´ ELECTROMAGNE ´ TICA. NOVIEMBRE 2017 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. LABORATORIO DE CONVERSION
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Preinforme Pr´ Practica a´ ctica 9: Motor de Inducci on o´ n Ariza, Robert. Cortes, Camilo.
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´ I. I NTRODUCCI ON Los motores de induccion, o´ n, tambi´ tambien e´ n llamados as´ as´ıncronos ıncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el que la corriente el´ electrica e´ ctrica del rotor necesaria necesaria para producir torsi´ torsion o´ n es inducida por inducci´on on electromagn´etica etica del campo magn´etico etico de la bobina del estator. Por lo tanto un motor de inducci on o´ n no requiere una conmutaci´on on mec´anica anica aparte de su misma excitaci´on on o para todo o parte de la energ´ energ´ıa ıa transferid transferidaa del esta estato torr al roto rotorr, como como en los los de DC y moto motore ress gran grande dess s´ıncr ın crono onos. s.
corrientes corrientes existentes existentes en los conductore conductoress del rotor, rotor, originan originan una fuerza fuerza electrodin´ electrodin´amica amica sobre sobre dichos dichos conduc conductor tores es del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre entre las velocid velocidade adess del rotor y el campo campo magn´ magn´etico etico se denomina deslizamiento.
I I . O BJETIVOS •
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Obten Obtener er el mode modelo lo equi equiva vale lent ntee de un moto motorr de ininducci´ duccion. o´ n. Identificaci´on o n de term termin inal ales es de una una m´aqui a quina na de ininducci´ duccion. o´ n. Comprender el m´etodo etodo de arranque de estrella a delta.
A. Marco Marco Teorico ´
motor 1) Funcio Funcionam namien iento to del Motor Motor de Inducc Inducciion: ´ El motor as´ıncrono ıncrono est´ esta´ formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trif´asicas asicas y est´an an desfasadas entre s´ı 120o en el espacio. Seg´ Segun u´ n el Teorema eorema de Ferrar Ferraris, is, cuando cuando por estas estas bobina bobinass circ circul ulaa un sist sistem emaa de corri corrien ente tess trif´ trif´asicas asicas equilibrad equilibradas, as, o cuyo cuyo desfas desfasee en el tiempo tiempo es tambi tambi´en e´ n de 120 , se induce un campo magn´etico etico giratorio giratorio que envuelv envuelvee al rotor. rotor. Este campo campo magn´ magnetico e´ tico varia variable ble va a induci inducirr una tensi´ tensionen o´ nen el rotor seg´un un la Ley de inducci´on on de Faraday. La dife difere renc ncia ia entr entree el moto motorr a indu inducc cci´ i´on o n y el moto motorr uni univers versal al es que que en el moto motorr a indu inducc cciion o´ n el deva devanad nado o del del roto rotorr no est´ est´a conect conectado ado al circui circuito to de excit excitaci´ aci´on o n del del moto motorr sino sino que que est esta´ el´ electricamen e´ ctricamente te aislado. aislado. Tiene Tiene barras barras de conduc conducci´ ci´on o n en todo todo su larg largo, o, incr incrus usta tada dass en ranu ranura rass a dist distan anci cias as unif unifor orme mess alre alrede dedo dorr de la perif perifer eria ia.. Las Las barras est´ estan a´ n conectadas con anillos en cortocircuito a cada extremidad del rotor. Est´an an soldadas a las extremidades de ˜ jaulas las barras. Este ensamblado se parece a las peque nas rotati rotativa vass para para ejerci ejercitar tar a mascot mascotas as como como h´amst a mster erss y por por eso a veces se llama ”jaula de ardillas”, y los motores de inducci´on se llaman motores de jaula de ardilla. El campo magn´etico etico giratorio, a velocidad de sincronismo, creado creado por el bobina bobinado do del estato estator, r, corta corta los conduc conductor tores es del rotor, rotor, por lo que se genera genera una fuerza fuerza electrom electromotr otriz iz de inducci inducci´on. o´ n. La accion o´ n mutua mutua del campo campo girato giratorio rio y las
Figura 1: Esquema de un motor sincr´onico. onico. 2) Partes del Motor Motor de Inducci Inducci´ on: ´ a) Estator: Estator: El estator es la parte estacionaria del motor y genera un campo magn´ magn etico e´ tico rotatorio que interact ua u´ a con el rotor. Una o m´as as bobina bobinass de cobre cobre compon componen en un polo polo dentro del estator, y siempre hay un n umero u´ mero par de polos en un motor. La corriente el´ectrica ectrica se va alternando a trav´es es de los polos, resultando en un campo magn etico e´ tico rotatorio. b) Rotor: Rotor: El rotor es el componente central del motor, y est´ esta´ unido unido al eje. eje. El rotor rotor genera generalme lmente nte est´ esta´ hech hecho o de franja franjass de cobre cobre o alumin aluminio io unidas unidas en sus extremo extremoss a un accesorio circular. Esta configuraci´on on es llamada un ”motor jaula de ardilla”, debido a su apariencia. El campo magn etico e´ tico genera generado do por el estato estatorr induce induce una corriente corriente en el rotor rotor,, la cual cual crea crea su prop propio io camp campo o magn magn´etico. e´ tico. La intera interacci cci´on o´ n de los campos magn´eticos eticos en el estato estatorr y el rotor rotor result resultaa en un torque mec´anico anico en el rotor. En algunos motores de inducci´ induccion, o´ n, las barras de cobre son reemplazadas con anillos colectores y bobinas de cobre que se comportan de la misma manera. motor est´a unido al rotor y rota con el. e´ l. c) Eje: Eje: El eje del motor El eje se extiende hasta afuera de la caja del motor, y permite la conexi´on on a un sistema exterior para transmitir la potencia rotacional. El tamano ˜ del eje es determinado dependiendo de
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la cantidad de torque que el motor proporciona para evitar la ruptura del eje. d) Rodamientos: El eje del rotor es sostenido en su lugar por rodamientos en uno de los extremos de la caja del motor. Los rodamientos minimizan la fricci´on de la conecci´on del eje a la caja, incrementando la eficiencia del motor. 3) Conocimientos Previos: Si duplicamos el numero de polos en el estator de un motor de induccio´ n, ¿se duplicara tambi´en su velocidad s´ıncrona? Cuando se aumenta el numero de polos, la velocidad 120f se reduce. N s = P
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ciencia y el factor de potencia ser´an menores que si se utilizara un motor de 10hp. 4) Ejercicios: a) : La placa de un motor de inducci o´ n de cuatro polos, 60Hz, 37.3kW, 460V, indica que su velocidad con carga nominal es 1760 r/min. Suponga que el motor trabaja con carga nominal. 1. ¿Cu´al es el deslizamiento del rotor?
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El rotor de un motor de inducci´on nuncase debe bloquear mientras se est´a aplicando voltaje completo al estator. Explique. No se debe bloquear ya que, cuando se le aplica voltaje al estator, inmediatamente se crea un campo magn´e tico rotatorio el cual a su vez crea grandes corrientes que fluyen en las barras del rotor y en lo anillos extremos dentro del campo del estator por los que se ven sometidas a una gran fuerza mec´anica que hacegirar el rotor en direcci o´ n del campo, por lo que si esta bloqueado las bobinas del mismo se pueden quemar. ¿Por qu´e el rotor de un motor de inducci´o n gira m´as lento que el campo rotatorio? Si el rotor se moviera a velocidad s´ıncrona, entonces cada conductor en el rotor se estar´ıa moviendo a la velocidad del campo. El conductor y el campo estar´ıan estacionarios y no variar´ıan entre s´ı. Esto significa que no habr´ıa voltaje inducido en los conductores del rotor. Si no hay voltaje, no hay corriente y si no hay corriente no hay torque. Sin torque, no hay nada que mantenga al rotor en movimiento, por lo que empezar´ıa a desacelerar. Cuando el rotor gire a una velocidad un poco menor, los conductores tendr´an una velocidad relativa al campo y se inducir´a un voltaje en los conductores del rotor. Qu´e le sucede a la velocidad y la corriente del motor cuando se incrementa la carga mec a´ nica en un motor de inducci´on? A medida que aumenta la carga, aumenta el deslizamiento lo cual afecta la corriente del rotor, la cual es proporcional al deslizamiento. Por lo que habr´a un incremento en la corriente del rotor, lo cual resulta en un aumento de la corriente del estator. Por otra parte, un aumento en la carga significa que el motor debe generar m´as torque para suplir la potencia adicional, si el torque se mantiene constante, esta potencia ser´a tomada de la energ´ıa cin´etica del rotor, por lo que la velocidad mec´anica disminuye. Recomendar´ıa utilizar un motor de inducci o´ n de 50hp paraimpulsar una carga de 10hp. Explique. No, la efi-
ns =
60 ∗ 60
δ =
= 1800rpm
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ns − n = 2.22% ns
2. ¿Cu´al es la frecuencia de las corrientes del rotor?
f 2 = sf 1 = 0.0222 ∗ 60 = 1.32Hz 3. ¿Cu´al es la velocidad angular del campo del estator con respecto al estator? ¿Y con respecto al rotor?
ncs/s = 1800rpm
ncs/r = 40rpm
4. ¿Cu´al es la velocidad angular del campo del rotor con respecto al rotor? ¿Y con respecto al estator?
ncr/r = 40rpm
ncr/s = 1800rpm
b) : Un motor trif a´ sico de induccio´ n trabaja a casi 900 r/min sin carga y a 873 r/min a plena carga cuando se le suministra corriente de una fuente trif a´ sica de 60 Hz. 1.¿Cu´antos polos tiene el motor?
P =
60 ∗ 60 900
=8
2.¿Cu´al es el porcentaje de deslizamiento a plena carga?
δ =
900 − 873 900
= 3%
3. ¿Cu´al es la frecuencia correspondiente de las corrientes del rotor?
f 2 = sf 1 = 0.03 ∗ 60 = 1.8Hz 4. ¿Cu´al es la velocidad correspondiente del campo del rotor con respecto al rotor? ¿Y con respecto al estator?
ncr/r = 27rpm
ncr/s = 900rpm
5. ¿Qu´e velocidad tendr´ıa el rotor cuando el deslizamiento fuera del 10% ? ¿Cu´al ser´ıa la frecuencia correspondiente de las corrientes del rotor? 900 − n 900
= 0.1
∴
n = 810rpm
f 2 = sf 1 = 0.1 ∗ 60 = 6 Hz
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R EFERENCIAS [1] J. Alvarez, Transformadores. [En l´ı nea], Disponible en : https://www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/electrotecnica y maquinas electricas/apuntes/7 transformador.pdf, 2009. [2] Instituto Colombiano de Normas T ecnicas ´ y Certificaci´on, Norma T´ ecnica Colombiana NTC471, Bogot´a, Colombia, 1999. [3] Richmond Community College, Transformer Winding Resistance Test . [En l´ınea], Disponible en : http://engineering.richmondcc.edu/Courses/ EUS%20215/Notes/Transformer%20Winding%20Resistance%20Test. pdf, 2009.
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