Laboratorio 03

MÁQUINAS MÁQUINAS AC LABORATORIO N° 03

“LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN”

Carhuas Medoza Hayder Manuel

Al um no (os ):

Grup o Semestre Fecha de entr ega

:

PROFES PROFESOR OR Mario Mario Umire : Fernandez : 24 09 17 Hor a:

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL PROGRAMA DE FORMACION REGULAR

Nota:

2016-1

MÁQUINAS AC

Tema :

LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN INDUCCIÓN

Nro. DD-106 Página 2 / 13 Código : Semestre: Grupo :

IV

I. OBJETIVOS - Analizar la estructura estructura de un motor trifásico jaula de ardilla. - Analizar la estructura estructura de un motor trifásico de rotor devan devanado. ado. - Observar como como fluye el campo campo giratorio giratorio y la velocidad velocidad del del motor y el voltaje inducido inducido en en el rotor. - Exponer los conceptos de corriente de excitación, velocidad veloci dad síncrono y deslizamiento deslizamient o en relación con un motor trifásico de inducción. II. EXPOSICIÓN TEÓRICA El motor de inducción es el más sencillo y empleando de los motores eléctricos en la industria, como su nombre lo indica, este tipo de motores trabaja bajo el principio de inducción. Cuando se aplica potencia al estator de un motor de inducción, se establece un campo magnético giratorio cuyas líneas de flujo cortan las barras 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 rotor. Las barras circulantes del rotor producen, a su vez, sus propios campos magnéticos intensos. Estos campos locales de flujo del rotor producen sus propios polos magnéticos que son atraídos hacia el campo giratorio. Por lo tanto, t anto, el rotor gira en dirección del campo principal. La figura abajo mostrada indica las partes de un motor de inducción:

Los motores de inducción trabajan con dos tipos de rotor, el tipo jaula de ardilla y el rotor bobinado con anillos rozantes. El rotor de jaula de ardilla se compone de un núcleo de hierro laminado que tiene ranuras longitudinales alrededor de su periferia. Barras sólidas de cobre o aluminio se presionan firmemente o se incrustan en las ranuras del rotor. A ambos extremos del rotor se encuentran los anillos de corto circuito que van soldados o sujetos a las barras, formando una estructura sumamente sólida. El rotor devanado cosiste en un núcleo magnético laminado con superficie ranurada, donde se alojan bobinas de cobre conectadas en estrella, a la que se tiene acceso desde el exterior mediante tres anillos rodantes con carbones rozantes. Este mecanismo permite controlar la corriente desde el exterior y por ende el par del motor empleando resistencia conectadas en estrella en los bornes del rotor.

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ROTOR TIPO JAULA DE ARDILLA


ROTOR DEVANADO Y ANILLOS ROZANTES

III. EQUIPO A UTILIZAR -

01 motor de inducción trifásico jaula de ardilla. 01 motor de inducción trifásico rotor devana devanado. do. 01 motor DC en derivación. 01 Fluke 43B 01 tacogenerador. 02 multímetros digitales. digitales. 01 fuente de tensión alterna 3Ø regulable. 01 fuente DC variable. 01 pinza amperimétrica. amperimétrica. 02 manguitos de acoplamiento. 01 frecuencímetro. Conductores Conductores de conexión.

IV. PROCEDIMIENTO Adver Ad vertenc tenc ia: ¡En ¡En esta etapa se manejarán manejarán voltajes peligrosos! ¡No ¡No haga ning una conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medici medici ón!. Adver Ad vertenc tenc ia: Usar lentes de seguridad dur ante su permanencia permanencia en el Taller

Adver Ad vertenc tenc ia: Usar botas de segurid ad durante su permanencia en el el Tall Tall er

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Código : Semestre: Grupo :


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MOTOR MOTOR DE INDUCCIÓN INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA a.1) Tomar datos de placa del motor de inducción tipo jaula de ardilla e indicarlas en el cuadro adjunto. Tensión Conexión Intensidad Frecuencia Potencia Cos φ

Velocidad Velocidad d el motor

400/690 Δ / Y

1/0.35 60Hz 0.37kW 0.93 3360 RPM

a.2) Examine la construcción del motor de inducción jaula de ardilla, y haga una descripción del mismo. El motor de inducción jaula de ardilla esta construido por tes bobinados que se encuentran en el estator y el rotor no lleva bobinado el rotor internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de

cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en corto circuito los anillos que forman la jaula por chapas bien apiladas.

a.3) Esquematizar las conexiones de las bobinas del motor en delta y estrella, indicando la denominación de los bornes, tensión de operación y corriente máxima. CONECCION CONECC ION ESTRELLA

Tención entre línea 220 V Corriente máxima 1/0.35 A

CONECCION CONECC ION TRIANGULO

tención entre línea 380 V corriente máxima 10335 A

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a.4) De acuerdo con los datos de placa, determine el número de polos y la velocidad del campo giratorio. Fundamentar su respuesta . El número de polos del motor es 2. polos El número de pares de polos es directamente proporcional a la frecuencia de la corriente de alimentación el inversamente proporcional a la velocidad de sincronización.

a.5) ¿Qué efecto tiene sobre el motor emplear una frecuencia diferente (60 Hz) a la indicada en la placa (50 Hz) del motor? El efecto en el motor al emplear una frecuencia de 60 Hz aun motor de 50 Hz es la diferencia de velocidad de giro del motor tendría una velocidad mayor a su velocidad nominal para esto se utilizaría un variador de frecuencia para controlar la velocidad de giro del motor. a.6) ¿Qué es el deslizamiento y cómo se calcula? El deslizamiento es la diferencia relativa entre la velocidad de campo magnético y la velocida v elocidad d del rotor.

Donde: s: Velocidad de deslizamiento (expresada con base por unidad o en porcentaje).

ws: Velocidad angular de sincronismo en radianes por segundo. wm: Velocidad angular del rotor en radianes por segundo. ns: Velocidad angular sincronismo en revoluciones por minuto. revoluciones por minuto. nm: Velocidad angular del rotor en revoluciones

FORMULA

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a.8) Calcular el deslizamiento en vacío y en plena carga y comparar este último valor con el deslizamiento deslizamiento nominal calculado a partir de los datos de placa del motor. m otor.

CALCULO

Ns – Nr S% =

3600 - 3562 = 100%

S% =

Ns

3600

Ns – Nr S% =

3600 - 3329 = 100%

S% =

Ns

3600 - 3600 = 100%

Ns

= 100% = 7.52%con carga 3600

Ns – Nr S% =

= 100% = 1.05% en vacío

S% =

= 100% = 6.66%con carga

3600

Vemos que el desplazamiento en vacío es de 1.05% y con carga disminuye la velocidad y el desplazamiento es más elevado es de 7.52%

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a.7) Armar el circuito de la figura 1 y energizar el motor en vacío, mida la velocidad y después de esta maniobra, des energice la máquina, para luego aplicarle el freno de polvo magnético hasta obtener la corriente de plena carga.

Figura Figur a Nº 1

a.9) ¿A qué se debe la diferencia entre el deslizamiento calculado a partir de los datos de placa y el calculado en plena carga? El deslizamiento baria dependiendo de la carga que se le aplique al motor. a.10) Retirar la carga mecánica del motor (freno de polvo magnético) y observar el sentido de giro desde el lado de la carga, apague el motor invierta dos fases, vuelva a encenderlo y observe nuevamente el sentido de giro, notará que el sentido de giro a cambiado. ¿A que se debe el cambio? Intercambiando dos de las conexiones de alimentación de los arrollamientos del estator, se intercambian dos de las tres corrientes y se invierte la secuencia de fase. Esto provoca un cambio de dirección del campo magnético giratorio y la inversión de giro del motor.

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a) Motor de inducción del rotor devana devanado do b.1) Tomar datos de placa del motor de inducción de rotor bobinado e indicarlas en el cuadro adjunto. Conexión Voltaje P Cos θ

N Frecuencia Corriente Corrient e IP

Y/Δ 400 /230 0.27 Kw 0.7 / 1 1500 RPM 50 Hz 0.83 / 1.44 20

b.2) Examine la construcción del motor de rotor bobinado, y haga una descripción del mismo. Este motor tiene 6 bobinados los cuales tres de ellos se encuentran en la armadura y los otros tres se encuentran en el campo es por eso por lo que se le llama rotor bobinado. Los tres bobinados del campo están cortocircuitados para que el motor pueda girar. Para identificar este tipo de motor vamos a observar que tienen 9 borneras lo cual 6 son de las bobinas dela armadura y 3 son be las bobinas del campo.

b.3) Esquematizar e identificar los bornes de conexión del motor de rotor bobinado en el cuadro adjunto. BORNES DE CONECCION DE MOTOR DE ROTOR ROTOR BOBINADO BOB INADO

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b.4) De acuerdo a los datos de placa, determine el número de polos y la velocidad del campo giratorio. Fundamentar sus respuestas.

120*50 1500

= 4 polos

El número de pares de polos es directamente proporcional a la frecuencia de la corriente de alimentación el inversamente proporcional a la velocidad de sincronización. b) CAMPO GIRATORIO DEL ESTATOR c.1) Empleando el motor de rotor devanado acoplado a motor de corriente continua en conexión shunt, armar el circuito de la figura 2.

Figu ra Nº 2

c.2) Sin energizar el motor en derivación, conecte en estrella el estator del motor de bobinado y manteniendo abiertos los terminales del rotor, aplique la tensión de la red (380 V) y tome nota de los siguientes datos: E1 = 380 V I1 = 0.331 A

E2 = 110,5 V I2 = 0.342 A

F = 59.98 V I3 = 0.339 A

c.3) ¿Cómo se puede determinar el sentido del campo giratorio? El sentido de campo giratorio no se puede determinar observando por que las bobinas del campo no están cortocircuitadas esto se puede determinar colocándole una brújula y saber el sentido de giro del motor.

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c.4) Manteniendo energizado el estator, encienda el motor DC shunt y hágalo girar en el sentido del campo giratorio a las velocidades indicadas en la tabla Nº 1 y tome los datos solicitados en la misma:

Tabla Nº 1 Velocidad mecánica (RPM) 500 780 971 1250 1500 1800

Voltaje en el estator E1 (V) 385.9 V 385.9 V 385.9 V 385.9 V 385.9 V 385.9 V

Voltaje en el rotor E2 (V) 78.7 V 62.2 V 50.20 V 32.94 V 19.62 V 4.044 V

Frecuencia en el rotor F(Hz) 42.95 34.03 27.48 17.99 10.57 360.4

Deslizamiento S (%) 72.22 % 56.66 % 46.05 % 30.55 % 16.66 % %

c.5) ¿Qué ocurre con la tensión y frecuencia del rotor?, ¿Por qué? Según va aumentando la velocidad mecánica del motor a mayor velocidad de giro vemos que el voltaje en el rotor y la frecuencia van decayendo. El voltaje en el rotor y la frecuencia fr ecuencia son inversamente inversamente proporcional proporcional a la velocidad de giro del motor (RPM)

c.6) De acuerdo con lo observado, deduzca la relación que existe entre el deslizamiento, la frecuencia y el voltaje. Según lo observado vemos que el voltaje en el rotor la frecuencia y el deslizamiento son directamente proporcional. Si el voltaje decae la frecuencia también decae y el deslizamiento es menor. c.7) Energice el estator, enciendo el motor DC shunt y hágalo girar en sentido contrario al campo giratorio a las velocidades indicadas en la tabla Nº 2 y tome los datos solicitados en el a misma:

Tabla Nº 2 Velocidad mecánica (RPM)

Voltaje en el estator E1 (V)

Voltaje en el rotor E2 (V)

Frecuencia en el rotor F(Hz)

Deslizamiento S (%)

100

380 V

118.6 V

65.2

93.35%

250

380 V

123.2 V

69.4

83.3%

500

380 V

129.1 V

72.6

66.6%

750

380 V

140.4 V

79.1

50%

1000

380 V

151.1 V

84.3

33.3%

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c.8) ¿Qué diferencias encuentra entre esta última experiencia y la hecha en el apartado c.4?

LA diferencia que vemos en esta última experiencia es que el voltaje en el rotor, la frecuencia y el deslizamiento son directamente proporcional a medida que la velocidad de giro del motor(RPM) aumenta el voltaje en el rotor, frecuencia y deslizamiento también aumentan. c.9) ¿Cuáles son los límites del deslizamiento del motor de inducción y en qué condiciones se obtienen? Los límites de deslizamiento del motor de inducción es el número de vueltas nominal del motor (RPM) El límite de desplazamiento del motor es al alcanzar la velocidad nominal del motor

c.10) ¿En que caso la máquina de inducción operaria a un deslizamiento mayor a 1? maquina empieza a operar a un deslizamiento mayor a uno cuando ya se le pone una carga al motor y empieza a variar la velocida v elocidad d y frecuencia fr ecuencia.. c) Trabajo de invest igación d.1) Indique 8 ejemplos de aplicaciones del motor de inducción según sus características torque vs velocidad, 4 para motor jaula de ardilla y 4 para motor rotor bobinado, fundamente su respuesta. MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA CLASE “ A” El motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal n ormal o estándar fabricado para uso a velocidad constante. Tiene grandes áreas de ranuras para una muy buena disipación de calor, y barras con ranuras ondas en el e l motor. Durante el periodo de arranque, la densidad de corriente es alta cerca de la superficie del rotor; durante el periodo de la marcha, la densidad se distribuye con uniformidad. Esta diferencia diferencia origina algo de alta resistencia y baja reactancia reactancia de arranque, con lo cual se tiene un par de arranque entre 1.5 y 1.75 veces el nominal (a plena carga). El par de arranque a rranque es relativamente alto y la baja resistencia del rotor producen una aceleración bastante rápida hacia la velocidad nominal. Tiene la mejor regulación de velocidad, pero su corriente de arranque varía entre 5 y 7 veces la corriente nominal normal, haciéndolo menos deseable para arranque con línea, en especial en los tamaños grandes de corriente que sean indeseables.

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MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA CLASE “B”

A los motores de clase B a veces se les llama motores de propósito general; es muy parecido al de la clase A debido al comportamiento de su deslizamiento-par. Las ranuras de su motor están embebidas algo más profundamente que en los motores de clase A y esta mayor profundidad tiende a aumentar la reactancia de arranque y la marcha del rotor. Este aumento reduce un poco el par y la corriente de arranque. a rranque. Las corrientes de arranque varían entre 4 y 5 veces la corriente nominal en los tamaños mayores de 5 HP se sigue s igue usando arranque a voltaje reducido. los motores de clase B se prefieren sobre los de la clase A para tamaños mayores. Las aplicaciones típicas comprenden las bombas centrífugas c entrífugas de impulsión, las maquinas herramientas herramientas y los l os sopladores.

MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA CLASE “C”

Estos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual desarrolla un alto par pa r de arranque y una menor corriente de arranque. Debido a su alto par de arranque, acelera rápidamente, sin embargo, cuando cuando se emplea en grandes cargas, se limita la disipación térmica del motor por que la mayor parte de la corriente se concentra concentra en el devanado superior. En condiciones de arranque frecuente, el rotor t iene tendencia a sobre calentarse se adecua mejor a grandes cargas repentinas, pero de tipo de baja inercia. Las aplicaciones aplicaciones de os motores de clase C se limitan a condiciones en las que es difícil el arranque como en bombas Y compresores de pistón

MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA CLASE “D”

Los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla clase D se conocen también como de alto par y alta resistencia. Las barras del rotor se fabrican en aleación de alta resistencia y se colocan en ranuras cercanas a la superficie o están embebidas en ranuras de pequeño diámetro. La relación de resistencia a reactancia del rotor de arranque es mayor que en los motores de las clases anteriores. anteriores. El motor está diseñado para servicio pesado de arranque, encuentra su mayor aplicación con cargas como cizallas o troqueles, que necesitan el alto par con aplicación a carga repentina la regulación de velocidad en esta clase de motores es la peor.

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MOTOR MOT OR GAULA DE ARDILLA ARDILL A

MOTOR DE INDUCCION CON ROTOR BOBINADO

Los motores de inducción trifásicos de rotor bobinado con sistema motorizado de levantamiento de escobillas son fabricados con sistema electromecánico que permite el cortocircuitamiento cortocircuitamiento de los anillos colectores y el levantamiento de las escobillas luego de la partida. Ejemplos de aplicaciones g Molinos de bolas; g Ventiladores; g Extractores; Extractores; g Trituradores; g Bombas en general; g Otros. Luego del procedimiento de partida, los motores trabajan en condiciones nominales, con las características de motores de jaula. Ofrecen alta confiabilidad, pues son proyectados proyectados con la más alta tecnología de proyecto y fabricados con materiales de calidad comprobada internacionalmente. internacionalmente.

APLICACIÓN APLICACI ÓN MOLINOS DE BOLA

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VENTAJAS El levantamiento motorizado de escobillas implica ventajas importantes en el desempeño del motor a lo largo de los años: Evita el desgaste constante y prematuro de las escobillas y anillos colectores; Reduce las paradas para mantenimiento y cambio de escobillas; Evita la acumulación de polvo de las escobillas en e l interior del compartimiento de las mismas, manteniendo alto el nivel de aislamiento del rotor; Aumenta la vida útil de las escobillas, anillos co lectores y, consecuentemente, la del motor.

PLICACION: BOMBA DE AGUA

Ejemplos de aplicaciones

Molinos de bolas; Ventiladores; Extractores; Trituradores; Bombas en general; Otros.

• • • • • •

APLICACIÓN APL ICACIÓN MOLINO DE BOL AS

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d.2) Realice el diagrama Torque vs. Velocidad e indique cada una de las zonas de funcionamiento de la máquina de inducción. Describa el funcionamiento del motor en la zona de frenado.

GRAFICA DE MOTOR JAULA DE ARDILLA

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COMCLUSIONES: •

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Aprendimos el funcionamiento funcionamiento de un un motor motor jaula de ardilla ardilla y de un motor motor con rotor bobinado. El voltaje en el rotor bobinado, bobinado, la frecuencia frecuencia y el deslizamiento deslizamiento son inversamente proporcional a la velocidad de güiro del motor (RPM). Un motor motor con rotor bobinado bobinado se diferencia por las borneras, este este motor motor tiene nueve borneras y el motor jaula de ardilla tiene seis borneras. Demostramos Demostramos las características características de funcionam funcionamiento iento de un motor motor jaula de ardilla. El par producido por por un motor motor de inducción jaula jaula de ardilla aumenta aumenta cuando crece la diferencia entre la velocidad del campo. La velocidad velocidad del motor es siempre menor menor a la velocidad de sincronismo a causa del deslizamiento necesario para que el motor desarrolle un par. El bobinado del rotor rotor tiene que estar estar cortocircuitada cortocircuitada para para que el motor motor pueda girar. El número de pares de polos es directamente proporcional proporcional a la l a frecuencia de la corriente de alimentación e inversamente proporcional a la velocidad de sincronización.

OBSERVACIONES: •

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•

•

Utilizar los instrumentos de medición medición correctament correctamente e para hacer las mediciones. mediciones. Conectar el el circuito correctamente correctamente como como se muestra muestra en la guía para no producir un corto circuito y dañar los equipos. Las bobinas bobinas del rotor tienen tienen que estar cortocircuitadas cortocircuitadas para observar observar el sentido de güiro del motor. Entender las características características de comportamiento comportamiento de los m motores otores .

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HOJA DE EVALUACIÓN LABORATORIO DE MÁQUINAS AC Criterio de desempeño

A: A: Los estudiantes realizan pruebas y mediciones,

Ciclo: IV

Laboratori o N° 02

Tema: MOTOR Tema: MOTOR SÍNCRONO

Fecha:

Puesto Puesto de trabajo: trabajo:

Alumno:

Sección Sección :

analizan e interpretan los resultados

CRITERIOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Excelente Excel ente

Bueno Bu eno

Requiere mejora

No aceptable

Realizan los cálculos y mediciones correctamente, debaten los resultados

2

2

1

0.5

0

Asumen la responsabilidad del uso adecuado de los instrumen i nstrumentos. tos.

2

2

1

0.5

0

Culminó la tarea en el tiempo previsto debido al trabajo en equipo.

2

2

1

0.5

0

Desarrolla con seguridad, orden y limpieza el laboratorio

2

2

1

0.5

0

Evaluación oral y/o práctica

2

2

1

0.5

0

Nota parcial 1

10

Excelente Excel ente

Bueno Bu eno

Requiere mejora

No aceptable

CRITERIOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE INFORME INFORME Evaluación

4

4

3

1.5

0

Genera Observaciones Observaci ones y Conclusiones

3

3

2

1

0

Presentación del Informe (orden e información adicional - Investigación) Investigación)

3

3

1

0.5

0

Nota parcial 2

10

NOTA FINAL

20

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Laboratorio 03

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