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UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA MECÁNICA-ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS II GUÍA DE PRÁCTICAS Guía Lab. de: RECONOCIMIENTO DEL MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO Y ELABORAR EL CIRCUITO DE ARRANQUE CON CONTACTORES 1.- OBJETIVO: Revisar, estudiar y aplicar la teoría estudiada para reconocer y ubicar a los diferentes componentes de las máquinas asíncronas trifásicas, tomando lectura de las resistencias internas con el instrumento adecuado. Aplicar la teoría estudiada para elaborar el esquema de instalación y realizar el montaje del circuito correspondiente utilizando contactores, para la operación de un motor asíncrono trifásico. Medir la corriente que toma en el arranque y la corriente de operación normal. 2.- FUNDAMENTO TEÓRICO: Las máquinas de inducción trifásicas comprenden tanto motores como generadores. Los motores de inducción (o motores asíncronos) trifásicos son los motores más utilizados en la industria. Son simples, resistentes, baratos y fáciles de mantener. Funcionan a velocidad esencialmente constante desde cero hasta plena carga. La velocidad depende de la frecuencia, por lo que estos motores no se adaptan con facilidad al control de velocidad. Sin embargo, cada vez se utilizan más los controladores electrónicos de frecuencia variable para controlar la velocidad de motores de inducción comerciales. COMPONENTES PRINCIPALES Un motor de inducción trifásico consta de dos partes principales: un estator estacionario y un rotor giratorio. El rotor está separado del estator por un pequeño entrehierro que va de 0.4 mm a 4 mm, según la potencia del motor. ESTATOR: Consta de un armazón de acero que soporta un núcleo cilíndrico hueco compuesto de laminaciones apiladas. Varias ranuras equidistantes entre sí, hechas en la circunferencia interna de las laminaciones, proporcionan el espacio para el devanado del estator. ROTOR: También se compone de laminaciones ranuradas. Éstas están apiladas cuidadosamente para crear una serie de ranuras para el devanado del rotor. Se utilizan dos tipos de devanados de rotor: (1) devanados trifásicos convencionales hechos de alambre aislado y (2) devanados de jaula de ardilla. El tipo de devanado da lugar a dos clases principales de motores: motores de inducción de jaula de ardilla (también llamados motores de jaula) y motores de inducción de rotor devanado. Un rotor de jaula de ardilla se compone de barras de cobre desnudo, un poco más largas que el rotor, las cuales están insertadas en las ranuras por uno de sus extremos.

Los extremos opuestos se sueldan a dos anillos de cobre para que todas las barras estén en cortocircuito entre sí. Toda la construcción (barras y anillos extremos) se asemeja a una jaula de ardilla, de donde se deriva el nombre. En motores pequeños y medianos, las barras y los anillos extremos son de aluminio moldeado a presión y forman un bloque integral. Las figuras muestran etapas progresivas en la fabricación de un motor de jaula de ardilla.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN La operación de un motor de inducción trifásico está basada en la aplicación de la ley de Faraday y la fuerza de Lorentz en un conductor .El comportamiento es fácil de entender por medio del ejemplo siguiente. Considere una serie de conductores de longitud l, cuyos extremos se ponen en cortocircuito mediante dos barras A y B. Un imán permanente colocado sobre esta escalera conductora se mueve con rapidez hacia la derecha a una velocidad v, para que su campo magnético B pase a través de los conductores. Entonces ocurre la siguiente secuencia de eventos:

ROTOR JAULA DE ARDILLA 1. Se induce un voltaje E 5 Blv en cada uno de los conductores mientras el flujo pasa por ellos (ley de Faraday).

2. El voltaje inducido produce de inmediato una corriente I, la cual fluye por el conductor debajo de la cara del polo, a través de las barras extremas y regresa a través de los demás conductores. 3. Como el conductor que transporta corriente queda en el campo magnético del imán permanente, experimenta una fuerza mecánica (fuerza de Lorentz). 4. La fuerza siempre actúa en una dirección para arrastrar el conductor junto con el campo magnético. Si la escalera conductora está libre para moverse, se acelerará hacia la derecha. Sin embargo, conforme ésta adquiera velocidad, el imán móvil pasará con menos rapidez por los conductores, por lo que el voltaje inducido E y la corriente I disminuirán. En consecuencia, la fuerza que actúa en los conductores también disminuirá. Si la escalera tuviera que moverse a la misma velocidad que el campo magnético, el voltaje inducido E, la corriente I y la fuerza que arrastra la escalera serían cero. En un motor de inducción la escalera se cierra a sí misma para formar una jaula de ardilla y el imán móvil es reemplazado por un campo rotatorio. El campo es producido por las corrientes trifásicas que fluyen en los devanados del estator, como veremos a continuación. EL CAMPO ROTATORIO Considere un estator simple que tiene 6 polos salientes, cada uno de los cuales porta una bobina de 5 vueltas. Las bobinas que se encuentran diametralmente opuestas están conectadas en serie por medio de tres puentes o alambres de cierre que conectan respectivamente las terminales a-a, b-b y c-c. Esto crea tres juegos idénticos de devanados AN, BN, CN que están separados mecánicamente 120° entre sí.

Las dos bobinas de cada devanado producen fuerzas magnetomotrices que actúan en la misma dirección. Los tres juegos de devanados están conectados en Y, por lo que forman un neutro común N. A causa de la disposición perfectamente simétrica, las impedancias de línea a neutro son idénticas. En otras palabras, en lo referente a las terminales A, B, C, los devanados constituyen un sistema trifásico balanceado. Si conectamos una fuente trifásica a las terminales A, B C, las corrientes alternas Ia, Ib e Ic fluirán en los devanados. Las corrientes tendrán el mismo valor pero con el tiempo estarán desplazadas en un ángulo de 120°. Estas corrientes producen fuerzas magnetomotrices que, a su vez, crean un flujo magnético. Este flujo es el que nos interesa. Para seguir la secuencia de eventos, suponemos que las corrientes positivas (indicadas por las flechas) siempre fluyen en los devanados de la línea al neutro. A la inversa, las corrientes negativas fluyen del neutro a la línea. Además, para poder trabajar con números, supongamos que la corriente pico por fase es de 10 A. Por lo tanto, cuando Ia 5 1 7 A, las dos bobinas de la fase A juntas producirán una fmm de 7 A3 10 vueltas 5 70 ampere-vueltas y un valor de flujo correspondiente. Como la corriente es positiva, el flujo es dirigido verticalmente hacia arriba, de acuerdo con la regla de la mano derecha. Conforme pasa el tiempo, podemos determinar el valor instantáneo y la dirección de la corriente en cada devanado y establecer de esa manera los patrones de flujo sucesivos. Por lo tanto, de acuerdo con la figura 13.7, en el instante 1 la corriente Ia tiene un valor de 110 A, mientras que Ib e Ic tienen un valor de 25 A. La fmm de la fase A es 10 A3 10 vueltas 5 100 ampere-vueltas, mientras que las fmm de las fases B y C son de 50 ampere-vueltas. La dirección de las fmm depende de los flujos de corriente instantáneos y, utilizando la regla de la mano derecha, encontramos que la dirección del campo magnético resultante es la que se indica en la. Observe que en lo referente al rotor, los seis polos salientes juntos producen un campo magnético que tiene básicamente un amplio polo norte y un amplio polo sur. Esto significa que el estator de 6 polos produce en realidad un campo de 2 polos. El campo magnético combinado apunta hacia arriba. En el instante 2, un sexto de ciclo más tarde, la corriente Ic alcanza un pico de 210 A, en tanto que Ia e Ib tienen un valor de 15 A (Fig. 13.8b). Encontramos entonces que el nuevo campo tiene la misma forma que antes, excepto que se ha movido un ángulo de 60° en el sentido de las manecillas del reloj. En otras palabras, el flujo realiza 1/6 de vuelta entre los instantes 1 y 2. Procediendo de esta manera para cada uno de los instantes sucesivos, 3, 4, 5, 6 y 7, separados por intervalos de 1/6 de ciclo, encontramos que el campo magnético realiza una vuelta completa durante un ciclo. Por consiguiente, la velocidad de rotación del campo depende de la duración del ciclo, y ésta depende a su vez de la frecuencia de la fuente. Si la frecuencia es de 60 Hz, el campo resultante realiza una vuelta en 1/60 s, es decir, 3600 revoluciones por minuto. Por otra parte, si la frecuencia fuera de 5 Hz, el campo realizaría una vuelta en 1/5 s y la velocidad sería de sólo 300 r/min. Como la velocidad del campo rotatorio está necesariamente sincronizada con la frecuencia de la fuente, se llama velocidad síncrona.

FIG. DE POSICIONES DE LA CORRIENTE

3.- ELEMENTOS A UTILIZAR: Para los fines del ensayo se utilizará:. - Multímetro. - Puente de resistencias - Megómetro - Motor aíncrono trifásico. 4.- 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. 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 ). 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. 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.

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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.

DATOS DE PLACA V: 220/380/440 IN:

4.2/2.4/2.1

CONFIGURACION

ΔΔ/ҮҮ/Δ

RESISTENCIA DE BOBINAS. RAB RBC RCA Ri PROM Rb

15.2 Ω 13 Ω 15.2 Ω 14.53 Ω 7.27 Ω

RESISTENCIA DE AISLAMIENTO. Resistencia de Aislamiento A. caracteristica 2000 MΩ Resistencia de Aislamiento B. caracteristica 2000 MΩ Resistencia de Aislamiento C. 2000 MΩ caracteristica -

ELABORAR EL DIAGRAMA COMPLETO DEL CIRCUITO DE FUERZA PARA UNA TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN DE 380V. Y EL DIAGRAMA DEL CIRCUITO DE CONTROL CONSIDERANDO UNA TENSIÓN DE

ALIMENTACIÓN A LA BOBINA DEL CONTACTOR DE 220V.

Utilizando un tacómetro adecuado registrar la velocidad del motor ensayado, con la información determinar el número de polos, el deslizamiento para dicha condición de operación. 5.- CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN: 5.1.- DEFINA LA FUNCIÓN DE CADA COMPONENTE UBICADO EN EL MOTOR ENSAYADO. EL ESTATOR: está constituido por un enchapado de hierro al silicio, introducido generalmente a presión, entre una carcasa de hierro colado. El enchapado es ranurado, lo cual sirve para insertar allí las bobinas, que a su vez se construyen con alambre de cobre, de diferentes diámetros. EL ROTOR: es la parte móvil del motor. Está formado por el eje, el enchapado y unas barras de cobre o aluminio unidas en los extremos con tornillos. A este tipo de rotor se le llama de jaula de ardilla o en cortocircuito porque el anillo y las barras que son de aluminio, forman en realidad una jaula. LOS ESCUDOS: están hechos con hierro colado (la mayoría de veces). En el centro tienen cavidades donde se incrustan cojinetes de bolas sobre los cuales descansa el eje del rotor. Los escudos deben estar siempre bien ajustados con respecto al estator, porque de ello depende que el rotor gire libremente, o que tenga "arrastres" o "fricciones"

BOBINA: Es un arrollamiento de alambre de cobre muy delgado y un gran número de espiras, que al aplicársele tensión genera un campo magnético. El flujo magnético produce un electromagnético, superior al par resistente de los muelles (resortes) que separan la armadura del núcleo, de manera que estas dos partes pueden juntarse estrechamente. CONTACTOR: Es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada". En los esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un número de orden. 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) Totalmente cerrada b) Abierta c) A prueba de goteo d) A prueba de explosiones e) De tipo sumergible 5.2.- SI EL MOTOR ANALIZADO OPERARÍA CON UN VARIADOR DE FRECUENCIA, QUE RESTRICCIONES PONDRÍA PARA QUE EL MOTOR MANTENGA SUS CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS RESISTENCIA DE BOBINAS. RAB RBC RCA Ri PROM Rb

15.2 Ω 13 Ω 15.2 Ω 14.53 Ω 7.27 Ω

RESISTENCIA DE AISLAMIENTO. Resistencia de Aislamiento A. caracteristica 2000 MΩ Resistencia de Aislamiento B. caracteristica 2000 MΩ Resistencia de Aislamiento C. 2000 MΩ caracteristica OBSERVACIONES Podemos observar que la resistencia entre los puntos AB y CA son exactamente iguales, sin embargo entre BC es menor, De esta forma el promedio no dará un buen valor y la resistencia de las bobinas nos dará el valor de 7.27 ohmios. La resistencia de aislamiento está en prefectas condiciones pues al medir con el megohmetro nos daba un valor máximo de 2000 MΩ.

5.3.- DE ACUERDO AL CÓDIGO ELÉCTRICO NACIONAL ELABORE EL DIAGRAMA UNIFILAR COMPLETO DE INSTALACIÓN DEL MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO PARA OPERAR CON LAS PROTECCIONES ADECUADAS, EN ARRANQUE DIRECTO.

5.4.- ENUMERE LAS DIFERENCIAS OPERATIVAS Y CONSTRUCTIVAS ENTRE UN MOTOR TRIFÁSICO QUE TIENE SUS DEVANADOS DEL ESTATOR EN CONEXIÓN ESTRELLA Y OTRO QUE TENGA LOS DEVANADOS EN CONEXIÓN DELTA. Para aplicaciones concretas se usa de la siguiente forma.

TIPO DE CONEXION

ESTRELLA

BUENA VELOCIDAD

DELTA

BUEN TORQUE

Cuando conectas los devanados de un motor en estrella, y conectas las terminales sobrantes a las tres líneas de la trifásica, la tensión en cada fase(devanado) del motor es 1/√3 del voltaje "de línea" -es decir, el voltaje entre existente entre cada par de líneas de la trifásica. Algo así como el 57.7% del voltaje de línea. Conectado en delta, la tensión sobre cada fase es la misma que la de línea. Esta relación mutua entre las tensiones de fase "en delta" y "en estrella es siempre la misma. En Europa, por ejemplo, utilizan 380 V para el suministro industrial. En este caso, la tensión de fase para un motor conectado en estrella es de 220 V, que es 380/√3. PARA CONSTRUCCION: Se necesita, por la existencia del conductor neutro, mas cable en la conexión estrella que en la conexión delta. En cuestiones del aislante, en la conexión delta se requerirá más de este, en cambio, en la conexión delta menor cantidad. Para los bobinados se necesita menor calibre del cable en la conexión delta, en cambio, en la conexión estrella el calibre del conductor deberá ser mayor.

5.5.- SI EL MOTOR ANALIZADO ESTANDO EN FUNCIONAMIENTO SE ABRE UNA DE LAS LÍNEAS DE ALIMENTACIÓN QUE OCURRE EN EL MOTOR, SI ESTARÍA CON SU CARGA NOMINAL QUÉ SUCEDERÁ. EXPLIQUE DETALLADAMENTE.

En la práctica si abrimos una línea no hubo una diferencia significativa debido a que el motor está en buen estado, sin embargo con un motor que tiene bastante uso es probable que tenga una gran diferencia en la rotación y el torque. Si desconectamos una línea con el motor en operación, el motor tratara de crear mayor torque, lo que producirá calentamiento que en un tiempo prolongado de uso podría recalentar los bobinados y producir deterioro en los aisladores.

6.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: -

Estudiamos el funcionamiento de un motor trifásico y las configuraciones en las cuales puede funcionar.

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Se conocieron las partes que tiene un motor asíncrono, así como el despiece de todo el motor.

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Se calculó la resistencia entre las bobinas y nos dio como resultado un valor promedio aceptable, con lo que pudimos hallar la resistencia de cada bobina.

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El megohmetro nos permitió hallar la resistencia de aislamiento del motor, lo que arrojo resultados muy buenos dándonos un valor máximo de 2000 Mega-ohmios.

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Pudimos obtener el diagrama de fuerza y el diagrama de control del circuito con el que trabajamos.

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Al hallar el Megometro pudimos observar que tiene un circuito interno de protección que limita la corriente eléctrica que se le da a la armadura , para que no sea peligrosa al contacto,

7.- BIBLIOGRAFÍA: -

MAQUINAS ELECTRICAS Y TRANSFORMADORES – 3TH - BHAG S. GURU. MAQUINAS ELECTRICAS Y SISTEMAS DE POTENCIA.- THEODORE WILDI. MAQUINAS ELECTRICAS – FRAILE MORA.

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http://html.rincondelvago.com/motores-de-induccion.html.

NOTA: Los informes se presentarán en la sesión inmediata posterior a la ejecución de la práctica, son de carácter personal.

P. A. = Presentación y Acabado. Jefe de Practicas: Ing. Luis A. Chirinos.

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

“INFORME LABORATORIO N°6”

Curso: MAQUINAS ELECTRICAS II Semestre: VIII Docente: Ing. Luis Chirinos Alumno:

Emilio Daniel Villalba Lozano

Arequipa, Octubre de 2016