Laboratorio 03

MÁQUINAS AC LABORATORIO N° 03

 “LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN”  INDUCCIÓN” 

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ELECTROTECNIA ELECTROTECNIA INDUSTRIAL PROGRAMA DE FORMACION REGULAR

Nota:

2016-1 Tema :

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LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN

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Semestre: Grupo

:

IV D

I. OBJETIVOS -

Analizar la estructura de un motor trifásico jaula de ardilla.

-

Analizar la estructura de un motor trifásico de rotor devanado.

-

Observar como fluye el campo giratorio y la velocidad del motor y el voltaje inducido inducido en el rotor.

-

Exponer los conceptos de corriente de excitación, velocidad síncrono y deslizamiento en relación con un motor trifásico t rifásico de inducción.

II. EXPOSICIÓN TEÓRICA El motor de inducción es el más sencillo y empleando de los motores eléctricos en la industria, como su nombre lo indica, este tipo de motores trabaja bajo el principio de inducción. Cuando se aplica potencia al estator de un motor de inducción, se establece un campo magnético giratorio cuyas líneas de flujo cortan las barras circuito que están alrededor de la superficie del rotor de jaula de ardilla y generan voltajes en ellas por inducción electromagnética. Puesto que estas barras están en corto circuito con una resistencia muy baja, los voltajes inducidos en ellas producen elevadas corrientes que circulan por dichas barras del rotor. Las barras circulantes del rotor producen, a su vez, sus propios campos magnéticos intensos. Estos campos locales de flujo del rotor producen sus propios polos magnéticos que son atraídos hacia el campo giratorio. Por lo tanto, el rotor gira en dirección del campo principal. La figura abajo mostrada indica las partes de un motor de inducción:

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Los motores de inducción trabajan con dos tipos de rotor, el tipo jaula de ardilla y el rotor bobinado con anillos rozantes. El rotor de jaula de ardilla se compone de un núcleo de hierro laminado que tiene ranuras longitudinales alrededor de su periferia. Barras sólidas de cobre o aluminio se presionan firmemente o se incrustan en las ranuras del rotor. A ambos extremos del rotor se encuentran los anillos de corto circuito que van soldados o sujetos a las barras, formando una estructura sumamente sólida. El rotor devanado cosiste en un núcleo magnético laminado con superficie ranurada, donde se alojan bobinas de cobre conectadas en estrella, a la que se tiene acceso desde el exterior mediante tres anillos rodantes con carbones rozantes. Este mecanismo permite controlar la corriente desde el exterior y por ende el par del motor empleando resistencia conectadas en estrella en los bornes del rotor.

ROTOR TIPO JAULA DE ARDILLA

III. EQUIPO A UTILIZAR

01 motor de inducción trifásico jaula de ardilla.

ROTOR DEVANADO Y ANILLOS ROZANTES

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01 motor de inducción trifásico rotor devanado.

02 multímetros digital

Módulo ERFI

01 Acople Flexible

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01 Seguro del  Acople Flexible

Conectores tipo banana

Pinza  Amperimétrica

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IV. ANALISIS DE TRABAJO SEGURO

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V. PROCEDIMIENTO Advertencia: ¡En esta etapa se manejarán voltajes peligrosos! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!

Advertencia: Usar lentes de seguridad durante su permanencia en el Taller

Advertencia: Usar botas de seguridad durante su permanencia en el Taller

a) MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA a.1) Tomar datos de placa del motor de inducción tipo jaula de ardilla e indicarlas en el cuadro adjunto.

Conexión

 / Y

Voltaje

400 / 690 V

Potencia

0.37 KW

Corriente

1 / 0.58 A

Factor de Potencia

0.83

Velocidad de Campo

3360 1/MIN

Frecuencia

60 Hz

Fig. 1 Placa del Motor de Inducción Jaula de Ardilla

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a.2) Examine la construcción del motor de inducción jaula de ardilla, y haga una descripción del mismo. Los motores de jaula de ardilla constan de dos partes fundamentales, el estator y el rotor. El estator es la parte fija de la máquina, compuesta de una serie de chapas magnéticas aisladas entre sí, con unas series de ranuras interiores en las que se alojan los devanados de excitación. El rotor es la parte móvil de la máquina, constituidos por unas barras de cobre unidas en sus extremos por un disco de idéntico material. En este motor no existen escobillas de conexión que permiten la conexión del r otor con el exterior.

a.3) Esquematizar las conexiones de las bobinas del motor en delta y estrella, indicando la denominación de los bornes, tensión de operación y corriente máxima. CONEXIÓN ESTRELLA

CONEXIÓN DELTA

Tensión entre líneas:

690 V

Tensión entre líneas:

400V

Corriente máxima:

0.58 A

Corriente máxima:

1A

a.4) De acuerdo a los datos de placa, determine el número de polos y la velocidad del campo giratorio. Fundamentar su respuesta. Numero de Polos:

= # 

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#  =   #  =   #  = . a.5) ¿Qué efecto tiene sobre el motor emplear una frecuencia diferente (60 Hz) a la indicada en la placa (50 Hz) del motor? Se apreciaría una disminución en la velocidad del campo giratorio. Como se explicó en clase cuando la frecuencia es menor a 60 Hz, en este caso es 50 Hz este va a trabajar como motor, y si se emplea 60 Hz este trabajara como un generador.

a.6) ¿Qué es el deslizamiento y cómo se calcula? El deslizamiento en una máquina eléctrica es la diferencia relativa entre la velocidad del campo magnético (velocidad de sincronismo) y la velocidad del r otor.

 =  −  % a.7) Armar el circuito de la figura 1 y energizar el motor en vacío, mida la velocidad y después de esta maniobra, des energice la máquina, para luego aplicarle el freno de polvo magnético hasta obtener la corriente de pl ena carga.

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Fig. 2 Esquema del Circuito

Fig. 3 Ensamblado del Circuito

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a.8) Calcular el deslizamiento en vacío y en plena carga y comparar este último valor con el deslizamiento nominal calculado a partir de los datos de placa del motor. Velocidad Nominal:

 =    = Deslizamiento en Vacío

 = −   % =.% Deslizamiento a Plena Carga

 = −  % =.% Deslizamiento Nominal

 = −  % =.%, a.9) ¿A qué se debe la diferencia entre el deslizamiento calculado a partir de los datos de placa y el calculado en plena carga? Esta diferencia se debe a la velocidad del rotor, debido a que en el deslizamiento a plena carga hay un freno en el motor el cual lo frena por 15 RPM, por lo cual este nos da una diferencia en porcentajes de 0.42%

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a.10) Retirar la carga mecánica del motor (freno de polvo magnético) y observar el sentido de giro desde el lado de la carga, apague el motor invierta dos fases, vuelva a encenderlo y observe nuevamente el sentido de giro, notará que el sentido de giro a cambiado. ¿A qué se debe el cambio? Este cambio se debe al tipo de conexión del circuito, una vez cambiada las fases se puede apreciar mejor con el multímetro y el generador de torque ya que si en la primera girábamos la perilla a la izquierda y subía la frecuencia al cambiar las f ases observaremos que al girar la perilla a la izquierda la frecuencia disminuirá

b) Motor de inducción del rotor devanado b.1) Tomar datos de placa del motor de inducción de rotor bobinado e indicarlas en el cuadro adjunto.

Marca del Motor de Inducción de Rotor Bobinado

Lucas-Nuelle GmbH Germany - 50170 Kerpen Siemen sstr.2

Conexión Número de Serie Voltaje Tensión Potencia Cos Frecuencia Ie RPM Ue

/ Y SE2672-3W6 230 / 400 V 1,5 / 0.87 A 0,27 KW 0,7 / 1,0 60 Hz 1,7 ~ / 4- A 1800 / 1620 107 ~ / 20- V

b.2) Examine la construcción del motor de rotor bobinado, y haga una descripción del mismo. Para su construcción el número de polos del rotor a comparación del estator tienen que ser iguales, la placa de características da los datos necesarios para conectar el motor a la red eléctrica, sistema de arranque del motor, control de velocidad y la conexión de los bobinados del motor.

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En la placa de bornes como características principales están el tener un alto par de arranque, menor intensidad de arranque que otras arquitecturas y una mejor y más fácil regulación de velocidad. Se puede determinar la velocidad de sincronismo teniendo como datos el número de polos y la frecuencia de red a la que trabaja este y el campo magnético giratorio.

b.3) Esquematizar e identificar los bornes de conexión del motor de rotor bobinado en el cuadro adjunto.

b.4) De acuerdo a los datos de placa, determine el número de polos y la velocidad del campo giratorio. Fundamentar sus respuestas.

 = ∗  = ∗   =  

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c) CAMPO GIRATORIO DEL ESTATOR c.1) Empleando el motor de rotor devanado acoplado a motor de corriente continua en conexión shunt, armar el circuito de la figura 2.

Fig. 4 Esquema del Circuito

Fig5 Ensamblado del Circuito

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c.2) Sin energizar el motor en derivación, conecte en estrella el estator del motor de bobinado y manteniendo abiertos los terminales del rotor, aplique la tensión de la red (380 V) y tome nota de los siguientes datos: E1 = 380 V

E2 = 108.6 V

F = 60 Hz

I1 = 0,344 A

I2 =0,341 A

I3 = 0,341 A

c.3) ¿Cómo se puede determinar el sentido del campo giratorio? Primero se tiene en cuenta el sentido de circulación de la corriente por las tres fases del devanado. Luego se observa la resultante del flujo que tiene el sentido de giro (sentido horario). Segundo cuando necesitamos que el giro sea al contrario (sentido anti-horario), basta con intercambiar dos fases de alimentación del motor, con lo que el motor gira en sentido opuesto.

Fig6 Esquema de conexiones para el cambio de giro en motores trifásicos de corriente

c.4) Manteniendo energizado el estator, encienda el motor DC shunt y hágalo girar en el sentido del campo giratorio a las velocidades indicadas en la tabla Nº 1 y tome los datos solicitados en la misma:

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Tabla Nº 1

FÓRMULA:

Velocidad mecánica (RPM)

Voltaje en el estator E1 (V)

Voltaje en el rotor E2 (V)

Frecuencia Deslizamiento en rotor S (%) f(Hz)

500 750 1000 1250 1500

380.5

78.7

43.3

380.4

63.7

35.02

380.8

48.78

26.54

380.3

33.47

25,66

377.5

18.4

28.54

69,14% 53,70% 38,27% 22,84% 7,41%

1800

377.5

8.1

34

-11,11%

 % = (−)∗%  =    =  á

CÁLCULOS 500 RPM

750 RPM

1000 RPM

:

Semestre:

 % = (1620−500 1620 )∗100%  % = , %  % = (1620−750 1620 )∗100%  % = , %  % = (1620−1000 1620 )∗100%  % = , %

:

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1250 RPM

1500 RPM

1800 RPM

:

Semestre: :

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 % = (1620−1250 1620 )∗100%  % = , %  % = (1620−1500 1620 )∗100%  % = , %  % = (1620−1800 1620 )∗100%  % = −, %

c.5) ¿Qué ocurre con la tensión y frecuencia del rotor?, ¿Por qué? La tensión y frecuencia disminuyen ya que estos no son proporcionales a la velocidad mecánica que va en aumento, por lo cual a mayor velocidad mecánica (RPM) de entrada la tensión y frecuencia de salida no serán las mismas que de entrada ya que están conectadas en estrella.

c.6) De acuerdo a lo observado, deduzca la relación que existe entre el deslizamiento, la frecuencia y el voltaje. La relación que existe entre el deslizamiento, frecuencia y voltaje del rotor no es proporcional ya que la velocidad mecánica va en aumento.

Velocidad Mecánica -----------------

Voltaje del rotor -----------------------

Frecuencia -----------------------------

Deslizamiento -------------------------

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c.7) Energice el estator, enciendo el motor DC shunt y hágalo girar en sentido contrario al campo giratorio a las velocidades indicadas en la tabla Nº 2 y tome los datos solicitados en el a misma: Tabla Nº 2 Velocidad mecánica (RPM)

Voltaje en el estator E1 (V)

Voltaje en el rotor E2 (V)

Frecuencia Deslizamiento en rotor S (%) f(Hz)

100 250 500 750 1000

380.9

114.9

63.34

380.5

124.0

68.35

380.3

139.2

76.65

380.3

154.3

85.01

377.7

169.4

93.29

CÁLCULOS 100 RPM

 % = (1620−100 1620 )∗100%  % = .

250 RPM

 % = (1620−250 1620 )∗100%  % = . % 500 RPM

750 RPM

1000 RPM

 % = (1620−500 1620 )∗100%  % = , %  % = (1620−750 1620 )∗100%  % = , %  % = (1620−1000 1620 )∗100%  % = , %

93.82% 84.57% 69.14% 53.70% 38.27%

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c.8) ¿Qué diferencias encuentra entre esta última experiencia y la hecha en el apartado c.4? En el apartado C.4 ocurre distinto a esta última experiencia con respecto al voltaje y la frecuencia en el rotor, esto se debe a que se aumentó la velocidad a la inversa del campo de giro

c.9) ¿Cuáles son los límites del deslizamiento del motor de inducción y en qué condiciones se obtienen? Deslizamiento entre 0