ENSAYO DE MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO BAJO CONDICIONES DE CARGA

Universidad Universid ad Nacional de San Agustín

Laboratorio de Maquinas Eléctricas 2

TEMA: ENSAYO DE MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO BAJO CONDICIONES DE CARGA 1. OBJETIVOS a. Determinar y verificar experimentalmente el desempeño de operación bajo condiciones de carga del motor de inducción trifásico de jaula de ar dilla. b. Verificar experimentalmente las características operación de deslizamiento y torque que desarrolla el motor de inducción. c.

Verificar experimentalmente las características operación de potencia de salida y rendimiento del motor de inducción.

d. Comparar los resultados de características de operación estimadas con el circuito equivalente del motor y los resultados experimentales

2. INTRODUCCION. Normalmente el método indirecto de ensayos necesarios sirve para evaluar y pronosticar las condiciones de operación real del motor asincrónico después de haber realizado una reparación o mantenimiento. Pero para motores menores de 15 KW (20HP) y según capacidad de instrumentos de laboratorio se pueden realizar estos ensayos, que consiste en realizar ensayos bajo condiciones de carga nominal de motor tomando lectura de los parámetros eléctricos y mecánicos necesarios. En calidad de carga se pueden acoplar al eje del rotor un freno prony, un generador dc. o ac. freno electromagnético (corrientes parásitas), una máquina pendular, etc. La exactitud dependerá del dispositivo de carga y de los instrumentos de precisión. La características de torque de la máquina de inducción nos permite estimar sus condiciones de operación como su sobre carga, métodos de arranque, influencia en la carga, aplicaciones de los motores para el accionamiento de distintas herramientas de trabajo.

Figura 1. Curva característica del deslizamiento torque desarrollado. desarrollado.

Universidad Nacional de San Agustín


Las características de rendimiento nos permiten establecer la correcta selección del motor en cuanto a su potencia de salida, torque, velocidad rotación del eje y niveles de tensión y frecuencia.

Figura 2. Curva característica de desempeño como potencia de salida y rendimiento.

Con los datos del circuito equivalente exacto del motor de inducción puede estimar las características de operación en carga y comparar con los datos y características experimentales para establecer cuantitativamente su aproximación.

Figura 3 Circuito equivalente exacto y flujo de potencia en la conversión de energía.


PRELABORATORIO:




3. MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS. Los siguientes equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la práctica: Item

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Descripción Regulador de tensión trifásica (variac) 380 V, 20 A, 10 kW Motor de inducción de 10 HP, 440/380/220 V, 60 Hz, 1750 rpm Amperímetro de c.a. 25 A Voltímetro de c.a. de 600V Vatímetro trifásico 50 A, 600 V Analizador de redes trifásico 380 V, 50 A Microohmímetro MPK5 (o puente Wheastone) Multitester para verificación de circuitos

Cantidad

1 1 1 1 1 1 1 1

Kit de cables flexibles AWG 14 ó 2.5 mm2 Termómetro de mercurio o digital

1

Código



4. PROCEDIMIENTO. 4.1 Armar el circuito de la Figura 4 como para el arranque por reducción de tensión del motor de inducción por métodos de configuración de estrella triángulo. Tomar nota de los datos de placa.

Figura 4. Esquema de montaje del ensayo de carga del motor de inducción en el módulo.

4.2 Una vez montado el circuito de la Figura 4 verificar los alcances de los respectivos instrumentos para este ensayo del motor con cargas nominales e incluso superiores, hacer reconexiones necesarios de la máquina de carga (generador de corriente continua, generador síncrono, maquinas pendular, etc). Para esto acoplar mecánicamente las flechas de ambos rotores de las máquinas. Tener mucho cuidado con las conexiones, las escalas de los instrumentos de medición. Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor aplique tensión reducida hasta llegar a la tensión nominal V1n. Conservando el mismo esquema de conexiones, aplicar a la máquina de carga las respectivas cargas de tal manera que se obtenga en las fases V1n , P1n , I1n tomar unos 8 a 10 juegos de lectura de tensión corriente y potencia de salida registrando el valor de potencia nominal Pn.



Figura 5. Esquema representativo de montaje para el ensayo bajo condiciones de carga del motor de inducción. 4.3 Todos los datos registrados debe llevarse a la siguiente tabla para su posterior

evaluación. Tabla 1. Registro de las mediciones con los instrumentos.

Tabla de valores medidos – Motor inducción bajo carga. í  í

 

T(Nm) (V fase) (Amp Estrella) (1Wfase) Rpm # 3250 1.65 239.5 1.24 260 1 3290 1.50 230.5 1.12 230 2 3327 1.35 231.0 1.02 210 3 3360 1.20 231.0 0.93 183 4 3393 1.05 232.0 0.84 161.1 5 3426 0.90 232.0 0.76 139.5 6 3452 0.75 231.0 0.69 121.5 7 3481 0.60 233.0 0.62 103.5 8 3500 0.45 232.0 0.56 86.6 9 3522 0.30 232.0 0.51 69.1 10 3542 0.15 231.5 0.47 51.3 11 3565 0 232.0 0.45 33.4 12 valores medidos – Motor inducción “Régimen Generador” í  í

# 1

 

(V fase)

(Amp)

(Wfase)

Rpm

T(Nm)

233.9

0.69

102.4

3720

-1.31



ind 0.89 0.876 0.87

Tabla de

0.85 0.83 0.79 0.76 0.72 0.66 0.53 0.45 0.32



ind 0.627

En este

cuadro se observa que cuando la velocidad que el motor supera la velocidad síncrona, el motor opera en régimen generador.

5. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSION DE RESULTADOS.



5.1 Dar la relación de los valores promedios o totales de las lecturas en la experiencia de motor bajo condiciones de carga en forma tabulada. í

# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

í



(V LN)

(V Línea)

(Amp Delta)

(W 1 )

(W 3 )

239.5

414.826

0.7159

260

780

230.5

399.238

0.6466

230

690

231.0

400.104

0.5889

210

630

231.0

400.104

0.5369

183

549

232.0

401.836

0.4850

161.1

483.3

232.0

401.836

0.4388

139.5

418.5

231.0

400.104

0.3984

121.5

364.5

233.0

403.568

0.358

103.5

310.5

232.0

401.836

0.3233

86.6

259.8

232.0

401.836

0.2944

69.1

207.3

231.5

400.97

0.2714

51.3

153.9

232.0

401.836

0.2598

33.4

100.2





S (%) 9.722 8.611 7.583 6.667 5.75 4.833 4.111 3.306 2.778 2.167 1.611 0.972

ind 0.89 0.876 0.87 0.85 0.83 0.79 0.76 0.72 0.66 0.53 0.45 0.32

5.2 En forma tabulada dar los valores de los datos de placa y hacer una descripción e interpretación de estos datos de las máquinas utilizadas.. LN Germany-50170 Kerpen-Siemensstr.2 SE 2662-3G6 Delta/Estrella Mot.Ds Uerr: CA:

VDE 0530 U: 400/690 V 0.37 Kw 3360 1/min Ierror: CB:

• Delta/Estrella :Voltaje •

I: 1/0.58 A

IP: 0.54 Is.KI. :F I: 1/0.58 A cos: 0.83 f: 60 Hz Made in Germany

: 400/690: tensión nominal. : Intensidad de corriente absorbida por el motor según su conexión.

• Frecuencia-60hz

:Cciclos por segundo

• Rpm speed- 3360/min

:Las revoluciones por minuto, la velocidad a la que gira el eje del motor.

•Cosɸ

: Factor de potencia de la máquina.

• Ip0.54

: protección mecánica, clase de protección al polvo y al

agua. • Capacidad 0.37kw

: señala la potencia mecánica o útil desarrollada en el

eje. • F

: clase de aislamiento.

5.3 Con la ayuda de los cálculos necesarios estimar las curvas características de operación experimental del motor que son del deslizamiento vs torque de salida.



De acuerdo a los datos medidos podemos determinar la curva de torque deslizamiento.  



Rpm (Sincrono)

Rpm

T(Nm)

S (%)

3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600 3600

3250 3290 3327 3360 3393 3426 3452 3481 3500 3522 3542 3565

1.65 1.50 1.35 1.20 1.05 0.90 0.75 0.60 0.45 0.30 0.15 0

9.722 8.611 7.583 6.667 5.75 4.833 4.111 3.306 2.778 2.167 1.611 0.972

Graficando la curva:

Figura 5.1: Torque vs Deslizamiento

5.4 Con la ayuda de los cálculos necesarios estimar las curvas características de operación experimental del motor: potencia de salida vs rendimiento, potencia de salida vs rpm, potencia de salida vs factor de potencia, potencia de salida vs torque desarrollado y potencia de salida vs corriente del estator. Los cálculos de potencia de salida, la potencia consumida, el rendimiento se muestran en la siguiente tabla:

 = 3∅ 2 ∗ 1 ∗   = 60



 =

 

(W 1 )

(W3 )

(W)

Eficiencia (%)

260 230 210 183 161.1 139.5 121.5 103.5 86.6 69.1 51.3 33.4

780 690 630 549 483.3 418.5 364.5 310.5 259.8 207.3 153.9 100.2

561.561 516.7932 470.34464 422.23104 373.08071 322.89365 271.12008 218.71819 164.9340 110.64715 55.637736 0

71.995 74.8975652 74.65788 76.9091148 77.1944358 77.1549935 74.3813663 70.4406415 63.4849885 53.3753748 36.1518752 0

 

 

Graficando:

Figura 5.2: Rendimiento vs Psalida

Rpm 3250 3290 3327 3360 3393 3426 3452 3481 3500 3522 3542 3565



Figura 5.3: Rpm vs Psalida

Figura 5.4: Factor de potencia vs Psalida



Figura 5.5: Torque vs Psalida

Figura 5.6: Corriente vs Psalida

5.5 A partir de los parámetros del circuito equivalente “T” exacto incluyendo la resistencia de la rama de magnetización del motor correspondiente a los valores nominales. Trace la curva característica de deslizamiento vs torque desarrollado. De los ensayos de vacío y rotor bloqueado determinó el circuito, y los parámetros.



Figura: Circuito Equivalente del ensayo de rotor bloqueado

Encontrando el torque con la siguiente expresión:

%Torque vs Deslizamiento format compact;clc; R1=77.176; X1=61.778; R2=61.778; X2=64.689; f=60; m1=3; Vf=400; Xcc=X1+X2; s=[0:0.1:4]; n1=3600; Tem=(m1*R2*Vf^2./s)./(2*pi*n1/60.*((R1+R2./s).^2)+Xcc^2); figure(7) plot(s,Tem,'-bs','LineWidth',2.5,'markerEdgeColor' ,'k','MarkerFaceColor' ,'g', 'MarkerSize' ,3) title('Torque vs Deslizamiento' );legend('Torque vs s'); xlabel('Deslizamiento' );ylabel('Torque'); hold on,grid on;

Se puede encontrar la expresión en función al deslizamiento:

Figura: Torque en función del deslizamiento



5.6 A partir de los parámetros del circuito equivalente “T” exacto incluyendo la resistencia de la rama de magnetización del motor correspondiente a los valores nominales. Trace la curva característica de potencia de salida vs rendimiento, potencia de salida vs rpm, potencia de salida vs factor de potencia, potencia de salida vs torque desarrollado y potencia de salida vs corriente del estator. %calculando mediante Matlab format compact;clc; R1=77.176; X1=61.778; R2=61.778; X2=64.689; f=60; m1=3; Vf=400; Xcc=X1+X2; Rpfe=18184.7; Xu=1538.8; s=[0.3:0.1:1]; n1=3600; Tem=(m1*R2*Vf^2./s)./(2*pi*n1/60.*((R1+R2./s).^2)+Xcc^2); figure(7) plot(s,Tem,'-bs','LineWidth',2.5,'markerEdgeColor' ,'k','MarkerFaceColor' ,'g', 'MarkerSize' ,3) title('Torque vs Deslizamiento' );legend('Torque vs s'); xlabel('Deslizamiento' );ylabel('Torque');hold on,grid on; %Otros graficos Putil=Tem*2*pi*n1/60.*(1-s); Rc=R2*(1./s-1); %conviene comenzar el problema hallando el valos total %de la impedancia del motor zr=(R2+i*X2)+Rc; yr=1./zr; %que corresponde a una admitancia yp=1/Rpfe + 1/( xu*i)+ yr ; %admitancia total en paralelo zp=1./yp ; %corresponde a una impedanci... ztotal=(R1+i*X1)+zp; Itotal=V1./ztotal; %corriente total S1=3*V1*conj(Itotal); %potencia aparente eficiencia=Putil./(real(S1)) figure(8) plot(Putil,eficiencia, '-bs','LineWidth',2.5,'markerEdgeColor' ,'k','MarkerFaceColor' ,'g', 'MarkerSize' ,3) title('Putil vs eficiencia' );legend('n vs Putil'); xlabel('Putil');ylabel('rendimiento');grid on % rpm=60*Putil./(2*pi.*Tem); %RPM figure(9) plot(Putil,rpm,'-bs','LineWidth',2.5,'markerEdgeColor' ,'k','MarkerFaceColor' ,'g', 'MarkerSize' ,3) title('Putil vs Rpm');legend('Rpm vs Putil'); xlabel('Putil');ylabel('RPM');grid on; fp=cos(angle(S1)); %Fp figure(10) plot(Putil,fp, '-bs','LineWidth',2.5,'markerEdgeColor' ,'k','MarkerFaceColor' ,'g', 'MarkerSize' ,3) title('Putil vs Factor de potencia' );legend('fp vs Putil'); xlabel('Putil');ylabel('factor de potencia' );grid on; figure(11) %Tem



plot(Putil,Tem,'-bs','LineWidth',2.5,'markerEdgeColor' ,'k','MarkerFaceColor' ,'g', 'MarkerSize' ,3) title('Putil vs Torque' );legend('Torque vs Putil'); xlabel('Putil');ylabel('torque');grid on;

6. INVESTIGACION COMPLEMENTARIA. 6.1 En generación eólica que tipos de generadores eléctricos se utilizan y como realizan la sincronización de la frecuencia con la del sistema de interconectado. Los generadores de las turbinas eólicas son máquinas rotativas de C A, que basadas en las leyes de la inducción electromagnética, convierten la energía mecánica de rotación en energía eléctrica. La industria eólica utiliza máquinas síncronas o asíncronas, generalmente las maquinas asíncronas.



Generador asíncrono o de inducción: Si hacemos girar el rotor de forma manual a una velocidad n1 superior a la velocidad síncrona del generador (que viene impuesta por el campo giratorio que crea la red) en ese caso el rotor se mueve más rápidamente que el campo magnético giratorio del estator, lo que significa que, una v ez más, que el estator inducirá una gran cor riente en el rotor. Cuanto más rápidamente hagamos girar el rotor, mayor será la potencia transferida al estator en forma de fuerza electromagnética, y posteriormente convertida en electricidad suministrada a la red eléctrica.

6.2 Los accionamientos eléctricos en base a motores de inducción trifásico de jaula de ardilla se controlan a través de convertidos de frecuencia. Pesquisar y definir el principio de funcionamiento de control de velocidades y torque de estas máquinas. Existen diferentes tipos de accionamientos para el control de velocidad, torque de un motor, podemos considerar algunos como:

a) Conversion de corriente continua a corrient alterna:

Se dispone de una red de c.c. que se conmuta de una forma adecuada para obtener corriente alterna. Los convertidores que realizan esta operación se denominan inversores y tambien onduladores. La salida de estos inversores esta formada por trozos de ondas rectangulares o tambien escalonadas y se utilizan para el control de velocidad de motores de c.a. a patir de redes de c.c. para ello se modifica la frecuencia de la onda de c.c. por tecnicas de conmutacion dentro del inversor. La forma de onda se puede aproximar ala senoidal modulando el ancho del impuslo PWM (Pulse width modulation). Existen en la actualidad mchos trenes alimentados por una red c.c. que llevan, sin emabrgo, motores de c.a. asincronos, cuyo arranque y regulacion de velocidad se consigue por medio de inversores. b) Conversion de corriente alterna a corriente alterna: Existen tres tipos de convertidores que se incluyen en este grupo..

1. Conversor c.a. – c.c – c.a:



La conversión de alterna a alterna, requiere una parte intermedia a de corriente continua. Para ello se usan rectificadores fijos o controlados por tiristores, luego esta se convierte a alterna nuevamente usando los inversores. Este sistema es usado para el control de velocidad de motores de c.a. síncronos y asíncronos. Ejm. Arranque y regulan los trenes de alta velocidad,

2. Conversor c.a – c.a por control de fase: Se usa una tensión alterna que se conmuta periódicamente una vez cada semiciclo, dando lugar a una c.a. controlada en fase de la misma frecuencia que la entrada pero de menor amplitud. Los dispositivos empleados son los triacs o dos tiristores en paralelo- inverso. Es un sistema de control por ejemplo para alumbrado industrial o doméstico. También usado para regulación de velocidad de motores monofásicos de c.a. con colector de delgas (de pequeña potencia).

3. Conversor directa c.a. – c.a.: En este caso se obtiene una c.a. de frecuencia variable a partir de trozos de una c.c de entrada; los convertidores se denominan entonces ciclo convertidores. La entrada generalmente es una red trifásica y la salida también trifásica, tien una frecuencia menor que la correspondiente de entrada. Ese tipo de conversión no es muy atractivo comercialmente porque requiere un equipo de control bastante complejo. Se utiliza en la regulación de velocidad de motores de c.c. trifásicos de gran potencia. De acuerdo a lo anterior los accionamientos eléctricos con motores de inducción, se clasifican en las tres categorías principales siguientes:







7. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES. 

Este trabajo fue importante realizarlo ya que aprendimos más sobre el funcionamiento del motor asíncrono, sus características.

•

Se determinó y logro trazar las curvas de desempeño de la maquina asíncrona.



Es de gran utilidad para este laboratorio saber los parámetros de la máquina, previamente calculados en ensayos de vacío y rotor bloqueado.

•

Se puede determinar los valores de torque tanto en vacío como en máxima carga, el torque máximo.

•

Los valores encontrados no difieren mucho de los valores teóricos.



Este equipo (motor inducción) tiene una infinidad de utilidades por ello es la principal carga en los sistemas eléctricos de potencia.

8. BIBLIOGRAFIA. •

Jesús Fraile Mora, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. Edición, 2008.

•

[2] Fitzgerald A. E. Charles Kingsley Jr, Stephen D. Umans, “Máquinas Eléctricas”,

McGraw Hill, 6ra. Edición, 2003.

ENSAYO DE MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO BAJO CONDICIONES DE CARGA

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