LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I Práctica No. 10. Motor de Inducción: Medidas Preliminares OBJETIVOS Identificar los bornes de dos máquinas de inducción trifásicas: una de jaula de ardilla y otra de rotor devanado. Medir la resistencia de cada devanado, para las dos máquinas bajo prueba. Medir el deslizamiento en vacío, de las máquinas bajo prueba. Simular y determinar el deslizamiento en carga, de las máquinas bajo prueba. 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. Voltímetro y milivoltímetro de bobina móvil. Frecuencímetro de lengüetas. Fototacómetro. Máquina de inducción de rotor devanado. Máquina de inducción de jaula de ardilla. Motor de corriente continua (DC). Reóstatos.
el estator. A la velocidad se le denomina velocidad sincrónica. Por su parte, el rotor gira en el mismo sentido del campo, pero con una velocidad diferente. Cuando la máquina funciona como motor la velocidad del rotor es menor que la velocidad sincrónica y en el caso de generadores la velocidad del rotor es mayor. Por ello, reciben el nombre de máquinas asincrónicas. La velocidad relativa del rotor con respecto al campo magnético giratorio, es de gran importancia en el análisis de la operación de este tipo de máquinas y se denomina velocidad de deslizamiento. En motores es como si el rotor fuese deslizándose en sentido contrario al sentido de giro del campo magnético giratorio. En ese caso, el deslizamiento es positivo y equivale a la velocidad relativa expresada en por unidad de la velocidad sincrónica. Esto es = = −
; donde es el deslizamiento, nd es la velocidad de
deslizamiento y nr es la velocidad del rotor. El deslizamiento también puede expresarse en porcentaje. Para los generadores el deslizamiento es negativo, dado que la velocidad del rotor es superior a la sincrónica.
INTRODUCCIÓN Las máquinas de inducción o asincrónicas son aquellas en las cuales las corrientes que circulan por el rotor se deben única y exclusivamente a efectos de inducción electromagnética. Son máquinas robustas, económicas, muy comunes en la industria y por lo general operan como motores. En la actualidad también se les encuentra en parques eólicos, funcionando como generadores. En máquinas trifásicas las corrientes del primario, o estator, producen un campo magnético que gira alrededor del rotor, con una velocidad dada por la 120∗ expresión = en donde f es la frecuencia de las corrientes sinusoidales que circulan en el primario y p es el número de polos de la máquina. El número de polos depende de la forma como se desarrolle el devanado en
Al existir una velocidad relativa entre el campo magnético giratorio y el rotor, en este último se inducen tensiones. En las máquinas de jaula de ardilla, en el rotor se tienen barras conductoras puestas en cortocircuito mediante un par de anillos colocados uno a cada extremo de las barras. En las máquinas trifásicas de rotor devanado, en el rotor hay tres devanados conectados en Y, con sus terminales accesibles en la bornera de la máquina. Para el adecuado funcionamiento como motor o como generador, esos terminales se ponen en cortocircuito. En consecuencia, tanto para máquinas de jaula de ardilla como para las de rotor devanado, al existir tensiones inducidas en el rotor, esas tensiones quedaran en cortocircuito y en consecuencia circularan corrientes en el rotor. Esas corrientes, en presencia del campo magnético giratorio, producen un par que en el caso de funcionamiento como motor será el par impulsor o par motor y en funcionamiento como generador será el par resistente.
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LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I Práctica No. 10. Motor de Inducción: Medidas Preliminares Debido a que la velocidad de deslizamiento es la causante de las tensiones inducidas en el rotor, la ∗ frecuencia de esas tensiones será = 120. Para expresar esta frecuencia en términos de la frecuencia de las corrientes del estator, se multiplica y divide en ns. De esta forma, se llega a que = ∗ . Esto es, la frecuencia de la tensión inducida en el rotor es igual al deslizamiento por la frecuencia de las corrientes en el estator o frecuencia sincrónica. ¿Cómo podemos determinar el deslizamiento de forma experimental?
Si se dispone de una lámpara estroboscópica o una de gas, es posible medir la velocidad de deslizamiento. Para ello, antes de poner a girar el motor se realiza una marca visible sobre el eje del rotor. Se arranca el motor y la lámpara se alimenta a la misma frecuencia de la onda de tensión aplicada a la máquina. Con la lámpara se alumbra el eje del motor, sobre el lado en el que se realizó la marca. De esta forma, si la lámpara está ajustada para la velocidad sincrónica, la marca se verá girar lentamente en sentido contrario al sentido de giro del rotor. Simplemente se cuenta las veces que la marca pasa por un punto de referencia, durante un minuto, y con ello se puede calcular el deslizamiento. También podría utilizarse un disco con tantas franjas blancas y tantas franjas negras como polos tenga la máquina. Las franjas deben ser exactamente iguales y estar intercaladas, una blanca y una negra. El disco se alumbra con la lámpara y se cuentan las veces que una franja de determinado color pasa por un punto de referencia en un minuto. En máquinas de rotor devanado puede utilizarse un milivoltímetro de bobina móvil para determinar el deslizamiento. En ese caso, después de haber arrancado el motor y que este haya alcanzado su velocidad de estado estable, se ajusta el instrumento a una escala muy baja y se conecta como si fuésemos a medir la tensión en los bornes del rotor; esos bornes están en cortocircuito. La aguja del milivoltímetro empezará a oscilar. Se cuentan las veces que la aguja llega a un punto de
referencia en un minuto. Retire el milivoltímetro antes de desconectar la alimentación del motor.
ACTIVIDADES DE LABORATORIO erifique la designación del principio y final de cada una de los devanados del estator de las máquinas objeto de prueba. Esto es, determinar la polaridad de cada devanado. Energize la máquina y compruebe la conexión realizada a través del sonido generado por la máquina en estado estable.
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Trabajando con las dos máquinas bajo prueba, tome las medidas necesarias para obtener la resistencia de cada devanado, así como las resistencias de aislamiento (E-Tierra, R-Tierra, E-R).
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Tome la máquina de rotor devanado, deje en circuito abierto los terminales del rotor y conecte los devanados del estator en Y. Alimente el estator con tensión reducida y conecte un frecuencímetro de lengüetas en un par de terminales del rotor. Ajuste la tensión aplicada al estator, para que pueda observar la oscilación de la lengüeta que señala la frecuencia de la onda de tensión inducida en el rotor. Tome nota de la frecuencia. También mida la frecuencia de la tensión aplicada al estator. Con la mano mueva el rotor en un sentido y tome nota de lo que sucede en el frecuencímetro. Detenga el rotor y con la mano hágalo girar en sentido contrario. Tome nota de lo que sucede en el frecuencímetro.
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Utilizando el fototacómetro, tome las medidas necesarias para determinar el deslizamiento en vacío de las máquinas objeto de prueba. Además, tome las medidas necesarias para determinar el deslizamiento en vacío de la máquina de rotor devanado, utilizando el milivoltímetro de bobina móvil. Si dispone de una lámpara estroboscópica o de una lámpara de gas, utilícela y también tome las medidas necesarias para determinar el deslizamiento en vacío de las máquinas objeto de prueba.
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Con ayuda de un motor de continua y trabajando con la máquina de rotor bobinado, simule una condición de operación como motor con carga y tome las medidas necesarias para calcular el deslizamiento. Para esto mantenga el rotor de la máquina de inducción en circuito abierto y utilice el frecuencímetro de lengüetas. También mida la velocidad con el fototacómetro.
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. Presente en tablas y/o en gráficas los datos y resultados obtenidos en la realización de esta práctica. -
Sobre un dibujo de la bornera de la máquina de jaula de ardilla, así como la de la máquina de rotor devanado, indique las conexiones que debe realizar para poner a funcionar la máquina como motor conectado en Y. Haga lo propio para funcionamiento como motor conectado en delta.
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Calcule el deslizamiento de las máquinas en vacío y para las condiciones de carga simuladas. Con respecto a la tercera actividad de laboratorio referida en este documento, ¿Cuándo el rotor se hace girar en un sentido corresponde a funcionamiento como motor y en el otro sentido a
TOME LOS DATOS NECESARIOS PARA LA ELABORACION DEL INFORME. RECUERDE PRESENTAR CONCLUSIONES.
OBSERVACIONES
Y
CONSERVE LOS DATOS Y RESULTADOS DE ESTA PRÁCTICA. TOME NOTA DEL NÚMERO DE INVENTARIO DE LAS MÁQUINAS DE INDUCCIÓN UTILIZADAS.
funcionamiento como generador? Justifique esta respuesta a partir de explicar lo observado durante la realización de la práctica. Calcule los porcentajes de error obtenidos a partir de la medición del deslizamiento con fototacómetro, voltímetro de bobina móvil y frecuencímetro.
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