EXPERIENCIA # 09 RECONOCIMIENTO RECONOCIMIENTO DEL MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO Y ELABORAR EL CIRCUITO DE ARRANQUE CON CONTACTORES, APLICANDO PUERTAS LÓGICAS TIPO TTL EN EL CIRCUITO DE CONTROL
FUNDAMENTO TEÓRICO: Desarrollar la teoría que explique el funcionamiento del motor de inducción trifásico, donde el circuito de control electromecánico es reemplazado por un circuito digital básico aplicando tecnología TTL o CMOS.
Principio de funcionamiento del motor trifásico de inducción
Los motores de inducción o asincrónicos, son los más utilizados debido a su robustez, sencillez constructiva y poco mantenimiento. La utilización de los mismos, es apta para aquellos requerimientos en los cuales no se deba mantener una velocidad constante, ya que este tipo de motores, disminuye ligeramente su velocidad con el aumento de la carga en su eje. El estator de un motor trifásico de inducción está formado por un conjunto de tres bobinas, las cuales son alimentadas por un sistema trifásico de corrientes, lo cual da origen a un campo magnético giratorio de módulo constante, según se ha estudiado anteriormente. Este campo magnético gira a la velocidad que llamamos de sincronismo. Coloquemos dentro del estator una espira, montada sobre un eje, cuyo único movimiento permitido es el de rotación tal como se muestra en la figura. En esta esta situación, en la cual tenemos un campo magnético de módulo fijo girando alrededor de la espira mencionada, está concatenará un flujo magnético que varía con el tiempo, lo cual dará origen a una fuerza electromotriz inducida según la (Ley Faraday).
El sentido de la fuerza electromotriz inducida se puede obtener de acuerdo a la regla de la mano derecha:
Se coloca la palma de la mano derecha recibiendo en forma perpendicular el flujo magnético. Se coloca el pulgar en dirección contraria al sentido del movimiento del campo magnético (en este caso en sentido antihorario). de la fuerza El sentido del resto de los dedos nos indica el sentido electromotriz inducida.
Si ahora cerramos la espira por ejemplo cortocircuitándola, tal como se muestra en la figura, circulará una corriente en el mismo sentido de la fuerza electromotriz inducida, cuyo valor dependerá de dicha fem y de la impedancia que presente dicha espira.
En esta situación nos encontramos, con un conductor por el cual circula corriente y se encuentra en presencia de un campo magnético, lo cual da origen a fuerzas en los conductores, pudiendo determinar el sentido de las mismas mediante la mano izquierda. Para determinar el sentido de las fuerzas se sigue el siguiente proceso:
Se coloca la palma de la mano izquierda recibiendo en forma perpendicular el flujo magnético. Se colocan los dedos en el sentido de la corriente. El pulgar nos indica el sentido de la fuerza. En nuestro caso, en el conductor superior la fuerza es hacia la derecha, y en el inferior hacia la izquierda, como se observa en la siguiente figura.
Dado que las fuerzas se originan, únicamente, a lo largo de los conductores paralelos al eje (Corriente perpendicular al flujo magnético), y estando estos separados, se produce una cupla o par que hace mover la espira, y estando está montada sobre un eje, comienza a girar, siguiendo el movimiento del campo magnético rotante. La espira aumenta su velocidad hasta llegar a una velocidad levemente inferior a la del campo magnético, ya que de alcanzar la misma, la espira no cortaría líneas de campo magnético, con lo cual no habría flujo concatenado variable lo cual llevaría a la desaparición de las fuerzas mencionadas, tendiendo la espira a disminuir su velocidad, con lo que volvería a aparecer la cupla. La velocidad a la que gira es levemente inferior a la del campo magnético rotante, y la misma está determinada por el equilibrio entre la cupla motora analizada y las cuplas antagónicas o resistentes (debidas a la carga mecánica en el eje y los rozamientos propios).
FUERZA Y PAR ELECTROMAGNÉTICOS GENERADOS EN UN MOTOR TRIFÁSICO
De acuerdo con la Ley de Biot – Savart, cuando un conductor portador de corriente se halla inmerso en un campo magnético, aparece sobre él una fuerza:
⃑ ⃑ En la figura se puede observar que la dirección de las corrientes en los costados de la espira es siempre perpendicular a la dirección del campo magnético estatórico; esto significa que la ecuación dela fuerza (⃑ ⃑ ) puede simplificarse reemplazando el producto vectorial por un producto escalar.
Las fuerzas sobre los costados de la espira producen sobre el eje del rotor una cupla o torque:
⃑ ⃑ Y dado que el campo estatórico gira con velocidad
, se tiene que:
La velocidad del motor (velocidad mecánica) aumentará, produciéndose el arranque del motor. Sin embargo, se cumplirá que:
Porque si,
Entonces:
Es decir no existe tensión inducida en el rotor, por lo tanto Si
Entonces torque electromagnético es igual a cero
PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN:
Reconocer e identificar los terminales del motor, elaborar el esquema de conexiones de los componentes encontrados. (Indicar el tipo de motor según la información obtenida).
Medir con el instrumento adecuado el valor de la resistencia interna de cada componente, la resistencia de aislamiento del estator. Registrar los datos de placa.
1.2/0.9 HP/KW
9.3 kg
F.S = 1.06
4.0 A
2.3 A
2A
1675 rpm
IP 55
Reconocer e identificar los terminales del motor, elaborar el esquema de conexiones de las bobinas. (Indicar las características del motor según la información de su placa).
Las bobinas del motor están en conexión tipo estrella
Medir con el instrumento adecuado el valor de la resistencia interna de las bobinas entre los terminales T1-T2; T2-T3 y T3-T1. Almacenar la información recogida.
13.3
13.3
13.3
Elaborar el diagrama completo del circuito de fuerza para una tensión de alimentación de 380V. Elaborar el diagrama del circuito de control considerando una tensión de alimentación a la bobina del contactor de 220V.
CUESTIONARIO
1. Defina la función de cada componente ubicado en el motor ensayado El motor de inducción o asíncrono trifásico está conformado por: a) La carcasa. b) El estator. c) El rotor.
Carcasa La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricación depende del tipo de motor, de su diseño y su aplicación. Así pues, la carcasa puede ser:
a) b) c) d)
Totalmente cerrada Abierta A prueba de goteo A prueba de explosiones
La carcasa es la parte externa del motor que puede estar construida en acero, hierro fundido, o cualquier aleación metálica como aluminio o silicio. En la carcasa se dispone de las correspondientes patas de fijación y los anillos de elevación y de transporte.
El Estator El estator está formado por un apilamiento de chapas de acero al silicio que disponen de unas ranuras en su periferia interior en las que se sitúa un devanado trifásico distribuido. El bobinado del estator está formado por tres bobinados individuales que se superponen y están separados con un ángulo eléctrico de 120°. Cuando se conecta a la alimentación, la corriente de entrada primero magnetiza el estator. Esta corriente de magnetización genera un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo .
La masa magnética está construido con chapas de acero de bajo tenor de carbono (con tratamiento térmico) o por chapas de hierro silicio, garantizando bajas perdidas y gran permeabilidad magnética. Los materiales aislantes y los cables utilizados en el bobinado se encuentran dentro de las aislaciones clase “B” (130ºC), clase “F” (155ºC) o clase “H” (180ºC), de acuerdo a lo establecido por la norma IEC 34.1.
Bobinado Estatórico Está formado por tres fases, cada una de ellas está desfasada con respecto a la otra, en 120° eléctricos. Esto se hace para cumplir una de las condiciones para crear un campo magnético giratorio.
El tipo de bobinado más común (y el más utilizado) en la construcción de máquinas, es el IMBRICADO (que tiene el mismo paso). Las tres fases del bobinado estatórico son iguales.
El Rotor Es la parte giratoria del motor de inducción o asíncrono trifásico, está fabricado de una estructura cilíndrica magnéticamente activa, montada en un eje también construida de lámina de acero eléctrico troquelada con ranuras equidistantemente espaciadas localizadas en la periferia ext erior.
Las ranuras del rotor sirven para alojar a los conductores del “devanado del rotor” que puede ser
de dos tipos: Jaula de Ardilla o Rotor Bobinado.
Cojinetes Son puntos de apoyo de ejes y árboles para sostener su peso, guiarlos en su rotación y evitar deslizamientos. Los cojinetes van algunas veces colocados directamente en el bastidor de la pieza o máquina, pero con frecuencia van montados en soportes convenientemente dispuestos para facilitar su montaje.
Tapa delantera y trasera Son utilizados para alojar los rodamientos que permiten la sustentación y movimiento del rotor y dan la protección contra el ambiente a la maquina.
Caja de bornes Contiene la regleta donde se conecta el devanado estatorico a la red de alimentación.
Ventilador Dispositivo que absorbe el aire del ambiente y lo hace circular por las ranuras de ventilación de la carcasa.
Tapa del ventilador Protege el ventilador de cualquier impacto cuando está en movimiento ayuda a centralizar el aire absorbido y evita el contacto con operadores o personas que circulen en los alrededores del equipo.
Base La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operación del motor y puede ser de dos tipos:
Base frontal Base lateral
2. De los valores registrados de resistencia de aislamiento y resistencia interna de las bobinas haga la evaluación correspondiente y determine si son los adecuados, explique porque.
Como podemos ver al momento de realizar los cálculos con los valores medidos nos damos cuenta que los valores de las impedancias son casi iguales estos resultados son correctos debido a que estamos trabajando con motores trifásicos balanceados y por ende la impedancia de cada bobina debe ser la misma o parecida.
397
394
397
√
√
229.21
227.48
229.21
1.8
1.8
1.6
127.34
126.38
134.83
3. Siguiendo las normas del código eléctrico nacional elabore el diagrama completo del sistema trabajado.
CIRCUITO DE FUERZA
CIRCUITO DE CONTROL
4. Enumere las diferencias operativas y constructivas entre un motor trifásico que tiene sus devanados del estator con conexión estrella y otro con delta.
Diferencias operativas:
La diferencia en ambas conexiones es que para cada conexión se tendrá un valor propio de corriente y tensión dependiendo de la configuración. Así tenemos para la conexión estrella:
√
Y para la conexión delta tenemos
√
Dependiendo de nuestros requerimientos podemos utilizar cualquiera de las dos conexiones.
Diferencias constructivas:
La primera diferencia que salta a la vista es que en el caso de una conexión tipo estrella podemos tener una línea más que es el neutro en cambio en la conexión delta no tenemos esa posibilidad Para la conexión estrella se requieren menos espiras de cable que para la conexión delta que requiere más espiras de cable debido a que su tensión es mayor que la conexión estrella. Así mismo para la conexión estrella se requiere es más grueso que el de la conexión delta que será más delgado debido a que la conexión estrella la corriente es mayor.
5. Si el motor analizado operaria con un variador de frecuencias, que restricciones pondría para que se mantenga sus características operativas.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: Describa las observaciones y conclusiones en forma clara y precisa sobre el tema desarrollado en la sesión de laboratorio Indicar por lo menos 6
Debemos tener cuidado al encender el motor debido a que tiende a saltar un poco esto podría provocar que se desconecten algunos cables y provocaría un cortocircuito que dañaría nuestra máquina.
Debemos tener cuidado en el arranque del motor debido a que la corriente de arranque es muy elevada y podría dañar nuestros instrumentos.
La máquina trifásica de inducción debe operar a una velocidad un poco menor que la velocidad de sincronismo caso contrario no existiría torque electromagnético.
En este caso trabajamos con una máquina de inducción tipo jaula de ardilla esta máquina es muy utilizada en la industria debido a que esta máquina no requiere mantenimiento y esto nos beneficia en el costo de operación de la máquina.
El problema con el motor jaula de ardilla es que no podemos controlar su torque como si lo podemos hacer con una maquina con rotor bobinado.
Hemos podido comprobar que las impedancias en las bobinas son iguales esto se cumple debido a que la maquina es un motor trifásico balanceado.
Las maquinas en configuración estrella tienen diferencias constructivas y operativas debido a que trabajan a diferentes valores de corriente y tensión.
BIBLIOGRAFÍA
Enumere la bibliografía consultada para la elaboración del informe, incluyendo las páginas WEB
B.S. Gurú Máquinas eléctricas y transformadores, México: Oxford University Press, 2003. http://es.scribd.com/doc/31882601/motores-asincronos http://es.scribd.com/doc/64525347/Estructura-de-una-Maquinas-AsincronaTrifasica-o-de-Induccion http://es.scribd.com/doc/65136108/Principio-de-Funcionamiento-de-lasMaquinas-Asincronas-o-de-Induccion-Trifasicas http://www.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/Apuntes_EyM/Capitulo_8 _Motores_de_Induccion.pdf http://www.slideshare.net/chesterlb/trabajo-de-titulacion http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=2&id_sec=7