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• Jorge B. Liborio Maceda

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EXPERIMENTO LABORATORIO

DE NQ 50

EL MOTOR DE INDUCCION DE ROTOR DEVANADO, PARTE 11

50-'

OBJETIVOS

INSTRUME

1.

Módulo de motor de inducción con rotor devanado Módulo de electrodinamómetro Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V, 3jj: ..... ...............

::::::::::::~::::::::::::: .»:.:->:->:-:-:-:-:.".:."

o

7. a) Acople el motor al electro d.inarnómetro medio de la banda.

Tabla

51-2

por

O

O

O

b) Ponga la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema, haciéndola girar en el sentido contrario al de las manecillas del reloj.

O c ) Repita el Procedimiento 6 para cada par indicado en la Tabla 51-2, manteniendo el voltaje de entrada a 208V e-a. O d) Con un par desarrollado de 9 lbf.plg, haga girar la perilla de control de velocidad del reóstato dándole toda la vuelta desde una posición extrema, hasta la otra. O

e) ¿Cambia la velocidad del motor? ----------------

f) ¿Varía el par desarrollado? -------------------g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la

fuente de alimentación. O 8. a) Conecte el circuito que aparece en la Figura 51-2. Observe que la salida trifásica fija de la fuente de alimentación, terminales 1, 2 Y3, son las que se utilizan ahora. O b ) Ponga la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj (con el fin de proporcionarle al motor la máxima carga en el arranque). O c ) Coloque la perilla de control de velocidad del reóstato en su posición extrema, haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj (para obtener la máxima resistencia).

MOTOR DE IHDUCCIOH DE ROTOR DEY AHADO

EMS

o

8731 N

2

3

ELECTRODlHAMOMETRO

r: 1

1

~

I

-

®

Figura 51-2

51-4

Experimento

de laboratorio

N~ 51

o 9.

a) Conecte la fuente de alimentación y mida rápidamente El> 11, 12 Y el par de arranque desarrollado. Desconecte la fuente de alimentación.

11 El

------

A Coa,

12

= -------A

e) factor de potencia

coa

= ------ lbf.plg

------- V coa, par

o

b) Calcule la potencia aparente entregada al motor para el par de arranque.

potencia aparente = ------------------VA

2. Con los resultados de la Tabla 51-1, calcule las características para 9 lbf.Plg, del motor de rotar devanado (trabajando con una resistencia externa del rotar de cero ohms). a) corriente

medía

_

________________________ Ac-a b) potencia

apa: ente .

_

___________________ c) potencia

_

VA

real

_

PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. Utilice los resultados de la Tabla 51-1 para calcular las características del motor de rotar devanado trabajando en vacío. a) corriente

d) potencia

medía

.

A coa

=

b) potencia

aparente

_

_ e) potencia

_

W

teactiva

_

________________________

_

var

e) factor de potencia

_

VA

real

_

__________ d) potencia

___________________________

reaciiva

w

var

El motor de inducción de rotor devanado, Parte 111

(hp)

________________

g) eficiencia

_

____________

f) potencia

--------------------

hp

=

.

_

=------------------------------_% 51-5

..

3. U tilice los resultados de la Tabla 51-2, para calcular las características para 9 lbf.Plg del motor de rotor devanado (con una resistencia externa del rotor de 16 Q). ' a) corriente

-------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------

media

---------------------------------_._---

b ) par de arranque _______________________________________________ A e-a b) potencia

aparente

-----------------------------------------------------------------------

VA

real __..

c ) corriente

de plena carga a corriente en vado

_

__________________________________ d) potencia

a par de plena carga

_

__________________________________ _ e) potencia

----------------------------

W

reaciiva

_

5. La eficiencia del motor es mucho menor cuando la resistencia externa está dentro del circuito del motor. Explique esto.

var e) factor de potencia

_

f) potencia

_

(hp)

hp

________________________ =

g) eiiciencia

_

------------------------------------4.

Con los resultados

--------------------------del Procedimiento

6. El factor cle potencia carga. Explique esto.

mejora

al aumentar

la

% 9 y la

Tabla 51-2, haga los siguientes cálculos de relaciones (use las características a 9 lbf.Plg para los valores a plena carga). a) corriente

de arranque

a corriente

de plena

carga

51-6

Experimento

de laboratorio

N" 51

EXPERIME TO DE LABORATORIO S2 Q

EL MOTOR DE INDUCCJON DE JAULA DE ARDILLA

I/ob-'

VALORES NOMIHALES DEl MOTORr-:-~-:~H ••

1.701t'M

-10.V·l,2"

.OH1.l'H~~

lo7il

GlNUADDR

UII((RONICO

52-'

OBJETIVOS 1. 2.

Analizar la estructura de un motor trifásico de jaula de ardilla. Determinar sus características de arranque, de vacío y de plena carga.

EXPOSICION El rotar más sencillo y de mayor aplicación en los motores de inducción, es el que se denomina de jaula de ardilla, de donde se deriva el nombre de motor de inducción de jaula de ardilla. El rotar de jaula de ardilla se compone de un núcleo de hierro laminado que tiene ranuras longitudinales alrededor de su periferia. Barras sólidas de cobre o aluminio se presionan firmemente o se incrustan en las ranuras del rotar. A ambos extremos del rotar se encuentran los anillos de corto circuito que van soldados o sujetos a las barras, formando una estructura sumamente sólida. Puesto que las barras en corto circuito tienen una resistencia mucho menor que la del núcleo, no es necesario que se les aísle en forma especial del núcleo. En algunos rotores, las barras y los anillos de los extremos se funden en una sola estructura integral colocada en el núcleo. Los elementos de corto circuito, en realidad son vueltas en corto circuito que llevan elevadas corrientes inducidas en ellas, por el flujo del campo del estator. En comparación con el complicado devanado del rotar .devanado, o con la armadura de un motor de c-d, elrotor de jaula de ardilla es relativamente simple. Es fácil de fabricar y generalmente trabaja sin ocasionar problemas de servicio. En un motor de inducción de jaula de ardilla ensamblado, la periferia del rotar está separada del estator por medio de un pequeño entrehierro. La magnitud de este entrehierro es, en efecto, tan pequeña como 10 permitan los requerimientos mecánicos. Esto asegura que, al efectuarse la inducción electromagnética ésta sea la más fuerte posible. Cuando se aplica potencia al estator de un motor de inducción, se establece un campo magnético giratorio, conforme a todos los métodos que se han estudiado hasta aquí. Cuando el campo comienza a girar, sus líneas de flujo cortan las barras de corto circuito que están alrededor de la superficie del rotor de jaula de ardilla y generan voltajes en ellas por inducción electromagnética. Puesto que estas. barras están en corto circuito con una resistencia muy baja, los voltajes inducidos en ellas producen elevadas corrientes que circulan por dichas barras del rotar. Las corrientes circulantes del rotar producen, a su vez, sus propios campos magnéticos intensos. Estos campos locales de flujo del rotar producen sus propios polos magnéticos

52-2

que son atraídos hacia el campo giratorio. Por lo tanto el rotar gira con el campo principal. ' El par de arranque del motor de inducción de jaula de ardilla es bajo, debido a que en reposo el rotar tiene una reactancia inductiva (XL) relativarne-; te grande con respecto a su resistencia (R). En estas condiciones, se podría esperar que la corriente del rotar tuviera un atraso de 90 grados en relación al voltaje del rotar. Por lo tanto, se puede decir que el factor de potencia del circuito es bajo. Esto significa que el motor es ineficiente como carga y que no puede tomar de la fuente de alimentación una energía realmente útil para su operación. A pesar de su ineficiencia, se desarrolla uu par, y el motor comienza a girar. Conforme comienza a girar, la diferencia en velocidad entre el rotar yel campo rotatorio, o deslizamiento, va de un máximo del 100 por ciento a un valor intermedio, por ejemplo, el 50 por ciento. Conforme el deslizamiento se reduce en esta forma, la frecuencia de los voltajes inducidos en el rotor va en disminución, porque el campo giratorio corta los conductores a una velocidad menor, y esto, a su vez, hace que se reduzca la reactancia inductiva general del circuito. Al reducirse la reactancia inductiva el factor de potencia comienza a aumentar. Este mejoramiento se refleja en forma de un incremento en el par y un aumento subsecuente en la velocidad. Cuando el deslizamiento baja a un valor comprendido entre el 2 y el 10 por ciento, la velocidad del motor se estabiliza. Esta estabilización ocurre debido a que el par del motor disminuye por disminuir los voltajes y corrientes inducidas en el rotar, ya que por el pequeño deslizamiento, las .barras del rotar cortan poco flujo del campo giratorio del estator. En consecuencia, el motor presenta un control automático de velocidad similar a la del motor en derivación de e-d.

INSTRUMENTOS

Y EQUIPO

Módulo de motor de inducción de jaula de ardilla Módulo de electrodinamómetro Módulo de wattímetro trifásico Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V, 3cf» Módulo de medición de e-a (250V) Módulo de medición de e-a (2.5/ 2.5/ 2.5/ 8A) Tacómetro de mano Cables de conexión Banda

EMS EMS EMS

8221 8911 8441

EMS EMS

8821 8426

EMS 8425 EMS8920 EMS 8941 EMS 8942

PROCEDIMIENTOS Advertencia: j En este Experimento de Laboratorio se manejan altos voltajes! j No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! j La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!

Experimento

de laboratorio

N9 52

o

1. 8221 de fijándose conexión

Examine la construcción del Módulo EMS motor de inducción de caja de ardilla, especialmen te en el motor, las terminales de v el alambrado.

o

.2. a) Identifique los devanados del cstator. Ob serve que se componen de muchas vueltas de alambre de un diámetro pequeño, uniformemente espaciadas alrededor del esta tor. (Los devanados del esta tor son idénticos a los de un motor de inducción de rotor devanado.)

o

de los deva

o

de los devana

e) ¿Cuál es el voltaje nominal dos del esta tor? --------------------

o

d ) ¿Cuál es la velocidad en hp del motor?

Identifique

el abanico

o

o

d ) Observe esta tor v el rotor.

la longitud

y la potencie

---------------------

de enfriamiento. de los extremos

del cntrehierro

del

entre el

o

e) Existe alguna conexión eléctrica entre el rotor y cualquier otra parte del motor? Si observa el módulo

nominal

r l miri

hp b)

e) Identifique los anillos rotor de jaula de ardilla.

o 3. o

o

b ) ¿Cuál es la corriente nominal nados del estator? --------------------

desde la cara delantera:

a) Los devanados independientes del estator se conectan a las terminales -------------------y --------------------,

------------------ y ------------------, ------------------- y

-r-r-r-r-r-r-r-r-r-r-;

o

4. Conecte el circuito que se ilustra en la Figura 52-1, usando los Módulos EMS de motor de jaula de ardilla, electrodinamómetro, wattÍmetro trifá· sico, fuente de alimentación y medición de e-a, ¡No acople el motor al dinamómetro todavía! Observe que los devanados del estator están conectados en estrella a través del wattunetro, a la salida trifásica variable de la fuente de alimentación, terminales 4. 5 Y 6.

0-2.5 (3)

0-250 Vc·a

Ac·a

MOTOR DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA

o

VATIMETRO

@@ 1

2

3

4

5 6

2

0-208V

!2i

3

6}----------I

ELECTRO· DINAMOMETRO 1

120 Vc·a N

I

~

Figura 52-1

El motor de inducción

de jaula de ardilla

52·3

MOTOR DE IHDUCCIOH DE JAULA DE ARDILLA

ELECTRO· DIHAMOMETRO

o

208V

2

+-__o3J1rYl

~ 3~

120 Vc-a

~-----_....I Figura 52-2

o 5.

a) Conecte

la fuente

de alimentación

y ajuste

El a 208V e-a. El motor debe comenzar a funcionar. D b) Mida y anote en la Tabla 52-1, las tres corrientes de línea, las lecturas del wattímetro y la velocidad del motor. D e) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

D

6. a) Acople el motor medio de la banda.

al electrodinamómetro

por

D

D 7. a) Conecte el circuito que aparece en la Figura 52-2. Observe que ahora se utiliza la salida trifásica fija de la fuente

a cero y desconecte

1, 2 Y 3.

D 8. a) Conecte la fuente de alimentación v mida rápidamente E" 1, Y el par de arranque desar;ollado. E,

= --------Ve-a,

par de arranque

D

D d ) Reduzca el voltaje fuente de alimentación.

terminales

D b ) Ponga la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema haciéndola girar en el sentido de las manecillas del reloj (con el fin de darle al motor una carga máxima en el arranque).

b) Mueva la perilla de control del dinamórnetro a su posición extrema haciéndola girar en el sentido contrario al de las manecillas del reloj.

e) Repita el Procedimiento 5 para cada uno de los pares anotados en la Tabla 52-1, manteniendo el voltaje de entrada en 208V e-a.

de alimentación,

1

1

= --------A coa

= -----------lbf.Plg

D b) Calcule la potencia el par de arranque.

aparente

del motor para

la

potencia aparente = ---------VA

:.', ::::::P.AR:::::::: :::::::::::t:~:::::::::: ::}::::l:~:.:::::::: ::::::::::t:~)::? ::::{}«~::::::::: :::::::::W:~:::::::::VELOCiDAD' (!bl. plg) :

J~m~t]~~r

JM~~~r ]W.~~~~t Jw.~~~~r (r/min)

::::::::::::0::::::::::: .........................

:::::::::::::3:::::::::::: ;.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:

>«~~... ......

":::::::9::::::::::::