Universidad San Pedro
Curso: MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS ROTATIVAS
Alumnos: NATIVIDAD RAMOS GUSTAVO GUSTAVO MANTILLA PAREDES LANDER
Profesor: ING. Llenque tume ever freddy
Tema: Ensayos de corto circuito en motores eléctricos
2016
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INDICE OBJETIVO ……………………………………………………………………………………………………………………………3
Introducción……………………………………………………………………………………………….. 3 Motor Eléctrico………………………………………………………………………………………….. 4 FUNCION DE UN MOTOR ELÉCTRICO………………………………………………………….. 5 PRUEBA DE CORTOCIRCUITO………………………………………… 6 Características de la Prueba de Prueba de Cortocircuito
………………8 ………………………………………………………. 8 Circuito equivalente y diagrama fasorial diagrama fasorial ………………………………………………………. Condiciones ………………………………………………………………… 9 Punto de cortocircuito/ IEC 60034-4 …………………………………………………………….. 11 Pérdidas y eficiencia / IEC 60034-2 …………………………………………………………………11 PROBLEMAS Y SOLUCIONES QUE SE PRESENTAN EN LOS MOTORES DE JAULA DE ARDILLA…19.
LOCALIZACIÓN DE CORTOCIRCUITOS……………………………………………………………..22 CORTOCIRCUITO ENTRE FASES ……………………………………………………………………..23 CORTOCIRCUITO ENTRE ESPIRAS DE UNA MISMA FASE …………………………………23 CALIZACIÓN DE INTERRUPCIONES…………………………………………………………………..25 ENSAYO EN CORTOCIRCUITO EN LABORATORIO……………………………………………29 ANÁLISIS DE RESULTADOS
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BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………… .37
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INDICE OBJETIVO ……………………………………………………………………………………………………………………………3
Introducción……………………………………………………………………………………………….. 3 Motor Eléctrico………………………………………………………………………………………….. 4 FUNCION DE UN MOTOR ELÉCTRICO………………………………………………………….. 5 PRUEBA DE CORTOCIRCUITO………………………………………… 6 Características de la Prueba de Prueba de Cortocircuito
………………8 ………………………………………………………. 8 Circuito equivalente y diagrama fasorial diagrama fasorial ………………………………………………………. Condiciones ………………………………………………………………… 9 Punto de cortocircuito/ IEC 60034-4 …………………………………………………………….. 11 Pérdidas y eficiencia / IEC 60034-2 …………………………………………………………………11 PROBLEMAS Y SOLUCIONES QUE SE PRESENTAN EN LOS MOTORES DE JAULA DE ARDILLA…19.
LOCALIZACIÓN DE CORTOCIRCUITOS……………………………………………………………..22 CORTOCIRCUITO ENTRE FASES ……………………………………………………………………..23 CORTOCIRCUITO ENTRE ESPIRAS DE UNA MISMA FASE …………………………………23 CALIZACIÓN DE INTERRUPCIONES…………………………………………………………………..25 ENSAYO EN CORTOCIRCUITO EN LABORATORIO……………………………………………29 ANÁLISIS DE RESULTADOS
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BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………… .37
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ENSAYO EN CORTOCIRCUITO DEL MOTOR ASINCRONO 1. OBJETIVO
Conocer las consideraciones para el ensayo en cortocircuito del motor de inducción o asincrónico. Tomar conocimiento del procedimiento para el ensayo en cortocircuito del motor de inducción o asincrónico. Determinar los valores de los parámetros eléctricos del motor de inducción o asincrónico.
2. MARCO TEÓRICO 2.1
Introducción
El motor de inducción o maquina asíncrona, se caracteriza por no mantener constante su velocidad mecánica sujeto a la velocidad sincrónica del campo magnético del inductor, debido a que la velocidad del rotor es inferior a la velocidad del campo magnético generado en el estator, para un análisis (idealmente) para las condiciones del motor de inducción en vacío se considera la velocidad del rotor igual a la velocidad síncrona, síncrona, en la practica la velocidad en vacío es ligeramente inferior a la velocidad síncrona por las pérdidas de rozamiento y resistencia aerodinámica del motor de inducción. Se debe tomar en cuenta que los motores reciben el nombre de inducción o asíncronas, debido a que la velocidad de giro del motor no es la de sincronismo impuesta impuesta por la frecuencia de la red eléctrica.
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2.2
Motor Eléctrico
El motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dinamo. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se diseñan adecuadamente. Son utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso está generalizado en ventiladores, vibradores para teléfonos móviles, bombas, medios de transporte eléctricos, electrodomésticos, esmeriles angulares y otras herramientas eléctricas, unidades de disco, etc. Los motores eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (CC), y por fuentes de corriente alterna (AC). La corriente directa o corriente continua proviene de las baterías, los paneles solares, dínamos, fuentes de alimentación instaladas en el interior de los aparatos que operan con estos motores y con rectificadores. La corriente alterna puede tomarse para su uso en motores eléctricos bien sea directamente de la red eléctrica, alternadores de las plantas eléctricas de emergencia y otras fuentes de corriente alterna bifásica o trifásica como los inversores de potencia. Los pequeños motores se pueden encontrar hasta en relojes eléctricos. Los motores de uso general con dimensiones y características más estandarizadas proporcionan la potencia adecuada al uso industrial. Los motores eléctricos más grandes se usan para propulsión de trenes, compresores y aplicaciones de bombeo con potencias que alcanzan 100 megavatios. Estos motores pueden ser clasificados por el tipo de fuente de
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energía eléctrica, construcción interna, aplicación, tipo de salida de movimiento, etcétera.
¿CÓMO FUNCIONA UN MOTOR ELÉCTRICO? Es como si tenemos 2 conductores enfrentados (por uno entra la corriente y por el otro sale), un lado de la espira sube y el otro baja, ya que por un lado la corriente entra y por el otro lado de la espira la corriente sale. ¿Y esto que produce? Pues produce un giro de la espira, un par de fuerzas en sentido contrario. Hemos conseguido hacer girar una espira por medio de la corriente eléctrica. ¡Ya tenemos nuestro motor! Veamos el dibujo, fíjate en el sentido de las corrientes I a un lado y al otro de la espira son contrarios, esto hace que se produzcan fuerzas opuestas a cada lado de la espira = Par de Fuerzas = Giro.
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La entrada y salida de la corriente debe tener siempre el mismo sentido, es por eso que debemos colocar lo que se llama el colector de delgas, es el encargado de recoger la corriente desde las escobillas y hacer que la corriente siempre entre y salga por el mismo lado. Si te fijas esta partido en dos y gira con la espira, esto es lo que al girar posibilita que siempre entre la corriente por el mismo sitio respecto a la espira. En el caso de la figura la corriente siempre entra por la parte izquierda de la espira y siempre sale por la parte izquierda de la espira, independientemente de cómo esté la espira. OJO en los motores de corriente alterna no hace falta el colector, ya que la corriente alterna cambia de sentido automáticamente cada ciclo o vuelta. Ver corriente alterna. En este, el de la imagen anterior, caso el imán es fijo (llamado estator) y el rotor (parte giratoria) sería la espira o el bobinado (muchas espiras), es lo más común. Hemos convertido la energía eléctrica en energía mecánica en el movimiento del eje. Un motor eléctrico también se puede llamar motor electromagnético, ya que mezcla la electricidad con el magnetismo.
PRUEBA DE CORTOCIRCUITO Como su nombre indica, la prueba de corto circuito se lleva a cabo con los terminales de la máquina de un cortocircuito, consiste en llevar nuevamente la corriente de campo a cero, para luego cortocircuitar los bornes del generador y proseguir a ir incrementando la corriente de campo. El procedimiento de ensayo básico es como sigue:
Establezca el campo actual a cero Un cortocircuito en los terminales de la armadura
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Accionar el generador a la velocidad síncrona con el sistema mecánico externo Poco a poco aumentar el devanado de campo en curso hasta que la corriente de corto circuito de la armadura alcanza el valor nominal de diseño La prueba en cortocircuito brinda información acerca de las potencialidades de corriente de un generador síncrono. Se lleva a cabo impulsando el generador a su velocidad nominal, con las terminales del devanado de la armadura en cortocircuito. Técnicamente esta prueba se efectúa colocando un amperímetro en serie con una de las tres líneas en cortocircuito. Se incrementa gradualmente la corriente de campo y se registra el valor correspondiente de la corriente a corriente máxima de la armadura en cortocircuito, no debe exceder el doble de la corriente especificada del generador. Con base en los datos registrados se calcula la corriente por fase en el cortocircuito. Cuando esta última se grafica como función de la corriente del campo, la gráfica se llama característica en cortocircuito (CCC) de un generador. Por razones prácticas, la CCA y la CCC se trazan en la misma gráfica, Puesto que el voltaje en las terminales en condiciones de cortocircuito es igual a cero, el voltaje por fase generado debe ser igual a la caída de voltaje a través de la impedancia síncrona.
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Características de la Prueba de Prueba de Cortocircuito Al encontrarse el generado sincrónico girando a velocidad nominal con los terminales cortocircuitados, a medida que varía la resistencia de campo R, se toma en forma simultánea, las lecturas de las corrientes de armadura y de la corriente de campo Normalmente se toman datos para el 25%, 50% 75%, 100% y el 125% de la corriente nominal de armadura La prueba de circuito cortocircuito puede realizarse fácilmente, ya que para su implementación no se necesitan equipos costosos ni de difícil consecución .
Circuito equivalente y diagrama fasorial de la prueba de corto circuito
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Diagrama Fasorial de la Prueba de Cortocircuito
ENSAYO DE CORTOCIRCUITO Condiciones *Los
terminales del inducido están en cortocircuito, mediante 3 amperímetros AC. *La velocidad debe permanecer constante, preferentemente a la velocidad síncrona. *Incrementar gradualmente la corriente de excitación Iexc.
Valores a obtener. *Corriente de línea de cortocircuito permanente Icc, en el inducido. *Corriente de excitación DC.
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Características. Al ser la resistencia del devanado inducido (Ra) muy pequeña en relación con la reactancia síncrona (Xs), la corriente de cortocircuito permanente (Icc) está Retrasada casi 90º respecto a la fuerza electromotriz generada (Eg), provoca que el flujo de reacción del inducido está en oposición con el flujo inductor, Reduciendo la tensión generada. La curva a obtener es sensiblemente recta.
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Punto de cortocircuito/ IEC 60034-4
El propósito de la prueba de cortocircuito es medir la corriente excitación correspondiente con la corriente nominal del estator, cuando las terminales están en cortocircuito en el circuito de prueba.
La máquina sincrónica a probar es conducida por el mismo motor CC, que se utiliza para la prueba en vacío, ver fig 3.3. La excitación se extrae de una fuente independiente CC. El regulador de voltaje del generador sincrónico se desconecta
Cuando la máquina sincrónica está funcionando a velocidad nominal, la excitación está encendida y la corriente se aumentó lentamente hasta que la corriente del estator se iguale a la corriente nominal. Las corrientes de fase se comparan para comprobar la simetría. Las siguientes cantidades se miden:
Valor medio de las corrientes de fase I1
Cada corriente de fase Iu, Iv, Iw - Velocidad n - Corriente de excitación Im de la excitatriz sin escobillas
Para las máquinas con excitación de anillo rozante, corriente rotor Ir
Temperatura del bobinado del estator (utilizando el detector Pt-100 de temperatura)
Curva de Cortocircuito / IEC 60034-4 El propósito de la prueba de la curva de corto circuito es:
Para medir las características de la máquina síncrona en varios valores de corriente de excitación, con la terminales del estator en cortocircuito.
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Para controlar la simetría de los bobinados de fase del estator
Para medir las pérdidas en el cobre PCu y las pérdidas adicionales de carga PAdd en el bobinado de estator (cuando se).
El generador síncrono o motor a probar es acoplado directamente un motor CC calibrado, que ha sido utilizado para pruebas sin carga.
El regulador de voltaje del generador se desconecta. Todos los protectores, las tapas y las guías aéreas de la máquina sincronica para la prueba, debe estar en su lugar.
El circuito para la prueba de corto circuito se muestra en la fig. 3.11. Los terminales del estator están en cortocircuito sobre corriente transformadores y amperímetros. La corriente de excitación de una máquina sin escobillas se suple de su propia excitación. El corriente de excitación y la tensión se miden con anillos rozantes especiales, que se montan en el eje de las pruebas solamente.
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La corriente de excitación de la excitatriz de una máquina sin escobillas es suministrada por una fuente CC ajustable. Esta también afectará a la corriente de excitación de una máquina de anillo rozante.
Para la prueba de la curva de corto circuito, la máquina síncrona se puso en marcha y conducida con la ayuda del Motor de CC. La corriente de excitación del motor CC se mantiene constante. La velocidad sincrónica se mantiene dejando la tensión de armadura a un valor constante.
La corriente de excitación de la máquina síncrona se encuentra encendida. La corriente de excitación se aumenta, hasta que la corriente de cortocircuito es elevado a 1,5 veces la corriente nominal del estator Cuando se obtienen lecturas estables, las siguientes cantidades se registran:
Valor medio de las corrientes de fase I
Cada corriente de fase Iu, Iv, Iw a la corriente nominal
Velocidad n
Corriente de excitación Im de la excitatriz sin escobillas, más corriente del rotor Ir y tensión Ur cuando se miden las pérdidas.
Para las máquinas con excitación de anillo rozante, corriente de rotor Ir (Ur cuando se miden las pérdidas)
Corriente de armadura Ia, voltaje Ua y corriente de excitación Im1 del motor CC (cuando se miden las pérdidas)
La prueba se repite en las corrientes de corto circuito de 1.1, 1.0, 0.75, 0.5 y 0.25 veces la corriente nominal, y, además, a corriente de excitación cero. La corriente de excitación se debe disminuir de forma continua
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En la corriente nominal del estator, la 49 temperatura de los bobinados del estator se mide con la ayuda de los detectores de temperatura, para permitir el cálculo de las pérdidas. La curva de corto circuito se traza para la máquina como se muestra en la fig. 3.12. Debido a la saturación baja, la curva es una línea recta.
3.2.5 Pérdidas y eficiencia / IEC 60034-2 La eficiencia de una máquina síncrona se calcula comúnmente aplicando el método de pérdida de segregación. La máquina a probar es impulsado por un motor CC calibrado, para determinar las pérdidas sin carga y en corto circuito.
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A partir de estas pérdidas, las pérdidas de la máquina síncrona en diferentes condiciones de operación pueden ser derivadas.
La corriente de excitación se determina con base en la prueba de factor de potencia cero, o se toma desde los cálculos del diseño.
La fricción y las pérdidas de ventilación se miden después de la prueba de curva de corto circuito a la velocidad nominal. La máquina sincrónica se acciona por el motor CC, con terminales abiertos y sin excitación. Sobre la base de la tensión de inducido y la corriente del motor CC, su potencia de salida mecánica se calcula. La salida es igual a la fricción y las pérdidas de ventilación Pρ de la máquina síncrona, dando en la ecuación
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Las pérdidas en el núcleo se determinan sin carga, a la tensión nominal y la velocidad nominal.
Para una máquina de deslizamiento de anillos, con la corriente de excitación suministrada por una fuente independiente, las pérdidas en el núcleo son calculados en (3.7)
Pérdidas de carga Pk se determinan con base en la prueba de la curva de corto circuito. Al principio, la potencia mecánica de salida del motor de CC debe calcularse con las corrientes de estator adecuadas (3.8)
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Las pérdidas de excitación se calculan de las corrientes del rotor correspondiente con las condiciones de carga requerida. Los valores de las corrientes del rotor se han tomado de los cálculos de diseño, o de los resultados de la prueba de factor de potencia cero por medio del diagrama ASA. El coeficiente de corrección para las resistencias se calcula primero como (3.11)
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Rr = resistencia del rotor principal Rm = resistencia del estator excitador R2 = resistencia de la fase de excitación del rotor
Para la máquina de anillo rozante, las pérdidas de excitación se determinan en (3.13)
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Las pérdidas totales son entonces PH (3.14)
La eficiencia del generador se calcula como (3.15)
Donde P2 = SN cos φ
SN = potencia aparente nominal cos φ = factor de potencia
La eficiencia del motor es (14)
Donde P1 = es la potencia de entrada.
PROBLEMAS Y SOLUCIONES QUE SE PRESENTAN EN LOS MOTORES DE JAULA DE ARDILLA Cuando un motor falla al arrancar, se deben revisar fusibles, breakers relés de sobrecarga y el resto de los fusibles de control. Para chequear el motor, desconecte las puntas desde el controlador y haga chequeos de continuidad y prueba de tierra. (Procedimiento de verificación de aislamiento). La
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verificación de continuidad entre fases se puede hacer con el Megger (un valor de cero indica que está bien, una lectura de valor alto significa que el circuito está abierto).
BOBINAS EN CORTO Las bobinas en corto se detectan por alto consumo de corriente. Una bobina en corto que no se ha incendiado, o se ha decolorado por sobre calentamiento, puede ser detectado por un growler. El growler es una bobina alrededor de un hierro que se conecta a una fuente de AC. Cuando se coloca en el bobinado, la bobina del growler actúa como el primario de un transformador y las bobinas del motor en prueba actúan como el secundario. El growler se desplaza de ranura en ranura y vibra cuando se detecta una bobina en corto. Si no se dispone de un growler, se aplica voltaje reducido al estator, aproximadamente el 25% delvoltaje nominal, con esto se puede llegar a que la bobina en corto se caliente más rápido que las otras. El rotor debe ser removido para esta prueba.
Figura 1: En la figura se puede observar el daño producido en el estator por la fricción del metal del rotor contra el hierro del estator. Estas partes se ponen
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al rojo vivo, incendiando las bobinas, produciendo cortocircuitos entre ellas, y llevándolas a tierra. GROWLER: Cuando el flujo magnético alterno del growler abarca la bobina, el cambio de flujo a través de la bobina genera un voltaje alterno en ella. Si la bobina está en corto, se completa el circuito y una corriente alterna aparece.
Figura 2: Principio de operación del Growler. Esta resultante magnética abraza a los conductores de la ranura, la cual atrae y rechaza un pedazo de hoja de segueta o cuchilla que pongamos sobre la ranura, produciendo una vibración en sincronismo con la corriente alterna. Una fuerte vibración (growling) indica que la bobina está en corto. En la figura 2 se puede observar el principio de operación del Growler. En la figura 3 se muestra la forma de utilizar el Growler como herramienta para detectar una espira en corto-circuito.
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Figura 3: Forma de utilizar el Growler para detectar bobinas en corto.
LOCALIZACIÓN DE CORTOCIRCUITOS Se suelen producir siempre que: los aislamientos fallen, debido a quemazón por sobrecargas frecuentes, o bien debido al empleo de materiales de aislamiento e impregnación de baja calidad, que fallan debido a las vibraciones del propio motor y a la degradación de los mismos. Los cortocircuitos en el interior de un motor pueden ser de muy distinta magnitud, de tal forma que para su estudio los clasificamos en dos apartados, a saber: Cortocircuitos entre dos fases distintas Cortocircuitos entre espiras de una misma fase
Los primeros suelen ser muy radicales, siempre que sean directos entre fases, estos son detectados por las protecciones del motor y este se queda instantáneamente fuera de servicio. En otros casos, ya sean del primer o segundo tipo, su grado de peligrosidad puede variar, dependiendo de las espiras que queden cortocircuitadas, lo que puede originar: desde ningún síntoma apreciable cuando son pocas espiras de una misma fase, a una intensidad absorbida exagerada cuando las espiras eliminadas son muchas, o bien un calentamiento excesivo y la quema posterior del propio motor en los casos extremos.
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CORTOCIRCUITO ENTRE FASES En estos casos, si el cortocircuito es franco (ejemplo A-B de la figura 4.3), lo normal es que los fusibles o relés de protección contra cortocircuitos salten, el motor se desconecta y la avería no pase a tener mayores consecuencias. Pero otras veces, cuando el cortocircuito es entre bobinas de distinta fase y este no es franco, debido a la impedancia de las muchas espiras intercaladas, como es el caso C-D de la figura 4.3, el motor puede llegar a arrancar, calentarse exageradamente, e incluso llegar a quemarse sin que sus protecciones lo desconecten. Por tanto cuando un motor no sobrecargado se calienta exageradamente y sus protecciones no saltan, hay que suponer un cortocircuito incipiente entre fases, con una gran impedancia, debido a las muchas espiras que quedan intercaladas (ejemplo C-D). En estos casos para detectarlo hay que desmontar el motor, y si una observación visual no es suficiente para detectarlo, hay que proceder a retirar los puentes de la placa de bornes y verificar el aislamiento entre las fases, por medio de un polímetro o un medidor de aislamiento, tal como se aprecia en la figura 4.3. Como es natural las fases cortocircuitadas acusarán continuidad entre ellas, siendo esta mayor o menor dependiendo del tipo e impedancia del cortocircuito.
CORTOCIRCUITO ENTRE ESPIRAS DE UNA MISMA FASE Si el cortocircuito es en el devanado del estator puede darse el caso de que el motor no pueda llegar a arrancar, por el contrario si al aparecer el cortocircuito el motor está en marcha puede seguir girando, aunque empezará a roncar y aumentará su calentamiento. En este caso también aumentará la corriente de la fase defectuosa, defecto que puede ser suficiente para que un relé de sobrecarga, del tipo diferencial pueda llegar a desconectar el motor.
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Si las espiras cortocircuitadas pertenecen al rotor de un motor de anillos, el motor, si esta parado, puede llegar a arrancar, pero lo hará con brusquedad y metiendo mucho ruido, a la vez que la corriente absorbida de la red oscilará durante el arranque. En estos casos, tanto si el defecto es en el rotor como en el estator, y si visualmente no logramos detectar la bobina con espiras en cortocircuito, la mejor forma de localizarla es como se hacía en los devanados de corriente continua, o sea empleando un zumbador, manual o de sobremesa, y una lámina metálica u hoja de sierra, tal como se aprecia en la figura 4.4. Al ir recorriendo el devanado con el zumbador, la lámina metálica vibrará cuando esta esté situada sobre la bobina defectuosa.
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A mejor detección de la bobina con espiras en cortocircuito hay que mantener una distancia entre el entrehierro del zumbador y la lámina metálica igual al ancho de bobina del devanado. Si antes de desmontar el motor, sospechamos que el defecto está en el rotor, podemos detectar la fase con la bobina defectuosa sin desmontar este, para ello se levantan las escobillas y, ya con el devanado del rotor abierto, se le aplica tensión al estator (si es posible inferior a la nominal) y se miden las tensiones entre los tres anillos del rotor. Si las tres tensiones son iguales nos indica que no hay espiras en cortocircuito en el rotor, en caso contrario, si una de ellas es nula o inferior a las otras, nos indica que en esa fase existen espiras en cortocircuito.
CALIZACIÓN DE INTERRUPCIONES Estas anomalías, tanto si el devanado es de rotor como si es de estator, se manifiestan con arranques dificultosos, el motor no logra alcanzar su velocidad nominal, ronca y se achica con la carga, o incluso no logra arrancar; todo ello debido a su alimentación en bifásico, como se aprecia en los esquemas de la figura 4.5. Si el devanado está ejecutado con circuitos en paralelo y es uno solo de esos circuitos el interrumpido, el motor presenta los mismos síntomas que si la fase completa estuviera cortada.
Luego para localizar las interrupciones en el devanado del estator, debemos de comprobar la continuidad de cada fase por separado. Para ello retiramos los puentes de la placa de bornes, ya estén en estrella o en triángulo y con un
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medidor de continuidad (polímetro o medidor de aislamiento) verificamos una a una las fases del motor, tal como se aprecia en la figura 4.5. Para localizar las interrupciones en un rotor de anillos rozantes, empezaremos por aislar los anillos rotóricos, bien sea levantando las escobillas o colocando un aislante entre aros y escobillas. Seguidamente procedemos a medir la continuidad entre cada dos anillos o entre cada anillo y el punto de la estrella del devanado, si este es accesible, como si de un devanado de estator se tratara. Otra forma de localizar la fase cortada del rotor, una vez aislados los anillos rotóricos, consiste en alimentar el estator (si es posible a tensión reducida) y medir la tensión existente entre cada dos anillos, si una fase esta cortada no nos dará tensión alguna con ninguna las otras dos. Esto es debido a que en estas condiciones el rotor se comporta como el secundario de un transformador, en el que se inducen tensiones debido al flujo estatóricos.
PRUEBAS DE CORTOCIRCUITO DE CAMPO GIRATORIO GENERAL El objeto de estas pruebas es detectar las bobinas de campo giratorio que están cortocircuitadas, el número incorrecto de vueltas, o tamaño incorrecto del conductor. No todas las bobinas de campo giratorias cortocircuitadas son evidentes, en estado estacionario y una prueba a la velocidad determinada puede ser requerida.
METODO 1. CAIDA DE VOLTAJE DE CORRIENTE CONTÍNUA Este método se puede utilizar para detectar vueltas cortocircuitadas solamente cuando las conexiones entre las bobinas son accesibles. La prueba es hecha, con el rotor parado, pasando una corriente continua constante por
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el devanado inductor. La caída de voltaje de cada bobina o pares de bobinas se mide por medio de un voltímetro. Si estas lecturas varían más que el ±2 % del promedio, es una indicación que puede haber vueltas cortocircuitos en la bobina, o que la bobina este enrollada con el numero incorrecto de vueltas.
METODO 2. CAIDA DE VOLTAJE EN CORRIENTE ALTERNA Una prueba más sensible para ver las espiras cortocircuitadas es pasando corriente alterna de amplitud constante por el devanado inductor. Si hay acceso a las conexiones entre las bobinas, con el rotor parado, el voltaje a través de cada bobina o los pares de bobinas debe ser medido. El voltaje a través de una bobina que tiene una vuelta cortocircuitada será substancialmente menor que el voltaje a través de una bobina en buen estado. El voltaje a través de una bobina en buen estado adyacente a la bobina con una vuelta cortocircuitada será algo menor que a través de otras bobinas en buen estado debido al flujo reducido en la bobina cortocircuitada. La comparación de los voltajes medidos establecerá fácilmente cualquier bobina que esté defectuosa. Si las conexiones entre las bobinas no son accesibles, la corriente y la caída de voltaje (a través de la bobina entera) deben ser medidas. La impedancia de un solo circuito de la bobina tiene una vuelta cortocircuitada será reducida aproximadamente (m-1) /m valor de tiempo a través de una bobina en buen estado, donde m es el número de vueltas en la bobina. Esta prueba es útil para detectar maquinas que tenga una vuelta cortocircuitada solamente al funcionar. Si se varía la velocidad mientras la corriente alterna es aplicada, una discontinuidad en las lecturas de la corriente o del voltaje debe indicar el retiro de la espira cortocircuitada.
La sensibilidad de este método de prueba es mucho menor para los rotores cilíndricos en los cuales el devanado inductor no especifica las ranuras, especialmente para los rotores de acero sólido. La sensibilidad varía dependiendo de que bobina tenga una vuelta cortocircuitada. Los ensayos de fábrica en los cuales los cortocircuitos temporales son aplicados pueden servir como la base para el análisis futuro
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cuando se sospechan vueltas cortocircuitadas. Para las máquinas de rotor cilíndrico, el método 3, 4, o 5 puede ser usado.
METODO 3. RESISTENCIA POR CORRIENTE CONTINUA En este método, se hace una comparación entre la resistencia de campo y un valor obtenido previamente por una prueba o el cálculo. Después de que el rotor se haya expuesto a una temperatura ambiente por un periodo bastante largo para que la bobina del rotor este en la temperatura ambiente, la resistencia de campo es medida por un puente doble y la temperatura del rotor es medida por varios termómetros o termopares situados en los puntos convenientes. La resistencia entonces se corrige a una temperatura en la cual la resistencia ha sido determinada previamente por una prueba similar (o por el cálculo en el caso de una nueva máquina). Si el valor corregido de la resistencia obtenida es perceptiblemente más bajo que el valor de referencia, puede que estén cortocircuitadas las espiras.
METODO 4. EXCITACION DE LA BOBINA PARA ROTORES CILINDRICOS Este método utiliza un dispositivo de prueba que tiene una base en forma de "U" capaz de puntear sobre una ranura de la bobina de un rotor cilíndrico, teniendo una bobina excitada enrollada en carcasa. La prueba es hecha poniendo el dispositivo sucesivamente a través de cada ranura de la bobina de campo y pasando corriente alterna (normalmente a la frecuencia de la energía) a través de la bobina de excitación. El voltaje a través del devanado inductor o de la impedancia de la bobina excitada debe ser realizado para cada ranura. Cuando el dispositivo atraviesa un lado de la bobina cortocircuitada, el voltaje del devanado inductor o de la impedancia de la bobina será más bajo que para una ranura que contiene una bobina en buen estado.
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METODO V. DETECCION DE LA FORMA DE ONDA DEL ROTOR PARA ROTORES CILIINDRICOS Este método utiliza un transductor o una bobina de captación para determinar la forma de onda del campo magnético del rotor. El captador magnético debe ser montado en el estator, en el entrehierro en gran proximidad al rotor, según las recomendaciones del fabricante, y conectar con el osciloscopio u otro dispositivo conveniente de grabación. Con el rotor girando y el devanado inductor excitado, en las espiras cortocircuitadas se puede detectar a menudo discontinuidad o asimetría en el valor registrado (véase IEEE Std 67-1990).
ENSAYO EN CORTOCIRCUITO Como se indicó en el anterior laboratorio (ensayo en vacío del motor asíncrono), la velocidad de rotación del campo magnético (estator) está dado por: nsinc = 120 fe P Donde fe es la frecuencia del sistema en hertz y P es el número de polos en la máquina. Se expresa la velocidad mecánica del eje del rotor en términos de la velocidad síncrona y del deslizamiento.
= (1 − )
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El deslizamiento se define como:
=
−
La frecuencia en el rotor se puede expresar como:
= = =
−
( − ) 120
El ensayo de cortocircuito se realiza bloqueando el rotor impidiéndole que gire, es decir nm=0, por lo que se tendrá el deslizamiento s = 0 y R= 0 lo que indica que el motor se comporta como un transformador con el secundario en cortocircuito. Al estator se le aplica una tensión creciente, partiendo de cero, hasta que la corriente absorbida sea la asignada, Icc= I1n (por fase), midiendo a la vez la tensión aplicada V1cc (fase) y la potencia absorbida Pcc (total). La corriente de vacío I0 es entonces despreciable frene a I1n debido a la pequeña tensión necesaria, por lo tanto se desprecia la rama en paralelo, lo que se muestra en el siguiente cuadro:
Tensión de ensayo reducida
Perdidas Fe muy pequeñas Corriente por Xµ despreciable
RFe despreciable
Se elimina rama paralelo
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En cortocircuito, el circuito equivalente, es como sigue:
El deslizamiento s = 1, entonces la resistencia dinámica será:
=
′ (−1)
′ (1 − 1) = 0 = 1 Además tomar en cuenta que para condiciones de cortocircuito nm = 0 eI≠0
Conocida la potencia de cortocircuito, se podrá calcular los valores de los parámetros eléctricos del motor de inducción o asincrónico, de acuerdo con las siguientes expresiones:
cos =
Y de aquí resultan los valores:
= + ′ =
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=
+ ′
=
En consecuencia, el ensayo de cortocircuito permite obtener los parámetros de la rama serie del motor de inducción o asincrónico
MATERIAL Y EQUIPO. Un motor de inducción trifásico, que tiene las siguientes
características: o Tensión nominal V = 220 – 380 (V) o Corriente nominal: In = 5,9 – 3,4 (A) o Potencia nominal Pn = 2 (Hp) o Frecuencia nominal f = 50 (Hz) o Velocidad nominal n = 2800 (rpm) * Alimentación de tensión trifásica (variable) o Conexión para la salida del voltaje máx. a entrada igual a la salida Input en A1 A2 A3 = 415 V-3Ø-50/60 Hz Output en E1 E2 E3 = 0.415 (V) o
Conexión para la salida del voltaje máx. a entrada mayor a la salida Input en B1 B2 B3 = 415 V-3Ø-50/60 Hz
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Output en E1 E2 E3 = 0.47 (V) o
Corriente de salida
= 6 (A)
Instrumentos de medición: o o
o o
Voltímetro "Fluke" 115. Escala de Tensión: 200 [mV] – 750 [V]AC 200 [mV] – 100 [V] DC
Amperímetro "Minipa" ETEscala de Corriente: 200 [μA] – 20 [A] 200 [μA] – 20 [A]
2082B AC DC
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o
Un vatímetro analógico
Cables para conexión
CIRCUITO PARA EL LABORATORIO.
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DESCRIPCIÓN DEL LABORATORIO.
Realizar el circuito de laboratorio, como se indica en el punto 4
Se debe iniciar el laboratorio con una tensión reducida, cortocircuitando uno de los lados del transformador (en el caso de nuestro laboratorio, se cortocircuita el secundario). Haciendo que no se mueva el rotor, o sea con una velocidad mecánica igual a cero
Realizar el laboratorio con el cuidado respectivo.
LECTURAS OBTENIDAS EN EL LABORATORIO
Lectura nº
V1cc [V]
Icc [A]
Pcc = Pcu[W]
Cos ϕ
1
70.9
3.46
290
0.68
CÁLCULOS Y GRÁFICOS 290 cos = = 0.68 70.9 3∗ 3.46 √ 3 = 46.96° Con este parámetro, es posible obtener los parámetros de la rama serie del motor:
= + ′ =
cos
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Por lo tanto:
= + ′ =
70.9 cos46.96° 3.46
= 13.98 [Ω] = + ′ =
70.9 sen 46.96° 3.46
= 14.98 [Ω]
= 2111.20 [Ω] = 404.15 [Ω]
ANÁLISIS DE RESULTADOS
En presente ensayo de laboratorio, se utilizó nuevamente el circuito equivalente del motor de inducción o asíncrono, con sus respectivos parámetros resistivos e inductivos, pero esta vez se centró la atención en los parámetros de la rama serie que son
y .
Mediante las ecuaciones que permiten describir el comportamiento de un motor de inducción, se observó que es posible deducir el comportamiento en cortocircuito del motor asíncrono, resultando que con s=1 los términos de la rama serie se vuelven muy pequeños
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