Máquinas Asíincronas Jaula Ardilla Acabado

UNI-FIM

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO JAULA DE ARDILLA

CURSO : ML253 Laboratorio de Máquinas Eléctricas Rotativas

PROFESOR : Huaman Ladera Floren Acel

ALUMNOS :

Cuba Palomino Hairoq Cosmos

20082602D

Siblesz Curay Jorge Eduardo

20092034I

Ramos Espinoza Wilber Alejandro

20110073G

Rivera Camarena Manuel Eduardo

20097010K

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS 1

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Guevara Hinojosa Luis Miguel

20097010K

GRUPO : 02

2015-1

CONTENIDO

I. INTRODUCCION........................................................................................................................3

II. OBJETIVOS................................................................................................................................4

III. FUNDAMENTO TEORICO...........................................................................................................5

IV. EQUIPO DE TRABAJO..............................................................................................................11

V. PROCEDIMIENTO....................................................................................................................14

VI. DATOS OBTENIDOS.................................................................................................................15

VII. DESARROLLO DE CUESTIONARIO............................................................................................17

VIII. CONCLUSIONES.......................................................................................................................23

IX. RECOMENDACIONES..............................................................................................................23

X. BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................................24


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INTRODUCCION

Las máquinas asíncronas se utilizan en aplicaciones de hasta el rango de los MW, su construcción sencilla con rotor tipo jaula de ardilla las convierte en motores de uso más frecuente. Estos motores asíncronos trifásicos industriales pueden ser:

Motores trifásicos con rotor jaula de ardilla (una jaula, doble jaula, jaula tratada y ranura profunda).

Motores trifásicos con polos conmutables con bobinado Dahlander.

Motores trifásicos con polos conmutables con dos bobinado separados.


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OBJETIVOS

Los objetivos del presente laboratorio son:

Hacer conocer la constitución electromecánica de los motores asíncronos. Familiarizarse con la simbología y conexionado de las máquinas eléctricas de

nuestro laboratorio en los ensayos según las normas IEC y NEMA. Conexión y puesta en servicio del motor. Inversión del sentido de giro (utilizando un conmutador manual) A partir de los ensayos realizados obtener el circuito monofásico equivalente. Registro de los valores característicos y curvas características (FP, EF,

Torque) de funcionamiento específicas de las máquinas asíncronas. Evaluación de las mediciones realizadas y registradas. Presentación del protocolo de pruebas según normas establecidas.


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FUNDAMENTO TEORICO

1.- CONEXIÓN DEL MOTOR ASINCRONO TRIFASICO – JAULA DE ARDILLA NORMALIZADO (IEC 34 - 8) - VER APENDICE ADJUN TO

2.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DEL ESTATOR N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1) VER APENDICE ADJUNTO

3.- MEDICION DE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTO N0RMALIZADO (IEEE 112/1978 – item 4.1) VER APENDICE ADJUNTO

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN MOTOR ASINCRONO

Este es el modelo monofásico práctico que presenta en un motor asíncrono trifásico conformado por las impedancias siguientes: Estatórica, retórica, núcleo y carga.


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4.- PRUEBA EN VACIO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.6)

El montaje del motor se realiza conforme a la siguiente figura. Con el motor trifásico en vacío la tensión de alimentación se regula hasta que el voltímetro indique la tensión nominal del motor a ser probado (ver placa). Los instrumentos de medida que se utilicen durante la práctica, ya están incluidos dentro del pupitre de prácticas.

Las condiciones son las siguientes: La velocidad debe ser constante. El eje del motor debe estar completamente libre. La frecuencia debe ser la nominal del motor.

Con la finalidad de verificar las curvas de vacío sobreponerlos con las B vs H.

Bmax = ( VLL x 10-8 ) / 4.44 x f x A x N (Gauss)


Montaje de la instrumentación Circuito monofásico equivalente operando en vacío a RPM constante

Circuito utilizado en los ensayos de maquinas eléctricas industriales

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H = ( N x 3 If ) / Lm (Amper-Vuelta/metro) Donde:

Lm = Longitud media al paquete magnético en m. N = Número de vueltas del bobinado estatórico por fase. A = Área transversal del paquete magnético estatórico = L x C L = Longitud del paquete magnético en m. C = Altura de la corona en m. f = Frecuencia del sistema Hz. VLL = Tensión de línea en Voltios.

ZO = VO / IO RO = PO / IO

2 = R1 + RM XO = { ZO

2 - RO2 }1/2 = X1 + XM

5.- PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO (IEEE 112 /1978 ITEM 4.8 )

Circuito utilizado en los ensayos de maquinas eléctricas industriales

Montaje de la maquina e instrumentación Circuito equivalente monofásico en el ensayo

de corto circuito

Las condiciones son las siguientes: La corriente de línea debe ser la nominal del motor. El eje del motor debe estar trabado. La frecuencia debe ser la nominal del motor.

Para el ensayo de rotor bloqueado se utilizará exactamente el mismo esquema de conexiones que para el caso del ensayo de vacío. La única diferencia estribará en que en este caso se alimentará el motor con una tensión mucho más reducida que la nominal. A partir de 0 voltios se irá aumentando la tensión hasta que el motor alcance la corriente nominal, todo ello manteniendo el rotor bloqueado. SE DEBERÁ PONER ESPECIAL ATENCIÓN EN NO SUPERAR LA CORRIENTE NOMINAL DEL MOTOR PARA EVITAR QUE LOS DEVANADOS SUFRAN DAÑOS. Como


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resultado del ensayo se registrarán la tensión, la corriente y la potencia en este ensayo.

ZCC = VCC / ICC RCC = PCC / ICC

2 = R1 + R2' XCC = { ZCC

2 - RCC2 }1/2 = X1 + X2'

Tipo de motor

ClaseNEMA A

ClaseNEMA B

ClaseNEMA C

ClaseNEMA D

RotorBobinado

X1 0.5 Xcc 0.4 Xcc 0.3 Xcc 0.5 Xcc 0.5 Xcc

X2' 0.5 Xcc 0.6 Xcc 0.7 Xcc 0.5 Xcc 0.5 Xcc

6.- PRUEBA CON CARGA (IEEE 112 /1978 ITEM 4.2 )

Para la prueba con carga se tendrá que conectar el freno LN.Seguir las indicaciones del profesor.En forma muy atenta y delicada manipular el regulador de velocidad del freno dinámico hasta que la corriente circulante consumida por el motor es la corriente nominal.Después del registro de las cargas aplicadas en el motor tomar el registro de la velocidad y torque. Aplicando la siguiente expresión se logrará calcular la potencia útil.

P útil = T (N-m) x RPM (pi/30)

EF = P útil / P ingreso

PRUEBA CON CARGA ( PRUEBA AL FRENO )

FRENO MOTOR TIPO JAULA DE ARDILLARPM N - m VRS

VOLTIRAMP

PTOTALVATIOS

Q TOTALVATIOS

S V - A

EFICIEN %

VELOCRPM

F.PCOSø


Reactancias estatóricas y retóricas - IEEE 112 1978 ITEM 4.8

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7.- ENSAYO DE TEMPERATURA ( IEEE 112 /1978 ITEM 5.3 MET. 3 )

Consiste el registrar la temperatura y el tiempo y tener la curva Temp. Vs Tiempo. El tiempo mínimo es 04 horas cuando la temperatura comienza a disminuir en 02 grados centígrados durante las dos horas siguientes.

8.- COMPENSACION REACTIVA IEC 831 ITEM 1 – 2 Y VDE 560 ITEM 4.

VER APENDICE ADJUNTO A LAS GUIAS

9.- APLICACIONES INDUSTRIALES

Su construcción robusta e IPW adecuado hace que estos motores sean utilizados en ambientes agresivos tales como: las embarcaciones navieras, la industria textil, industrias químicas, etc. Teniendo en cuenta la categorización, será muy importante y necesario hacer una buena selección del motor para lo cual el torque de la cargaes la información base.Las cargas más importantes son nominados a continuación:

- Compresores de aire.- Electroventiladores centrífugos y axiales pequeños, medianos y grandes.- Máquinas que requieren de un arranque moderado.- Procesos que utilicen velocidad constante. - Electrobombas centrifugas.- Fajas transportadoras.- Cargas que cuenten con un torque bajo, medio y elevado.


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EQUIPO DE TRABAJO

Para la realización de este ensayo se necesitó el uso de un banco de pruebas y de una máquina de corriente alterna, equipos proporcionados por el laboratorio de electricidad de la facultad de ingeniería mecánica. El equipo completo es mostrado en la figura (1).

Figura (1) Banco Activo de Pruebas y Generador de Corriente alterna.


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Las características del banco activo de pruebas son mostradas en la tabla (1).

Tabla (1) Características del Banco Activo de Pruebas.

Asimismo, las características del motor eléctrico se muestran en la tabla (2).

Tabla (2) Características del Motor de Corriente Alterna.


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Adicionalmente se hará uso de otros equipos tanto para simular las condiciones de funcionamiento como para realizar las mediciones. Estos se listan a continuación:

Manguito de Acoplamiento

01 Cubierta de Acoplamiento

01 Interruptor de 04 polos

01 Conmutador D - Y

01 Fuente de corriente alterna regulable

01 Multímetro digital FLUKE

04 Conectores de seguridad

25 Juego de cables de 4mm2

02 Multímetro analógico/digital – medidor de potencias y F.P.


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Módulo de trabajo con el que se realizan los ensayos


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PROCEDIMIENTO

1. Previo a utilizar el banco de pruebas para los ensayos correspondientes, realizar los ensayos de aislamiento y resistencia óhmica por fase.

2. Instalar el motor a ensayar en el banco de toma de datos asegurándose de verificar que las corrientes y voltajes a medir no sobrepasen los rangos de medición de los instrumentos.

3. Tener especial cuidado al momento de la conexión de cables, debido a que en la figura no se muestra claramente, pero con ayuda del profesor pudimos realizarla.

4. Arrancar el motor si es posible en triangulo pero a tensión reducida o en otro caso hacer un arranque estrella-triangulo manual.

5. Realizar la prueba de vacío, luego de rotor bloqueado y finalmente con

6. carga para determinar los parámetros de funcionamiento del motor.


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DATOS OBTENIDOS

TABLA 1: RESISTENCIA DE AISLAMIENTODEVANADO TERMINALES Raisla (MΩ) Observaciones

ESTATORU1 MASA mayor a 2000

supera la escala de medicion del megometro

V1 MASA mayor a 2000W1 MASA mayor a 2000

TABLA 2: RESISTENCIA OHMICA POR FASE

DEVANADO TERMINALES Rfase (Ω) Voltios Amperes Tamb

ESTATOR

U1 U2 71.01 6.9 0.0972

V1 V2 70.01 6.86 0.0980

W1 W2 68.45 6.78 0.0991

TABLA 3: PRUEBA DE VACIO

Vfase (V) Ifase (A) P (W) Torque (Nm) Q (VAR) RPM cosφ

382.7 0.21 27.45 0 72.99 3580 0.352

361 0.19 24.78 0 62.42 3580 0.369

342.7 0.18 23.88 0 56.55 3580 0.389

301.3 0.17 22.37 0 44.89 3580 0.446

257.1 0.15 19.13 0 33.05 3560 0.501

213.2 0.13 16.7 0 22.56 3550 0.595

177.2 0.13 15.45 0 17.26 3520 0.667


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TABLA 4 : PRUEBA DE CORTO CIRCUITO (ROTOR BLOQUEADO)

Vfase(V) Ifase (A)P Q S cosφ

UV VW WU U V R

57 0.33 13.23 0.7

87.2 0.5 31.21 0.71

134 0.77 74.93 0.729

176.8 1.03 130 0.733

TABLA 5: PRUEBA CON CARGA (PRUEBA AL FRENO)Vfase(V) Ifase (A)

P INGRESO P UTIL TORQUE (Nm)

RPM EF

cosφUV VW WU U V R

388.3 0.22 32.58 0.33 3570 0.38387.9 0.31 91.71 0.74 3500 0.765385.4 0.4 130.21 1.03 3440 0.847386.1 0.5 173.69 1.3 3380 0.895384.3 0.61 210.59 1.54 3310 0.906381.2 0.71 249.43 1.74 3230 0.927382.6 0.79 281.7 1.9 3160 0.931380.7 0.9 315.55 2.09 3060 0.921378.5 1 340 2.18 2970 0.906


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DESARROLLO DE CUESTIONARIO

1. Enumere y defina las características nominales de las máquinas rotativas de inducción jaula de ardilla. Presente las características de placa del motor utilizados en su experiencia.

El rotor de jaula de ardilla es muy simple desde el punto de vista constructivo,

además es capaz de soportar esfuerzos eléctricos y mecánicos mucho mayores que

el rotor devanado.

Constituido por barras de cobre o de aluminio y unidas en sus extremos a dos anillos

del mismo material.

Se puede diseñar utilizando barras profundas o doble jaula, una externa muy resistiva

y una profunda con menor resistencia.

MOTOR ASINCRONO TRIFASICO

Tensión 400 / 690 Voltios

Corriente 1.73 / 0.81 Amp.

Conexión D / Y

Frecuencia 60 Hz.

Potencia 0.37 KW

RPM 2800

Grado de protección IP54


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2. Cómo se invierte el sentido de giro de éste motor asíncrono y cuantas posibilidades tengo de hacerlo. Haga las conexiones que Ud. ha realizado.

El rotor del motor asíncrono tiende siempre a girar

en el mismo sentido que gira su campo magnético. El

sentido de éste depende de la sucesión en que se

hayan aplicado las fases de la línea de

alimentación al devanado del estator.

Solo hay dos posibilidades de invertir el sentido de

giro del motor asíncrono y las conexiones

utilizadas son:

RST (Anti horario)

SRT (Horario)

STR (Anti horario)

RTS (Horario)

3. Realice todos los cálculos necesarios que le conduzca a construir el diagrama equivalente monofásico valorado, referido al estator con sus valores registrados y calculados en los ensayos de vuestros laboratorios.

RESISTENCIA OHMICA POR FASE

DEVANADO TERMINALES Rfase (Ω) Voltios Amperes

ESTATOR

U1 U2 71.01 6.9 0.0972

V1 V2 70.01 6.86 0.0980

W1 W2 68.45 6.78 0.0991


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Resistencia óhmica promedio por fase: 69,82 ohm

Tomo el circuito en Delta entonces el factor a multiplicar será 0,5

R1=69 .82

Prueba de rotor fijo o rotor bloqueado :

Ensayo similar al ensayo de cortocircuito por lo tanto nos servirá para

encontrar el valor de Re, Xe.

De los valores obtenidos y considerando que el voltaje de fase es

Vfase=Vlinea1 .73

=220 .81

De la gráfica de los valores tomados hallamos por interpolación el valor de pérdidas

40 60 80 100 120 140 160 180 2000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

f(x) = 0.00583954911843943 x − 0.00674871222248563R² = 0.999742757003416

I vs V

VLinear (V)

V

I


I 1N=0 .0058(220 .81)−0.0067=1 .274 A

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Re=P3ΦI1N2

=203.51 .2742

=136 .04Ω

R2=Re−R1=136 .04−69 .82=66 .14Ω

Cálculo de Xe:

Ze=VccI 2N

=220.811 .274

=173 .32

Xe=√173 .322−66 .142=160 .2

Motor tipo Nema B:

X 1=0.4×Xe=64 .08

X 2=0.6×Xe=96 .12

Ensayo de prueba de vacío:


P3Φ=0.0042(220 .81)2−0 .00577(220 .81)=203 .5W

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Vfase (V) Ifase (A) P (W)

382.7 0.21 27.45

Zo=V oI o

=382.70 .21×√3

=1052 .15Ω

Ro=PoIo2

=27 .450 .212

=622.49Ω

Xe=√1052.152−622 .492=848 .28Ω

Hallando las impedancias del núcleo:

Rm=Ro−R1=552 .67Ω

Xm=Xo−X 1=784 .2Ω

Circuito equivalente:

4. Grafique las curvas de vacío y corto circuito realizadas en el laboratorio.

5. Grafique la PNUCLEO vs I1,T, EF y FP vs velocidad.


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2900 3000 3100 3200 3300 3400 3500 36000

0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Torque y cosφ vs RPMcosφ

TORQUE (Nm)

RPM

cosφ

Torque (N-

m)

6. Determinar las pérdidas rotacionales en los motores probados.

PRUEBA CON CARGA (PRUEBA AL FRENO)

Vlinea(V) Ifase (A) P INGRESO P UTILTORQUE

(Nm)RPM EF cosφ

388.3 0.22 32.58 123.37 0.33 3570 3.79 0.38

387.9 0.31 91.71 271.22 0.74 3500 2.96 0.765

385.4 0.4 130.21 371.04 1.03 3440 2.85 0.847

386.1 0.5 173.69 460.14 1.3 3380 2.65 0.895

384.3 0.61 210.59 533.80 1.54 3310 2.53 0.906

381.2 0.71 249.43 588.55 1.74 3230 2.36 0.927

382.6 0.79 281.7 628.74 1.9 3160 2.23 0.931

380.7 0.9 315.55 669.72 2.09 3060 2.12 0.921

378.5 1 340 678.02 2.18 2970 1.99 0.906

Con los datos recolectados la eficiencia sale mayor que uno, lo que hace imposible calcular las perdidas rotacionales


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CONCLUSIONES

El grupo entero se familiarizo con las conexiones del banco de pruebas del laboratorio

Se obtuvo experimentalmente el circuito monofásico equivalente del motor de jaula de ardilla

Se comprobó las curvas características de las maquinas asíncronas La eficiencia calculada tienen valores mayores a uno, lo que indica error en alguna

medición.

RECOMENDACIONES

Se recomienda calibrar el torquimetro del banco de pruebas para evitar los errores en la medición que se nos presentaron en esta ocasión.

Se recomienda verificar el orden de las conexiones del motor ya que influye en el sentido de giro.


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BIBLIOGRAFIA

Guía del laboratorio de Maquinas Eléctricas Rotativas.

Máquinas eléctricas – 5ta edición – Jesús Fraile Mora – capitulo 4 – Maquinas

asíncronas.

http://www.motortico.com/biblioteca/Motores%20Corriente%20Alterna/La

%20Placa%20de%20Caracteristicas.pdf


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