UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA Y APLICADAS CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA MATERIA: MAQUINAS ELÉCTRICAS II
AUTORES: CALLATASIG DANIEL PILATAXI WLADIMIR TIGSE MARCO
CICLO: QUINTO ELÉCTRICA “B”
LATACUNGA – ECUADOR ECUADOR
EL MOTOR DE INDUCCION TRIFÁSICO. CIRCUITO EQUIVALENTE Y CONTROL ESTRELLA-TRIANGULO CON INVERSIÓN DE GIRO 1. OBJETIVO * * *
Realizar la prueba de vacío en el motor trifásico de inducción. Realizar la prueba de DC en el motor trifásico de inducción. Realizar la prueba de rotor bloqueado en el motor trifásico de inducción.
2. INFORMACIÓN La mayoría de los motores de inducción se diseñan como máquinas completamente simétricas y se operan con voltajes balanceados. Se puede representar a la máquina de inducción trifásica actuando como motor mediante un circuito equivalente por fase, como el mostrado en la figura 1. r1
x1
r2´
x2´
gmbm
Figura 1: Circuito equivalente por fase del motor trifásico de inducción
r 2
1 s s
Donde:
r1: resistencia de fase del estator. r2: resistencia de fase del rotor, referida al estator. X1: reactancia de dispersión de fase del estator. X2: reactancia de dispersión de fase del rotor, referida al estator. gm : conductancia del flujo principal. bm : susceptancia del flujo principal. s : deslizamiento.
Para la máquina simétrica con voltajes polifásicos balanceados cada fase de la máquina contribuye igualmente a la potencia y al torque desarrollados así como a las pérdidas internas. De esta manera, el circuito de la figura 1 puede ser utilizado para evaluar el funcionamiento en estado permanente del motor trifásico de inducción. Los elementos resistivos y reactivos del circuito equivalente de una máquina de inducción actuando como motor se determinan directamente con procedimientos prácticos de pruebas análogas a las pruebas de circuito abierto y cortocircuito aplicadas a un transformador, pero con ciertas modificaciones.
PRUEBA DE VACIO: Sirve para determinar los parámetros de la rama de magnetización del circuito equivalente. En esta prueba la máquina funciona como motor alimentada con voltaje y frecuencia nominal sin tener conectada carga alguna a su eje. En estas condiciones se realizan las siguientes mediciones: 1.- Voltaje del estator V0 (voltaje nominal por fase). 2.- Corriente primaria I0 (por fase). 3.- Potencia total de entrada P 0 (trifásica) La potencia P 0 representa a las pérdidas del motor en vacío y es la suma de : P0
2
m.I 0 .r1
Ph+f
PF+V
Pfe rot
(ec. 1)
Donde:
M: número de fases mI02r1: Pérdidas en el cobre en el arrollamiento del estator Ph+f : Pérdidas por histéresis y corrientes de Foucault debidas al flujo principal PF+V: Pérdidas por fricción y ventilación del rotor Pferot: Pérdidas en el hierro debidas a la rotación y a la abertura de las ranuras La resistencia del circuito equivalente que representa la potencia mecánica del rotor, 1 s r 2 s ,
Es muy elevada debido a que el deslizamiento en vacío es extremadamente pequeño. En estas condiciones el circuito del rotor está prácticamente abierto en vacío, entonces, el circuito equivalente de la figura 1 se transforma en:
r 1
v1
x1
E0
gmbm
Figura 2: Circuito equivalente aproximado en vacío del motor trifásico de inducción
Mediante el mismo razonamiento podemos afirmar que, puesto que la corriente en el rotor es muy pequeña debido a que
r 2
1 s s alcanza un gran valor, las pérdidas P F+V
y Pferot se pueden despreciar. En estas condiciones, la ecuación (ec. 1) se reduce a : P0
2
m.I 0 .r1
Ph+f
(ec. 2)
Es necesario, entonces, determinar el valor de las pérdidas P h+f ; esto se consigue realizando la prueba de Vacío Acoplado al motor de inducción.
PRUEBA DE VACIO ACOPLADO : Sirve para separar P h+f de las otras pérdidas. En esta prueba se impulsa al motor de inducción hasta alcanzar la velocidad sincrónica (s = 0) mediante otra máquina motriz. Una vez alcanzada la velocidad sincrónica en el motor se toman las siguientes mediciones: 1.- Voltaje del estator V0´(voltaje nominal por fase). 2.- Corriente primaria I0´(por fase). 3.- Potencia total de entrada P 0´(trifásica) En estas condiciones, la potencia P 0´ es igual a : 2
P0 m.I 0 .r1 Ph+f
(ec. 3)
Se puede determinar el valor de r 1 mediante la prueba del voltímetro amperímetro aplicada a los bobinados del estator. Siendo así, todos los términos de la ecuación ( ec. 3) para determinar P h+f son conocidos. En forma aproximada:
E0
gm
Ym
b m
V1
I 0 .x 1
Ph
f
m.E 0
2
(ecs. 4)
I0 E0 Ym
2
gm
2
3. TRABAJO PREPARATORIO 3.1Diseñe un circuito de fuerza y control para que el sistema cumpla las siguientes condiciones:
El motor arranca en cualquier sentido de giro conexión estrella y luego pasa a triangulo, a través de un dispositivo de control cambia de forma directa de sentido de giro, solo cuando este en triangulo.
El motor arranca en cualquier sentido de giro conexión estrella y luego pasa a triangulo, a través de un dispositivo de control detiene obligadamente el motor para que luego arranque en el otro sentido.
El motor arranca en cualquier sentido de giro conexión estrella y luego pasa a triangulo, a través de un dispositivo de control detiene obligadamente el motor y espera un tiempo de aseguramiento de paro, para que luego arranque en el otro sentido. El motor puede arrancar sin problema de tiempo en el mismo sentido.
LISTA DE IMPLEMENTOS ELÉCTRICOS UTILIZADOS EN EL DIAGRAMA PROPUESTO: Pulsador de marcha y paro Son elementos de accionamiento manual ya que entran en funcionamiento al momento de ser accionado por algún tipo de fuerza poniendo de esta manera en funcionamiento al circuito o en reposo.
Relé térmico Son aparatos utilizados para proteger los motores contra las sobrecargas débiles y prolongadas se puede utilizar en corrientes alternas o continua. este dispositivo de protección garantiza. ⦁
Optimizar la durabilidad de los motores, impidiendo que funcionen en
condiciones de calentamiento anómalas ⦁
La continuidad de explotación de las maquinas o las maquinas o las
estaciones e evitando paradas imprevistas ⦁
Volver a arrancar después de un disparo con la mayor rapidez y las mejores
condiciones de seguridad posibles para los equipos y las personas.
Contactos normalmente abiertos Permiten el flujo de corriente mientras son accionados, Cuando ya no se presiona sobre el vuelve a su posición de reposo.
Bobina monoestable. Realiza una función secuencial consistente en que, al recibir una excitación exterior, cambia de estado y se mantiene en el durante un periodo que viene determinado por una constante de tiempo. Transcurrido dicho periodo, la salida del monoestable vuelve a su estado original. Por tanto, tiene un estado estable (de aquí su nombre) y un estado casi estable.
Contacto temporizador Es el encargado de conexión o desconexión de un circuito durante un tiempo determinado. Elementos los cuales combinados nos permiten realizar el circuito propuesto en el programa de cade-simu.
3.2Diseñe un circuito para realizar la prueba de Vacío al motor trifásico de inducción jaula de ardilla. Incluya los dispositivos de medida adecuados.
Ilustración 1. Circuito de prueba en vacio.
Nótese que las perdidas mecánicas se consideran constantes para diferentes valores de tensión de alimentación porque una vez que el motor comienza a girar lo hace prácticamente a la misma velocidad, muy cercana a la de sincronismo, para tensiones de alimentación, con lo que las perdidas mecánicas se pueden considerar constantes.
Ilustración 2. Curva obtenida en la prueba.
3.3 Diseñe un circuito para realizar la prueba DC para determinar la resistencia del estator. Incluya los dispositivos de medida adecuados.
Ilustración 3. Circuito para realizar la medición de la resistencia estatorica.
3.4 Diseñe un circuito para realizar la prueba de rotor bloqueado. Incluya los dispositivos de medida adecuados.
Ilustración 4. Montaje de los instrumentos para la práctica.
Ilustración 5. Circuito de funcionamiento con rotor bloqueado.
4. PROCEDIMIENTO EXPERMIENTAL 4.1 Implemente el circuito diseñado en los numerales 3.1 3.2 y 3.3 para determinar los parámetros del circuito equivalente del motor de inducción jaula de ardilla a su cargo. Mantenga las condiciones de seguridad para el operador como para el equipo. 5. INFORME 5.1
Presente los datos de placa del motor objeto de pruebas.
Ilustración 6. Placa del motor utilizado en la s prácticas.
5.2
Presente en forma ordenada los datos obtenidos en la práctica. Explique, en forma clara y concisa, el funcionamiento de cada uno de los circuitos implementados en la práctica. Incluya esquemas de los circuitos implementados. DATOS OBTENIDOS
ARRANQUE ESTRELLA-DELTA (giro anti horario) Velocidad Estrella = 1346 rpm
I= 4.20 A
V= 70,50 V
Velocidad Delta = 1728 rpm
I= 10. 98 A
V= 198 V
ARRANQUE ESTRELLA-DELTA (giro horario) Velocidad Estrella = 1604 rpm
I= 1.80 A
V= 30V
Velocidad Delta = 1728 rpm
I= 3.40 A
V= 90V
CONCEPTO DE LOS CIRCUITOS ARMADOS
Motor con arranque estrella delta con inversión de giro Al pulsar una de las marchas (S1 ó S2) se activan KM1 y KM4 ó KM2 y KM4, con lo que el motor arranca en estrella a derecha o a izquierda,
cuando pulsamos el pulsador (S1) se desconecta KM4 (estrella) y se conecta KM3 (triángulo). Para cambiar el sentido de giro hemos de pasar previamente por el paro y luego pulsar la marcha contraria. Al pulsar el paro se parara todo el sistema.
Ilustración 7. Esquema de control y fuerza realizado en cade-simu.
Prueba de vacio El ensayo de vacío del motor de inducción permite determinar los parámetros RFe y Xμ de la rama paralelo del circuito equivalente del motor asíncrono. El ensayo de vacío consiste en hacer funcionar al motor, a tensión nominal, sin ninguna carga mecánica acoplada al eje, es decir, la máquina trabaja a rotor libre.
Ilustración 8. Prueba del motor en vacio.
Prueba de rotor bloqueado Esta prueba se lleva a cabo con el fin de hallar el valor de la resistencia y la reactancia de rotor referidas al estator. Se debe prestar especial cuidado
al realizar la prueba pues la temperatura del motor tiende a subir rápidamente. La prueba consiste en aplicar al motor una tensión de bajo valor y también a una baja frecuencia, que permita mantener el rotor en reposo sujetándolo externamente. En lo posible los amperímetros deben marcar la corriente nominal. Se deben tomar los datos de potencia activa de entrada al motor, corriente de línea y tensión de línea.
Ilustración 9. Prueba del rotor bloqueado.
Prueba de resistencia del estator Suponiendo que los bobinados de las tres fases del motor son idénticos, bastará con obtener el valor de la resistencia en uno de los tres bobinados. Para hacer esto, es suficiente con utilizar la función correspondiente del polímetro. Debe tenerse en cuenta que la resistencia por fase de un bobinado trifásico no es la misma que la medida entre los extremos de las bobinas. La resistencia equivalente por fase del motor es la mitad de la medida entre dos fases.
Ilustración 10. Prueba de la determinación de la resistencia estatorica.
5.3
Con los parámetros obtenidos en la práctica calcule todos los parámetros del circuito equivalente del motor susceptibles de calcularse. Claramente muestre y explique el procedimiento para realizar los cálculos.
5.4
Dibuje el circuito equivalente del motor de inducción con los parámetros calculados exprese los que faltan en forma literal.
Ilustración 11. Circuito eléctrico equivalente del motor de inducción jaula de ardilla.
6. Comentarios y Conclusiones. Se concluye que cada circuito implementado nos ayudara a realizar un
determinado trabajo de igual manera nos ayudara a obtener mediciones que nos serán de gran utilidad al momento de tener cualquier anomalía en el funcionamiento.
Un arranque estrella triangulo nos es de gran utilidad en el momento de realizar un trabajo con tensiones no tan grandes ya que la configuración nos ayudara a obtener un balance de potencia.
La reactancia total del rotor referida al estator también se puede encontrar. Puesto que la reactancia es directamente proporcional a la frecuencia, la reactancia equivalente total a la frecuencia de operación normal
Debe tenerse en cuenta que la resistencia por fase de un bobinado trifásico no es la misma que la medida entre los extremos de las bobinas. La resistencia equivalente por fase del motor es la mitad de la medida entre dos fases.
7. BIBLIOGRAFIA
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“CURSO
MODERNO
DE
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“CURSO
MODERNO
DE
MAQUINAS
ELECTRICAS ROTATIVAS. TOMO 3: MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA ASINCRONAS”. Editores Técnicos Asociados. Barcelona. 1974.
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M.
“CUR SO
MODERNO
DE
MAQUINAS
ELECTRICAS ROTATIVAS. TOMO 4: MAQUINAS SINCRONAS Y MOTORES C.A. DE COLECTOR”. Editores Técnicos Asociados. Barcelona. 1977.
8. ANEXOS
