LABORATORIO N°04 MOTORES MONOFÁSICOS”
“
CARRERA
: TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
CICLO
:V
SECCIÓN
: “I”
DOCENTE
: ING. FIESTAS ELIAS ALFONSO
CURSO
: LAB. MÁQUINAS ELÉCTRICAS II
ALUMNO (S)
:
-
AGUILAR TUESTA ,ROBERTO
-
ALVARADO MARQUINA , TONY
-
ANTICONA CARBAJAL , WILSON
FECHA DE REALIZACIÓN : 02/06/2017
FECHA DE ENTREGA : 20/06/2017
2017-I
INTRODUCCION Existen muchas instalaciones, tanto industriales como residenciales a las que la compañía eléctrica sólo suministra un servicio de ca monofásico. Además, en todo lugar casi siempre hay necesidad de motores pequeños que trabajen con suministro monofásico para impulsar diversos artefactos electrodomésticos tales como máquinas de coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire, etc. La mayoría de los motores monofásicos son “motores pequeños” de “caballaje fraccionario” (menos de 1 hp). Sin embargo, algunos alg unos se fabrican en tamaños normales de caballaje integral: 1.5,2, 3, 5, 7.5 y 10 hp tanto para 115 V como para 230 V en servicio monofásico y aun para servicio de 440 V entre los límites de 7.5 a 10 hp. Los tamaños especiales de caballaje integral van desde varios cientos hasta algunos miles de hp en servicio de locomotoras, con motores de serie monofásicos de CA.
MOTORES MONOFASICOS I.
Objetivos Objetivos Generales
Demostrar las principales característica de funcionamiento de un motor de inducción monofásico.
Objetivos Específicos
Implementar los circuitos. Arrancar el motor monofásico con cargas capacitivas. Identificar los fasores que presenta en cada línea en un arranque.
II.MARCO TEÓRICO Los motores monofásicos tienen un gran desarrollo debido a su gran aplicación en electrodomésticos, campo muy amplio en su gama de utilización, al que se suma la motorización, la industria en general y pequeñas máquinas herramienta.
Aspectos constructivos Fundamentalmente los motores monofásicos de inducción cuentan con un estator construido de material ferromagnético (por ejemplo, chapas de hierro al silicio) sobre el que se colocan las bobinas principales, tantas como polos tenga el motor. En la figura se puede ver, además, un rotor de características similares al estator, rodeado de barras conductoras cortocircuitadas en los extremos por anillos formando una “jaula de ardilla” típica de los motores de inducción. Los motores monofásicos de inducción si bien no tienen representación a nivel industrial, si que la tienen a nivel doméstico y en el sector servicios. Casi todos los frigoríficos y expositores de frío comerciales de los supermercados están accionados por compresores cuyos motores son monofásicos; lo mismo que las lavadoras domésticas; portones de garajes, etc. Podemos considerarlos los hermanos pequeños del trifásico puesto que comparten con ellos la sencillez del conexionado y el principio de funcionamiento; sin embargo no se pueden comparar en rendimiento energético ni en potencia. Veremos en este tema los:
Motores de fase partida. Motores de fase partida de arranque por condensador. Motores con condensador de trabajo. Motores de dos condensadores. Motores de espira de sombra
Motor de fase partida El motor de fase partida es uno de los tipos de motores monofásicos más antiguos construidos para fines comerciales. Un motor de fase partida es un motor de inducción monofásico que tiene un devanado principal y otro devanado auxiliar (de arranque), estando los dos devanados desplazados lo más posible a 90 grados eléctricos. El devanado de arranque tiene una relación de R a X más alta que la del devanado principal, para obtener el efecto de fase partida, separándolo del circuito un interruptor centrífugo que desconectará el devanado de arranque después que el motor haya alcanzado una determinada velocidad. Este motor está construido en jaula de ardilla.
Motores con arranque por condensador Estos motores son utilizados para todas aquellas aplicaciones y usos generales propios de un servicio duro en que se requieren pares de arranque y de funcionamiento importantes. Existen tres variedades de motor con condensador, cada una de las cuales con su conjunto particular de características: Motor con arranque por condensador. Un motor con arranque por condensador es un motor en el que se hace uso del devanado de arranque y del condensador solamente durante el arranque. Motor de condensador permanente. Un motor con condensador permanente hace uso del devanado de arranque y del condensador continuamente, sin cambio alguno en la capacidad. Motor con condensador doble. Un motor con condensador doble es un motor que hace uso de un valor de capacidad para el arranque y de otro diferente valor para las condiciones de trabajo; este motor utiliza dos valores diferentes de capacidad.
Motor con condensador doble. El motor con condensador doble es un tipo de motor con condensador que arranca con cierto valor de capacidad en serie con el devanado de arranque, y que funciona con otra capacidad de diferente valor una vez arrancado. Este cambio de valor de capacidad es automático. El motor con condensador doble tiene elevados pares de arranque y de trabajo. La disposición de los devanados y del interruptor en este motor es idéntica a la usada en un motor con arranque por condensador. La diferencia entre estos dos motores consiste en que el motor con condensador doble tiene un condensador de trabajo constantemente montado en serie con el devanado de arranque; estando el condensado de arranque en paralelo con el de trabajo. El condensador de trabajo habitualmente es del tipo de papel en aceite, previsto para una tensión en corriente alterna de 370 voltios en servicio continuo. La adición de este condensador tiene por efecto: 1. Aumentar el par máximo de 5 a 30 por ciento; 2. Mejorar el rendimiento y el factor de potencia a plena carga; 3. Reducir el ruido en el funcionamiento a plena carga; 4. Aumentar el par de arranque de 5 a 20 por ciento.
Motor con condensador doble. El motor con condensador doble es un tipo de motor con condensador que arranca con cierto valor de capacidad en serie con el devanado de arranque, y que funciona con otra capacidad de diferente valor una vez arrancado. Este cambio de valor de capacidad es automático. El motor con condensador doble tiene elevados pares de arranque y de trabajo. La disposición de los devanados y del interruptor en este motor es idéntica a la usada en un motor con arranque por condensador. La diferencia entre estos dos motores consiste en que el motor con condensador doble tiene un condensador de trabajo constantemente montado en serie con el devanado de arranque; estando el condensado de arranque en paralelo con el de trabajo. El condensador de trabajo habitualmente es del tipo de papel en aceite, previsto para una tensión en corriente alterna de 370 voltios en servicio continuo. La adición de este condensador tiene por efecto: 1. Aumentar el par máximo de 5 a 30 por ciento; 2. Mejorar el rendimiento y el factor de potencia a plena carga; 3. Reducir el ruido en el funcionamiento a plena carga; 4. Aumentar el par de arranque de 5 a 20 por ciento.
Motor con condensador permanente. El efecto del condensador de trabajo es mejorar el rendimiento. El condensador permanente aumenta el par máximo, el rendimiento y el factor de potencia, a la vez que reduce el ruido. Son generalmente empleados para aplicaciones especiales tales como ventiladores y sopladores montados directamente sobre el árbol y servomotores. Tienen la importante ventaja de no requerir interruptor de arranque. En términos generales, no son convenientes para aplicaciones accionadas mediante correas o cualquier otra aplicación de servicio continuo que requieran un par de arranque importante. Al trabajar de forma continua como motor de arranque por capacitor no necesita interruptor centrífugo.
PARTES DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN MONOFÁSICO Las partes básicas de un motor de inducción monofásico son el estator y el rotor. Estas dos partes están separadas por un espacio de aire llamado entrehierro.
Estator
Constituye la parte mecánicamente fija del motor. En él se encuentra el sistema inductor. Está formado por el devanado principal (inductor), el núcleo magnético, la carcasa, el aislamiento y la caja de conexiones. Devanado principal (inductor): al tratarse de un motor de inducción monofásico está formado por dos devanados de cobre, uno para el devanado principal y el otro para el devanado de arranque. Su
distribución en el núcleo magnético depende del número de ranuras del estator y del número de polos. El número de espiras de cada bobina es fijado según las características de la máquina, a su vez para diseñar el devanado se tiene en cuenta el número de conductores y su sección. Todos los conductores son recubiertos por una capa de aislante para evitar el contacto eléctrico entre hilos. Por motivos de construcción la división entre el área ocupada por los conductores y el área de la ranura no puede superar el 0,4. A diferencia de un motor trifásico, en un motor monofásico el devanado principal, al ser conectado, no crea un campo magnético giratorio sino uno pulsante, es por eso que se necesita el devanado de arranque. Núcleo magnético: consiste en un número de chapas magnéticas apiladas. Estas chapas tienen forma de corona y con ranuras para poder introducirles el devanado necesario. Para la selección de una chapa es necesario tener en cuenta el diámetro interior y exterior, la forma, la medida de las ranuras y la profundidad del empilado
Carcasa: es una estructura, normalmente de aluminio, la cual aísla y sostiene el motor y tiene un papel muy importante para ayudar a la disipación de calor del mismo. Normalmente suelen ser con aletas par así ampliar la superficie de ventilación y mejorar la disipación de calor del motor.
Aislamiento: es necesario para evitar el contacto eléctrico entre el
Rotor
núcleo magnético y los conductores. Caja de conexiones: parte del motor donde se encuentran los bornes de los devanados del estator para ser conectados a la línea, en el caso de los motores monofásicos se conectan directamente a la línea de 230V.
Parte móvil del motor, normalmente es la parte interior del motor todo y que puede ser la exterior, que es inducida por el sistema inductor. Está formado por el núcleo magnético, barras conductoras, anillo i eje. También si fuera necesario se añadiría un ventilador acoplado al eje para ayudar a disipar el calor del motor proveniente de las pérdidas.
a) Núcleo magnético: está compuesto, como el estator, por un conjunto de chapas magnéticas con ranuras. En estas ranuras se les inyecta generalmente aluminio, pero también algunos de sus derivados como podría ser el Silumin (87% Al + 13% Si). Su diámetro es un poco más pequeño que el diámetro interior del estator (dependerá del ancho del entrehierro). b) Barras conductoras: estas barras van inyectadas en las ranuras del rotor, usualmente de aluminio, algún derivado o de algún otro material conductor, cuyas barras serán inducidas por el campo inductor que forma el devanado principal del estator. c) Anillo: encargado de conectar todas las barras conductoras del rotor por un mismo extremo, poniendo de esta manera en cortocircuito todas las barras. d) Eje: usualmente de acero inoxidable, gira con el rotor y lo sostiene mediante cojinetes fijados a la carcasa. En algunos casos también se puede encontrar fijado el ventilador del motor. e) Ventilador: se añade un ventilador al eje si es necesario para la evacuación de calor de la máquina generada por las pérdidas.
MOTOR ASINCRONO MONOFASICO CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
1. Carcasa. Fijación del motor a patas. Motor cerrado de protección. Carcasa de aletas para la refrigeración. 2. Estator. Ajustado a la carcasa en caliente. 3. Bobinado estatórico. 4. Rotor. De aleación de aluminio colado bajo presión. Equilibrado dinámico. 5. Bobinado rotórico. 6. Colector. 7. Ventilación forzada.
Ventajas del motor de inducción monofásico y sus aplicaciones Su principal ventaja es la de ser un motor pequeño y poderse alimentar directamente a 230V. El hecho que puedan alimentarse a 230V es muy importante ya que hay muchas instalaciones, tanto industriales como residenciales a las que la compañía eléctrica solo suministra un servicio de CA monofásico. Aplicaciones: a) Motores para herramientas (taladros, pulidoras, etc.). b) Aparatos domésticos (lavadoras, lavavajillas, ventiladores, etc.). c) Maquinaria agrícola (donde no llega suministro trif ásico). d) Aires acondicionados. e) Bombas de agua. f) Locomotoras eléctricas.
Resumen del proceso En la primera parte del ejercicio, usted montara el equipo en el Puesto de trabajo y lo conectara como lo muestra la Figura 4.26.
En la segunda parte, empleara el Analizador de Fasores para observar el funcionamiento monofásico y bifásico de un motor de induccion jaula de ardilla trifásica. En la tercera parte del ejercicio, observará el funcionamiento de un motor de inducción monofásico, empleando el motor con arranque por condensador y el Analizador de Fasores.
II.
Cantidad 01 01 01 15
III.
Equipos y materiales
Descripción
Marca
Observación
Fuente de alimentación
Lab-Volt
Perfectas condiciones
Lab-Volt
Perfectas condiciones
-
Contaba con internet.
-
Algunas estabas defectuosas
otor de inducción jaula de aridilla monofásica de 4 polos Computadora Cables banana
Procedimiento
MONTAJE DEL EQUIPO
1.
2.
3.
Dentro del Puesto de trabajo EMS, instale los siguientes módulos: la Fuente de alimentación, el motor de inducción jaula de ardilla de cuatro polos, el Motor con arranque por condensador, la Carga capacitiva y la Interfaz para la adquisición de datos (DAI) En la Fuente de alimentación, asegúrese de que el interruptor principal esté en la posición O (apagada) y que la perilla de control de voltajes se encuentre girada completamente hacia la izquierda. Asegúrese de que la Fuente de alimentación esté conectada a una fuente trifásica. Asegúrese de que el cable chato de la computadora esté conectado al módulo DAI Conecte las entradas de ALIMENTACIPON BAJA POTENCIA de los nódulos DAI y Motor de impulsión/Dinamómetro a la salida 24V – CA de la fuente de alimentación.
4.
En la fuente de alimentación, coloque el interruptor 24V - CA en la posición I (encendido). Inicie la aplicación Aparatos de medición.
5.
En la aplicación Aparatos de Medición, abra el archivo de configuración existente ACMOTOR.DAI y luego seleccione ver especial 1. Conecte el equipamiento como lo muestra la figura 4-26.
FUNCIONAMIENTO MONOFÁSICO Y BIFÁSICO DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA TRIFÁSICO. 6. Encienda la fuente de alimentación y ajuste la perilla de control de voltaje para que el voltaje aplicado a cada arrollamiento del motor (indicado por el medidor E1) sea igual al voltaje nominal de esos arrollamientos. Nota: Los valores nominales de voltaje y corriente de los arrollamientos del Motor de inducción jaula de ardilla de cuatro polos están indicados en el panel frontal del módulo. ¿Encuentra usted que el motor de inducción jaula de ardilla arranca inmediatamente y que gira normalmente? Si
7. Inicie la aplicación Analizador de Fasores y elija el fasor de voltaje E1 como fasor de referencia. Luego seleccione las sensibilidad apropiadas para observar el fasor del voltaje E1 y los fasores de corriente I1, I2 e I3. Estos fasores representan el voltaje de línea a neutro de la fuente c.a y las corrientes de línea en el motor de inducción jaula de ardilla trifásico. Los fasores I1, I2 e I3, ¿Tiene igual magnitud y están separados por un ángulo de fase de 120°, mostrando de esta manera que ellos crean un campo magnético giratorio normal?
Sí, porque están desfasados 120° de manera fasorial. 8. Apague la fuente de alimentación. Abra el circuito en el punto A de la figura 4-26. Asegúrese de que la entrada VOLTAJE E1 del módulo DAI permanezca conectada a la f uente C.A.
9. Encienda la fuente de alimentación ¿Encuentra usted que el motor de inducción jaula de ardilla arranca inmediatamente y que gira normalmente?
Si
En la aplicación analizada de fasores, observe los fasores de corriente I2 e I3. ¿Hay un desfasaje entre ambos fasores para crear un campo magnético giratorio?
Sí
10. Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda. Abra el circuito en el punto B de la Figura 4-26. 11. Encienda la Fuente de alimentación, coloque la perilla de control de voltaje en alrededor del 50% y espere aproximadamente 5 segundos. Luego, Apague la Fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda. ¿Encuentre usted que el motor de inducción jaula de ardilla arranca inmediatamente y que gira normalmente?
No gira ya que no hay campo magnético que haga girar al rotor del mor jaula de ardilla con un fas e de 180° de la cor ri ente I3 con res pecto al voltaje E1.
12. Utiliza el modulo Carga capacitiva para concretar un condensador en el circuito del motor, como lo muestra la f igura 4-27. Ajuste la capacitancia de dicho condensador con el valor indicado en la misma figura.
13. Encienda la Fuente de alimentación y gire ligeramente la perilla de control de voltaje hasta 100%. Mientras aumenta el voltaje, observe los fasores I2 e I3 en la Aplicación de Fasores. ¿Encuentra usted que le motor de inducción jaula de ardilla comienza a girar? Explique Esto sucede ya que los condensadores ayudar a rectificar y compensar la onda para así producir suficiente campo para que empiece a girar.
120V - 15.4
220 – 5.1
240 – 4.6
14. En el módulo de carga capacitiva, abra los interruptores para desconectar el condensador del circuito del motor y corte la corriente de uno de los dos arrollamientos del motor de inducción jaula de ardilla. ¿Encuentra Usted que el motor continúa girando, lo que demuestra que una vez que arrancó puede seguir funcionando con una alimentación monofásica?
Continua girando pero disminuyendo su velocidad considerablemente, giro gracias a que fue inducido por un campo magnético. Por la carga acumulada de la capacitiva.
Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda.
Funcionamiento de un motor de inducción monofásico (Del tipo con arranque por condensador) 15. Quite todos los conductores, con excepción del cable de alimentación 24V ca. Luego monte el circuito del motor con arranque por condensador de la figura 4-28.
16. Encienda la fuente de alimentación y coloque la perilla de control de voltaje alrededor del 10% En la aplicación Analizador de Fasores, seleccione las sensibilidades apropiadas para observar los fasores de voltaje E1 y corriente I2. Note que el fasor I1 (corriente del arrollamiento principal) atrasa el fasor E1 (voltaje de la fuente). En la fuente de alimentación, ajuste de control de voltaje en la posición 50%. ¿Encuentra usted que el motor con arranque por condensador comienza a girar?
No arranca, no tiene suficiente campo magnético venza la inercia.
17. Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda. Conecte el devanado auxiliar del módulo Motor con arranque por condensador, como lo muestra la figura 4-29
18. Encienda la fuente de alimentación y gire lentamente la perilla de control se voltaje hasta alrededor de 10%.
En la aplicación Analizador de Fasores, observe I1 e I2. El desmontaje del fasor I2 (corriente en el devanado auxiliar) con respeto al fasor E1. ¿Es menor que el desmontaje del fasor I1 (corriente del desarrollo principal) con respecto al mismo fasor E2 confirmando de esta manera que la impedancia del devanado auxiliar es más resistiva y menos inductiva cuando el menor esta arrancado?
Corriente I2 es más inductivo y el I3 ES MAS CAPACITIVO porque dependiendo de que si se aleja o acerca al Ei.
En la fuente de alimentación, ajuste la perilla de control de voltaje en la posición 50%
sí, porque en una bobina ideal no existe pérdidas, es por eso que en lo real hay pérdidas y es por esa razón que es menor de 90°
¿Encuentra usted que el motor con arranque por condensador comienza a girar?
SI gira
19. Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda. Modifique el circuito del motor conectado el condensador del módulo.Motor con arranque por condensador en serie con el devanado auxiliar, como la ilustración de la figura 4-30
20. Encierre la fuente de alimentación y gire lentamente la perilla de control de voltaje asta alrededor de 10%.
En la aplicación analizador de fasores, observe los fasores de corriente I1 e I2. La conexión de un condensador en serie con el devanado auxiliar. ¿Crea un desmontaje de aproximadamente 90° entre los fasores de corriente I1 e I2?
No, su ángulo de desfasaje oscila entre los 10 y 15°.
En la fuente de alimentación, gire lentamente la perilla de control de voltaje hasta la posición 50%.
¿Encuentra usted que el motor con arranque por condensador comienza a girar?
Si gracia a la que almacena carga capacitiva.
Deje de funcionar el motor durante unos minutos mientras observa los fasores de corriente I1 e I2 en la aplicación analizador de factores. Describa que suceda
Corrientes fasorialmente están en constante variación es por dos fases, pero no varían mucho.
21. Apague la fuente de alimentación y gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda. En el módulo motor con arranque por condensador. Reponga el disyuntor que se desgancho. Modifique el circuito del motor conectado el interruptor centrífugo del módulo del motor con arranque por condensador en Seri con el devanado auxiliar y con l condensador. Como la ilustra la figura 4-31.
22. Encienda la fuente de alimentación y gire lentamente la perilla de control de voltaje hasta 100%.mientras aumenta el voltaje, observe los fasores I1 e I2 en la aplicación analizador de fasores
¿Encuentra usted que el motor con arranque por condensador comienza a girar?
Si
Explique brevemente por que el fasor I2 (corriente del devanador auxiliar) desaparece poco después que el motor comenzó a girar.
El interruptor centrífugo se desconecta al encontrar una velocidad determinada que hace que la intensidad 2 desaparezca de la interfaz
23. Gire la perilla de control de voltaje completamente hacia la izquierda y apague la fuente de alimentación. Coloque el interruptor 24V-CA de la fuente en la posición o (apagado) y desconecte todos los cable. PREGUNTAS DE REVISIÓN 1. Cuando un motor de inducción jaula de ardilla trifásica está conectado a solo dos fases, dicho motor: a. Funciona casi normalmente. b. Rota en sentido opuesto. c. No arranca o arranca rotando de modo anormal. d. Afecta la cantidad de potencia reactiva que suministra. 2. Cuando un motor de inducción jaula de ardilla trifásico está conectado a solo una fase, dicho motor. a. Funciona casi normalmente. b. Rota en sentido opuesto. c. No arranca. d. Afecta la cantidad de potencia reactiva que suministra. 3. A un motor de inducción monofásico se le adiciona un devanado auxiliar y un condensador para ayudarlo: a. A arrancar. b. A aumentar el par de arranque. c. A producir un desfasaje entre las corrientes de los arrollamientos. d. Todas las anteriores. 4. Los motores de inducción monofásicos del tipo con arranque por condensador utilizan un interruptor centrifugo para: a. Adicionar un devanado auxiliar y un condensador al circuito del motor. b. Quitar un devanado auxiliar y un condensador del circuito del motor. c. Adicionar resistencia solo en el circuito de arranque. d. Quitar resistencia solo del circuito 5. El devanado auxiliar tiene pocas espiras y alambre fino. Por lo tanto tiene a. Baja resistencia y alta inductancia. b. Baja resistencia y baja inductancia. c. Alta resistencia y alta inductancia. d. Alta resistencia y baja inductancia.
IV.
Conclusiones
Al aplicar una carga capacitiva el motor sigue girando manteniendo una velocidad constante gracias a que esta almacena energía para después ser utilizada por el motor. En un motor de inducción están desfasados sus corrientes a 80° a comparación de un motor trifásico que están separados a 120°, porque se encuentran elementos inductivos y reactivos que afectan a los fasores.
