Laboratorio de Máquinas Eléctricas 2016
GUIA DE LABORATORIO No. 2.
1
1.1
ENSAYO DE VACÍO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO OBJETIVOS a) Determinar los parámetros del circuito equivalente del motor de inducción en estado estacionario o permanente. b) Estimar las pérdidas rotacionales, núcleo y eléctricas durante la operación en vacío o sin carga acoplada al ee. c) !eri"icar !eri"icar los sistema de arranque utili#ados en motores eléctricos el éctricos de inducción tro"ásico.
1.$
INTRODUCCIÓN %os métodos de ensayos necesarios para evaluar y pronosticar las condiciones de operación real del motor asincrónico después de "abricación, reparación, mantenimiento, o acondicionamiento son el método directo e indirecto. Estos métodos dependen de la capacidad de las "uentes de alimentación, equipos e instrumentos del laboratorio l aboratorio de ensayos y de la potencia del motor.
Método Método dir!t dir!too
de carga es aplicad aplicado o para para motore motoress menore menoress de 1& '(. '(. $* +) según según capacidad de instrumentos de laboratorio. -onsiste en reali#ar ensayos bao condiciones de carga nominal de motor tomando lectura de los parámetros eléctricos y mecánicos necesarios. En calidad de carga se puede acoplar un "reno rony, rony, un generador de a.c, un "reno electromagnético corrientes parásitas), una máquin máquinaa pendul pendular ar,, etc. etc. %a eacti eactitud tud depend dependerá erá del dispos dispositiv itivo o de carga carga y de la precis precisión ión de los instrumentos de medición siendo está la máquina pendular la más adecuada
carga para motor motores es de mayor mayor pote potenc ncia ia.. En los Método i"dir!to de carga
motores motores mayor potencia no es posible el método directo por lo mencionada anteriormente. -onsiste en reali#ar dos ensayos básicos el de vacío y de rotor bloqueado o corto circuito). /ntes de reali#ar los ensayos primero se determino la resistencia de los devanados del estator en "rio por "ase a través del método directo o indirecto de medición de resistencias en corriente continua, y se toma lectura de la temperatura ambiente.
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0ig. 1. -ircuito equivalente eacto y pérdidas de potencia en el motor de inducción. Ensayo de vacío o sin carga de rotor libre. -onsiste en acer "uncionar el motor sin ninguna carga mecánica en el ee, es decir, la máquina trabaa a rotor libre. 2e aplica tensión nominal al estator midiendo la potencia absorbida o y la corriente de vacío 3o. Eiste una gran di"erencia entre el ensayo de vacío del motor de inducción y el correspondiente al del trans"ormador. Del circuito equivalente del motor de inducción nótese que si en esta prueba la velocidad del rotor "uera la velocidad de sincronismo n $4n1, el desli#amiento sería igual a cero. or lo que indicaría que en el circuito equivalente eacto de la "ig 1, la resistencia de la carga 5 c se ace in"inita y en consecuencia la 3 $ del rotor sería cero o circuito del rotor abierto. 2in embargo, el motor de inducción no puede girar a la velocidad de sincronismo, ya a 3 $ nula no eistiría ningún par electromagnético en el ee. %o que sucede realmente es que el motor sin carga gira a una velocidad muy cercana del campo giratorio del estator y desde el punto de vista del circuito equivalente la resistencia del rotor o de carga tiene un valor elevado pero no in"inito. -omo no ay carga en el ee, la potencia disipada en esta resistencia representa las pérdidas de ro#amiento en los rodamientos y de ventilación del motor. -omo quiera además que 3 $ es de valor reducido debido a la alta impedancia de 5 $ lo que nos permite despreciar las pérdidas en el cobre del devanado del rotor. Denominando cu1 las pérdidas en el cobre del estator, "e a las pérdidas en el ierro y mec a las pérdidas mecánicas se tiene la epresión. P*
=
PCu1
+
PFe
+
P mec
ara determinar cada una de las pérdidas anteriores es preciso completar este ensayo de vacío con medidas adicionales como la determinación de la resistencia por "ase del estator con corriente continua y así determinar las pérdidas en el cobre -u1. En la práctica, para considerar el e"ecto pelicular de los conductores se suele aumentar el valor anterior en 1*6 a $*6. 7orma 3EEE 11$8199:. ara determinar la 0e y mec es preciso alimentar el motor por una tensión variables, iniciando desde el 1$*6 !n del valor nominal reduciendo asta unos ;*6 ! n< en cada escalada de tensión de mide los valores de *, 3* y ! 1. = a partir de estas potencia se deducen las pérdidas rotacionales o constantes 0e>mec) en cada etapa. Prot
=
PFe
+
Pmec
=
P*
-
P Cu 1
+
/l representar las pérdidas rotacionales 0e>mec) en "unción de ! 1 se obtiene una curva del tipo parabólico, como se indica en la "ig $. Etrapolando la curva asta que corte el ee de la
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ordenada se obtiene para ! 14* el valor de las pérdidas mecánicas mec< ya las pérdidas en el ierro son nulas al eistir "luo magnético ! 14*. El valor de las pérdidas en el ierro a la tensión nominal esta determinado por la di"erencia entre las pérdidas rotacionales 0e>mec) y las pérdidas mecánicas mec) a la tensión nominal !1n "ig $a. ara minimi#ar errores en la etrapolación de la curva parabólica de la curva "ig $a, es práctico representar las pérdidas rotacionales 0e>mec) en "unción de la tensión al cuadrado ! l$), tal como se muestra en un plano logarítmico como en la "ig $b. %o que resulta en un "unción lineal, cuya ordenada en el origen representa las pérdidas mecánicas del rotor mec).
0ig. $. 2eparación de pérdidas de mecánicas de las pérdidas rotacionales. -onocidas las pérdidas 0e) se puede calcular los parámetros de la rama en paralelo del circuito equivalente, como se muestra en la "ig;. que se observa la potencia 0e) de acuerdo con las siguientes epresiones.
0ig. ;. -ircuito equivalente de la rama en paralelo de circuito equivalente.
cosj * ) =
I Fe I m
=
=
P Fe m1 � V1n � I *
cosj * ) I * �
I* � senj * )
la resistencia de pérdidas del ierro y la reactancia de magneti#ación R Fe
=
V 1n I Fe
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X m
1.;
=
V 1n I m
#RE$LABORATORIO 5ealice los siguientes cálculos mediante programas de cálculo y de simulación ?/@+-/D, ?/@%/A, 2cilab y presentar antes de la reali#ación del ensayoB Cn motor asíncrono de inducción) tri"ásico de rotor aula de ardilla conectado en estrella =), de ;&** (, tensión nominal $$* !, &* +#, : polos, a dado los siguientes resultados de los ensayosB d %&!'o o rotor (i)rB $$* !<;.1: /< &9* (. 2e sabe también que las pérdidas mecánicas ro#amiento y ventilación) es de ;1$ (< De rotor )(o*+&doB ;.; !< 1.& /< 1* (. 2e a medido la resistencia de entre terminales de *.F G. a) arámetros del circuito equivalente del motor re"erido al estator< b) si el rotor gira a 9;* rpm determinar la potencia mecánica útil en el ee del motor, c) la corriente de línea absorbida< d) "actor de potencia del consumo de la red< e) rendimiento del motor. ") el torque que desarrolla durante el arranque del motor< g) el torque máimo y su desli#amiento crítico< ) el torque nominal de carga nominal< g) la capacidad de sobre carga del motor.
1.
MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y E-UI#OS %os siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la reali#ación de la prácticaB
3tem 1 $ ; & : F 9 1* 11 1; 1.&
-antida d 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Descripción
-ódigo
5egulador de tensión tri"ásico variac) ;F* !, $& / ?otor de inducción de 1* +, *H;F*H$$* !, :* +#, 1&* rpm /mperímetro de c.a. $& / !oltímetro de c.a. de :**! !atímetro tri"ásico &* /, :** !. /nali#ador de redes tri"ásico ;F* !, &* / ?icroomímetro ?I& o puente (eastone) @acómetro óptico digital ?ultitester para veri"icación de circuitos Iit de cables "leibles /(J 1 ó $.& mm$ @ermómetro de mercurio o digital in#a amperimétrica digital de * 8 * /
#ROCEDIMIENTO a)/rranque estrella triánguloB armar el circuito de la "igura para el arranque por reducción de tensión del motor de inducción por métodos de con"iguración de estrella t riángulo.
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a) ?ontar el circuito de la "ig.$, teniendo cuidado con las coneiones, las escalas de los instrumentos de medición. Cna ve# veri"icado el montae del circuito por el instructor arranque y aga "uncionar el motor inducción a tensión nominal ! 1n por un buen tiempo unos $* minutos para establecer las condiciones de lubricación de sus respectivos rodamientos .
0ig. . ?ontae de circuito para el ensayo de vacío del motor de inducción. Este ensayo se inicia tomando lecturas desde tensiones del 1$* 6 de C 1n y reduciéndola asta unos &6 de C 1n, usto cuando la corriente se eleva en este ensayo se eleva. @omar unas 1* lecturas incluir una relectura que pertene#ca a la C 1n
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Cna ve# conectado a la red el motor de inducción se reali#a el registro de las mediciones de las los instrumentos de medición en la tabla 1. Estos resultados permitirá determinar la variación de la temperatura de los devanados del estator después de "uncionamiento.
@abla 1. 5egistro de las mediciones con los instrumentos. /
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CUESTIONARIO #ARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS Dar la relación de los valores promedios o totales por "ase de las lecturas de los instrumentos de medición en el ensayo de vacío en "orma tabulada. Jra"icar las pérdidas rotacionales en "unción a la tensión del estator y separar las pérdidas rotacionales, pérdidas mecánicas y perdidas en el ierro de ensayo de vacío en "orma grá"ica. -on los pérdidas deducidas determinar los parámetros de la ramas en paralelo de circuito equivalente del motor de inducción y dar en "orma tabulada para cada registro de medición. / partir de los datos registrados del ensayo de vacío tra#ar las curvas característicasB * vs C1*, rot vs C1*, 3* vs C*l, cosK*) vs !1*, rpm vs !1*. Dibuar el circuito equivalente de vacío y dar los parámetros del motor a voltae nominal. Dar la metodología utili#ada para obtener los parámetros de los datos de ensayo.
INVESTIGACIÓN COM#LEMENTARIA 3nvestigue y compruebe a través del osciloscopio la "orma de la onda de corriente del ensayo de vacío 3* y de la tensión de alimentación a la "recuencia de nominal. Lue otros métodos eisten para el cálculo de los parámetros del motor de inducción tri"ásico.
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
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1.F.1 1.F.$
1.9
lantea en "orma personal, conciso y claro un mínimo de cinco &) conclusiones de la eperimentación reali#ada. lantea en "orma personal y clara un mínimo de tres ;) observaciones para meorar la eperiencia de las práctica de estas pruebas.
BIBLIOGRAFIA M1N. Oesús 0raile ?ora, P?áquinas EléctricasQ, ?cJraR +ill, :ra. edición, $**F. M$N 0it#gerald /. E. -arles Iingsley Or, 2tepen D. Cmans, P?áquinas EléctricasQ, ?cJraR +ill, :ra. edición, $**;.
