República de Panamá Universidad Tecnológica de Panamá
Facultad de Ingeniería Eléctrica Lic. En Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Materia: Laboratorio de Conversión de la Energía
Entrega de Laboratorios Laboratorio N°24 “El motor de CD en derivación” Laboratorio N°52 “El motor de inducción de jaula de ardilla ” Laboratorio N°56 “El Alternador Trifcasico”
Profesor: Alcibiades Mayta
Integrantes:
Erick Montenegro
4-771-1697
José David Gutiérrez
4-765-1536
María Alejandra Cuestas
4-781-1061
Fecha de entrega: 7 de Junio del 2018
Experimento De Laboratorio Nº 24
E l Motor De CD E n Derivación
“
”
Objetivo
Estudiar las características del par en función de la velocidad de un motor de cd con devanado en derivación.
Calcular la eficiencia de un motor de cd con devanado en derivación.
Introducción Un motor DC en derivación es aquel cuyo circuito de campo se obtiene su potencia directamente de las terminales del inducido del motor. Se supone que el voltaje de alimentación al motor es constante. Una característica de las terminales de una maquina es una grafica de las cantidades de salida son el par al eje y la velocidad; por tanto, su característica de los terminales es una grafica del par contra la velocidad en su salida. Es importante tener en cuanta que, para una variación lineal de la velocidad del motor con respecto al par, los otros terminales de esta expresión deben permanecer constantes cuando cambia la carga. Se supone que el voltaje en las terminales, suministrado por la fuente de potencia DC, es constante. Las variaciones de voltaje afectaran la forma de curva parvelocidad. La reacción del inducido es otro efecto interno del motor que cambien puede afectar la forma de la curva par-velocidad, si un motor presenta reacción del inducido, el efecto de debilitamiento del flujo reduce el flujo en la maquina a medida que aumenta la carga. Si un motor tiene devanados de compensación, es claro que no se presentaran los problemas de debilitamiento del flujo de la maquina, y esta será constante. Si un motor DC en derivación tiene devanados de compensación tal que su flujo es constante, independientemente de la carga, y se conocen la velocidad y la corriente del inducido del motor para cualquier otro valor de esta, mientras que se conozca o pueda determinarse la corriente del inducido.
Experiencia
F igura N°1. En esta imagen se presenta el circuito utilizado para la primera parte de la experiencia.
7. a) Marque los valores de velocidad del motor tomados de la Tabla 1. E (volts) 120 120 120 120 120
I (amps) 0.4
VELOCIDAD (r/min) 1643
0.7 1 1.4 1.9
1555 1498 1456 1432
PAR (lbf*plg) 0 3
PAR (N*m) 0
0.3 0.6 0.9 1.2
6 9 12
Tabla #1. En esta tabla se presentan los datos los datos de velocidad, voltaje, corriente y PAR del motor.
b) Trace una curva continua por los puntos marcados.
1650
1600
) n i m / r 1550 ( D A D I C 1500 O L E V
1450
1400 0
2
4
6
8
PAR (lbf*plg)
10
12
Grafica 1. En esta grafica se presenta Velocidad Vs. Par.
14
8.
Calcule la regulación de velocidad (carga completa = 9 lbf*plg), utilizando la
ecuación:
% de regulación de velocidad =
velocidad de vacio − velocidad a plena carga velocidad a plena carga
% de regulación de velocidad =
1800 − 1446 1446
∗ 100
∗ 100
Regulación de velocidad = 24.48 %
9. Ajuste la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj (a fin de proporcionar la máxima carga de arranque al motor con devanado en derivación). 10 a) Conecte la fuente de energía y aumente gradualmente el voltaje en cd hasta que el motor tome 3A de corriente de línea. El motor debe girar con lentitud o estar parado. b) Mida y anote el voltaje en cd y el par desarrollado = = . ∗ c) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. 11. a) La corriente de línea en el Procedimiento 10 queda limitada sólo por la resistencia a cd equivalente del motor con devanado en derivación. b) Calcule el valor de la corriente de arranque que requiere un motor de cd con devanado en derivación, cuando se le aplica todo el voltaje de la línea (120V cd). = .
Prueba De Conocimientos 1. Calcule los hp que desarrolla el motor de c-d con devanado en derivación cuando el par es 9 N.m, Use la ecuación : Respuesta
ℎ =
(. . )(. )(1.59) 100000
ℎ =
(1446)(9)(1.59) 100000
ℎ = 0.2069 2. Si se sabe que 1 hp equivale a 746 watts, ¿Cuál es el valor equivalente en watss de la salida del motor de la pregunta 1? Respuesta
1 ℎ
746
0.1638 ℎ =
746 ∗ 0.2069 1
= 154.3454 3. ¿Cuál es la potencia de entrada (en watts) del motor de la Pregunta 1? Respuesta
0 ℎ = 0 4. Si se conoce la potencia de entrada y la de salida en watts, ¿Cuál es la eficiencia del motor de la pregunta 1? Respuesta
% ó =
( ) − ( ) ( )
100
ó =
0 − 154.3454 154.3454
%
ó = 100 % 5. Indique algunas de las partes del motor en que se producen estas pérdidas. Respuesta: Se determinan en las escobillas y en los bobinados de los motores.
6. ¿Disminuiría estas pérdidas si se montara un ventilador en el eje del motor? Respuesta: Si debido a que disminuye el calor en el motor y por supuesto la pé rdida
de energía por la condición del efecto Joule 7.
Dé dos razones por las que las pérdidas son indeseables Respuesta
Debido a que el magnetismo remanente es muy pequeño
Las corrientes parásitas son despreciables debido a su efecto que ocacionan en el motor.
8. ¿Cuántas veces es mayor la corriente de arranque, que la corriente normal a plena carga? Respuesta: Es de aproximadamente unas 7-10 veces la corriente normal a plena
carga.
Conclusiones
Se observa en la ilustración 2 que representa la velocidad (RPM) en función del momento par (lbf*pulg) como a medida que éste se incrementa el valor de la velocidad tiende a disminuir lo cual se puede apreciar al realizar la práctica de laboratorio, con el instrumento de medición para la velocidad usado es decir el tacómetro.
Con los datos registrados en la práctica de laboratorio al calcular la regulación de velocidad se tiene como valor en porcentaje 24%, con lo cual se determina que este dato se encuentra dentro de lo admisible, y así el circuito del motor/generador en derivación se comporta de una manera aceptable para obtener dicho valor.
Al realizar la práctica de laboratorio se observa que al encender el sistema en si del circuito armado el valor de la corriente de arranque es aproximadamente siete veces más que el valor de la corriente de entrada.
Experimento de laboratorio N° 52
E l motor de inducción de jaula de ardilla
“
”
Objetivos
Analizar la estructura de un motor trifásico de jaula de a rdilla
Determinar sus características de arranque, de vacío y de plena carga
Introducción El rotar más sencillo y de mayor aplicación en los moto res de inducción. El rotar de jaula de ardilla se compone de un núcleo de hierro laminado que tiene ranuras longitudinales alrededor de su periferia. Cuando se aplica potencia al estator de un motor de inducción, se establece un campo magnético giratorio, conforme a todos los métodos que se han estudiado hasta aquí. Cuando el campo comienza a girar, sus líneas de flujo cortan las barras de corto circuito que están alrededor de la superficie del rotor de jaula de ardilla y generan voltajes en ellas por inducción electromagnética. 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 rotar. Las corrientes circulantes del rotar producen, a su vez, sus propios campos magnéticos intensos. Estos campos locales de flujo del rotar producen sus propios polos magnéticos que son atraídos hacia el campo giratorio. Por lo tanto el rotar gira con el campo principal. El par de arranque del motor de inducción de jaula de ardilla es bajo, debido a que en reposo el rotar tiene una reactancia inductiva (XL) relativamente grande con respecto a su resistencia (R). En estas condiciones, se podría esperar que la corriente del rotar tuviera un atraso de 90 grados en relación al voltaje del rotar. Cuando el deslizamiento baja a un valor comprendido entre el 2 y el 10 por ciento, la velocidad del motor se estabiliza. Esta estabilización ocurre debido a que el par del motor disminuye por disminuir los voltajes y corrientes inducidas en el rotar, ya que por el peque ño deslizamiento, las .barras del rotar cortan poco flujo del campo giratorio del estator. En consecuencia, el motor presenta un control automático de velocidad similar a la del motor en derivación de e-d.
Experiencia 1. Examine la construcción del Módulo EMS 8221 de motor de inducción de caja de ardilla, fijándose especialmente en el motor, las terminales de conexión v el alambrado.
2. Se observa el módulo desde la cara delantera: a) Los devanados independientes del estator, se conectan a terminales: 1 y 4, 2 y 5, 3 y 6.
b) La corriente nominal del estator son de 1.5 A c) El voltaje nominal de los devanados del estator son de 120 V d) La velocidad nominal es de 1670 r / min, y la potencia del motor es de 14hp
F igura N° 2. En esta imagen se presenta el circuito utilizado para la primera parte de la experiencia.
F igura N° 3. En esta imagen se presenta el circuito utilizado para la segunda parte de la experiencia.
3. Conecte la fuente de alimentación y ajuste a) Mida y anote, las tres corrientes de línea, las lectu ras del vatímetro y la velocidad del motor. 4. Acople el motor al electrodinamómetro por medio de la banda. a) Mueva la perilla de control del dinamómetro a su posición extrema haciéndola girar en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. b) Repita el Procedimiento 5 para cada uno de los pares anotados en la Tabla # 2, manteniendo el voltaje de entrada en 208V e-a. 5. Conecte el circuito que aparece en la Figura N°3. Observe que ahora se utiliza la salida trifásica fija de la fuente de alimentación, terminales 1, 2 Y 3. a) Ponga la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj (con el fin de darle al motor una carga máxima en el arranque). 6. Conecte la fuente de alimentación y mida rápidamente E1, I1 y el par de arranque desarrollado. E1=240 V c-a
I1=4,7 A c-a
Par de arranque=27 lbf*plg
b) Calcule la potencia aparente del motor para el par de arranque. Potencia aparente= 1128 VA Par
I1
I2
I3
W1
W2
Velocidad
0
0.65
0.7
0.72
80
15
1782
3
0.75
0.8
0.81
120
0
1748
6
0.9
1
1
150
27
1732
9
1.1
1.1
1.1
180
77
1702
12
1.2
1.3
1.3
220
130
1600
Tabla #2. En esta tabla se presentan los valores de las 3 corrientes, las lecturas del vatímetro y la velocidad del motor de los circuitos de las figuras N° 2 y 3.
Prueba de conocimientos 1. Con los resultados de la tabla 52-1, calcule las características en vacío del motor de jaula de ardilla Respuesta:
a) Corriente media: la corriente media es el promedio de las corrientes Iprom = 2.71 A
b) Potencia aparente: Es el resultado que se obtiene al hacer la multiplicación entre el voltaje y la corriente media trifásica S = 1128 VA c) Potencia real: La potencia real es el resultado de la multiplicación entre el voltaje y la corriente y el factor de potencia P = 1951 w d) Potencia reactiva: 2253.79 var
e) F actor de potencia: FP = 0.5 2. Compare las características de operación de jaula de ardilla con las del motor de rotor devanado. Respuesta: El motor de jaula de ardilla consta de un rotor constituido por una serie de
conductores metálicos (normalmente de aluminio) dispuestos paralelamente unos a otros, y cortocircuitados en sus extremos por unos anillos metálicos, esto es lo que forma la llamada jaula de ardilla por su similitud gráfica con una jaula de ardilla. Esta 'jaula' se rellena de material, normalmente chapa apilada. De esta manera, se consigue un sistema n-fásico de conductores (siendo n el número de conductores) situado en el interior del ca mpo magnético giratorio creado por el estator, con lo cual se tiene un sistema físico muy eficaz, simple, y muy robusto (básicamente, no requiere mantenimiento). El motor de rotor bobinado tiene un rotor constituido, en vez de por una jaula, por una serie de conductores bobinados sobre él en una serie de ranuras situadas sobre su superficie. De esta forma se tiene un bobinado en el interior del campo magnético del estator, del mismo número de polos (ha de ser construido con mucho cuidado), y en movimiento. Este rotor es mucho más complicado de fabricar y mantener que el de jaula de ardilla, pero permite el acceso al mismo desde el exterior a través de unos anillos que son los que cortocircuitan los bobinados. Esto tiene ventajas, como la posibilidad de utilizar un reostato de arranque que
permite modificar la velocidad y el par de arranque, así como el reducir la corriente de arranque. El motor de inducción de jaula de ardilla es una de las máquinas más seguras y más usadas en la industria porque esta 'jaula' se rellena de material, normalmente chapa apilada. De esta manera, se consigue un sistema n-fásico de con ductores (siendo n el número de conductores) situado en el interior del campo magnético giratorio creado por el estator, con lo cual se tiene un sistema físico muy eficaz, simple, y muy robusto (básicamente, no requiere mantenimiento).
3. Si la frecuencia de la línea de alimentación fuera de 50 Hz: a) ¿A qué velocidad giraría el motor? b) ¿Aumentaría la comente de excitación, se reduciría o permanecería igual? Respuesta: Bajaría la velocidad del rotor, pero la corriente de excitación
permanecería igual.
Conclusiones 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. Una forma de realizar dichos cambios es usar un motor que funcione con el tipo disponible de alimentación eléctrica para que haga funcionar un generador que proporcione a su vez la corriente y el voltaje deseados
Experimento de laboratorio N° 56 “”
Objetivos
Obtener la curva de saturación en vacío del alternador. Las características de corto circuito del alternador.
Introducción Los alternadores, son la fuente más importante de generación de energía eléctrica. Los alternadores generan una tensión de c.a. cuya frecuenc ia depende de la velocidad de rotación. La tensión generada, depende de la velocidad , de la excitación del campo en c.c. y del factor de potencia de la carga. Si se mantiene la velocidad constante y se aumenta la excitación del campo c.c., aumentará el flujo magnético y por lo tanto, la tensión de salida en proporción directa. Con aumentos progresivos en la intensidad de corriente de campo de c.c. el flujo llegará a un valor en que satura el hierro del alternador. Las fases del alternador están espaciadas mecánicamente a intervalos idénticos unas de o tras y por lo tanto, las tensiones generadas respectivamente están desfasadas entre si 120 grados eléctricos. Cuando el alternador genera su tensión nominal de salida se somete a un corto circuito, aparecerá momentáneamente una intensidad de corriente muy grande. Si el corto circuito persiste, las grandes intensidades de corriente disminuirán rápidamente a valores seguros.
Experiencia Conecte el circuito de la Figura N°4 usado el generador/motor síncrono, motor jaula de ardilla, fuente de alimentación e instrumentos. Se utiliza el motor trifásico de jaula de ardilla para impulsar el generador/motor síncrono como alternador, de tal manera que se considera una velocidad constante. El motor de jaula de ardilla va conectado a la salida fija de C.A. de 220 V.C.A. 3. El rotor del alternador va conectado a la salida variable de 0-140 V.C.C.
F igura N° 4. En esta imagen se presenta el circuito utilizado para la primera parte de esta experiencia.
c) Al ser cero la excitación de c.c., mida y anote V1 ,V2 y V3 V1 = 0 V.C.A.
V2 = 0 V.C.A.
V3 = 0V.C.A.
d) Explique porque se genera la tensión de C.A. cuando no hay excitación de C.C. Respuesta: Por magnetirmo remanente. 4. Cierre el interruptor S
a) Aumentar paulatinamente la excitación de c.c. hasta una intensidad de corriente de 0.1 A.c.c. b) Mida y anote en la tabla #3 las tres tensiones generadas para cada una de las corrientes continuas indicadas y calcule la tensión promedio de salida del alternador, para cada corriente continua indicada. I1
V1
V2
V3
VC.A
AMPERS
VOLTS
VOLTS
VOLTS
PROMEDIO
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
11.11 71.3 137.6 146.0 182.9 225 241 225 262 271 278
11.28 71.9 137.7 177.8 204 225 241 252 261 270 277
11.3 71.6 137.4 176.4 203 224 239 250 259 267 275
11.25 71.6 137.56 166.65 196.63 224.6 240.35 251.66 260.66 259.33 276.66
Tabla #3. En esta tabla se presentan las 3 tensiones generadas para cada una de las corrientes continuas, además se calculó la tensión promedio de salida del alternador sumando las 3 corrientes y dividiéndolas entre 3.
5. Conecte la fuente de alimentación y ajuste la excitación de c.c. hasta que V1, V2 y V3 midan 220 V.c.a. 6. Desconecte la fuente de alimentación. 7. Conecte el circuito que ilustra la figura N°5, con el interruptor de sincronización, verá que el interruptor está conectado de tal manera que al cerrarlo quedan en corto circuito los devanado del alternador.
F igura N° 5. En esta imagen se presenta el circuito utilizado para la última parte de esta experiencia.
a) Abra el circuito de sincronización. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste la excitación de c.c., hasta que V1 = 220 V.c.a. El sistema debe de estar funcionando y las tres lámparas prendidas. c) Mida y anote la intensidad de corriente de excitación de c.c. I1 = 0.43 A.c.c. V1= 1.1
I1 = _0.71AmpC.C
I2=0.14A
Cierre el interruptor de sincronización para poner en corto circuito el alternador; observe el comportamiento de la intensidad de corriente. ¿Hasta qué valor máximo (aproximadamente) aumento I2? ¿Cuál es el valor final de estado permanente de I2 e I1?
LA TE ME PRATURA F UE DE 32.3°C V1= 210 V
I1=0.40 AmpC.C
I2 = 0.15 AmpC.A
Prueba de Conocimiento c) ¿Hasta qué valor forma una línea más o menos recta la curva del voltaje? 260V d) ¿En dónde se encuentra el codo de la curva de saturación? ENTRE 220-260 V c-d.
e) Explique por qué el voltaje aumenta con menor rapidez cuando se incrementa la corriente
de c-d. Respuesta: Porque se empieza a saturar la máquina.
2. De algunas de las razones por las que no se espera un alternador cerca del codo de su curva
de saturación. Respuesta: Porque está en saturación, causando que la maquina sea menos eficiente, se
tienen perdidas.
3. Un alternador tiene menos probabilidades de quemarse cuando está en un corto circuito
permanente, que un generador en derivación de c-d con excitación independiente. Explique esto. Respuesta: un generador de corriente continua tiene más posibilidades de quemarse porque
el voltaje de excitación está en paralelo más el voltaje generado.
Conclusion En esta práctica se pudo observar que una maquina síncrona puede ser usada como motor o alternador bajo ciertas condiciones. A pesar de no haber podido obtenerse los puntos necesarios para la gráfica de la curva de saturación se pudo observar su comportamiento y su codo en donde empieza el área de saturación del mismo. Se conoció una de las características importantes del alternador, se observa que es capaz de soportar un corto circuito a pesar de que la corriente aumente significativamente. Finalmente se observa el comportamiento para los diferentes tipos de cargas como la resistiva capacitiva e inductiva, se observa que la regulación de Voltaje es diferente para cada tipo de carga por lo que hay que tenerlo en consideración al realizar conexiones con este tipo de maquinas
