INACAP VALPARAISO ING. En ELECTRICIDAD MAQUINAS ELECTRICAS
MOTORES ASINCRONICOS
Nombre Alumno (s): Víctor General. Claudio Guerrero. René Hurtado. Nombre Profesor: Enrique Mena
Fecha: 06 de Julio de 2011
INTRODUCCION MOTORES ASINCRONICOS Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motores eléctricos de corriente alterna. El primer prototipo de motor eléctrico capaz de funcionar con corriente alterna fue desarrollado y construido por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en el American Institute of Electrical Engineers (en español, Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, actualmente IEEE) en 1888. El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday:
Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión. El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento.
Constitución del motor asíncronico Circuito magnético La parte fija del circuito magnético (estator) es un anillo cilíndrico de chapa magnética ajustado a la carcasa que lo envuelve. La carcasa tiene una función puramente protectora. En la parte interior del estator van dispuestos unas ranuras donde se coloca el bobinado correspondiente. En el interior del estator va colocado el rotor, que es un cilindro de chapa magnética fijado al eje. En su periferia van dispuestas unas ranuras en las que se coloca el bobinado correspondiente. El entrehierro de estos motores es constante en toda su circunferencia y su valor debe ser el mínimo posible Circuitos eléctricos Los dos circuitos eléctricos van situados uno en las ranuras del estator (primario) y otro en las del rotor (secundario), que esta cortocircuitado. El rotor en cortocircuito puede estar formado por bobinas que se cortocircuitan en el exterior de la maquina directamente o mediante reóstatos; o bien, puede estar formado por barras de cobre colocadas en las ranuras, que han de ser cuidadosamente soldadas a dos anillos del mismo material, llamados anillos de cortocircuito. Este conjunto de barras y anillos forma el motor jaula de ardilla. También existen motores asíncronos monofásicos, en los cuales el estator tiene un devanado monofásico y el rotor es de jaula de ardilla. Son motores de pequeña potencia y en ellos, en virtud del Teorema de Leblanc, el campo magnético es igual a la suma de dos campos giratorios iguales que rotan en sentidos opuestos. Conceptos básicos de los motores de inducción La velocidad de rotación del campo magnético o velocidad de sincronismo está dada por:
Donde fe es la frecuencia del sistema, en Hz, y p es el número de pares de polos en la máquina. Estando así la velocidad dada en revoluciones por minuto (rpm). El voltaje inducido en cierta barra de rotor está dado por:
Donde : Velocidad de la barra en relación con el campo magnético : Vector de densidad de flujo magnético : Longitud del conductor en el campo magnético : representa la operación "producto vectorial" Lo que produce el voltaje inducido en la barra del rotor es el movimiento relativo del rotor en comparación con el campo magnético del estator. Tipos Constructivos 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 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). 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 reóstato de arranque que permite modificar la velocidad y el par de arranque, así como el reducir la corriente de arranque. En cualquiera de los dos casos, el campo magnético giratorio producido por las bobinas inductoras del estator genera unas corrientes inducidas en el rotor, que son las que producen el movimiento.
PRINCIPIO MOTOR ALTERNO
PRINCIPIO FUNCIONAMIENTO
Constitución de la Máquina Asíncrona Trifásica. Tipos de Motores
Motor con Rotor Bobinado
Motor con Rotor en Jaula de Ardilla
Motor con Rotor en Doble Jaula de Ardilla
Motor con Rotor de Ranuras Profundas
Par en los Motores de Jaula de Ardilla
Experiencia: Ensayo en vació y en carga de un motor trifásico jaula de ardilla Objetivos: Realizar el montaje de un grupo motor generador para comprobar el funcionamiento en vacío y en carga del motor trifásico jaula de ardilla en vacío y con diferentes grados de carga. Medir Intensidad de arranque. Intensidad de vacío; RPM; Potencia Trifásica. Calcular deslizamiento; Cos ρ; Rendimiento; Wac; Wdc. Circuito de trabajo.
A W1
W2
M 3
A
G
V
Materiales: Grupo Motor-generador CC. 2 Multímetros. 2 Analizadores Fluke 39. 1 Tacómetro. 1 Amperímetro Tecktronic. Conectores Banana-Banana. Características del Motor Motor: Maquina de CA de suministra la energía eléctrica al generador Datos de placa: MOTEURS LERO·S. TYPE NA 132S1 Nº COSρ=0, 84 CLE=NV6 (736W) KW= 5,15 KW HZ=50 RPM= 1450 RT%85 TRIANGULO 220 V 18,6 A ESTRELLA 380 V 10,7 A Generador: Maquina que transforma energía mecánica en energía eléctrica. Datos de placa: TYPE=C132 Nº43482 EXC MOTOR VTM PKW GENERATRICE 1500 2, 25 SERVICE S1 CLASE E INDUIT 220V 10A CLASE E
Desarrollo de la Experiencia: Primero revisamos los materiales entregados, además el docente a cargo de la experiencia nos enseña como es el funcionamiento del tacómetro infrarrojo y el amperímetro tecktronic. Ahora procedemos a revisar el grupo motor generador que vamos a utilizar. En los bornes del motor procedemos a medir resistencia en los bobinados, la cual nos entrega un valor de 1,4 Ohm, además se mide el aislamiento de los bobinados con respecto a masa, en la cual no hay ningún problema. Procedemos a la conexión del motor, lo conectaremos en ESTRELLA según su placa característica con respecto con la tensión que poseemos en este laboratorio. Una vez conectado todo el circuito procedemos a energizarlo. El amperímetro Tecktronic mide 75.6 A, esto es la corriente de arranque. Cabe mencionar que los motores asincrónicos tienen una corriente de arranque de 5 a 8 veces la corriente nominal. Continuando con la experiencia procedemos a regular nuestro generador en 220 Vdc, ya con esto iremos paulatinamente incorporando las resistencias en paralelo para provocar una carga de freno al motor trifásico jaula de ardilla. Todo esto queda registrado en la siguiente:
Tabla de valores Obtenidos en la experiencia. VL 378 378 375 375 375 375 375 375
IL 4,9 5,0 5,5 6,05 6,87 7,72 8,6 9,8
W1 -560 220 60 350 660 950 1300 1700
W2 1250 1550 1840 2140 2500 2800 3200 3700
Nr 1498 1493 1490 1485 1480 1475 1471 1466
Vdc 0 240 240 240 240 240 240 240
Idc 0 2,2 4,2 6,3 8,3 10,4 12,5 14,6
Ahora con esta tabla podemos extraer los datos de W1 y W2 para calcular la Potencia Absorbida por el motor. Como se instalaron 2 Wattmetros, utilizaremos el método de Aarón: WT=W1-+W2 Cos ρ resistivo WT= W1 + W2 Cos ρ inductivo WT= -W1+W2 Cos ρ capacitivo WT= W1-W2 Estas condiciones siempre que la secuencia de fase sea positiva. W1 -560 220 60 350 660 950 1300 1700
W2 1250 1550 1840 2140 2500 2800 3200 3700
Pot. Absor 690 1770 1890 2490 3160 3750 4500 5400
Ahora con este cálculo de Potencia podemos calcular el Cos ρ, a través de la siguiente formula: COS ρ =
Pot. Absor 690 1770 1890 2490 3160 3750 4500 5400
P 3 * VL * IL
IL 4,9 5,0 5,5 6,05 6,87 7,72 8,6 9,8
Cos ρ 0,21 0,54 0,52 0,63 0,70 0,74 0,80 0,84
Angulo DF 77.57 57.26 58.05 50.67 44.91 41.59 36.33 31.96
RPM
Rpm 1510 1500 1490 1480 1470 1460 1450 0
2,2
4,2
6,3
8,3
10,4 12,5 14,6
Idc
Deslizamiento El Deslizamiento es la diferencia entre la velocidad del campo magnético giratorio del estator y la velocidad real del rotor expresado en %. Se representa por la letra S (%)
S=
hs − hr *100 hs
ns 1500 1500 1500 1500
nr 1498 1493 1490 1485
S (%) 0,13 0,46 0,66 1
1500 1500 1500 1500
1480 1475 1471 1466
1.3 1.6 1.9 2.2
S 250 200 150 100 50
15 00 15 00 15 00 15 00 15 00 15 00 15 00 15 00 15 00
0
Puntos Relevantes:
Conclusiones Al realizar esta experiencia podemos comprobar que el motor asincrónico, es uno de los mas convenientes en las maquinas rotativas que entregan energía mecánica, ya que es de fácil instalación y conexión, además sencilla la operación a través del comando. Como se explico, una de las desventajas de este motor es el mal factor de potencia que tiene al estar girando en vacío. En esta experiencia el motor en vacío de comporto casi totalmente inductivo y una vez aplicada carga el factor de potencia llego a los 0.94. Para mí, esta experiencia aporto harto para ampliar mis conocimientos sobre estos motores Los cuales son los más usados hoy en día. Bibliografía Sitios de Internet alusivos a la asignatura. Conocimientos entregados por el docente.
Experiencia: Ensayo de un motor trifásico asincrónico a inducción de anillos rozantes Objetivos: Realizar el montaje de un motor trifásico de anillos rozantes y comprobar su funcionamiento en vacío, midiendo los valores de sus magnitudes con el circuito del rotor: -Abierto -Cerrado directamente. -Cerrado por medio de resistencias Medir Intensidad de arranque. Intensidad de vacío; RPM; Er; fr; Ir.
Materiales y Equipos: Amperímetro de tenaza: Lo usamos para medir corriente peak en el rotor y estator.
Medidor de frecuencia: Lo usamos para medir la frecuencia en rotor y estator.
Tacometro: Lo usamos para obtener la lectura de velocidad del motor.
Banco de resistencias 100 y 200 Ω: Lo usamos para conectarlas a los anillos del rotor.
Motor de inducción trifásico de anillos rozantes. Tipo 132 M P=4 KW COS &=0.78 LAUTEP Y 150 V /17 A Tensión: 220 V D/380 V Y Corriente: 17 A/9.7 A Frecuencia: 50 Hz Aislamiento: IP 44
Diagrama de conexión con circuito de rotor abierto.
-Se realiza montaje del circuito según diagrama. -Se conecta el bobinado del estator a la red alterna en estrella y luego se energiza. Como los anillos del rotor están desconectados el motor funciona como transformador, en donde tomamos las primeras mediciones de voltaje que son las sgtes: Tensión inducida : 149 V Deslizamiento : 82% Frecuencia : 40.6Hz Velocidad : 171 RPM
Al realizar esta medición el rotor no muestra movimiento así que es desplazamiento es de 100% .Se le da un par al motor con la mano, esto crea un una marcha con giro constante pero muy bajo, sin embargo nos entrega los valores de voltaje inducido y frecuencia cambiando el valor del desplazamiento. Circuito con anillos del rotor en cortocircuito.
-Se realiza el montaje del circuito según diagrama de conexión. -Solo podemos obtener valores de corriente entre los anillos. -Corriente estator: 65.6 A -corriente rotor: 0.7 A El valor nominal de corriente del motor según placa es de 17 A. Este valor no corresponde al que obtuvimos a la medición realizada. Al conectar el motor de esta forma , este se comporta similar al motor jaula de ardilla.
Estos son los valores de corriente tanto en el estator como en el rotor. -Estator: I1 5.5 A I2 5.5 A I3 5.5 A -Rotor. I1 0.7 A I2 0.7 A Los valores de frecuencia son los sgtes: Estator: 50Hz Rotor : 300Hz El valor de frecuencia obtenido en el rotor corresponde la presencia de armónicos en la red.
Circuito con anillos de rotor conectado a resistencias:
Se conectan las resistencias a los anillos para reducir el consumo de corriente en el arranque y aumentar la eficiencia del par motor. Se realiza el montaje según diagrama. Se utilizan resistencias cuyos valores están entre 200 y 100Ω. La secuencia de conexión comienza con el mayor valor resistivo y disminuye hasta llegar a 0, desconectando completamente el banco de resistencias.
Los valores de corriente obtenidos tanto en el estator como en el rotor son los sgtes: Primera etapa:
Resistencia de 200Ω por fase Estator: Ipeak : 18.3 A In : 5.4 A Rotor: Ipeak : 3.6 A In : 0.3 A Velocidad asincrónica : 503 RPM.
Segunda etapa: Resistencia de 100Ω por fase. In Estator : 5.4 A In Rotor : 0.2 A Velocidad asincronica: 688 RPM. Tercera etapa: Sin resistencias: In Estator : 5.5 A In Rotor : 0.7 A Velocidad asincrónica: 999 RPM. Usando esta forma de conexion en el arranque reducimos la corriente y aumentamos el torque en la partida.
Conclusion: Al conectar el rotor a valores resistivos variables en el arranque logramos reducir los valores de corriente y aumentar el torque, además de varier la velocidad del motor que , nos puede ser muy útil en procesos industriales donde el motor puede funcionar con velocidad y torque variable.
INACAP VALPARAISO ING. En ELECTRICIDAD MAQUINAS ELECTRICAS
MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA
Nombre Alumno (s): José Antonio Levicán Soto. Nombre Profesor: Enrique Mena
Fecha: 23 de Junio de 2010
