El Motor de Inducción de Rotor Devanado.
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EXPERIMENTO DE LABORATORIO N. 50 MOTOR DE INDUCCION DE ROTOR DEVANADO PARTE II. Darwin Felipe Parra Pardo e-mail:
[email protected]
Javier Alejandro Valencia Estrada e-mail:
[email protected] Facultad de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones Programa: Ingeniería en Automática Industrial – Universidad del Cauca
El motor asincrónico tiene dos partes principales: estator y rotor. El estator es la parte fija de la máquina en cuyo interior hay ranuras donde se coloca el devanado trifásico que se alimenta con corriente alterna trifásica. La parte giratoria de la máquina se llama rotor y en sus ranuras también se coloca un devanado. El estator y el rotor se arman de chapas estampadas de acero electrotécnico. En esta práctica vamos a analizar y estudiar el comportamiento de un motor trifásico, al igual que identificar sus principales partes y componentes, además analizaremos la relación entre la velocidad, el sentido de giro y el voltaje de salida del rotor, para lograr esto se recopilo diversa información de las experiencias en la práctica, la cual será debidamente tabulada, analizada y explicada a través de fórmulas y gráficos facilitando así su comparación con los valores teóricos estudiados en clase.
RESUMEN: Si se introduce una resistencia en el circuito del rotor de un motor de inducción, el deslizamiento aumentará para un valor dado del par. El par es proporcional al flujo, a la corriente en el inducido y al coseno del ángulo θ De desfasamiento entre el flujo y la corriente. El flujo del motor de inducción es prácticamente constante porque lo es la f.c.e.m. Si se agrega una resistencia al circuito del rotor, la impedancia del rotor aumenta. (Para los valores del deslizamiento correspondientes a los valores normales del par, la reactancia del inducido es pequeña comparada con su resistencia y, por consiguiente, la impedancia del inducido es casi sólo resistencia.) Si el deslizamiento es constante, la f.e.m. inducida en el rotor es invariable. La corriente en el inducido, que es igual a esta f.e.m. dividida por la impedancia del rotor, decrece. Como Cosθ Cosθ no crece tan rápidamente como decrece la corriente del inducido, el par debe disminuir. Para hacer que el par vuelva a adquirir su valor primitivo debe aumentarse la intensidad de la corriente en el inducido. Para aumentar esta corriente debe aumentarse la f.e.m. en el inducido. Como el flujo es constante, el aumento de f.e.m. inducida sólo se puede obtener aum entando la velocidad con que los conductores del rotor cortan el flujo. Para un valor dado del par, por lo tanto, el deslizamiento debe aumentar cuando se intercala una resistencia en el circuito del rotor.
2. OBJETIVOS
Determinar las características de arranque del motor de inducción con rotor de devanado. Observar las corrientes del rotor y el estator a diferentes velocidades del motor.
3. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS.
1. INTRODUCCIÓN
Se llama máquina de inducción o asincrónica a una máquina de corriente alterna, en la cual la velocidad de rotación del rotor es menor que la del campo magnético del estator y depende de la carga. La máquina asincrónica tiene la propiedad de ser reversible, es decir, puede funcionar como motor y como generador.
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Módulo de Motor de inducción con rotor devanado EMS 8341 Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V,3ǿ) EMS 8821 Módulo de electrodinamómetro EMS 8911
El Motor de Inducción de Rotor Devanado.
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Módulo de medición de c.a (250V) EMS 8426
Módulo de medición de c.a (2.5/2.5/2.5/8/25A) EMS 8425 Cables de conexión EMS 8941
Banda EMS 8942
3.1 FOTOGRAFIAS MODULOS.
DE
LOS
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. haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj con ello se proporcionó la máxima carga en el arranque.
4. DIAGRAMA CIRCUITAL 1
4. Se conectó el circuito a la fuente de alimentación y se ajustó a un voltaje de E1= 100V. Con ello el motor giro con lentitud.
4.1 DIAGRAMA DE CONEXIÓN
5. Al haber realizado los anteriores puntos se tomaron las mediciones cuyos datos son mostrados a continuación. I1 A 2.8
I2 A 2.9
I3 A 2.7
Par (lbf.plg) 4
Son aproximadamente iguales las corrientes del rotor: SÍ 4. Bajamos gradualmente la carga del motor haciendo girar con lentitud la perilla de control del dinamómetro. Conforme se reduce la carga, aumentara la velocidad del motor.
5. PROCEDIMIENTO 1. Se realizó la conexión del circuito mostrado en la figura 50.1, se pudo observar que los tres devanados del estator están conectados a la salida trifásica variable de la fuente de alimentación cuyas terminales son 4,5 y 6.
¿Continúan siendo aproximadamente iguales las tres corrientes del rotor? Si, siguen teniendo valores iguales. ¿Disminuyen las tres corrientes del rotor, conforme aumenta la velocidad del motor?
2. Se acoplo el electrodinamómetro al motor por medio de la banda.
Si, la corriente baja conforme gira más rápido el motor.
3. Se ajustó la perilla de control del dinamómetro a su posición extrema 3
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. Se tomaron las siguientes corrientes teniendo un par de 1 lbf. Plg. I1 A 0.05
I2 A 0.05
Lbf.plg = (100 000 * ¼)/(1500*1.59) 10.482 lbf.plg
I3 A 0.05
2. Calcular la relación del par de arranque a plena carga. R= 22/4 R= 5.5 3. Suponiendo que la corriente del estator a plena carga es 1.2 ampers por fase, calcular la relación de la corriente de arranque a la corriente de operación a plena carga. I1/1.2A = 2.25 4. Si el voltaje del estator de un motor con rotor devanado se reduce aproximadamente en un 50% del valor nominal. a) ¿En qué proporción se reducirá la corriente de arranque?
Se realizó la conexión del circuito de la figura 50.2. Tomando en cuenta que ahora los devanados del estator se conectaron a la salida trifásica fija de la fuente. Y le aplicamos la máxima carga al dinamómetro.
5/2.7 ----- 100/X X = (2.7*100)/50 R = 100%-54% = 46%
Se ajustó la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj para así proporcionarle una máxima carga en el arranque del motor. Se conectó el circuito a la fuente de alimentación y se ajustó a un voltaje. Al haber realizado los anteriores puntos se tomaron las mediciones cuyos datos son mostrados a continuación: I1 A 2.7
I2 A 5
E1 213
b) ¿En qué proporción se reducirá la potencia aparente? P1= 2.8A * 100V = 280 P2= 5A * 213V = 1065 X= 26.29% R = 100% - 26.29% 73.71%
Par (lbf.plg) 22
c) ¿En qué proporción se reducirá el par de arranque?
Calcule la potencia Aparente.
X = (4*100)/22 X = 18.18 R = 100-18.18 R = 81.8
S=V.I S = 213*2.7 S=575.1VA 6. PRUEBA DE CONOCIMIENTO.
7. MOTOR DE INDUCCION DE ROTOR
1. Suponiendo que la velocidad del motor a plena carga (1/4 hp), es 1500 r/min, calcular el valor del par a plena carga utilizando la fórmula:
DEVANADO.
El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que 4
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. se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en corto circuito. A estos motores se les conoce con los nombres de motores trifásicos de rotor bobinado de colector de anillos.
El rotor devanado se compone de un núcleo con tres devanados en lugar de las barras conductoras del rotor jaula de ardilla. En este caso, las corrientes se inducen en los devanados en la misma forma que lo harían las barras en corto circuito. Sin embargo, la ventaja de usar devanados consiste en que las terminales se pueden sacar a través de anillos colectores, de modo que al conectar una resistencia, la corriente que pasa por los devanados, se puede controlar en forma eficaz.
Los motores de rotor bobinado tienen el mismo estator que los de jaula de ardilla, pero el rotor lleva un devanado trifásico también, de cobre o aluminio, contado en estrella por uno de los extremos, y los otros van unidos a un anillo cada uno, montados sobre una base aislante, dando lugar a un colector de anillos (en vez de delgas).Sobre los anillos apoyan las escobillas para sacar estos terminales al exterior y llevarlos a la placa de bornes o placa de conexión. Las letras normalizadas para estos extremos son u, v, w, pero siempre con minúsculas para no confundirlas con las del estator.
El campo giratorio del estator induce un voltaje alterno en cada devanado del rotor. Cuando el rotor esta estacionario, la frecuencia del voltaje inducido en el rotor es igual al de la fuente de alimentación. Si el rotor gira en el mismo sentido que el campo giratorio del estator, disminuye la velocidad a la que el flujo magnético corta el devanador del rotor. El voltaje inducido y sus frecuencias bajaran también. Cuando el rotor gira a la misma velocidad y en el mismo sentido que el campo giratorio del estator, el voltaje inducido y la frecuencia caen a cero. (el rotor está ahora en velocidad síncrona). Por el contrario, si el rotor es llevado a la velocidad síncrona pero en sentido opuesto al del campo giratorio del estator, el voltaje inducido y sus frecuencia serán el doble de los valores que se tienen cuando el rotor está parado Si los devanados del rotor están en corto circuito, el voltaje inducido producirá grandes corrientes en los devanados. Para suministrar esta corriente en el rotor, la corriente del estator debe aumentar por encima del nivel ordinario de la corriente de excitación. La potencia en los devanados del rotor debe ser suministrada por los devanados del estator. Por lo tanto deba suceder lo si guiente:
El motor de rotor bobinado tiene la gran ventaja de que, mediante un reóstato exterior (R), se puede regular la resistencia del inducido, y así hacer arranques escalonados, donde R2 sea igual a d X2 en cada momento, para obtener pares máximos. Tienen frente a los de jaula de ardilla los inconvenientes de ser más caros, y de ser mayor el mantenimiento y número de posibles a verías. Motores de rotor bobinado: el devanado retórico es exactamente igual y tiene el mismo número de fases que el devanado del estator. Posee unos anillos en su eje que permiten la conexión del rotor a un circuito exterior. Son más caros que los motores de jaula de ardilla.
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Cuando el motor está parado o a baja velocidad las corrientes de rotor, las del estator y el par serán elevadas
El Motor de Inducción de Rotor Devanado.
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igual a la del campo magnético del estator. Cuanto mayor sea la fuerza del motor mayor será la diferencia de frecuencias
A la velocidad síncrona, la corriente del rotor y el par serán cero y el estator solo llevara la corriente de excitación A cualquier velocidad del motor las corrientes y el par desarrollado tomaran valores entre ambos extremos
Una característica del motor de rotor devanado, es su capacidad para operar a velocidades variables. Si se hace variar la resistencia del reóstato, se puede variar el desplazamiento y por lo tanto, la velocidad del motor. En estos casos, la operación del motor a una velocidad menor que la plena significa que este funciona a una eficiencia y potencias reducidas, además el motor se hace más susceptible a variaciones en velocidad cuando la carga varia, debido a la alta resistencia del rotor
De acuerdo a la guía aplicamos los conceptos de corriente de excitación, velocidad síncrona y deslizamiento en relación con un motor trifásico de inducción.
Se puede suponer que motor del laboratorio es una motor asíncrono ya que la velocidad sincrónica es mayor a la velocidad de giro del rotor pero debido al tipo de conexión que se realizó la velocidad síncrona y la velocidad del rotor son iguales, suponiéndose así que es un motor síncrono, aunque esto se puede considerar un caso especial de este práctica.
9.
Se observo la influencia de la corriente en los devanados en el rotor y en el estator al momento del arranque del motor y dependiendo las condiciones en la que se encuentre el motor es el par que tendrá
REFERENCIAS
[1] Hector Garcia Melchor. , ”Und.5 Motores” , Instituto Tecnológico de la Costa Grande. Doc. PDF, 2005. [2] Bhag S. Guru, Huseyin R. Hiziroglu, “ Máquinas Eléctricas y Transformadores” , 3nd ed . pp 213- 228. 2003.
8.
[3] Stephem J. Chapman, ”Máquinas Eléctricas” , 3nd. ed., pp. 65-81, 2000.
CONCLUSIONES.
[4] Jesus Fraile Mora. , ”Maquinas Eléctricas” , 5nd. ed., pp. 159, 2003.
Los motores de corriente de alterna y de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si por un conductor hay un corriente eléctrica que se encuentra dentro de la acción de un campo magnético este tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético lo cual explica el movimiento circular que realiza el rotor del motor Los motores de inducción tienen una frecuencia de giro del rotor que no es 6