Informe Motor Monofasico de Induccion

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PRACTICA DE LABORATORIO 10 MOTOR ASINCRONICO MONOFASICO INTRODUCCION  No siempre se pueden utilizar los motores trifásicos, ya sea porque no se dispone del suministro de la tensión trifásica en la red o porque la necesidad sugiere el empleo de motores pequeños que trabajen con suministro monofásico, para aplicaciones en artefactos electrodomésticos portátiles (máquinas de coser, taladros, aspiradoras, máquinas esmeriladoras etc.) 1. OBJETIVOS



Identificar los devanados del motor monofásico.



Poner en marcha el motor monofásico empleando los distintos métodos arranque.



Realizar los ensayos en vacío y rotor bloqueado para el motor monofásico.



Determinar las características de rendimiento.

2. GENERALIDADES Existen varios tipos de motores monofásicos, entre los cuales están: 

Motores monofásicos de inducción.



Motores monofásicos con conmutador. Los cuales pueden ser motores de repulsión ó motores que funcionan con el principio del motor serie.



Motores de reluctancia.



Motores de inducción de fase partida.

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

Motores de inducción de polo sombreado.



Motores universales.

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2.1 MOTORES MONOFÁSICOS DE INDUCCIÓN

Este tipo de motor no tiene arranque propio, el arranque se realiza ya sea impulsando el rotor o intercalando elementos resistivos, inductivos o capacitivos en los devanados. Los devanados van divididos en dos partes, cada una desplazada en el espacio y el tiempo, los devanados están conectados en paralelo con el suministro de C.A. A uno de los devanados que generalmente es de alta reactancia se conoce como devanado de marcha o principal, el otro devanado se conoce como devanado auxiliar o de arranque, el cual está distribuido uniformemente y desplazado 90º con respecto al devanado principal.

2.1.1  Arranque por resistencia. Al intercalar una resistencia al devanado auxiliar se varía la impedancia de este, haciendo que la potencia que disipa el devanado de arranque sea casi igual a la potencia que toma el motor en marcha normal, lo cual permitirá el arranque del motor. La acción del devanado de arranque debe ser intermitente ya que se produce calor excesivo que puede dañar ambos devanados. Generalmente se emplea un interruptor centrifugó que se encarga de la desconexión del devanado de arranque una vez el motor está en marcha y alcanza el 25% del deslizamiento.

2.1.2  Arranque por capacitor . Para mejorar el par de arranque, se agrega un capacitor al devanado auxiliar, el cual crea un desfase de casi 90º entre las corrientes de arranque y de marcha, mejorando el desfase obtenido en el arranque por resistencia (25º aproximadamente). La tabla 1 muestra los valores de los capacitores para el arranque de los motores de fase partida (60 Hz  y 1725 rpm). Tabla 1. Valores típicos de capacitores empleados en el arranque de motores.

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18 16 14 13 12 3 4  Potencia ( HP ) Capacitancia (  F ) 80 100 135 175 250 350 Figura 1. Arranque por resistencia.

Figura 2. Arranque por capacitor.

2.2 CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR DE INDUCCIÓN MONOFÁSICO

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2.2.1 Característica par-deslizamiento T S 

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

 f  ( S ) .

En esta, el par tiene dos valores nulos,

cuando el desplazamiento es igual a 1.0 y a 0.0. Figura 3. Característica par- deslizamiento.

2.2.2 Característica corriente-deslizamiento  I    f  ( S ) . Es muy similar a la que presentan los motores trifásicos, exhibiendo su valor máximo cuando el rotor está en reposo. Figura 4. Característica corriente-deslizamiento.

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2.2.3 Características con carga. Son las mismas que las presentadas por los motores trifásicos, por tanto se determinan de la misma manera. 2.3 PRECAUCIONES Se deben seguir los requisitos de seguridad expuestos en la práctica de laboratorio 1. 2.4 AUTOEXAMEN

a. ¿Porque el motor monofásico de inducción no produce par suficiente para arrancar?, explique detalladamente. El motor monofásico de inducción no produce par suficiente para arrancar, puesto que solo hay una fase en el devanado del estator, por lo que primero pulsa con gran intensidad, luego con menos intensidad, pero permanece siempre en la misma dirección. Según la teoría del doble campo giratorio, un campo magnético estacionario pulsante se puede transformar en dos campos magnéticos rotacionales de igual magnitud pero de direcciones opuestas, producidos por la misma corriente; el motor responde a cada uno de los dos campos magnéticos presentes en él; por lo que se generan dos campos magnéticos uno directo y uno inverso que son iguales  pero en direcciones opuestas, por lo que no va a existir un desbalanceo entre el campo magnético del estator y el campo magnético del rotor, por lo que se  producirán vibraciones pero no un giro en el rotor.

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 b. Dibuje los diagramas fasoriales para los casos de arranque por resistencia y arranque por condensador.

Arranque por resistencia

Arranque por condensador

c. ¿Cómo se produce el campo rotatorio por el cual funciona el motor monofásico de inducción? El campo rotatorio por el cual funciona el motor monofásico de inducción, se  produce cuando hay un desbalanceo entre el campo magnético del rotor y el campo magnético del estator, debido a que inicialmente no hay un desbalanceo ya que solo se va a producir un campo magnético estacionario y pulsante, que no es capaz de hacer girar el rotor sino a lo máximo vibra; debido a esto se emplean métodos de arranque para producir dicho desbalanceo, que consisten en general en colocar un elemento resistivo, capacitivo o ambos en el devanado auxiliar para producir este desbalanceo, entre los que se destacan el motor de fase partida, motor de arranque  por capacitor, motor con capacitor de marcha, motor con capacitor de marcha y de arranque, motor de polos sombreados, entre otros.

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d. ¿Cómo se puede variar la velocidad del motor de inducción monofásico? Describa  brevemente los métodos mencionados, las ventajas y las desventajas. La velocidad de los motores de inducción monofásicos se puede controlar de la misma manera que en los motores de inducción polifásicos, para motores de rotor de jaula de ardilla se disponen de las siguientes técnicas: -

Variación de la frecuencia estatorica

-

Cambio del número de polos

-

Cambio del voltaje aplicado al motor

En los diseños prácticos que involucran motores de alto deslizamiento, la técnica usual para controlar la velocidades variar el voltaje en los terminales del motor. Para variar el voltaje aplicado a un motor puede emplearse alguna de las siguientes formas: 

Utilizar un autotransformador: para ajustar continuamente el voltaje de línea. Este es el método más costoso de control de la velocidad, se utiliza solo cuando se necesita un control de velocidad muy suave.



Utilizar un circuito SCR o TRIAC: para reducir el voltaje rms aplicado al motor por control de fase ac. Esta técnica corta la onda ac aumentando el ruido y la vibración del motor. Los circuitos de control de estado sólido son mucho más baratos que los autotransformadores, por ello se utilizan cada vez más.



Insertar una resistencia en serie con el circuito del estator del motor: este es el método más barato, pero tiene la desventaja que se pierde considerable  potencia en la resistencia y reduce la eficiencia de la conversión total de  potencia.

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3. MATERIALES Y EQUIPOS Tabla 1. Equipos. Cantidad

Elemento

1 1 1 1 1 1 1 1 Tabla 2. Materiales.

Voltímetro Voltímetro Vatímetro trifásico Amperímetro Amperímetro Óhmetro Puente de Wheastone Tacómetro

Cantidad

1 1 1 1 1 1 1 1

Elemento

Motor de inducción monofásico Fuente de tensión alterna Generador de corriente continua Reóstato de excitación Resistencias de arranque Inductancias de arranque Capacitancias de arranque Carga resistiva variable

Observación 0-120 V D.C. 0-120 V A.C.

0-30 A D.C. 0-30 A A.C.

Observación 2 HP, 115/230 V ,25/12.5 A 1750 rpm, 60 Hz 3 ,0-230 V, 12.5 A

4 kW, 110/115 V, 1800 rpm

4. PROCEDIMIENTO 1) Por medio del óhmetro determine la continuidad de los devanados y mida sus resistencias. Consigne los valores en la tabla 3. 2) Coloque en serie con el devanado auxiliar los dispositivos de arranque  (R,  L, C ). Aumente la tensión y consigne el valor de la corriente del motor ( I  ) y la tensión (V ) a m

los cuales se empieza a mover el motor y también para la velocidad nominal, en la tabla 4. 3) Realice los ensayos en vacío y con rotor bloqueado, y consigne los valores obtenidos en la tabla 5.

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4) Monte el circuito de la figura 5.

5. TOMA DE DATOS Tabla 3. Resistencia de los devanados.  Devanado  R ()  Principal 4,6  Auxiliar

10,4

Figura 5. Esquema de montaje.

Tabla 4. Tensiones y corrientes en el arranque y a velocidad nominal.

 Método de  Empieza a girar arranque V m (V )  I m ( A)

R C Sin auxiliar

104,5

4,7

106,2

3,1 4,2

113,2

Velocidad nominal V m (V )  I m ( A) 110,3 110,3 109,6

2,6 2,55 2,6

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Tabla 5. Ensayo en vacío y con rotor bloqueado.  Motor en vacío V 0 (V )

 I 0 ( A)

W 0 (W  )

120

2,45

280

Ensayo con rotor bloqueado V S  (V )

 I S  ( A)

W S  (W )

80

5,4

400

6. CARACTERISTICAS A OBTENER Diagrama vectorial método de arranque por resistencia

Diagrama vectorial método de arranque por condensador

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CIRCUITO DEL MOTOR MONOFÁSICO DE FASE DIVIDIDA

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ENSAYO EN VACIO

 Motor en vacío  Ev Iv Wv 120 2,45 280         

         

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ENSAYO CON ROTOR BLOQUEADO

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 Ensayo con rotor bloqueado W  RB  E   I  RB  RB 80

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5,4 

  

400

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         

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Las unidades que no se especifican están en ohmios. 7. CUESTIONARIO 1. Comparando los diferentes métodos de arranque, ¿cuál produce mayor par de arranque?

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El mayor par de arranque lo produce el método de arranque por condensador; ya que gracias al condensador se produce un mayor desfase entre la corriente del devanado  principal y la corriente del devanado auxiliar, y este desfase hace que haya un mayor  par de arranque, que cuando se utiliza solo el arranque por resistencia. 2. ¿Es posible invertir el giro de un motor monofásico de inducción?, ¿por qué si, o por qué no?, justifique su respuesta. Si es posible, y esto se logra invirtiendo las terminales del devanado auxiliar, al igual que cuando se induce tensión solo en el devanado principal el motor no arranca y si le damos un giro este girara en el sentido en el que le impulsemos, básicamente esto es lo que hace el devanado auxiliar; hacer que en el rotor se cree un par inicial para que el motor pueda arrancar, entonces si el devanado está conectado de una forma se creara un par a favor de la manecillas del reloj por la regla de la mano derecha, pero si lo conectamos en sentido contrario el rotor girara en sentido contrario al de las manecillas del reloj y como vemos se invertirá el giro del motor. 3. ¿El motor trifásico de inducción puede funcionar como motor monofásico?, justifique su respuesta. Un motor trifásico de inducción si puede funcionar como motor monofásico, y esto se puede lograr dejando un devanado como devanado principal y los otros dos como devanado auxiliar de la siguiente forma:

Se observa en la figura que el devanado auxiliar que es el del condensador tendrá mayor resistencia y reactancia que el devanado principal pero gracias al condensador la reactancia del devanado auxiliar será menor que la reactancia del devanado

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 principal y debido a esto se producirá el suficiente desfase entre la corriente del devanado principal y la corriente del devanado auxiliar para lograr que se produzca el torque necesario para arrancar el motor, como todos los devanados son iguales , el devanado auxiliar podrá funcionar permanentemente ya que los devanados están dispuestos para resistir la corriente de forma permanente, el condensador debe ser de marcha, y de alta tensión.

BIBLIOGRAFIA

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HIGERA, Ricardo. PUERTO, Edgar Fernando. TRISTANCHO, William. Elaboración y normalización de guías para la realización de prácticas de Ingeniería Electromecánica. Duitama, 1988. 4v. Trabajo de grado (Ingeniero electromecánico). Universidad pedagógica y tecnológica de Colombia.

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Escuela de Ingeniería

Electromecánica. KOSOW, Irving L. Maquinas eléctricas y transformadores. 2 ed. Mexico : Prentice Hall Hispanoamericana, 1991. 704p. LIWSCHITZ-GARIK, Michael. WHIPPLE, Clyde C. Máquinas de corriente alterna. 8 ed. Mexico: Compañía editorial continental S.A. 1978. 770p. MONTOYA V, José Lucinio. Guías de laboratorio de electricidad II. Pereira, Colombia : Universidad tecnológica de Pereira, Facultad de Ingeniería eléctrica.1997. SERRANO, Llamas Esteban. Prácticas de laboratorio de electricidad. Barcelona, España : Universidad de León, 1994. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. Medidas eléctricas básicas (Técnicas de medición eléctrica). Bogotá, Colombia : Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería, 1998.