UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
2016-II
Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Curso: Laboratorio de Máquinas Eléctricas 2
ALUMNOS
INFORME FINAL N°2 LA MAQUINA ASINCRONA
IEEE
RAMIREZ SOTO ALEX ESPINAL PICHARDO LUIS ANGEL ALVAREZ CRISTHIAM ROCA CESAR PINARES FREDY
LA MÁQUINA ASÍNCRONA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS 2 motores son muy antiguos y muchos de
— The testing’s of the asynchronous machine, load Abstract test, short circuit test (locked rotor), therefrom determining the equivalent circuit parameters, such as engine under load test, test as a generator. The determination of the rotational losses and thetheoretical prediction of their behavior from the equivalent circuit. At the end of the tri als we answer the questionnair e.
ellos han sido rebobinados más de una vez, disminuyendo con ello la eficiencia de diseño del motor. Lo que se propone en estas condiciones es optar por el cambio de los motores de eficiencia estándar por los de alta eficiencia.
Normas Sobre Motores de Alta Eficiencia Resumen. -Realizar los ensayos de la máquina asíncrona,
ensayo en vacío, ensayo en corto cir cuito (rotor bloqueado), a partir de ellos determinar los parámetros del circuito equivalente, ensayo como motor bajo carga, ensayo como generador. La determinación de las pérdidas rotacionales y el pronóstico teóri co de su comportamiento a partir del cir cuito equivalente. Al finalizar los ensayos responderemos las preguntas del cuestionario.
I. INTRODUCCIÓN La máquina asíncrona es una máquina de inducción alimentadas por dos corrientes en cuadratura. Recibe el nombre de asíncrona ya que la velocidad de giro del rotor es diferente al campo magnético impuesto por la red.
II. ESTADO DEL ARTE ESTADO DEL ARTE La tecnología también ha aplicado sus últimos avances para una mejor operación de los motores eléctricos, tales como los Motores de Alta Eficiencia Motores de Alta Eficiencia Ventajas: Menores Pérdidas Menor Temperatura de Operación. Mayor Vida Útil. Mayor Capacidad de Sobrecarga. Mejor operación que un motor Standard en condiciones ambientales críticas (altas temperaturas, zonas de altitud – sierra peruana). Mejor respuesta ante las variaciones de tensión (menor sobrecalentamiento).
En gran parte de los centros mineros se puede observar que la gran mayoría de los
Motor de alta eficiencia.
¿Cuándo es conveniente utilizar Motores de Alta Eficiencia?
Ver hoja de datos.
2. A partir del juego de valores del ensayo de vacío calcular:
= =∆ − ∆ ∆ = = ∆ R = 5.9 Ω r24°C = = 8.85Ω 7 5° C 2 r75°C = r24°C 23535 TT = 10.59Ω I ∆Pu∆P = 3r= rI√ 3 u = = − 3 √ - Pérdidas en el cobre del estator
- F actor de
potencia en vacío La resistencia del estator conectado en medida entre líneas es:
Entonces la resistencia de un devanado del estator será: Entonces la resistencia de cada devanado esta tórico a la temperatura de operación será: Determinamos las pérdidas en el Cobre del estator: III. ALCANCES Este informe abarca desde el análisis de los datos obtenidos en el laboratorio, la resolución del cuestionario, mostrar los resultados obtenidos, mencionar las conclusiones, recomendaciones y las referencias bibliográficas. Todo lo anterior con base en los fundamentos teóricos de las referencias, experiencias personales y datos adicionales formalmente no documentados como los datos e informaciones, brindadas en las lecciones, relacionadas con el ensayo. IV. OBJETIVOS A. Objetivos Generales
Conocer las características principales de un motor trifásico asíncrono y realizar los ensayos de la maquina asíncrona como motor y generador, conocer las características principales de un motor trifásico asíncrono. B. Objetivos Específicos
Llevar a cabo los distintos ensayos que se suelen realizar habitualmente para determinar el valor de los parámetros de su circuito equivalente, y que son los siguientes: Ensayo de Vacío Ensayo en Cortocircuito o con el Rotor Parado Ensayos con diferentes valores de Carga
V. SOLUCIÓN DEL CUESTIONARIO
1. Relación de los valores tomados en la experiencia.
Luego, de acuerdo a las siguientes expresiones :
455 435 418 404 376.6 352.6 336.4 294 260 228 196.2
3.33 2.97 2.69 2.50 2.27 2.1 1.98 1.72 1.48 1.31 1.11
1500 1270 1100 1000 830 720 650 490 370 290 210
1382.57 1176.59 1023.37 933.813 775.431 673.298 608.483 458.671 346.804 271.827 196.95
0.571 0.567 0.564 0.571 0.560 0.561 0.563 0.559 0.555 0.560 0.556
3. Graficar en un mismo cuadro las características del motor asíncrono en régimen de marcha en vacío, es decir, , y como funciones de la tensión aplicada. E xplicar la tendencia de cada curva y defina el intercepto que determinaría en el eje de ordenadas la interpolación de la curva .
455 435 418
3.33 2.97 2.69
980.4 856.7 760.9
0.571 0.567 0.564
2.50 2.27 2.1 1.98 1.72 1.48 1.31 1.11
404 376.6 352.6 336.4 294 260 228 196.2
707.1 588.5 513.4 466.3 351.4 267.4 209.6 152.3
Gráficos Io, Poo y cos 4.
φ
0.571 0.560 0.561 0.563 0.559 0.555 0.560 0.556 vs Vo en el anexo 1
A partir de las lecturas del ensayo a rotor bloqueado calcular ZCC y RCC en Ω/fase y
tabularlos en función de la tensión aplicada. Grafico del circuito equivalente en el anexo 2
y X1 representan la resistencia y reactancia del bobinado del estator. R2 y X2 representan la resistencia y reactancia del bobinado del rotor referidas ambas al estator. representa la conductancia de pérdidas en el hierro y la susceptancia magnetizante. es una resistencia que no existe realmente en el rotor, pero representa la potencia mecánica que el motor proporciona al exterior. R1
c m [ −∕]∗
81.1
330
5.03
104.4
550
6.52
130
840
8.19
157.4
1260
10.18
4.3476714 3 4.3126701 5 4.1743631 5 4.0527865 8
8.2314040 6 8.1774172 7 8.1586659 8 7.9540898
5. Graficar en un mismo cuadro Pcc, I cc, Zcc, Rcc como funciones de la tensión aplicada. E xplicar las tendencias.
Grafico correspondiente en el anexo 3 Según los gráficos que resultan del cálculo realizado se puede observar que la resistencia e impedancia del motor son constantes al variar el voltaje, mientras que la corriente tiende a variar linealmente respecto al voltaje. La potencia crece de forma cuadrática respecto al voltaje, resultado que se esperaba debido a las ecuaciones antes mostradas. 6. Calcular los parámetros del circuito equivalente “T”
de sustitución de la máquina asíncrona para tensión nominal.
∆Pmec = 613.85 W. r = P3 − I∆P mec 3 √ P I 380 V P = 851 W I = 2.25 A 8 5 r = 851−613. 2.3 √ 235 = 46.84 Ω r rm = r − r = 46.84−10.m59 = 36.25Ω V = V I = √
La resistencia de vacío por fase está dada por la siguiente ecuación, en la que se considera la presencia de las pérdidas mecánicas. Reemplazamos loss datos obtenidos para obtenerla.
Para hallar el valor y al voltaje nominal de la máquina , interpolamos entre los datos tomados siguientes 376.6 404
830 1000
2.27 2.1
Teniendo loss valores siguientes Según estas ecuaciones se calcula Rcc y Zcc:
Vcc(V )
Pcc(W )
Icc(A )
41.7
89
2.63
61.76
192
3.85
Rcc(Ω)
4.2890119 4 4.3177601 6
Zcc(Ω)
8.0875456 8.1938500 6
Luego reemplazando datos
La resistencia de magnetización
será:
Como la conexión es en Δ, la impedancia por fase estará dada por:
Reemplazando para los datos para el voltaje nominal de la máquina
Z = VI = √ 32.∗38025 = 292.524 Ω x = x xm = Z − r = 290.269 Ω rcc P cc 3 rcc = Icc = IPcccc 3 √ Icc = 6.7 A P = 581.26 W V = 107.16 V rcc = 581.6.726 = 12.9r5 Ω r = rcc − r = 12.∆ 95−10.59 = 2.36 Ω Zcc = V√ Iccc3c = √ 3IcVccc = √ 3∗107.6.7 16 = 27.70 Ω x cc: xcc = x x x= x = Zcc − rcc = 24.48 Ω x = x = x2cc = 24.248 = 12.24 Ω x = x − x = 290.269−12.24 = 278.03 Ω La reactancia
De los datos del ensayo de cortocircuito, la resistencia de cortocircuito por fase está dada por la siguiente ecuación.
104.4 130
6.52 8.19
550 840
==1 =1.0 =4402∗10. 1 278.12.205439 == 1.11.044020562 == = =1.1.004402∗12. 2 4 = 12. 7 788 4402 ∗ 2. 3 6 = 2. 5 7235 = = =1. =0440210.5936. ∗12.2245==13.46.384134 = = 12.24278.03 = 290. 27 . 12. 7 788 2. 5 7235 . 46.84 290.27
8. construir el diagrama circular usando el circuito equivalente L invertido.
Considerando la corriente nominal de funcionamiento según los datos de placa , e interpolando con los datos arriba considerados tenemos los siguientes valores para esta corriente: Entonces
se
La resistencia de bobinado del rotor
tiene
:
Como la conexión es en , la impedancia por fase estará dada por:
Circuito equivalente L invertida
La reactancia
Asumiendo que
entonces:
Finalmente
m
Circuito equivalente L invertida aproximado
Del circuito equivalente L invertida aproximado observamos: … (1) … (2) Para construir el lugar geométrico de I1 debe conocerse previamente el de e . El vector que representa tiene una orientación completamente definida debido a la constancia de V1 e ; sin embargo el vector es variable en magnitud y sentido, ya que depende de Ys, que a su vez varía con el deslizamiento de la máquina. Para deducir el diagrama circular se debe comenzar representado el lugar geométrico de Zs para los diferentes valores de s, tomando seguidamente su figura inversa para
ZI′ == VR ∗ Y jX X . 12.24 Ω 2.36 Ω 12.24 Ω 36.25Ω Ω IM I′ YM
Los parámetros del circuito equivalente “T” serán:
278.03
7. A partir de 6, evaluar los parámetros del circuito equivalente “L” invertida.
Hallando los parámetros del circuito equivalente “L” invertida:
I′
IM
I’ Y = VY Y = VY VY = IM II′ determinar Ys y con ello igualdad
; al aplicar entonces la … (3)
Podrá obtenerse la forma de variación de Para representar Zs se han tomado en la figura las resistencias en ordenadas y las reactancias en abscisas, de tal forma que al ir variando s, el afijo del vector Zs va recorriendo la recta MN paralela al eje de ordenadas, debido a que la reactancia + es una magnitud constante. Se han señalado en esta recta diversos puntos importantes que se obtienen al dar valores específicos al deslizamiento s, y así resulta: A) Punto P’s: se obtiene al hacer s=0, resulta una componente resistiva infinita; por ello este punto se encuentra en el infinito de la recta MN B) Punto P´cc: Se obtiene al hacer s=1, resultado un valor de la resistencia igual a R1+R’2 Lugares geométricos e impedancias y admitancias C) Punto P’œ: Se obtiene al hacer s=œ, lo que da Para determinar el lugar geométrico de la corriente I’2 es lugar a una resistencia total R1 preciso, de acuerdo con la ecuación (2) multiplicar por V1 todas las magnitudes del círculo, de la forma que si se En el punto geométrico P’ (0
X X
I a I′ O ≡ Ps
|OT|∗|OT| = 1 → |OT| = |O1T| = X 1 X′ Y P′, P′cc y P′
I
+ O
Como la circunferencia debe pasar por el polo, se podrá ya construir el lugar geométrico de . En la figura siguiente se han representado los puntos homólogos de , que estarán situados sobre la circunferencia y alienados con el polo. Se observa que el punto P’s, situado en el infinito, le corresponde el punto Ps, situado en el centro de la inversión. Se han destacado las zonas que comportan un régimen de funcionamiento especifico de la maquina como: motor, generador y freno, que corresponde a deslizamientos: 0
∞
Diagrama del circulo de la maquina asíncrona.
Ym Y = Rm 1 jXm R Rs j1 X X
.+. Y=m Y 1 Cosφ = √.φ = − 30. 3 539° 46. 8 4 j 2 90. 2 8 PP = =1468. 11.0562 2.57235s1 j26.1201 Ʊ √ 3V6I867CosφW " L " I = V Y V I = √ ∗ + +(+) = Vn = √ V I = 2.18816∠−19.10062 A Pmec = 3R 1s −11I Pmec = 3∗ 2.5=72351194.7029697 ∗0.03 −1 2 . 1 8816 W PmecP η = η = 1194.1468.η =7029697 681.8673449 = %0.813449 =
=0.862919
La potencia absorbida está dada por: Del circuito de
invertida se tiene:
Multiplicando la admitancia por una tensión de línea a neutro aplicada al estator, obtenemos el lugar geométrico de la corriente de línea, el diagrama del círculo. En nuestro caso
2.1126-j0.5700509
La potencia en el eje es:
La eficiencia está dada por:
9. A partir de 8 se pide:
Operación como motor Para un deslizamiento de 3%, determinar: corriente, potencia absorbida, factor de potencia, potencia en el eje y eficiencia. Comparar estos resultados con los obtenidos experimentalmente. Explicar las divergencias. El deslizamiento para torque máximo. La máxima potencia en el eje. de:
Comparando los resultados obtenidos con los experimentales:
7402.14WA P IWA 1468.2.5859196867AW ... 0.83 f.d.p. 0.862919 . 12.778 2.57235 13.3413 46.84 L" Ym Y = Rm 1 jXm R Rsj1 X X Ym Y = 0.01017121−j0.00595588 Ʊ √ V R sm = R Xcc = √ 2 .572352.57235 24.48 = 0. 1 04504 I = Y Y V m 1.3n068 A I =|I| 2.=23149−j 2.585919 A 290.27
Sol.
para un deslizamiento s=0.03
Multiplicando por la tensión línea a neutro obtenemos la corriente de línea:
El factor de potencia es:
Laboratorio )
Teoría
)
Vemos que existen divergencias, estas divergencias se deben al modelo de la máquina utilizado, como mencionamos en el fundamento teórico el modelo aproximado , tiene errores importantes. Ya que el modelo sólo es una aproximación al comportamiento real de la máquina, se debe tener en cuenta que mientras más elaborado sea un modelo, implica usar más variables ya que la cantidad de datos es muy importante y hará que se reduzcan los errores. El deslizamiento para torque máximo será:
Operación como generador Entregando por sus bornes la corriente de operación como motor encontrado en 9.1, determinar el deslizamiento, potencia entregada en bornes, factor de potencia, potencia recibida por el eje y eficiencia. La máxima potencia que puede entregar por sus bornes y el deslizamiento en estas condiciones. Para la máquina como generador construir la característica teórica de potencia en bornes vs velocidad o deslizamiento. Contrastarla con los puntos experimentales. Calcular errores y explicar divergencias. Ubicar los puntos experimentales tomados para el generador y ubicarlos en el diagrama circular trazado en la experiencia. Explicar diferencias. Dar un mínimo de 5 observaciones y 5 conclusiones . Hallando el deslizamiento:
IVe = Rm 1 jXm R R j1 X X s 3 √ 1.38079 = 46.84 j1 290.27 √ 3 1 j26.12 11.0562 2.57235 s = −0.017 s
Escogemos el deslizamiento de valor negativo, debido a que la máquina está en régimen generador.
En la prueba de corto circuito es necesario prevenir el surgimiento de corrientes muy altas por lo tanto el sobrecalentamiento del devanado, con esta finalidad generalmente se realiza a bajas tensiones. En una marcha en vacío real, el deslizamiento es diferente de cero El diagrama circular permite de una forma gráfica analizar el comportamiento de las maquinas asíncronas de una manera simple, ya que no se necesita realizar ningún calculo analítico. La máquina asíncrona en régimen de freno no existe potencia útil, y la potencia eléctrica que ingresa de la red así como la potencia mecánica aplicada al rotor debido a la inercia de la masa giratoria; se transforman en pérdidas disipadas en forma de calor. Efectuar el cambio de conexiones del autotransformador para obtener una tensión de salida menor. R EFERENCES
Gráfico de la potencia vs deslizamiento VI. RESULTADOS OBTENIDOS
Mirar la tabla de datos. VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES En la prueba de vacío las características de las magnitudes P0,I0, cosΦ depende de V1
https://es.scribd.com/doc/69219422/CircuitoEquivalente-Perdidas-Flujo-de-Potencia-yEficiencia-de-las-Maquinas-Asincronas-o-deInduccion-Trifasicas http://personales.unican.es/rodrigma/PDFs/asi ncronas%20caminos.pdf Apuntes del curso de Máquinas Eléctricas II. Máquinas Eléctricas, Jesús Fraile Mora. http://repositorio.pucp.edu.pe/index/bitstream /handle/123456789/28690/maquinas_electrica s_cap08.pdf?sequence=21 http://www1.ceit.es/asignaturas/SistElec/Practi cas/PR_SIS_02.pdf
ANEXOS ANEXO 1
VS 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0
50
100
150
200
250
vs
300
350
400
450
500
1600 1400
y = 0.0137x 2 - 4.67x + 613.85 R² = 0.9944
1200 1000 800 600 400 200 0 0
50
100
150
200
250
VS
300
350
400
450
500
( )
0.575 0.57 0.565 0.56 0.555 0.55 0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ANEXO 2
Ilustración 1: Circuito equivalente del motor trifásico de inducción.
ANEXO 3
Pcc(W) 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0
20
40
60
Ilustración 1: Grafico Pcc vs Voltaje
80
100
120
140
160
180
12 10 8 6 4 2 0 0
20
40
60 Icc(A)
80
100 Rcc(Ω)
120
140
160
180
Zcc(Ω)
Ilustración 2: Corriente de cortocircuito, Resistencia e Impedancia en función del voltaje
HOJA DE DATOS.
