S.E.P S.E. P.
S.N.E.S. S.N. E.S.T T.
D.G.E.S. D.G. E.S.T T.
INSTITUTO TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO del Istmo TRABAJO: UNIDAD 1 PRESENTA: LEIVER LÓPEZ SÁNCHEZ JONAT JONATAN LÓPEZ LÓPEZ VASQUEZ VASQUEZ JOSÉ RENÉ SALINAS SANTIAGO XHUNAXHI GPE. LÓPEZCHENTE LÓPEZCHENTE GUTIERREZ SEMESTRE: 6° ESPECIALIDAD: INGENIERÍA ELÉCTRICA MATERIA: MOTORES DE INDUCIÓN Y ESPECIALES ASESOR: ING.ERAIN DE LA CRUZ SÁNCHEZ H. CD. DE JUCHITÁN DE ZARAGOZA OA!. JUNIO DEL "#$%.
He&o'() ('*d)d de +*(,'t)- de Z)&)o/) o)0. Aosto del "##1.
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AGRADECIMIENTOS
A NUESTROS PADRES: PADRES: Por el apoyo que nos brindaron En este difícil camino de la vida, Por la ayuda recibida en la finalización De este trabajo, por la comprensión y la Paciencia demostrada hacia nosotros Por todo y por mucho más. !uchas "racias#
A LOS PROFESORES: $"radecemos $"radecemos a los profesores Por la atención prestada, para %ealizar el si"uiente trabajo, Por las correcciones hechas, & la orientación para El presente trabajo !uchas "racias#
!
ÍNDICE
pág.
Portada
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$"radecimientos *ndice otación
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$crónimos
'
/ista de fi"ura
'0
%esumen
'1
2ntroducción
'3
(.( $ntecedentes 4apítulo ) ).(5 obtención de componente fundamental de 6!!
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).).5 efectos de la car"a electroma"n8tica del motor
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).+.5 efecto de la car"a en el comportamiento electroma"n8tico del motor
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).-.5 medida de la resistencia de devanados en motores 9eneradores el8ctricos 4onclusión
(15)( ))
%ecomendaciones
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:iblio"rafía
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"
NOTACIÓN V; volts MΩ=me"a ohm MA=me"a ampere A; ampere f.m.m; fuerza ma"netomotriz fem; fuerza electromotriz ƒ
; función del tiempo
#
ACRONIMOS
“C C<; cambie de corriente DISCHARGING” ; descar"a<
$
LISTA DE FIGURAS 629.(.5 4=%%2E>E E /$ $%!$D?%$ 629.).5!@A?2$ D2$!=5E/B4>%24$ 629.+ & -.5 D2$!= & !=>=% 629..5 9EE%$D=% & !=>=% 629.0.5 9EE%$D=% 629?%$ 1. 4=EC2 DE/ %!=5! $/ =:E>= DE P%?E:$ 629?%$ 3. !2D2ED= /$ %EF2F>E42$ DE/ DEG$$D= DE/ EF>$>=% DE ? !=>=% DE $/>E%$ 629?%$ 7. !2D2ED= /$ %EF2F>E42$ DE/ DEG$$D= DE/ EF>$>=% DE ? !=>=% $F*4%== 629?%$ ('. !2D2ED= /$ %EF2F>E42$ DE/ DEG$$D= DE/ %=>=% DE ? !=>=% DE $2//=F %=H$>EF. 629?%$ ((. E/ !EI DE %EF?/>$D=F DE/ %!=5!.
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RESUMEN El presente trabajo contiene como se obtiene el componente fundamental de la fem, el análisis físico y matemático formado por un estator trifásico, bifásico y polos sombreados en tanto cómo se comporta el efecto de la car"a electroma"n8tica de un motorJ terminando con una prueba de resistencia en los devanados .
%
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN (.( $ntecedentes El ma"netismo es uno de los aspectos del electroma"netismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. /as fuerzas ma"n8ticas son producidas por el movimiento de partículas car"adas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el ma"netismo. El marco que enlaza ambas fuerzas, es el tema de este curso, se denomina teoría electroma"n8tica. /a manifestación más conocida del ma"netismo es la fuerza de atracción o repulsión que actKa entre los materiales ma"n8ticos como el hierro. Fin embar"o, en toda la materia se pueden observar efectos más sutiles del ma"netismo. %ecientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes para comprender la estructura atómica de la materia.
&
CAPÍTULO II DESARROLLO 2. O!TENCIÓN DE COMPONENTE FUNDAMENTAL DE FMM /a fmm. Proveniente de la reacción de armadura, puede descomponerse en dos vectores orto"onales, de manera que, uno de ellos coincida con el eje polar, y el otroL, con la línea interpolar. /a componente del vector coincidente con el eje polar, la llamaremos componente directa de la reacción de armaduraJ y al que coincide con la línea interpolar, componente en cuadratura de la mismaM !ientras la componente directa de la reacción de armadura ! , actKa en el mismo circuito ma"n8tico del campo de la eNcitación, produciendo efectos similares, la componente en cuadratura de la reacción de armadura, ejerce su influencia a trav8s del espacio interpolar, produciendo un efecto diferente a !ad. & al de la fmm de campo. 4onsideremos a un "enerador suministrando una potencia en tal forma que la tensión G a los bornes est8 en adelanto un án"ulo 7 respecto a la intensidad de corriente en la armadura 2 Ofi"ura (M
FIG.." CORRIENTE EN LA ARMADURA /a reacción de armadura tiene que estar en fase con la corriente 2. a Fea la reacción de armadura !a cuyo valor puede descomponerse consecuentemente con lo dicho en dos vectores orto"onales cuyos valores sonQ !ad ; 4d !a sen φ , son valores que dependerán del abarcamiento polar y del paso polar φ es el án"ulo interno de la máquina
'
que se"Kn el "ráfico +1 lo podemos definir tambi8n como el Rán"ulo que eNiste entre la f.mm. De armadura y la fmm.
O#$%&'()& *% +, -.. %& %+ /(%001 /a f.m.m es un punto del entrehierro de una maquina sim8trica, no necesariamente ideal, se obtiene fácilmente a partir de la definición de f. lo que hay que hacer es sumar las corrientes abrazadas por la línea de inducción ma"n8tica que pasa por el punto considerado y dividir por dos. Para ello se tiene en cuenta que en una maquina sim8trica una línea de inducción corta al entrehierro en dos puntos situados sim8tricamente respecto al eje de la distribución de corrientes que "eneran el campo ma"n8tico. Fe utiliza utiliza la línea de inducción $D96$ que corta al entrehierro tambi8n en el punto D, sim8trico de $ respecto al eje de la distribución de corrientes. Fe cumplirá queQ B ( ∝ D )=−B ( ∝ A )
Fδ ( αD )=− Fδ ( αA ) ƒ (∝ D )=−ƒ ( ∝ A )
& queQ ƒ (∝ A )=|ƒ (∝ D )|=
1
∑ N . i
2 ADGFA
Por lo consi"uiente, la f.m.m S tiene el mismo valor absoluto en todos los puntos del entrehierro y es i"ual a la mitad de las corrientes encerradas por una línea de inducciónQ ƒ= Np .ir
& su si"no es positivo frente a los polos orte del rotor y ne"ativo frente a los polos Fur del rotor. Fe obtiene pues, la distribución de f.m.m. aturalmente si i γ es constante en el tiempo Ocorriente continua la f.m.m. ƒ no varia en el tiempoJ pero si i
γ
cambia en el tiempo, la f.m.m.
1(
ƒ
Es la función del tiempo.
2.2."EFECTOS DE LA CARGA ELECTROMAGNTICA DEL MOTOR !áquina Dinamo5el8ctrica Es la más sencilla dinamo de disco desarrollada por 6araday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que la parte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre los polos de un imán de herradura. 4uando el disco "ira, se induce una corriente entre el centro del disco y su borde debido a la acción del campo del imán. El disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicación de un voltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que el disco "ire "racias a la fuerza producida por la reacción ma"n8tica.
FIG.2."M34UINA DINAMO"ELCTRICA
El campo ma"n8tico de un imán permanente es lo suficientemente fuerte como para hacer funcionar una sola dinamo pequeTa o motor. Por ello, los electroimanes se emplean en máquinas "randes. >anto los motores como los "eneradores tienen dos unidades básicasQ el campo ma"n8tico, que es el electroimán con sus bobinas, y la armadura que es la estructura que sostiene los conductores que cortan el campo ma"n8tico y transporta la corriente inducida en un "enerador, o la corriente de eNcitación en el caso del motor. /a armadura es por lo "eneral un nKcleo de hierro dulce laminado, alrededor del cual se enrollan en bobinas los cables conductores.
L, *(&,1 5 %+ 1$10." Empleando un imán y una espira con unos anillos colectores es posible "enerar corriente el8ctrica alterna, si sustituimos los anillos colectores por un solo anillo dividido en dos partes aisladas entre sí tendremos una dinamo. En este caso la corriente circula en un solo sentido, corriente continKa.
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FIG.6." DINAMO 7 MOTOR
FIG.8." DINAMO 7 MOTOR /a dinamo es una máquina reversible puede trabajar como "enerador o como motor. 4omo "enerador transforma la ener"ía mecánica en ener"ía el8ctrica y como motor transforma la ener"ía el8ctrica en mecánica de rotación.
1!
FIG.9." GENERADOR 7 MOTOR
1"
G)*)+,-+)/ 0 M+)/ E234+54/ Fon un "rupo de aparatos que se utilizan para convertir la ener"ía mecánica en el8ctrica, o a la inversa, con medios electroma"n8ticos. $ una máquina que convierte la ener"ía mecánica en el8ctrica se le denomina "enerador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la ener"ía el8ctrica en mecánica se le denomina motor.
FIG.." GENERADOR Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los "eneradores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico !ichael 6araday en (3+(. Fi un conductor se mueve a trav8s de un campo ma"n8tico, o si está situado en las proNimidades de un circuito de conducción fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el conductor. El principio opuesto a 8ste fue observado en (3)' por el físico franc8s $ndr8 !arie $mpar8. Fi una corriente pasaba a trav8s de un conductor dentro de un campo ma"n8tico, 8ste ejercía una fuerza mecánica sobre el conductor.
1#
2.6." EFECTO DE LA CARGA EN EL COMPORTAMIENTO ELECTROMAGNTICO DEL MOTOR E6E4>= DE /$ G$%2$42 DE G=/>$E F=:%E /$ GE/=42D$D DE ? !=>=% DE 2D?42D= DE $?/$ DE $%D2//$ = DE %=>=% DEG$$D=. Fi solo hacemos variar el voltaje del estator no se produce una variación correspondiente en el deslizamiento y la velocidad. Entonces si los demás factores permanecen constantes, el par del motor es directamente proporcional al cuadrado del voltaje. Esto si"nifica que si se aumenta el voltaje en el estator, se produce un aumento mucho mayor en el par y, correspondientemente, una reducción en el desplazamiento, es decir el deslizamiento varía inversamente con el cuadrado del voltaje o en proporción al inverso del par. Para fines de cálculo, podemos resumir la relación entre par y voltaje de estator como si"ueQ En el cual el subíndice LnL representa el nuevo valor El subíndice LoL representa el valor ori"inal. El cálculo del deslizamiento con un cambio en el voltaje del estator Oy del rotor es un tanto más complejo, porque el deslizamiento varía tambi8n con la resistencia del rotor, el voltaje
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del estator yUo el par. /a relación se puede resumir de la si"uiente formaQ para la cual se ha definido previamente los símbolos y subíndices. $ la si"uiente fi"ura se muestra el efecto de una reducción en el voltaje del estator sobre la curva característica par5 deslizante De un motor de inducción de jaula de ardilla de propósito "eneral. $l voltaje nominal del estator Gs, el motor entre"a el par nominal a un desplazamiento aproNimado de V, lo cual se ve en el punto a de la fi"ura a una reducción del 3' V del voltaje del estator, suponiendo una car"a convencional cuyo par varíe con la velocidad, disminuyen tanto el par como la velocidad, con lo cual se tiene un aumento en el deslizamiento, como se muestra en el punto b. ?na reducción semejante de voltaje produce tanto la reducción en el par como aumento en el desplazamiento en el punto c. /a eNtrapolación de los puntos a, b, y c produce la línea de car"a que aparece punteada para mayores reducciones en el voltaje del estator. Por tanto si se tiene mayor calentamiento a la menor velocidad, así como una eficiencia reducida, lo cual causa un rápido deterioro en el aislamiento del motor. Por tanto se acostumbra limitar la variación de voltaje sobre el par, el deslizamiento y la velocidad, empleando las ecuaciones ( y ) El si"uiente ejemplo muestra que tanto resiste la velocidad de un motor comercial de inducción de jaula de ardilla a un cambio de voltaje en el estator. 4omo se muestra en la parte Od de ese ejemplo, cuando se reduce (' V el voltaje del estator, tan solo produce una disminución de (.)+V en la velocidad#
Ejemplo ( ?n motor de jaula de ardilla trifásico, ('hp, cuatro polos, ))' G, produce un par de +' lb pie a la velocidad nominal de (1(' r.p.m. calcular. R El desplazamiento y velocidad nuevos a un voltaje impreso en el estator i"ual a )-) G 16
R repetir parte Oa a (73 G R El cambio porcentual en el deslizamiento y velocidad debido a un cambio de voltaje en la parte Oa R El cambio porcentual en el deslizamiento y velocidad debido a un cambio de voltaje en la parte Ob
2.8." MEDIDA DE LA RESISTENCIA DE DEVANADOS EN MOTORES;GENERADORES ELCTRICOS Preparación para la prueba de resistencia del devanado del motor $ntes de realizar la prueba de resistencia del devanado del motor, ase"Krese queQ El objeto a ensayar se desconecta de su circuito de acuerdo con las normas locales de se"uridad y está correctamente conectado a la tierra de protección. El equipo %!=5! está correctamente conectado a tierra. Para ello, conecte el tornillo de puesta a tierra en la parte posterior del %!=5! a la tierra de protección mediante el cable de coneNión a tierra. ?n eNtremo del devanado del objeto a ensayar está correctamente conectado a tierra. /os conductores del devanado a medir deben estar limpios. /os terminales de cable se tienen que limpiar con lija para ase"urarse de que se elimina el recubrimiento de cualquier materia eNtraTa, pintura, barniz o de óNido. 1%
!8todo de medida Para realizar la prueba de resistencia del devanado de un motor se utiliza el m8todo de medición de cuatro hilos OWelvin. Proporciona los mejores resultados de medida posibles, ya que "arantiza que la resistencia de los cables de coneNión de corriente no está incluida en la medida. /a corriente de prueba pasa a trav8s de los devanados conducida con cables de alta corriente. /a caída de tensión a trav8s de los devanados se mide utilizando cables sensores. /a colocación de los cables es muy importante. /os cables de corriente se tienen que colocar siempre por fuera de los cables de medida. De esta manera, la resistencia de los dos cables y la resistencia de contacto de las pinzas se eNcluyen casi por completo de la medida de la resistencia del devanado.
FIGURA <. CONEIÓN DEL RMO"M AL O!>ETO DE PRUE!A
ENSA7O DE LA RESISTENCIA DEL DEVANADO DEL MOTOR
El valor de la corriente de ensayo se tiene que seleccionar de acuerdo con la corriente nominal del devanado. /a corriente de ensayo no debe eNceder el ('V de la corriente nominal del bobinado. Galores más altos de la corriente de prueba provocarán un aumento si"nificativo de la resistencia del devanado debido al calentamiento.
1&
/a resistencia del devanado de motores trifásicos de corriente alterna se mide entre los bornes terminales Olas tres combinaciones.
FIGURA ?. MIDIENDO LA RESISTENCIA DEL DEVANADO DEL ESTATOR DE UN MOTOR DE ALTERNA
FIGURA @. MIDIENDO LA RESISTENCIA DEL DEVANADO DEL ESTATOR DE UN MOTOR ASÍNCRONO
1'
/a resistencia del devanado de un rotor de anillo colector se mide directamente en los anillos colectores Ola resistencia de transición no lineal de las escobillas no está incluida en la resistencia medida del devanado.
FIGURA . MIDIENDO LA RESISTENCIA DEL DEVANADO DEL ROTOR DE UN MOTOR DE ANILLOS ROBANTES.
FIGURA . EL MEN DE RESULTADOS DEL RMO"M.
!(
Descar"a del motor despu8s del ensayo de medida de resistencia de un arrollamiento Fe deben tomar precauciones antes de desconectar los cables de prueba del motor ensayado, debido a la ener"ía que puede quedar almacenada en el circuito ma"n8tico. unca desconecte los cables durante el proceso de prueba y espere siempre para la descar"a a que la seTal y el sonido del zumbador correspondientes se apa"uen, de modo que el motor est8 descar"ado completamente. 4uando la medida se haya completado, se iniciará el proceso de descar"a de corriente. Durante la descar"a de corriente, se muestra el mensaje Xven la pantalla del equipo. /a inyección de corriente y la ener"ía de descar"a de la inductancia están re"uladas completamente. ?n circuito de descar"a intrínsecamente se"uro, con indicador, disipa la ener"ía ma"n8tica almacenada rápidamente, despu8s de cada prueba.
RMOM /a medida de la resistencia de un devanado de un motor el8ctrico se realiza de forma ventajosa con la utilización de %!=(''!. El medidor de resistencia de devanados %!=(''! está diseTado para medir la resistencia de objetos inductivos utilizados en la industria de ener"ía el8ctrica o ramas similares. /a corriente de prueba de %!=(''! está dentro del ran"o de m$ 5 (''$ 44. El ran"o de medida se limita de ( mY a (''' Y. /a máNima tensión de entrada en el canal de detección de voltaje es de G para todos los valores de corriente de prueba. Por esa razón, escoja la corriente de prueba de modo que para la resistencia esperada este valor no se supere. Fi se va a medir del orden de ('' mY la corriente debe estar por debajo de ' $ porque ' $ N ('' mY ; G. El valor !áNimo de la tensión de medida es G para todos los valores de corriente de prueba. Elija prueba de corriente para obtener un valor máNimo de corriente para la resistencia esperada. Fe recomienda esco"er el valor de la corriente de ensayo adecuado para el valor esperado de la resistencia y que el valor de la tensión medida sea inferior a G. De lo contrario, se muestra en el %!=(''! el mensaje de error X4han"e 4urrent< Ocambie de corriente. Este mensaje se muestra si durante la prueba la tensión en el objeto ensayado es demasiado alta. En este caso, debe reducir la corriente de prueba y repetir la prueba. Este mensaje tambi8n se muestra si durante la prueba la inductividad del objeto a ensayar es demasiado alta. De la misma forma, reduzca la corriente de prueba y repita la prueba. $tenciónQ Espere hasta que desaparezca de la pantalla el mensaje de descar"a, antes de retirar los cables.
!1
CONCLUSIÓN Este proyecto de investi"ación consistió la elaboración de un protocolo acerca de varios subtemas acerca del comportamiento de efecto de la car"a electroma"n8tica, tanto como obtención del componente fundamental de la fem y análisis físico y matemático de la naturaleza.
!!
RECOMENDACIONES /as recomendaciones que se hacen a las personas que en un futuro piensen en realizar este tipo de proyectos es que tomen en cuenta las características de cada tema antes de realizar su proyecto ya que de esto dependerá de que su proyecto de investi"ación sea buena o no. ?na muy buena recomendación es que antes de iniciar con la elaboración del proyecto de investi"ación se cuente con suficiente información para finalizar de manera correcta con una información bien fundamentada ya que ese fue nuestro problema ya que no contamos con muchos libros.
!"
!I!LIOGRAFÍA Z([ \ttpQUU]]].renovarte.esUcampoma"n8ticoUevoluciondelaener"ia.html Z)[ \ttpQUU]]].revistadelaener"ia.es Z+[ :árbara $n"8lica %odrí"uez O)'(', naturaleza del campo ma"n8tico httpQUU]]].conae."ob.mN httpQUU]]].]]indea.or" Z-[ !anuel /eal %ubio, $itor Domín"uez !artin, @lvaro león %eneses, $"ustin !arcos :arrio, $lfonso $rbeteta Duran y Emilio /echosa ?rquijo. 4omportamiento de la car"a del motor E>F22 !aquinas \idraulicas. Z[ ames /. >an"ler. >he Evolution of %otor and :lade Desi"n O)''', ational %ene]able Ener"y /aboratory, 9olden, 4olorado. Z0[ 9ijs $.!. van Wui^, O)''1 >he /anchester_:etz_ou^o]s^y /imit, `ind Ener". Z1[ \iroshi 2mamura. $erodynamics of ]ind >urbines, Deparment of !echanical En"ineerin" and !aterial Fcience, &o^ohama ational ?niversity, apan. Z3[ >ony :urton, David Fharpe, ic^ en^ins and Ervin :ossanyi O)''(. `ind Ener"y \andboo^, Ed. `iley, En"land. Z7[ httpQUU]]].mono"rafias.comUtrabajos()Uma"neUma"ne.shtmliNzz+f9cbo(?C
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