CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA - CUCPROGRAMA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

ASIGNATURA: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2

LABORATORIO Nº 7

TEMA: MOTOR DE INDUCCIÓN POLIFÁSICO, GENERALIDADES

FECHA DE EJECUCION LABORATORIO: día: 18 mes: Septiembre año: 2012.

FECHA DE ENTREGA DE INFORME: día: 25 mes: Septiembre año: 2012.

ELABORADO POR:Jesús David Ariza Rodríguez c.c: 1.048.289.911Cristian Mauricio Carvajal Bejarano c.c: 1.001.778.079Andrés David Mayorga Becerra c.c: 1.045.693.730Ronald Alberto Ospino Gómez c.c: 72.004.882Alan Vanegas G. c.c: 72.253.948

1. OBJETIVO:IDENTIFICAR Y DIFERENCIAR LAS PARTES DE UN MOTOR TRIFÁSICO Y COMPARARLAS CON UN MOTOR MONOFÁSICO.

ACTIVIDAD PREVIA: Los estudiantes deben leer, consultar e investigar sobre el tema objetivo de esta práctica, de acuerdo a los lineamientos definidos en la presente guía.

2. HIPOTESIS:El motor de corriente alterna polifásico, es conocido como “motor de Inducción” o “motor asíncrono”, es una máquina eléctrica rotativa que funciona con base al principio de “inducción electromagnética” de un campo magnético que rota dentro de la periferia de la máquina a una velocidad dada por la relación del número de polos de la máquina y la frecuencia de la tensión aplicada. Esta velocidad de giro del campo magnético es conocida como “velocidad sincrónica” y la intensidad del campo y la velocidad son los que inducen el trabajo mecánico que desarrolla el ROTOR o motor eléctrico.

3. INTRODUCCION:

El más simple de todos los tipos de motores eléctricos es el motor de inducción de jaula de ardilla que se usa con alimentación trifásica. Este motor tiene una parte estática inductora y otra rotativa inducida. El elemento rotatorio es un núcleo, en el que se incluyen conductores de gran capacidad colocados estratégicamente y paralelos entre sí dando la idea de una jaula. La corriente trifásica en las bobinas del estator genera un campo magnético rotatorio, y éste induce una corriente en los conductores de la jaula. La reacción magnética entre el campo rotatorio y los conductores del rotor que transportan la corriente hace que éste gire. Si el rotor girará a una velocidad proporcional a la del campo magnético. En funcionamiento normal, la velocidad de rotación del rotor y la velocidad de rotación del campo magnético difieren entre sí de un 2% a un 5%.

Para distinguir entre diversos tipos de motores disponibles, la NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURERS ASSOCIATION (NEMA) ha desarrollado un sistema de identificación alfanumérico en la cual cada tipo de motor comercial de inducción de jaula de ardilla se fabrica de acuerdo con determinada norma de diseño y se coloca en determinada clase y definición técnica.

PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO.- En esta prueba, por algún medio el rotor se “frena” o bloquea y se alimenta por medio de un regulador de voltaje (VARIAC) a un voltaje reducido, generalmente menor del 10% del voltaje nominal aplicado al estator. En al caso de los motores con rotor devanados, se pueden aplicar resistencias de valor apropiado al rotor, siempre que en cada fase tengan el mismo valor, para evitar desbalance en los voltajes. El voltaje aplicado parte de cero y se incrementa gradualmente hasta lograr que circule en el devanado del estator la corriente nominal. Debido a que el voltaje aplicado es bastante bajo, la potencia suministrada al estator se disipará como pérdidas en el cobre tanto en el estator como en el rotor, con esto, es posible calcular la resistencia equivalente del motor referida a las terminales del estator.

4. MATERIALES:Los materiales utilizados en la práctica son:

Un probador VOM. Pinza amperimétrica y Pinza vatimétrica. Un motor de inducción. Partes sueltas de un motor de inducción trifásico.

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:5.1.Identificar las características de placa del motor de prueba.5.2.Sin aplicar tensión, Identificar y medir la resistencia de las bobinas sin cierre del motor y

realice cierre en estrella y luego en triángulo, para medir los diferentes valores. 5.3.Observando las partes sueltas de motores, para identificar las partes fundamentales de esta

máquina electromecánica.5.4.Por medio de la “prueba de rotor bloqueado” identificar los demás parámetros estáticos

eléctricos del motor de prueba. Como no disponemos de un VARIAC trifásico, realizar la medición midiendo separadamente cada fase del motor. Ojo con los niveles de voltaje y posible calentamiento del motor.

5.5.Verificar que tengan toda la información para realizar el diagrama o circuito equivalente del motor de prueba.

6. RESULTADOS6.1. Especificaciones de equipos e instrumentos utilizados.

R/ta:

Imagen # 1.

Para nuestra pinza vatimétrica:

Especificaciones técnicas

DCV 400 mV  ± 0,5 % + 2 dgt. - 0,1 mV

4 / 40 / 400 / 1000 V ± 1,5 % + 2 dgt. -0,1 mV / 0,01/ 0,1/ 1 V

Capacidad 50/ 500 nF/ 5/ 50 μF±3,0 % + 5 dgt. - 10/ 100pF/ 0,001/ 0,01µF

Frecuencia 5/50/500 Hz/   5/50/100 kHz± 1% + 5 dgt. - 0,001/0,01/0,1/1Hz/ 0,01/0,1kHz

Valor efectivo real si

Señal acústica si

Prueba de diodos si

Alimentación batería de bloque de 9 V

Diámetro del conductor

máximo de 60 mm

Dimensiones 255 x 73 x 38 mm

Peso 380 g

Tabla # 1.

Para nuestro multímetro implementado en la práctica tenemos las siguientes características:

Tabla # 2.

También tenemos nuestros datos de placa del motor y sus respectivas conexiones:

Imagen # 2.

6.2. Gráficos de conexiones o mediciones realizadas, correlacionado con los datos obtenidos y plasmados en el punto 6.1.

R/ta:Como primera instancia nos encontramos con un motor polifásico el cual se encontraba con los siguientes bornes:

Imagen # 3.

Segundo procedimos a tomar identificar los terminales de las bobinas que no tienen cierre para proceder a realizar mediciones de verificación en qué ubicación estaban las bobinas de nuestro motor y se procedió de la siguiente manera:

Tipo de cierre Terminales Terminales Prácticos Valor resistencia (Ω)Sin cierre

entre bobinasBobina 1 (Principio – Final) U 1−U 2 18,4

Bobina 2 (Principio – Final) V 1−V 2 18,7

Bobina 3 (Principio – Final) W 1−W 2 18,5

Con cierre en estrella

Principio1 con Principio2 U 1−V 1 36,8

Principio1 con Principio3 V 1−W 1 36,7

Principio2 con Principio3 W 1−U 1 36,7

Con cierre en triángulo

L1 con L2 U 1−W 1 12,5

L1 con L3 U 1−V 1 12,6

L2 con L3 V 1−W 1 12,5

Conexión interna

Principio – Final U 5−W 5 36,5

Principio – Final U 1−W 1 0

Principio – Final U 2−W 2 0

Tabla # 3.

Para la conexión interna del motor en los terminales U 5−W 5 tenemos:

Imagen # 4.

Para la parte en la que las bobinas están sin cierre del motor:

Imagen # 5.

Para la conexión sin cierre del motor en los terminales U 1−U 2 tenemos:

Imagen # 6.

Para la conexión sin cierre del motor entre los terminales V 1−V 2 tenemos:

Imagen # 7.

Para la conexión sin cierre del motor entre los terminales W 1−W 2 tenemos:

Imagen # 8.Para cuando las bobinas estaban en cierre de estrella tenemos:

Imagen # 9.

Para la conexión en cierre estrella, tomando las mediciones en los terminales U 1−W 1 tenemos:

Imagen # 10.

Para la conexión en cierre estrella, tomando las mediciones en los terminales U 1−V 1 tenemos:

Imagen # 11.

Para la conexión en cierre estrella, tomando las mediciones en los terminales V 1−W 1 tenemos:

Imagen # 12.Para cuando las bobinas están en cierre delta:

Imagen # 13.

Para la conexión en cierre triangulo, tomando las mediciones en los terminales V 1−W 1 tenemos:

Imagen # 14.

Para la conexión en cierre triangulo, tomando las mediciones en los terminales U 1−W 1 tenemos:

Imagen # 15.

Para la conexión en cierre triangulo, tomando las mediciones en los terminales U 1−V 1 tenemos:

Imagen # 16.

Ahora se procedió a realizar las mediciones de corrientes, factor de potencia y realizando una variación del voltaje de manera tal que la corriente no superara la corriente especificada en los datos de placa del motor en este caso no superior a 1 amperio, es por esto que se procedió a hallar en cada bobina de la siguiente manera:

Para nuestra primera bobina, tomamos la medida en los terminales U 1−U 2 del motor obteniendo los siguientes datos:

Imagen # 17.

Para nuestra segunda bobina, tomamos la medida en los terminales V 1−V 2 del motor obteniendo los siguientes datos:

Imagen 18.

Para nuestra tercera bobina, tomamos la medida en los terminales W 1−W 2 del motor obteniendo los siguientes datos:

Imagen # 19.

Con las medidas realizadas se procedió a hallar tanto la impedancia y la reactancia para cada una de las bobinas de nuestro motor de la siguiente manera:

Si sabemos que;

Z=√R2+ X2⇒ √Z2+R2=XY que:

Z=VI

Para nuestra primera bobina:

ZBOBINA1=V BOBINA1

IBOBINA 1

ZBOBINA1=47,8V1,1 A

ZBOBINA1=43,45Ω

X=√Z2+R2

X1=√(Z BOBINA1)2+(RBOBINA1)

2

X1=√(43,45Ω)2+(18,4Ω)2

X1=√2226,85Ω2

X1=47,18Ω

Para nuestra segunda bobina:

ZBOBINA2=V BOBINA2

IBOBINA 2

ZBOBINA2=47,8V1,0 A

ZBOBINA2=47,8Ω

X=√Z2+R2

X2=√(ZBOBINA2)2+(RBOBINA2)

2

X2=√(47,8Ω)2+(18,7Ω)2

X2=√2634,53Ω

X2=51,32Ω

Para nuestra tercera bobina:

ZBOBINA3=V BOBINA3

IBOBINA 3

ZBOBINA3=47,8V1,0 A

ZBOBINA3=47,8Ω

X=√Z2+R2

X3=√(ZBOBINA3)2+(RBOBINA3)

2

X3=√(47,7Ω)2+(18,5Ω)2

X3=√2617,54Ω

X3=51,16Ω

BobinaAnalizada

VoltajeAplicado (V)

CorrienteMedida (A)

ImpedanciaCalculada (Ω)

ReactanciaCalculada (Ω)

Factor dePotencia

Bobina 1 47,8 1,1 43,45 47,18 0,49Bobina 2 47,8 1,0 47,8 51,32 0,49Bobina 3 47,7 1,1 47,8 51,16 0,47

Tabla # 4.

Calculamos los siguientes parámetros:Para la bobina # 1:

S1=V . IS1=52,58VA

P1=S .cos∅P1=25,764W

Q1=S . sin∅Q1=45,83VAR

Para la bobina # 2:S2=V . I

S2=47,8VA

P2=S .cos∅P2=23,42W

Q2=S . sin∅Q2=41,66VAR

Para la bobina # 3:S3=V . I

S3=52,47VA

P3=S .cos∅P3=24,66W

Q3=S . sin∅Q3=46,31VAR

Realizamos sumatorias de cada una de las potencias para determinar la potencia total del motor:

∑ S=S1+S2+S3=152,77VA

∑ P=P1+ P2+P3=73,84W

∑Q=Q1+Q2+Q3=133,8VAR

6.3. Con base a los valores obtenidos, a la teoría consultada y a su juicio técnico, explique el funcionamiento del motor de inducción.

R/ta: Este tipo de motor funciona al aplicarle tensión a cada uno de sus devanados mediante una red trifásica (en nuestro caso no se aplico una tensión trifásica sino que se alimento cada bobina independientemente con una tensión aproximadamente 47,8 V) esta tensión produce una corriente en cada devanado de aproximadamente 1 A, que a su vez genera un campo alrededor del estator debido a la distribución del devanado, este campo magnético que gira corta las barras del rotor (jaula de ardilla) e induce en estas una tensión, el voltaje inducido crea grandes corrientes que fluyen en las barras del rotor y en los anillos extremos; las barras del rotor que transportan corriente están dentro del campo magnético creado por el estator, por lo tanto, se ven sometidas a una gran fuerza mecánica; la suma de las fuerzas mecánicas en todas las barras del rotor produce un par o momento de torsión que tiende a arrastrar al rotor en la misma dirección del campo rotatorio.

6.4. Comentarios técnicos sobre esta práctica.

R/ta:No se pudo alimentar el motor con una red trifásica debido a que no se disponía de esta en el laboratorio, por lo tanto se alimento de manera independiente cada bobina. Se realizaron las mediciones para determinar el valor de las resistencias de las bobinas independientemente sin cierre entre ellas, con cierre en conexión estrella y con cierre en conexión delta.

6.5. Elaborar el circuito equivalente con respectivos valores y nombres para el motor analizado.

R/ta:

Imagen # 20.

7. CUESTIONARIO7.1. Con base en los valores de las mediciones obtenidas en su práctica, defina el

principio de funcionamiento del motor asíncrono.

R/ta:El motor asíncrono es un motor trifásico en el cual debido a la posición estratégica del bobinado en el estator, genera un campo magnético rotacional al ser conectado a una fuente de alimentación. Este campo atraviesa las barras que se encuentran en el rotor (rotor jaula de ardilla) y por la ley de Faraday induce un voltaje en estas y se genera también un campo magnético en el rotor

7.2. Con base a los conocimientos adquiridos explique cuál es el principio de funcionamiento o respuesta de la velocidad en un motor asíncrono.

R/ta:En un motor asíncrono la velocidad del rotor depende de la velocidad del campo generado en el estator (velocidad sincrónica ns), esta velocidad síncrona depende de la frecuencia del voltaje:

ns=120 f

p

La velocidad mecánica producida en el rotor depende de la velocidad sincrónica, pero estas nunca serán iguales y la diferencia entre estas dos se conoce como deslizamiento (s):

s=ns−nm

ns

Este fenómeno es el que determina la velocidad en el rotor.

7.3. Con base a las mediciones, observaciones y consulta realizada, defina con sus propias palabras el valor de la potencia y el par mecánico desarrollado por la máquina asíncrona.

R/ta:La potencia que se suministra a la maquina se transforma en potencia consumida sufre unas pérdidas en el estator y entrega una potencia magnética al rotor que se transfiere en el entre hierro. Este al girar genera unas pérdidas en el rotor debido a la fricción y por el rozamiento con el aire, este a su vez entrega una potencia mecánica o potencia útil.

7.4. Cómo se puede variar la velocidad mecánica de una máquina asíncrona, explique su respuesta.

R/ta:Sabemos que el rotor se acelera en la dirección del campo rotatorio y logra alcanzar una velocidad un poco menor que la velocidad síncrona; por lo tanto si se consigue variar la velocidad síncrona (velocidad del campo), variaremos la velocidad mecánica de la máquina.

La velocidad del campo rotatorio depende de la frecuencia eléctrica de la fuente y del número de polos que tenga el estator.

Por lo tanto la velocidad síncrona estará dada por la expresión:

ns=120 f

pDe donde

ns=ve locidad sincrona( rmin )

f =frecuenciade la fuente ( Hz )

p=numerode polos

Esta velocidad síncrona Se puede variar por medio de controladores electrónicos de frecuencia variable (variadores de frecuencia).

8. CONCLUSIONES Y APRENDIZAJEHacer una relación entre la Hipótesis, la Introducción y los resultados logrados en la práctica de tal forma que puedan corroborar la teoría manejada sobre el tema desarrollado en esta práctica. Identifique la desviación que se presente entre los valores de sus mediciones con respectivos cálculos matemáticos y lo que dice la teoría con respecto a los parámetros de una máquina asíncrona, exprese esta desviación en porcentaje.

R/ta:Al realizar las sumatorias de las potencias nos damos cuenta que la potencia reactiva es mayor que la potencia activa debido al efecto inductivo que presentan las bobinas

9. BIBLIOGRAFIA. Maquinas eléctricas y sistemas de potencia – theore wildi – 6ta edición. Maquinas eléctricas – 3ra edición – stephem j. chapman.

FIN DEL DOCUMENTO