para separar las perdidas, comenzaremos por la tensión nominal de alimentación, se irán realizando sucesivas medidas de potencia a diferentes tensiones, hasta llegar a una tensión de alimentación de aproximadamente el 25% de la tensión nominal, construyendo una gráfica como la que se muestra:
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Después de realizada la gráfica anterior, se prolongará dicha curva hasta que corte al eje de ordenadas. El punto de corte nos indica las pérdidas mecánicas. Por tanto a la tensión nominal de alimentación, las pérdidas en el hierro serán la potencia total absorbida menos las pérdidas mecánicas, es decir:
= −É Á Debemos de notar que las pérdidas mecánicas se consideran constantes para diferentes valores de tensión de alimentación porque una vez que el motor comienza a girar lo hace frecuentemente a la misma velocidad, muy cercana a la de sincronismo, para disímiles tensiones de alimentación, con lo que las pérdidas mecánicas se pueden considerar invariables. El valor de las perdidas en el hierro a la tensión asignada vendrá dado por la ordenada existente entre la curva P Fem +P m y la horizontal P m a esa tensión como muestra la figura anterior. Para reducir errores en la extrapolación de la curva parabólica de la figura anterior, es mas practico presentar P Fe +P m en función del cuadrado de la tensión V 1 , tal como de muestra en la siguiente figura.
En este caso la curva anterior se transforma en línea recta, cuya ordenada en el origen representa la perdida mecánica del motor. 9
5.3.- DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR EN VACÍO. De acuerdo a los registros de los instrumentos determinar los parámetros del circuito equivalente del motor de inducción con el rotor bloqueado. Teniendo como datos las mediciones realizadas en la prueba de motor bloqueado: Data: Valor:
I de vacio Voltaje N 4 Amp 45 V
WA 85*2
WB 16*2
3= + 3=202 = =4.21 Ω == ++ =8. 8 43 Ω = =11.25Ω == + ∗ = − =10.43Ω 5.4.- DETERMINACIÓN DEL DESLIZAMIENTO DEL MOTOR EN VACÍO. Determinar el deslizamiento del motor en prueba de vacío y graficar el circuito equivalente por fase para esta condición de operación. Hallo el deslizamiento s aplicando la siguiente fórmula:
= − ∗100%
Solo conocemos la velocidad que está en placa: 3400RPM, no se midió las revoluciones para conocer cuánto es en vacio, por lo que no se puede sacar este dato.
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Cuando se bloquea el rotor el motor de inducción se comporta como un transformador ya que la frecuencia del estator es igual a la frecuencia del rotor. Comparando el circuito equivalente del ensayo de vacio del motor de inducción con el circuito equivalente del transformador estas son casi similares si no fuera por las características de las maquinas de inducción. Para el ensayo de rotor bloqueado, se debe hacer este ensayo con motor de baja potencia, menor a 2HP. Se debe señalar en la prueba de vacío que el motor asíncrono no puede girar a la velocidad de sincronismo, ya que sería nula y no existiría ningún par electromagnético en el eje. Las pérdidas mecánicas se consideran constantes para diferentes valores de tensión de alimentación porque una vez que el motor comienza a girar lo hace prácticamente a la misma velocidad, muy cercana a la de sincronismo, para diferentes tensiones de alimentación, con lo que las pérdidas mecánicas se pueden considerar constantes. Para hallar el deslizamiento debemos hallar la velocidad del rotor con un tacómetro, en este laboratorio hallamos no se usó ningún tacómetro, debido a que ya desde un anterior laboratorio estos no marcaban una medida correcta.
′
8.- BIBLIOGRAFÍA
MAQUINAS ELECTRICAS. Jesús Fraile Mora. Serv. Publicaciones de la E.T.S. de ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid. Fundamentos de la maquina eléctrica por CHAPMAN ,4ta edición. http://www.die.eis.uva.es/~daniel/docencia/te/motores_induccion.pdf MAQUINAS ELÉCTRICAS. Fitzgerald, Kingsley y Umans. McGraw Hill http://www.tecnologiaseso.es/pdf/electronicapdf/motores%20cc.pdf
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