LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I Práctica No. 7. Motor de Inducción: Pruebas de Vacío y Cortocircuito OBJETIVOS Realizar la prueba de vacío a un motor de inducción trifásico de jaula de ardilla. Realizar la prueba de rotor bloqueado (o prueba de cortocircuito) al motor de inducción trifásico de jaula de ardilla, para dos frecuencias diferentes. Realizar una prueba con carga al motor de inducción trifásico de jaula de ardilla. Evaluar la compresión de lo realizado y observado en el laboratorio. ACTIVIDADES PREVIAS Leer detenidamente este documento. Prestar atención a la explicación del profesor. EQUIPO NECESARIO Multímetro digital. Amperímetros. Wattmetros. Fototacómetro Transformadores de corriente. Motor de inducción trifásico de jaula de ardilla. INTRODUCCIÓN El circuito equivalente de un motor de inducción es de gran utilidad para analizar su comportamiento en condiciones de operación de estado estable. A partir de él se puede calcular el par desarrollado, el rendimiento, el factor de potencia, el par desarrollado máximo y el par de arranque; entre otras respuestas de interés. El motor de inducción puede verse como un transformador de frecuencia variable y de resistencia de carga variable y dependiente de la resistencia del rotor (el secundario). Por tanto, su circuito equivalente es semejante al llamado circuito equivalente exacto de un transformador. Así, al igual que para el transformador, el circuito equivalente de un motor de inducción se determina a partir de la prueba de vacío y la prueba de cortocircuito. Esta última es en realidad una prueba de rotor bloqueado, porque no se permite que durante la prueba el rotor gire. De esta forma, el deslizamiento es igual a uno y la resistencia de carga vale cero; lo que equivale a un transformador en cortocircuito.
Además, para determinar la resistencia del rotor vista en el estator, se requiere la prueba de medición de la resistencia de los devanados del estator. La resistencia del rotor vista en el estator es importante en la determinación del deslizamiento al cual ocurre el par máximo y, por tanto, en la forma de la curva de par en función de la velocidad. Prueba de vacío Se alimenta el motor a frecuencia nominal y se aumenta cuidadosamente la tensión hasta alcanzar su valor nominal. La máquina debe girar libremente, sin carga conectada a su eje. Se mide la tensión de la línea (debe ser la nominal), la corriente de línea y la potencia que toma el motor. Ver figura 1.
a
Fuente trifásica de tensión y frecuencia ajustables
b
c
A A A
IA
P
V IB Ic
Motor de Inducción
P
En vacío
Figura 1. Conexión para la prueba de vacío.
La corriente de vacío tiene un ángulo de atraso grande y la mayor parte de la caída de tensión se presenta en la reactancia de dispersión del estator y la reactancia de magnetización de la máquina. Por tanto, la impedancia de entrada se puede asumir netamente inductiva. Además, a partir de los datos obtenidos en esta prueba se calculan las perdidas rotacionales. El factor de potencia es bajo y es posible que sea necesario cambiar la conexión de la entrada de tensión de uno de los wattmetros. En ese caso, ¿cómo se identifica esto? ¿Qué se hace? ¿Cómo se considera la lectura de ese wattmetro? Prueba de rotor bloqueado En este caso, partiendo de cero, se incrementa cuidadosamente la tensión aplicada al motor, hasta que la corriente que toma sea la nominal. El rotor de la máquina debe estar bloqueado, de tal forma que no se le permite girar. Se toman las lecturas de la tensión de
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Escuela de ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones - E3T “Perfecta combinación entre energía e intelecto” Practicas propuestas por el Profesor PhD Gerardo Latorre Bayona y actualizadas por el Profesor MSc Gabriel Malagón
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I Práctica No. 7. Motor de Inducción: Pruebas de Vacío y Cortocircuito línea, la corriente de línea (debe ser la nominal o cercana a ese valor) y la potencia consumida por la máquina. Tomar rápidamente las lecturas de los instrumentos, para evitar que el rotor se caliente demasiado. Baje la tensión aplicada al motor nuevamente a cero, antes de liberar el rotor de la máquina. También en esta prueba el factor de potencia es bajo y es posible que sea necesario cambiar la conexión de la entrada de tensión de uno de los wattmetros. En la figura 2 se aprecia el esquema de conexión de la máquina. Por lo general en esta prueba se deben utilizar transformadores de corriente, para la alimentación de la entrada de corriente de los wattmetros. Verifique esto y en caso de ser necesario, utilícelos adecuadamente. Recuerde, no se debe abrir el secundario de un transformador de corriente, cuando éste está energizado.
a
Fuente trifásica de tensión y frecuencia ajustables
b
c
A
A A
IA
ACTIVIDADES DE LABORATORIO - Utilizando el mismo motor de inducción de jaula de ardilla de la práctica anterior, realice los montajes presentados en las figuras 1 y 2, para levar a cabo las pruebas de vacío y de cortocircuito a frecuencia nominal. Tenga cuidado de no sobrepasar los valores límite que hay para cada una de las pruebas (tensión nominal en la prueba de vacío y corriente nominal en la prueba de cortocircuito), incluyendo las circunstancias propias del laboratorio (límites de la fuente). -
Con ayuda de un motor de continua y un generador sincrónico, realice la prueba de rotor bloqueado para una frecuencia entre el 25 y el 35% de la frecuencia nominal del estator. Con el motor de continua en conexión shunt, lleve el generador sincrónico a la velocidad requerida para obtener una tensión generada con la frecuencia deseada. Una vez ajustada la frecuencia, lleve la excitación del generador sincrónico al mínimo, para reducir la tensión generada prácticamente a cero. Utilice el generador sincrónico como la fuente trifásica de tensión y frecuencia ajustable que se indica en la figura 2. Aumente cuidadosamente la tensión generada por la máquina sincrónica, hasta que el motor de inducción alcance su corriente nominal; manteniendo bloqueado el rotor. Tome rápidamente las lecturas de los instrumentos y lleve nuevamente la tensión del generador sincrónico a cero, antes de liberar el rotor de la máquina de inducción.
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Con ayuda del motor de continua, tome las medidas necesarias para determinar las perdidas mecánicas del motor de inducción bajo prueba. Recuerde que las perdidas mecánicas incluyen las debidas a la fricción en los cojinetes y a la resistencia del aire. En
P
V IB Ic
De otra parte, para motores clase B y clase C la resistencia efectiva del rotor es función de la frecuencia. Por tanto para esa clase de motores la prueba de rotor bloqueado suele hacerse a una frecuencia entre el 25% y el 30% de la frecuencia nominal del estator.
Motor de Inducción P
Rotor bloqueado Figura 2. Conexión para la prueba de cortocircuito.
Debido a que se aplica una tensión reducida, que las pérdidas en el nuclea se consideran parte de las perdidas rotacionales y la reactancia de magnetización es muy grande comparada con las otras reactancia y resistencias del circuito equivalente, la corriente de excitación es despreciable. Teniendo en cuenta que en condiciones de operación normal la frecuencia en el estator es la que impone la fuente, mientras que la del rotor está determinada por el deslizamiento de la máquina, la frecuencia nominal del estator no representa las condiciones normales de operación del rotor. La frecuencia del rotor es igual a la del estator en el instante de arranque, pero en condiciones de carga es muy pequeña.
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LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I Práctica No. 7. Motor de Inducción: Pruebas de Vacío y Cortocircuito la práctica anterior se realizó una prueba similar para la máquina de continua. -
Manteniendo acoplado el motor de inducción con la máquina de continua, utilice esta última como generador autoexcitado shunt. Para tres condiciones de carga del generador de continua, en lo posible equivalente a ½ de plena carga, ¾ de plena carga y plena carga del motor de inducción, tome las lecturas de tensión de línea aplicada al motor, velocidad, corriente de línea y potencia absorbida por éste.
Nota: No energice los circuitos sin antes haber explicado al profesor o al auxiliar de laboratorio, la forma como realizará el trabajo y haber recibido de éste la autorización para iniciar las pruebas. INFORME - Escriba en detalle el procedimiento seguido en cada una de las actividades realizadas en esta práctica. En donde corresponda, ilustre el procedimiento con el esquema de conexión empleado, señalando los instrumentos de medida utilizados, así como los valores aplicados y medidos. -
Compare los resultados obtenidos en las pruebas de cortocircuito para las dos frecuencias a las que se realizaron estas pruebas. ¿Qué valores debe usar para obtener el circuito equivalente? ¿Por qué? Presente el circuito equivalente del motor de inducción bajo prueba. Calcule el par de arranque y el par máximo del motor de inducción. Para las tres condiciones de carga a las que sometió el motor, determine su deslizamiento, par desarrollado, rendimiento y factor de potencia. Considere constantes las perdidas rotacionales.
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Tome los datos necesarios para la elaboración del informe.
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Recuerde presentar observaciones y conclusiones.
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