Lab 02 maquinas Ac Aguilar calderon leyva c4-4-A

ELECTROTECNIA ELECTROTECNIA INDUSTRIAL MAQUINAS AC

LABORATORIO 2 “El Motor Síncrono Trifásico”

Integrantes: - Aguilar Curi, Piero - Calderón Pomacarhua, Jose - Leyva Ramos, Percy

Profesor: - Cuba Anicama, Carlos

2018 - I

1. 2. 3.

....................................................................................................................... 4 OBJETIVOS ........................................................................................................................ ............................................................................................................... 4 INTRODUCCIÓN  ................................................................................................................ ............................................................................................................ ............................................. 5 MARCO TEÓRICO ............................................................... ........................................................................................... ................................. 5 3.1. Constitución Mecánica .......................................................... 3.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ...................................................................... 5 ............................................................................................. 6 4. EQUIPOS Y MATERIALES .............................................................................................. .......................................................................................................... ............................................. 7 5. PROCEDIMIENTOS ............................................................. 5.1. El Motor Síncrono Parte I ....................................................................................... 7 .............................................................................................................. ............................................ 7 5.1.1. Examine .................................................................. ......................................................................... ........... 7 5.1.2. Observación parte posterior .............................................................. ........................................................................... ........ 7 5.1.3. Observación cara delantera................................................................... .............................................................................. 8 CARACTERISTICAS DE ARRANQUE .............................................................................. .................................................................................................................. 8 5.1.4. Paso 1 .................................................................................................................. ..................................................................................................... 9 5.1.5. Alimentación ...................................................................................................... ............................................................................................................... ...... 10 5.1.6. Paso 2 .......................................................................................................... 5.1.7. Cambio de posición ....................................................................................... 10 ............................................................................................................... ...... 11 5.1.8. Paso 3 .......................................................................................................... ............................................................................................................... ...... 12 5.1.9. Paso 4 .......................................................................................................... ........................................................................................................... ...... 14 5.1.10. Paso 5 ...................................................................................................... ........................................................................................................... ...... 15 5.1.11. Paso 6 ...................................................................................................... ........................................................................................................... ...... 16 5.1.12. Paso 7 ...................................................................................................... PRUEBA DE CONOCIMIENTOS .......................................................................................... 17 ............................................................................................................ 19 6. CONCLUSIONES  ............................................................................................................. .............................................................................................................. 20 7. APLICACIONES  ............................................................................................................... ....................................................................................................................... 20 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ .......................................................................................................... ........................................... 21 ANEXOS – RUBRICAS ...............................................................

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INDICE DE TABLAS Tabla 1. Equipamiento necesario ............................................................................................... 6

INDICE DE FIGURAS Figura 1. Primera conexión del motor ........................................................................................ 8 Figura 2. Segunda conexión de motor ...................................................................................... 10 Figura 3. Primera toma de datos .............................................................................................. 11 Figura 4. Segunda toma de datos .............................................................................................. 12 Figura 5. Tercera toma de datos ............................................................................................... 13 Figura 6. Tercera conexión del motor ...................................................................................... 14 Figura 7. Cuarta toma de datos ................................................................................................ 14 Figura 8. Quinta toma de datos ................................................................................................. 15 Figura 9. Motor Central Hidroeléctrica ................................................................................... 20 Figura 10. Partes del motor síncrono ....................................................................................... 21 Figura 11. Funcionamiento del motor síncrono....................................................................... 21

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1. OBJETIVOS -

Describir la estructura de un motor síncrono trifásico

-

Conectar un motor síncrono trifásico

-

Calcular las características de arranque del motor síncrono trifásico

2. INTRODUCCIÓN Como todos sabemos el motor síncrono es una máquina de corriente alterna, capaz de convertir la energía eléctrica en una energía mecánica. Una característica que se puede destacar es que trabaja a una velocidad continua, pero este dependerá de la frecuencia que mantiene la red eléctrica. En el presente informe se detallará la funcionalidad del motor síncrono, como también se realizarán pruebas para determinar las características de arranque y conocer las partes principales del motor. Para realizar estos procedimientos nos basaremos en la guía proporcionada por el profesor. Con los resultados que se obtendrá se realizarán cálculos empíricos para determinar el número de polos y la velocidad con el cual trabaja el motor.

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3. MARCO TEÓRICO Los motores síncronos son empleados para transformar la potencia eléctrica en una potencia mecánica, donde la frecuencia y la velocidad generada son constantes. Se puede decir que los motores síncronos se diferencian de los asíncronos, ya que estos presentan un deslizamiento a cero. Además, la velocidad con el cual este opera dependerá de la carga a la cual este sometido.

3.1. Constitución Mecánica ROTOR: Esta es la parte rotativa de la máquina síncrona, este posee un devanado de corriente continua al que también se le conoce como devanado de campo y un devanado en cortocircuito. Estos también poseen un circuito magnético compuesto por chapas magnéticas de menor espesor al del estator.

EJE: Es la parte que se encarga a guiar el movimiento de rotación de la máquina.

CARCASA: Aquí se encuentra la caja de bornes, como también se encarga de proteger a los operadores de accidentes que se puedan generar.

ESTATOR: Este sustenta las piezas polares, las bobinas de campo y cierra el circuito magnético del motor.

RODAMIENTOS: Es el encargado de producir el movimiento al objeto que se coloque sobre este.

3.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Cuando el devanado del estator es alimentado mediante una red trifásica, absorberá energía para luego entregarla a una carga mecánica, para generar este trabajo será necesario conectar las bobinas del rotor para generar un campo magnético constante, ya que este procedimiento permitirá que el motor trabaje a la velocidad síncrona.

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4. EQUIPOS Y MATERIALES Cant.

Descripción

Marca

01

Fuente de alimentación

Lab-volt

01

Motor/alternador síncrono

Lab-volt

01

Electrodinamómetro

Lab-volt

04

Multímetros digitales

15

Cables de conexión 4mm

01

Faja de acoplamiento

01

Interfaz de adquisición de datos

01

Computadora personal

04

Cables de conexión de 2mm

01

Conector con terminal USB Tabla 1. Equipamiento necesario Fuente: Elaboración propia

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Modelo

Observación

5. PROCEDIMIENTOS 5.1. El Motor Síncrono Parte I 5.1.1. Examine Examine la estructura del Módulo de EMS 8241 de motor síncrono generador, fijándose especialmente en el motor, los anillos colectores, el reóstato, las terminales de conexión y el alambrado

5.1.2. Observación parte posterior a. Identifique los dos anillos colectores y las escobillas. b. ¿Se pueden mover las escobillas? No se pueden mover.

c. Observe que las terminales de los dos devanados del rotor se llevan hasta los anillos colectores a través de una ranura en el eje del rotor.

d. Identifique los devanados amortiguadores de c-d en el rotor. (Aunque sólo son dos devanados, están conectados en tal forma que sus fuerzas magnetomotrices actúan en oposición, creando así cuatro polos.)

e. Identifique los cuatro polos salientes inmediatamente debajo de los devanados de amortiguación.

f. Identifique el devanado del estator y observe que es idéntico al de los motores trifásicos de jaula de ardilla de rotor devanado. 3 fases en el estator

5.1.3. Observación cara delantera a. Los tres devanados independientes del estator están conectados a las terminales 1 y 4, 2 y 5, 3 y 6.

b. ¿Cuál es el voltaje nominal de los devanados del estator? La alimentación es de 220 – 380

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c. ¿Cuál es la corriente nominal de devanado del estator? Es 0.5 A

d. El devanado del rotor se conecta (a través del reóstato de 500Ω)  a las terminales 7 y 8.

e. ¿Cuál es la corriente nominal del devanado del rotor? Es 0.5

f. ¿Cuál es el voltaje nominal del devanado del rotor? Es 220 V

g. ¿Cuál es la velocidad nominal y la potencia del motor? (Potencia mecánica) r/min = 1500 HP = 0.23

CARACTERISTICAS DE ARRANQUE 5.1.4. Paso 1 Conecte el circuito ilustrado en la Figura 1, utilizando los Módulos EMS de motor síncrono/generador, fuente de alimentación y medición de c-a. Observe que los tres devanados del estator están conectados en estrella a la salida trifásica fija de 208V de la fuente de alimentación, terminales 1,2 y 3.

 Figura 1. Primera conexión del motor Fuente: Extraído de “El Motor Síncrono Trifásico”, T ecsup ( 2018). 8

5.1.5. Alimentación a. Conecte la fuente de alimentación. Observe que el motor comienza suavemente a funcionar y sigue operando como un motor ordinario de inducción

b. Observe el sentido de rotación. Rotación = Horario, I1= 0.38 A c-a Ns = 1800

c. Desconecte la fuente de alimentación e intercambie dos de los tres cables que van a la fuente de alimentación. Las corrientes son: i. 0.38 ii. 0.36 iii. 0.33

d. Conecte la fuente de alimentación observe el sentido de rotación Rotación = Anti horario, I1 = 0.37 A c-d

e. Desconecte la fuente de alimentación.

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5.1.6. Paso 2 Conecte el circuito que aparece en la Figura 2, con los Módulos EMS del electrodinamómetro y el interruptor de sincronización. Acople el motor al electrodinamómetro por medio de la banda.

Figura 2. Segunda conexión de motor Fuente: Extraído de “El Motor Síncrono Trifásico”, T ecsup (2018).

5.1.7. Cambio de posición a. El módulo de interruptor de sincronización se utilizará como interruptor para la potencia trifásica que va a los devanados del estator. Ponga el interruptor en la posición “off”

b. El electrodinamómetro se conecta a la salida fija de 250||V c-a de la fuente de alimentación, terminales 1 y N. Aunque la perilla de control del dinamómetro al 40 por ciento aproximadamente de excitación.

c. El rotor del motor síncrono se conecta a la salida fija de 250V c-d de la fuente de alimentación 8 y N, Ajuste el reóstato de campo a una

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resistencia cero (la perilla de control debe ponerse en la posición extrema, haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj).

d. Si el motor síncrono tiene el interruptor S, ciérrelo al llegar a este paso. 5.1.8. Paso 3 a. Conecte la fuente de alimentación. A continuación, aplique potencia trifásica cerrando el interruptor de sincronización y observe lo que sucede. ¡No aplique la potencia más de 10 segundos!

b. Describa lo que sucede. -

El motor no llega a la velocidad del rotor Ns = 130 rpm, este sufre por la máxima carga ya que los motores síncronos arrancan son carga.

c. ¿Qué lectura dio el amperímetro? -

2A

Figura 3. Primera toma de datos

F uente: E laboración propia

d. Si un motor síncrono tiene carga, ¿Debe arrancarlo cuando existe excitación de c-d en su campo? -

No, con carga no se arranca este tipo de motor. 11

5.1.9. Paso 4 a. Conecte el rotor del motor síncrono a la salida variable de 0-120V c-d de la fuente de alimentación terminales 7 y N. No cambie ninguna de las otras conexiones o los ajustes del control.

Figura 4. Segunda toma de datos Fuente: Elaboración propia

b. Con el control del voltaje variable de salida en cero, conecte la fuente de alimentación. Aplique potencia trifásica cerrando el interruptor de sincronización y observe lo que sucede.

c. Describa lo que pasó -

Estuvo trabajando como motor de inducción.

d. ¿Funciona el aparato como motor de inducción? -

Sí

e.  Ajuste cuidadosamente la salida de la fuente de alimentación a 120V c-d, según lo indique el medidor de la fuente de alimentación. 12

Figura 5. Tercera toma de datos Fuente: Elaboración propia

f. Describa lo que pasó -

Está trabajando como motor síncrono con una velocidad de rotor de: Ns = 1817

g. ¿Está operando el motor como motor síncrono? i. Sí

h. Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

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5.1.10. Paso 5 a. Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 53.3 Observe cómo esta conectado el motor síncrono; ésta es la configuración normal de arranque (como un motor de inducción trifásico de jaula de ardilla).

Figura 6. Tercera conexión del motor Fuente: Extraído de “El Motor Síncrono Trifásico”, T ecsup (2018).

Figura 7. Cuarta toma de datos Fuente: Elaboración propia

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b.  Ajuste la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj (a fin de proporcionarle al motor síncrono la máxima carga de arranque).

c. Si el motor síncrono tiene el interruptor S, ciérrelo al llegar a este paso 5.1.11. Paso 6 a. Conecte la fuente de alimentación y mida rápidamente E1, E2, I1 y el par de arranque desarrollado. Desconecte la fuente de alimentación E1 = 323.9V c-d, E2 = 321.1V c-d I1 = 1.56A c-d

par de arranque = 2.73 N/m

b. Calcule la potencia aparente suministrada al motor en el arranque. Potencia aparente = 875.18VA

c. Calcule el par a plena carga correspondiente a ¼ hp a 1800 r/min Par a plena carga = 0.481 lbf.plg

Figura 8. Quinta toma de datos Fuente: Elaboración propia

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d. Calcule la relación entre el par de arranque y el par a plena carga. Relación =

2.75

 = 2.78

0.481

e. Explique por qué se indujo un alto voltaje en c.a, E2 en los devanados del rotor. En el motor esta inducción de las bobinas

5.1.12. Paso 7 a. Sin cambiar el circuito, conecte la fuente de alimentación y, para reducir la carga, haga girar con lentitud la perilla de control del dinamómetro en sentido contrario al de las manecillas del reloj. El motor aumentará a velocidad plena y funcionará como motor de inducción de jaula de ardilla. Observe el efecto producido en el voltaje inducido E2.

b. ¿Por qué se reduce E2 conforme se incrementa la velocidad del motor? -

Cuando aumenta la velocidad ya no hay tiempo para inducir tensión.

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PRUEBA DE CONOCIMIENTOS

1. ¿Qué precauciones debe tomarse durante el periodo de arranque de un motor síncrono? Debe tenerse en cuenta que el motor de preferencia se arranque sin carga, ya que este arranca levemente y posteriormente se normaliza, también reducir la velocidad del campo magnético del estator a un valor suficientemente bajo para que el rotor pueda acelerar y se enlace con el durante medio ciclo de rotación del campo magnético. Esto se puede llevar a cabo reduciendo la frecuencia de la potencia eléctrica aplicada.

2. Si se quitara el devanado de jaula de ardilla de un motor síncrono, ¿Podría arrancar solo? Este no puede arrancar solo, debido a que necesita el m ovimiento generado por una maquina mecánica para que esta pueda cortar el campo producido por el estator y pueden sincronizarse para el arranque.

3. Indique dos razones por las que el devanado del rotor de un motor síncrono se conecta casi siempre a una resistencia externa durante el arranque, Cuando posee armadura de ardilla esta ayuda a que el par inducido se adicione y no por el contrario se reste como pasaría si el rotor tuviera devanados convencionales en su armadura, entonces si se posee rotor jaula de ardilla este le ocasiona un solo sentido de giro al motor que sería lo más conveniente para su utilidad.

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El estar conectado a resistencias externas durante el periodo de arrancado evita peligros si en determinado momento existen grandes corrientes que pueden llegar a sobrecalentar o quemar los devanados del rotor o el estator, acabando con la vida útil del motor o deteriorándola según sea el caso, este mecanismo de resistencias externas son sistemas de control se seguridad para los motores y a su vez sirven como determinado sistema de arrancado para ciertos motores que necesitan ser arrancados con carga de lo contrario habrían accidentes costosos para cualquier industria.

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6. CONCLUSIONES -

Se describió la estructura del motor como también se identificó la ubicación y reconocimiento de algunas partes del motor, para de este modo tener en cuenta el funcionamiento del mismo.

-

Conectamos el motor de tres maneras distintas y tomamos los datos obtenidos por el software LVDAM-EMS, recibiendo diversos valores a distintas condiciones que se puso a trabajar el motor 

-

Se calculó las características de arranque del motor trifásico sometido a diversas pruebas y conexiones, debido a algunos problemas técnicos no se obtenía los valores requeridos, pero se tomó otras condiciones similares para poder dar con el objetivo del laboratorio

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7. APLICACIONES Un claro ejemplo se trata de la aplicación que se le da al motor en centrales de generación marítima o centrales hidroeléctricas actuando la fuerza del agua como sustituto para una maquina mecánica que se suele usar en las empresas o de uso más comercial.

Figura 9. Motor Central Hidroeléctrica Fuente: http://mtuningandres.blogspot.pe/2014/05/central-hidroelectricacentral-termica.html , Motor Tuning (2014)

BIBLIOGRAFÍA -

https://books.google.com.pe/books?id=ehxKXip1j6EC&lpg=PR1&dq= isbn%3A9702608147&hl=es&pg=PR1#v=onepage&q&f=false por Wildi Théodore (2007)

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https://books.google.com.pe/books?id=m8xErTUnq7QC&lpg=PP1&d q=Motores%20Sincronos%20trifasicos&hl=es&pg=PP1#v=onepage& q&f=false por Harper Enriquez (1987)

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ANEXOS – RUBRICAS

Figura 10. Partes del motor síncrono

F UE NTE : (Cumpa Alfonso,2008) http://www.academia.edu/13058882/Motores_Sincronos

Figura 11. Funcionamiento del motor síncrono

F UE NTE : (Anónimo,2010) http://www.monografias.com/trabajos88/motores-sincronos/motores sincronos.shtml 21

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