[ml202]maquina Asincrona 2013-i 27x4v

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Mecánica Departamento Académico de Ingeniería Aplicada

Laboratorio de Maquinas Eléctricas: Motor Asíncrono Alumnos :  La Torre Ramírez, César Andrés (20082565a)  Palacios Risco, Carlos Alberto (20107034d) Profesor :

ING. HUAMAN LADERA

Curso

MAQUINAS ELECTRICAS (ML202)

:

Sección :

F

Grupo

:

2

Semestre

:

2013-I

Lima - Perú

1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica

Laboratorio de Maquinas Eléctricas: Motor Asíncrono

INDICE GENERAL

INDICE GENERAL.................................................................................................. i RESUMEN............................................................................................................ 1 OBJETIVO............................................................................................................. 2 FUNDAMENTO TEORICO...................................................................................... 3 Motor Asíncrono Trifásico................................................................................. 3 Ensayos Normalizados..................................................................................... 4 Aplicaciones Industriales.................................................................................. 9 METODOLOGÍA EMPLEADA................................................................................ 10 Máquinas, herramientas e instrumentos y circuitos.......................................10 BANCO ACTIVO DE PRUEBAS............................................................................. 10 MOTOR AISNCRONO TRIFASICO........................................................................10 Procedimiento................................................................................................ 11 CALCULOS Y RESULTADOS................................................................................. 12 Datos obtenidos............................................................................................. 12 Cálculos......................................................................................................... 14 Cuestionario................................................................................................... 15 Ensayo........................................................................................................... 16 ENSAYOS NORMALIZADOS:............................................................................... 22 CONCLUSIONES................................................................................................. 23 RECOMENDACIONES......................................................................................... 23 BIBLIOGRAFIA.................................................................................................... 24

1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica

Laboratorio de Maquinas Eléctricas: Motor Asíncrono

RESUMEN El siguiente informe tiene el propósito de obtener los parámetros de una maquina asíncrona y sus curvas características, el comportamiento del motor bajo carga y bajo rotor bloqueado. Para la obtención de estos parámetros se ensayó un motor asíncrono trifásico tipo jaula de ardilla en vacío, bloqueado y cortocircuito, mediante un banco de pruebas en el laboratorio de circuitos eléctricos.

OBJETIVO



Hacer conocer la constitución electromecánica de los motores asíncronos.  Familiarizarse con la simbología y conexionado de las máquinas eléctricas de nuestro laboratorio en los ensayos según las normas IEC y NEMA.  Conexión y puesta en servicio del motor.

 A partir de los ensayos realizados obtener el circuito

monofásico equivalente.  Registro de los valores característicos y curvas características (FP, EF, Torque) de funcionamiento específicas de las maquinas asíncronas.  Evaluación de las mediciones realizadas y registradas.

 Presentación establecidas.

del

protocolo

de

pruebas

según

normas

FUNDAMENTO TEORICO Motor Asíncrono Trifásico Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motor de corriente alterna. El primer prototipo de motor eléctrico capaz de funcionar con corriente alterna fue desarrollado y construido por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en el American Institute of Electrical Engineers (en español,Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, actualmente IEEE) en 1888. El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estátor, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también de 120º, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday: La diferencia entre el motor a inducción y el motor universal es que en el motor a inducción el devanado del rotor no está conectado al circuito de excitación del motor sino que está electricamanete aislado. Tiene barras de conducción en todo su largo, incrustadas en ranuras a distancias uniformes alrededor de la periferia. Las barras están conectadas con anillos(en cortocircuito como dicen los electricistas) a cada extremidad del rotor. Estan soldadas a las extremidades de las barras. Este ensamblado se parece a las pequeñas jaulas rotativas para ejercitar a mascotas como hamsters y por eso a veces se llama "jaula de ardillas", y los motores de inducción se llaman motores de jaula de ardilla.

Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto

generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión. El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estátor, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento o resbalamiento.

Ensayos Normalizados

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR ASINCRONO Este es el modelo monofásico práctico que presenta en un motor asíncrono trifásico conformado por las impedancias siguientes: Estatórica, retórica, núcleo y carga.

PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6) El montaje del motor se realiza conforme a la siguiente figura. Con el motor trifásico en vacío la tensión de alimentación se regula hasta que el voltímetro indique la tensión nominal del motor a ser probado (ver placa). Los instrumentos de medida que se utilicen durante la práctica, ya están incluidos dentro del pupitre de prácticas.

Las condiciones son las siguientes:   

La velocidad debe ser constante. El eje del motor debe estar completamente libre. La frecuencia debe ser la nominal del motor.

Con la finalidad de verificar las curvas de vacío sobreponerlos con las B vs H. Bmax = (VLL x 10-8) / 4.44 x f x A x N H = (N x 3 If) / Lm

(Gauss)

(Amper-Vuelta/metro)

Donde: Lm = Longitud media al paquete magnético en m. N = Número de vueltas del bobinado estatórico por fase. A = Área transversal del paquete magnético estatórico = L x C L = Longitud del paquete magnético en m. C = Altura de la corona en m. f = Frecuencia del sistema Hz.

VLL = Tensión de línea en Voltios.

ZO =

VO / IO

RO =

PO / IO2 = R1 + RM

XO = {ZO2 - RO2}1/2 = X1 + XM

PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.8 )

Las condiciones son las siguientes:   

La corriente de línea debe ser la nominal del motor. El eje del motor debe estar trabado. La frecuencia debe ser la nominal del motor.

Para el ensayo de rotor bloqueado se utilizará exactamente el mismo esquema de conexiones que para el caso del ensayo de vacío. La única diferencia estribará en que en este caso se alimentará el motor con una tensión mucho más reducida que la nominal. A partir de 0 voltios se irá aumentando la tensión hasta que el motor alcance la corriente nominal, todo ello manteniendo el rotor bloqueado. Se deberá poner especial atención en no superar la corriente nominal del motor para evitar que los devanados sufran daños. Como

resultado del ensayo se registrarán la tensión, la corriente y la potencia en este ensayo.

ZCC = VCC / ICC RCC = PCC / ICC2 = R1 + R2' XCC = { ZCC2 - RCC2 }1/2 = X1 + X2'

Reactancias estatóricas y retóricas - IEEE 112 1978 ITEM 4.8

Tipo de motor

Clase

Clase

Clase

Clase

Rotor

NEMA A

NEMA B

NEMA C

NEMA D

Bobinad o

X1

0.5 Xcc

0.4 Xcc

0.3 Xcc

0.5 Xcc

0.5 Xcc

X2'

0.5 Xcc

0.6 Xcc

0.7 Xcc

0.5 Xcc

0.5 Xcc

PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 ) Para la prueba con carga se tendrá que conectar el freno LN. Seguir las indicaciones del profesor. En forma muy atenta y delicada manipular el regulador de velocidad del freno dinámico hasta que la corriente circulante consumida por el motor es la corriente nominal. Después del registro de las cargas aplicadas en el motor tomar el registro de la velocidad y torque. Aplicando la siguiente expresión se logrará calcular la potencia útil.

P útil = T (N-m) x RPM (pi/30)

EF = P útil / P ingreso

Aplicaciones Industriales Su construcción robusta e IPW adecuado hace que estos motores sean utilizados en ambientes agresivos tales como: las embarcaciones navieras, la industria textil, industrias químicas, etc. Teniendo en cuenta la categorización, será muy importante y necesario hacer una buena selección del motor para lo cual el torque de la carga es la información base.

Las cargas más importantes son nominadas a continuación:       

Compresores de aire. Electroventiladores centrífugos y axiales pequeños, medianos y grandes. Máquinas que requieren de un arranque moderado. Procesos que utilicen velocidad constante. Electrobombas centrifugas. Fajas transportadoras. Cargas que cuenten con un torque bajo, medio y elevado.

METODOLOGÍA EMPLEADA Máquinas, herramientas e instrumentos y circuitos

BANCO ACTIVO DE PRUEBAS

MOTOR AISNCRONO TRIFASICO

N° de pedido

SO3636 – 6U

N°

Tensión Nominal

230 Voltios

Tensión

400 / 690 Voltios

Corriente Nominal

3 Amperios.

Corriente

1.73 / 0.81 Amp.

Corriente Arranque

9 Amperios

Conexión

D/Y

Torque Máximo

10 N – m

Frecuencia

60 Hz.

Potencia Aparente

800 VA

Potencia

0.37 KW

Régimen de servicio

S1

Régimen de servicio

S1

RPM max.

4000

RPM

2800

Grado de protección

IP20

Grado de protección

IP54

IKL

B

AMPLIFICADOR INTERGRADO Tensión de pico

600 Voltios

Norma

VDE 0530

Tensión RMS

400 Voltios

Termostato

120° C

Corriente pico

10 Amperios

Factor de potencia

0.84

Corriente RMS

7 Amperios

ITEM

MOTOR TIPO JAULA DE ARDILLA

DESCRIPCION GENERAL DE LAS MAQUINAS Y EQUIPOS

CANT.

1

Manguito de acoplamiento

01

2

Cubierta de acoplamiento

01

3

Interruptor de 04 polos

01

4

Conmutador D – Y

01

5

Fuente de corriente alterna regulable ADECUADA

01

6

Multímetro analógico/digital, FP, KW, KVARS.

02

7

Multímetro digital FLUKE

01

8

Unidad condensadora

01

9

Conectores de seguridad

04

10

Juego de cables de 4 mm²

25

PROCEDIMIENTO

Ensayo en Vacío 1. 2. 3. 4.

Armar el circuito según la Norma IEEE 112 /1978 ITEM 4.6. Asegurarse que el eje este libre. Variar el voltaje de entrada. Tomar datos.

Ensayo en Cortocircuito 1. 2. 3. 4.

Armar el circuito según la Norma IEEE 112 /1978 ITEM 4.8. Trabar el eje del motor. Alcanzar el voltaje y frecuencia nominales Tomar datos.

Ensayo con Carga 1. Armar el circuito según la Norma IEEE 112 /1978 ITEM 4.2. 2. Se conecta el freno LN. 3. Se varia el torque del mínimo hasta 1.2 N-m.

4. Tomar datos.

CALCULOS Y RESULTADOS Datos obtenidos Se trabajó con los siguientes datos: PRUEBA DE VACIO Vfase

Ifase

P

Torque

Q

(Voltios) 402 349.5 304.5 251.2 201.1

(Amperios) 0.24 0.19 0.16 0.14 0.12

(Vatios) 22.3 18.21 17.6 12.20 15.11

(N-m) 0 0 0 0 0

(VARs) 70.3 56.1 41.31 31.1 22.08

Velocida d (RPM) 3600 3590 3590 3580 3560

Cosϴ 0.232 0.270 0.350 0.498 0.623

PRUEBA DE CORTOCIRCUITO (ROTOR BLOQUEADO) Vfase (Voltios) 45 90 133.9 180

Ifase (Amperios) 0.26 0.5 0.75 1

P 8.54 33.76 76.03 140

cosϴ 0.751 0.750 0.758 0.759

PRUEBA CON CARGA (PRUEBA AL FRENO) Vfase

Ifase

Pingreso

(Voltios) (Amperios) (Vatios) 405.3 0.32 389.09 404.6 0.39 473.38 403.9 0.44 533.15 403.2 0.49 592.70 400.4 0.66 792.79 397.9 0.8 954.96 396 0.91 1081.08 394.2 1.03 1218.08

Putil

Torque

(Vatios) 301.40 392.45 431.03 462.86 602.92 688.16 726.57 726.59

(N-m) 0.82 1.08 1.2 1.3 1.75 2.06 2.26 2.36

Velocida d (RPM) 3510 3470 3430 3400 3290 3190 3070 2940

EF

Cosϴ

(%) 77.46 82.90 80.85 78.09 76.05 72.06 67.21 59.65

0.718 0.805 0.851 0.878 0.902 0.908 0.922 0.908

Cálculos Se usaron las siguientes fórmulas: Ensayo de Vacio:

1) Resistencia del cobre en el estator (Rc) V 2 Rc = 0 W 2) Inductancia del cobre en el estator (Xm) V 2 X M= 0 Q Ensayo de Cortocircuito :

3)

Resistencia equivalente (Re)

Re =

4)

Wfase I 2N

Resistencia del rotor referido al estator (R2)

R2=R e−R 1

5) Impedancia Equivalente (Zeq) Z eq =

6)

V cc IN

Inductancia Equivalente (Xe)

√

2

2

X e = ( Z eq ) − ( Re )

Cuestionario 1. Enumere y defina las características nominales de las máquinas rotativas de inducción jaula de ardilla. Presente las características de placa del motor utilizados en su experiencia. Los parámetros de operación de una máquina designan sus características, es importante determinarlas, ya que con ellas conoceremos los parámetros determinantes para la operación de la máquina. Las principales características de los motores de C.A. son: 

Potencia: Es la rapidez con la que se realiza un trabajo; en física la Potencia = Trabajo/tiempo, la unidad del Sistema Internacional para la potencia es el joule por segundo, y se denomina watt (W). Sin embargo estas unidades tienen el inconveniente de ser demasiado pequeñas para propósitos industriales. Por lo tanto, se usan el kilowatt (kW) y el caballo de fuerza (HP). La diferencia de tensión es importante en la operación de una máquina, ya que de esto dependerá la obtención de un mejor aprovechamiento de la operación. Los voltajes empleados más comúnmente son: 127 V, 220 V, 380 V, 440 V, 2300 V y 6000 V.



Voltaje: También llamada tensión eléctrica o diferencia de potencial, existe entre dos puntos, y es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva de un punto a otro,



Corriente: La corriente eléctrica [I], es la rapidez del flujo de carga [Q] que pasa por un punto dado [P] en un conductor eléctrico en un tiempo [t] determinado.



Corriente nominal: En una máquina, el valor de la corriente nominal es la cantidad de corriente que consumirá en condiciones normales de operación.



Corriente de vacío: Es la corriente que consumirá la máquina cuando no se encuentre operando con carga y es aproximadamente del 20% al 30% de su corriente nominal.



Corriente de arranque: Todos los motores eléctricos para operar consumen un excedente de corriente, mayor que su corriente nominal, que es aproximadamente de dos a ocho veces superior.



Corriente a rotor bloqueado: Es la corriente máxima que soportara la máquina cuando su rotor esté totalmente detenido.

2. Cómo se invierte el sentido de giro de éste motor asíncrono y cuantas posibilidades tengo de hacerlo. Haga las conexiones que Ud. ha realizado. Su sentido de giro se puede cambiar si se intercambiando las conexiones en el embobinado principal, no importa cuál de ellas, tanto los motores de división de fase como los de arranque capacitivo pueden cambiar de sentido de giro intercambiando las conexiones en el embobinado de arranque, o intercambiando las conexiones del bobinado principal. Sin embargo, esto es factible sólo cuando se realizan en el reposo, una vez el motor ha alcanzado su velocidad de funcionamiento las bobinas de arranque se desconectan por el interruptor de fuerza centrífuga y el intercambio de las conexiones no produce ningún efecto en el sentido de giro del motor. 3. Calcular los parámetros del circuito equivalente “T” de sustitución de la maquina asíncrona para tensión nominal. Incluir las perdidas rotacionales en la resistencia “Vm” . Para efectuar estos cálculos necesitamos valores de los ensayos de vacío y rotor bloqueado

Ensayo

Tensión (V)

Intensidad (I)

Potencia (W)

Vacío

230

0.1315

13.43

Rotor

180

1

140

bloqueado

El esquema del circuito equivalente es el siguiente:

Re

Xe

R'r

Rfe

X'r

Xm

Como anteriormente se mencionó para la conexión  R1=1/2*R Asumimos: R= 2.3  R1=1.15 Se cumple que Xe = 0.5*Xcc obtenemos: Prueba sin Carga Wfase=13.43 W Pr= 10/3=3.33 W Poc=13.43 – 3.33= 10.097 W Voc=230/3=76.667V Ioc=0.1315

Resistencia en la pérdida del nucleo:

Rc=76.6672 /10.097 =582.071  Xm=76.6672 /27.283= 215.436 

Prueba con rotor Bloqueado Vbr=180/3=60 v Pbr=140/3=46.67W Ibr=1A Req=46.67/12 =46.67 R2=Req-R1=46.67-1.15=45.52 Zeq=60/1=60  Xe=(602-46.672)1/2=37.71 X1=X2=18.86  4. Graficar Vlinea vs I excitación; Perdidas en el Núcleo vs Vlinea. Vfase (Voltios) 402 349,5 304,5 251,2 201,1

Ifase (Amperio s) 0,24 0,19 0,16 0,14 0,12

P (Vatios) 22,3 18,21 17,6 12,2 15,11

Cosϴ 0,232 0,27 0,35 0,498 0,623

I excitacion vs VLinea 0.25 0.23 0.21 0.19 Corriente de Excitacion 0.17 0.15 0.13 0.11 180

230

280

330

380

Voltaje de entrada

Pnucleo vs VLinea 24 22 20 18 Potencia del nucleo

16 14 12 10 180

230

280

330

Voltaje de entrada

380

Vlinea vs f.d.p 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 factor de potencia

0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 180

230

280

330

Voltaje de entrada

380

5. A partir de los juegos de valores del ensayo de vacío calcular: Poo = Po – perdidas en el cobre estator

cos  

Po 3 V Io , y tabularlas como funciones de la tensión aplicada

V. Po, Io potencia y corriente absorbida por la maquina en vacío.

Po (Vatios) 289,44 199,215 146,16 105,504 72,396

Pcuestat or (Vatios) 22,3 18,21 17,6 12,2 15,11

Poo (Vatios) 267,14 181,005 128,56 93,304 57,286

Vlinea vs P entregada 290 240 190 Potencia Entregada

140 90 40 180

230

280

330

Voltaje de entrada

380

6. Graficar Vlinea vs Icc y P cu vs Vlinea Vfase 45 90 133,9 180

Ifase 0,26 0,5 0,75 1

P 8,54 33,76 76,03 140

cosϴ 0,751 0,75 0,758 0,759

Icc vs VLinea 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

160

180

200

Pcu vs VLinea 150 100 50 0 20

40

60

80

100

120

140

Voltaje de entrada

7. Elabore un formato del protocolo de pruebas que Ud. realizaría en las máquinas eléctricas industriales tipo jaula de ardilla.

ENSAYOS NORMALIZADOS:  CONEXIÓN DEL MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO – JAULA DE ARDILLA NORMALIZADA (IEC 34 - 8)  MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1  MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1)  PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6)  PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.8 )  PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 )  ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 )  COMPENSACION REACTIVA IEC 831 ITEM 1 – 2 Y VDE 560 ITEM 4.

CONCLUSIONES 

A menor voltaje de entrada mayor f.d.p. , son inversamente proporcionales.



La Potencia del Hierro (Pfe) y la corriente de vacío en el primario (Io1), aumenta de forma creciente con respecto al voltaje de vacío.



Se obtuvieron los parámetros aceptables.



La eficiencia del motor es mayor del 50%, por lo que podemos decir q es un aceptable motor.

RECOMENDACIONES 

Llevar un termómetro o un instrumento que ayude a medir la temperatura para mejor toma de dato.



En vez de usar el reóstato del laboratorio mejor usar un banco de resistencia para mejor toma de datos.



Revisar bien el cableado y usar la menor cantidad de cables.



Pedir la pinza amperimétrica que mida en miliamperios para mejor toma de datos.



Tomar todos los datos posibles para una comprobación más detallada.

BIBLIOGRAFIA

   

Apuntes de clases. Manual de Laboratorio de Maquinas Eléctricas. Libro de Teoría y Problemas de Maquinas Eléctricas Estáticas Tomo II, M. Salvador G. Estudio del Transformador, Universidad Navarra, Escuela Superior de Ingenieros de San Sebastián.