Practica 3 Laboratorio Maquinas Asicronas Induccion

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2015, Miguel Angel odríguez Pozueta

Universidad de Cantab ia (Espaa! "eparta#ento de $nge iería El%&tri&a ' Energ%ti&a

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UNI#ERSIDAD DE CANTABRIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ENERGÉTICA DOCUMENTACIÓN DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO: MÁQUINAS ASÍNCRONAS O DE INDUCCIÓN

PRÁCTICA DE LABORATORIO: MÁQUINAS ASÍNCRONAS O DE INDUCCIÓN i%uel An%el 5odr7%ue9 &o9ueta

$%& CONE'IONADO DE LOS MOTORES TRI(ÁSICOS DE INDUCCIÓN

")

*)

+)

enominacin anti%ua

"ependiendo de si se &one&tan en estrella o en tri)ngulo, los #otores asín&ronos tri*)si&os pueden *un&ionar &on dos tensiones di*erentes +ue guardan entre sí una rela&in de

3

- Así, un #otor de .00/20  es un #otor +ue est) &al&ulado para +ue sus *ases

*un&ionen ali#entadas a 20 - i el #otor est) &one&tado en tri)ngulo deber) ser ali#entado &on una red &u'a tensin de línea sea de 20 - i el #otor est) &one&tado en estrella, &ada *ase re&ibe una tensin

3

ve&es #enor (la tensin *aseneutro! +ue la de

línea ' el #otor deber) ser ali#entado por una red &u'a tensin de línea sea de .00 -

3a ca:a de bornes de estos #otores est) dispuesta de #anera +ue resulte *)&il realizar las &one4iones estrella o tri)ngulo (ig- 1!- 3os prin&ipios de los devanados de las tres *ases de una #)+uina asín&rona tri*)si&a se deno#inan U 1, 1 ' 61, respe&tiva#ente, #ientras +ue los *inales se lla#an U2, 2 ' 62- En la &a7a de bornes estos e4tre#os de las *ases se disponen en dos *ilas de tres ter#inales &ada una, desplazando una posi&in las *ases de una *ila respe&to de la otra- "e esta #anera, la &one4in estrella se realiza #ediante puentes 8orizontales (ig-1a! ' la &one4in tri)ngulo #ediante puentes verti&ales (ig-1b!En a#bos &asos las tres *ases de la red se &one&tan a los ter#inales U 1, 1 ' 61Antigua#ente se utilizaban las letras U,  ' 6 para deno#inar los prin&ipios de las *ases (en lugar de U1, 1 ' 61! ' las letras 9, : ' ; para los *inales (en lugar de U 2, 2 ' 62! (v%ase la ig- 1&!- En #u&8as *iguras de este te4to apare&e esta deno#ina&in antigua-

M.A.R. Pozueta

1



,%& ARRANQUE DE LOS MOTORES TRI(ÁSICOS DE INDUCCIÓN ,%$%& Arr"n-ue dire+!o M)4i#o valor ad#isible del Poten&ia
&o&iente

I cc / I 1N

#otor 0,=5  1,5 >6

.,5

1,5  5 >6

,0

5  15 >6

2,0

#)s de 15 >6

1,5

Tabla *# alores m3)imos admitidos de la corriente de arran6ue

e puede realizar el arran+ue de un #otor asín&rono tri*)si&o si#ple#ente ali#ent)ndolo &on su tensin no#inal- Este pro&edi#iento se deno#ina arran6ue directo ' slo se utiliza para #otores de pe+uea poten&ia- Esto es debido a +ue &on este #%todo la intensidad de arran+ue $&& es #u' grande (8asta = ve&es la intensidad no#inal!, lo +ue puede daar al #otor ' provo&ar &aídas de tensin en la red +ue a*e&ten a otros abonados-

Por esta razn las &o#paías el%&tri&as obligan a utilizar #%todos de arran+ue #)s suaves para #otores de poten&ia superior a 0?=5 >6- Así, la instru&&in $@C@.= del Regla#ento Ele&trot%&ni&o de a7a @ensin *i7a los valores #)4i#os de la rela&in entre la intensidad de arran+ue ' la de plena &arga (@abla 1!-

,%,%& Arr"n-ue e.!rell"&!ri/ngulo Este siste#a de arran+ue se utiliza &on #otores +ue est%n preparados para *un&ionar en tri)ngulo &on la tensin de la red- Consiste en arran&ar teniendo &one&tado el #otor en estrella ' pasarlo despu%s a tri)ngulo- "e esta #anera &ada *ase del #otor re&ibe una tensin

3

ve&es #enor +ue la no#inal en el #o#ento del arran+ue ' así &onsu#e una

&orriente #enor-

M.A.R. Pozueta

2



M.A.R. Pozueta





Con este siste#a se &onsigue redu&ir el valor e*i&az de la intensidad de arran+ue a 1/ del de la intensidad de línea en el arran+ue dire&to, pero el par de arran+ue ta#bi%n se redu&e a un ter&io- Esto puede presentar proble#as si el #otor debe arran&ar en &arga-

M.A.R. Pozueta

.



I aλ

I aL

=

M aλ

3

=

Ma 3

(1!

(2!

3a &on#uta&in de la &one4in estrella a la &one4in tri)ngulo se puede realizar de *or#a #anual #ediante el &ir&uito representado en la ig- 2- El &on#utador de7a el #otor &one&tado en tri)ngulo &uando est) en la posi&in representada en la *igura ' lo pone en estrella en la posi&in opuesta- Btro &ir&uito para realizar la &on#uta&in estrellatri)ngulo #ediante un &on#utador espe&ial#ente diseado para esta #aniobra se representa en la ig- -

@a#bi%n se puede realizar la &on#uta&in estrellatri)ngulo de *or#a auto#)ti&a #ediante &onta&tores ' rel%s o #ediante aut#atas progra#ables-

,%0%& Arr"n-ue 1or in!rodu++i2n de re.i.!en+i". en .erie +on el ro!or Este siste#a de arran+ue slo se puede utilizar en #otores de rotor bobinado ' &onsiste en &one&tar una resisten&ia en serie &on &ada *ase del rotor- Una vez arran&ado el #otor, se van dis#inu'endo progresiva#ente las resisten&ias puestas en serie &on el rotor 8asta +ue %ste +ueda &orto&ir&uitado-

Con este siste#a se redu&e la intensidad de arran+ue ' se au#enta el desliza#iento en el +ue se produ&e el par #)4i#o, pero sin +ue %ste varíe- $n&luso se puede obtener el par #)4i#o en el arran+ue para una deter#inada resisten&ia R adi& &one&tada en serie &on el rotor, &u'o valor redu&ido al estator R?adi& vale

'

R adic

=

2

R1

+

2

X cc

−

'

R2

(!

donde R1 es la resisten&ia del estator, R? 2 es la resisten&ia del rotor redu&ida al estator ' 9 && es la rea&tan&ia de &orto&ir&uito-

M.A.R. Pozueta

5



U

A

R

u

V

V

v

M 3

S

A

w

W

T
0%& MOTORES ASÍNCRONOS MONO(ÁSICOS 0%$%& Mo!or 3ono4/.i+o .i31le El teorema de Leblanc di&e +ue un devanado re&orrido por una &orriente alterna #ono*)si&a &rea un &a#po #agn%ti&o pulsante, el &ual e+uivale a dos &a#pos #agn%ti&os giratorios iguales +ue rotan en sentidos opuestos-

Un #otor de 7aula de ardilla &u'o estator posea un ni&o devanado por el +ue &ir&ula una &orriente alterna #ono*)si&a no podr), segn el teore#a de 3eblan&, arran&ar por sí #is#o, pues los dos &a#pos #agn%ti&os giratorios dan lugar a un par resultante nulo-

i se &onsigue 8a&er girar a este #otor a una velo&idad n #ediante un par e4terno, el desliza#iento sd del &a#po giratorio dire&to (el +ue gira en el #is#o sentido +ue el #otor! tiene este valor

sd

=

n1

− n1

n

=

1

−

n n1

=

s

(.!

' el desliza#iento si del &a#po inverso (el +ue gira en sentido &ontrario al del e7e del #otor! vale

M.A.R. Pozueta

D



si

=

(−

n1

(−

)

−

n1

n

=

)

1

+

n n1

=

2

−

s

(5!

3as rela&iones (.! ' (5! indi&an +ue si se &onsigue 8a&er girar al #otor a una velo&idad n los desliza#ientos de los dos &a#pos giratorios no son iguales ' el par resultante no ser) nulo- Por lo tanto, una vez arran&ado, el #otor sigue girando por sí #is#o-

0%,%& Mo!ore. 3ono4/.i+o. de +onden."dor 3os #otores #ono*)si&os de &ondensador poseen en su estator dos devanados des*asados entre sí F0G el%&tri&os en el espa&ioH uno de ellos se deno#ina principal ' usual#ente &ubre los 2/ de las ranuras del estator ' el otro se deno#ina au)iliar ' &ubre el resto del estator-

En serie &on el devanado au4iliar se &one&ta un &ondensador de tal #anera +ue las intensidades +ue &ir&ulen por a#bos devanados +ueden des*asadas F0G en el tie#po ' sus #dulos sean iguales (igs- 5 ' D!-

Al &ir&ular unas &orrientes de iguales valores e*i&a&es ' des*asadas entre sí F0G en el tie#po por unos devanados des*asados F0G el%&tri&os en el espa&io se genera un &a#po #agn%ti&o giratorio &ir&ular +ue 8a&e girar al #otor-

M.A.R. Pozueta

=



A

R

P

CA

M 1

A

C

P

S

I
Una vez arran&ado el #otor, se puede des&one&tar el devanado au4iliar ' el #otor seguir) *un&ionando &o#o #ono*)si&o si#ple o se le puede de7ar &on el &ondensador ' el devanado au4iliar &one&tados- En este lti#o &aso 8a' +ue di#ensionar el &ondensador ' el devanado au4iliar para +ue puedan *un&ionar &one&tados a la red no slo durante el arran+ue, sino de *or#a per#anente-

5%&CONE'IÓN DE UN MOTOR ASÍNCRONO TRI(ÁSICO A UNA RED MONO(ÁSICA% CONE'IÓN STEINMET6 i un #otor de indu&&in tri*)si&o &on el rotor parado se &one&ta a una red #ono*)si&a, el #otor no arran&a por sí #is#o ' &onsu#e una &orriente elevada +ue a&aba por averiarlo- Esto se debe a +ue el &a#po #agn%ti&o +ue genera el estator 'a no es giratorio, sino pulsante, &o#o en un #otor #ono*)si&o si#ple-

e puede &onseguir +ue un #otor tri*)si&o *un&ione en una red #ono*)si&a si se le 8a&e *un&ionar &o#o si *uera un #otor #ono*)si&o de &ondensador #ediante la cone)in Steinmet9 (ig- =!- Para ello se &one&tan las tres *ases del estator en estrella o en tri)ngulo, de a&uerdo &on el valor de la tensin de la red #ono*)si&a, ' los e4tre#os U,  ' 6 (o U1, 1 ' 61, segn la nueva no#en&latura de los bornes de #)+uinas el%&tri&as! de las *ases del #otor se &one&tan a la red así

M.A.R. Pozueta

I



A V

u

z

v

x

3

w

A V

y

u

z

v

x

3

w

a

y

b

Cone)in Steinmet9 para un motor de 400$?0 # 8a; en una red de 400  8b; en una red de ?0 .

 "os de estos e4tre#os se &one&tan a los dos &ondu&tores de la red #ono*)si&a El ter&er e4tre#o de las *ases del #otor se &one&ta a uno &ual+uiera de los &ondu&tores de la red #ono*)si&a a trav%s de un &ondensador-

"e esta #anera se &onsigue +ue entre las &orrientes de las tres *ases del #otor e4ista un &ierto des*ase, lo &ual origina un &a#po giratorio- Este &a#po no es &ir&ular, sino elípti&o, pero basta para +ue el #otor gire- "e todos #odos, un #otor &one&tado de esta #anera (&one4in tein#etz! no tiene un reparto idneo de &a#po #agn%ti&o ' &orrientes ' no se le puede e4igir una poten&ia superior a un =0J de la no#inal-

M.A.R. Pozueta

F



3a *igura = representa la &one4in tein#etz para un #otor de .00/20 - En la *igura =a el #otor se &one&ta en estrella, pues la tensin de la red es de .00 , ' en la *igura =b se &one&ta en tri)ngulo, pues la red tiene una tensin de línea de 20 -

3as nor#as "$< re&o#iendan utilizar &ondensadores de papel #etalizado, &on una &apa&idad en redes de 220  de =0 #i&ro*aradios por >ilovatio de poten&ia til del #otor (22 µ/>6 para redes de I0  ' 200 µ/>6 en redes de 125 ! ' &u'a tensin no#inal sea igual o superior a 1?25 ve&es el valor #)4i#o de la tensin de la red #ono*)si&a-

7%& CUR#A DEL PAR DE UN MOTOR ASÍNCRONO TRI(ÁSICO 3a &urva del par de un #otor asín&rono ali#entado por un siste#a tri*)si&o de tensiones de valor e*i&az ' de *re&uen&ia &onstantes, &u'o devanado estatri&o genera un &a#po #agn%ti&o giratorio per*e&ta#ente &ir&ular ' +ue no tiene p%rdidas #e&)ni&as es la representada en la &urva a de la *igura I-

" 1
R4 K 0 R4 ≠ 0 3 H

R4 ≠ 0

M.A.R. Pozueta

10



i la tensin de ali#enta&in dis#inu'e (&urva & de la ig- I!, el par #)4i#o +ue puede su#inistrar la #)+uina dis#inu'e, pero no varía la velo&idad a la +ue el #otor propor&iona di&8o par #)4i#o-

i se &one&ta una resisten&ia en serie &on &ada *ase del rotor, el valor del par #)4i#o no varía, pero dis#inu'e la velo&idad en la +ue la #)+uina su#inistra di&8o par #)4i#o (&urva b de la ig- I!-

Para tener en &uenta las p%rdidas #e&)ni&as de la #)+uina 8a' +ue restar al par representado en las &urvas de la ig- I el par de *renado produ&ido por di&8as p%rdidas- Por este #otivo, una #)+uina real, &on p%rdidas #e&)ni&as, gira a una velo&idad ligera#ente in*erior a la de sin&ronis#o (n1! &uando est) en va&íoH es de&ir, &uando propor&iona un par til nulo-

Para obtener e4peri#ental#ente la &urva de par de un #otor asín&rono se a&opla su e7e al de un *reno, el &ual puede &onsistir en una #)+uina +ue e7erza un par resistente +ue se pueda regular a voluntad- eguida#ente se a7usta el *reno para obtener varios pares resistentes distintos ' &on &ada &arga se #iden tanto el par &o#o la velo&idad-

M.A.R. Pozueta

11



ANE'O: CUR#AS PAR&#ELOCIDAD DE UN MOTOR ASÍNCRONO DE ROTOR BOBINADO OBTENIDAS E'PERIMENTALMENTE EN EL LABORATORIO

M.A.R. Pozueta

12

UNI#ERSIDAD DE CANTABRIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ENERGÉTICA

Pr/+!i+" de L"*or"!orio: MÁQUINAS ASÍNCRONAS O DE INDUCCIÓN
rupo de pr)&ti&as ______

Re*eren&ias de los #otores ensa'ados "e 7aula NNNNNNNNNNNN

"e anillos NNNNNNNNNNNN

Mono*)si&o NNNNNNNNNNNN

**********************************************************************************************************************

C"r"+!erí.!i+". de lo. "1"r"!o. de 3edid" e31le"do.: N8 de Si.!e3" Ti1o de M"gni!ud Re4eren& Cl".e de di9i.io& C!e.% de indi& Al+"n+e. "1"r"!o -ue 3ide +i" 1re+i.i2n ne. de l" 3edid" +"dor e.+"l"

M.A.R.Pozueta

L-1

Arr"n-ue de 3o!ore. ".ín+rono. !ri4/.i+o.  Arran+ues dire&to ' estrellatri)ngulo del #otor de 7aula de ardilla

#$NL  ;;;;;;;; #

Arran6ue directo 8tri3n%ulo;# I"L ;;;;;;;; A

I"λ  ;;;;;;;; A

Arran6ue en estrella#

$aλ / $a3 K NNNNNNNN

 Arran+ue por inser&in de resisten&ias en serie &on el rotor del #otor de anillos

I"L  ;;;;;;;; A

I"R  ;;;;;;;; A

Mo!or 3ono4/.i+o de indu++i2n

Corriente de va&ío sin &ondensador- iro en sentido 8orario II  ;;;;;;;;;;; A

Corriente de va&ío sin &ondensador- iro en sentido anti8orario III  ;;;;;;;;;;; A

Corriente de va&ío &on &ondensador IIII  ;;;;;;;;;;; A

entido de giro &on &ondensador ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

M.A.R.Pozueta

L-2

Cur9" del 1"r del 3o!or ".ín+rono de "nillo.
4 $  ;;;;;;;;;; >

nN  ;;;;;;;;;; r%1%3%

#$L <#)

R? <Ω)

M3/?
En."=o $ En."=o , En."=o 0

O*.er9"+ione.:

M.A.R.Pozueta

L-

n1 K ;;;;;;;;;; r-p-#-

n3
s#

Circuito para el arran6ue estrella-tri3n%ulo

Circuito para el arran6ue de motores de rotor bobinado

M.A.R.Pozueta

L-.

Circuito para el arran6ue de motores mono!3sicos de condensador

Cone)in Steinmet9

M.A.R.Pozueta

L-5

Practica 3 Laboratorio Maquinas Asicronas Induccion

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