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MÁQUINAS AC LABORATORIO N° 03

“LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN”

Condori Laura Abraham Alumno (os):

Flores Vera Andrea Mollapaza Benavente Juan

Grupo

: D

Semestre

: IV

Fecha de entrega

: 2 6

PROFESOR

0 3

1 7

Hora :

10:00

María Teresa Mendoza

MÁQUINAS AC Tema :

LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN

I.

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Código : Semestre: Grupo :

EE4020 IV D

OBJETIVOS 

Analizar la estructura de un motor trifásico jaula de ardilla.



Analizar la estructura de un motor trifásico de rotor devanado.



Observar como fluye el campo giratorio y la velocidad del motor y el voltaje inducido en el rotor.



Exponer los conceptos de corriente de excitación, velocidad síncrono y deslizamiento en relación con un motor trifásico de inducción.

II.

EXPOSICIÓN TEÓRICA

Los motores asíncronos o de inducción ,están basados en el accionamiento de una masa metálica por la acción de un campo giratorio .El devanado del rotor ,que conduce la corriente alterna que se produce por inducción desde el devanado de estator conectado directamente, consiste de conductores de cobre en un rotor de laminaciones de acero. Se instalan anillos terminales de cortocircuito en ambos extremos de la jaula de ardilla o bien en uno de los extremos. Los motores e inducción de rotor devanado son menos utilizados, debido a su mayor costo, y a que requieren de más mantenimiento que los de jaula de ardilla. Debido a que el sistema eléctrico industrial utiliza fuentes trifásicas de energía, la máquina de inducción se construye normalmente con tres devanados desfasados 120°.Se inyectan corrientes alternas senoidales desfasadas en el tiempo .Cada bobina produce un campo magnético, la amplitud de este campo se encuentra en la dirección del eje magnético de la bobina y varia senoidalmente en el tiempo. Cuando se aplican en el rotor

Los motores de inducción trabajan con dos tipos de rotor, el tipo jaula de ardilla y el rotor bobinado con 1anillos rozantes. El rotor 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 rotor. A ambos extremos del rotor se encuentran los anillos de corto circuito que van soldados o sujetos a las barras, formando una estructura sumamente sólida.

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El rotor devanado cosiste en un núcleo magnético laminado con superficie ranurada, donde se alojan bobinas de cobre conectadas en estrella, a la que se tiene acceso desde el exterior mediante tres anillos rodantes con carbones rozantes. Este mecanismo permite controlar la corriente desde el exterior y por ende el par del motor empleando resistencia conectadas en estrella en los bornes del rotor.

ROTOR TIPO JAULA DE ARDILLA

III.

EQUIPO A UTILIZAR



01 motor de inducción trifásico jaula de ardilla.



01 motor de inducción trifásico rotor devanado.



01 motor DC en derivación.



01 Fluke 43B



01 tacogenerador.



02 multímetros digitales.



01 fuente de tensión alterna 3Ø regulable.



01 fuente DC variable.



01 pinza amperimétrica.



02 manguitos de acoplamiento.



01 frecuencímetro.



Conductores de conexión.

ROTOR DEVANADO Y ANILLOS ROZANTES

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IV.

PROCEDIMIENTO Advertencia: ¡En esta etapa se manejarán voltajes peligrosos! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!.

Advertencia: Usar lentes de seguridad durante su permanencia en el Taller

Advertencia: Usar botas de seguridad durante su permanencia en el Taller

a) MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA Tomar datos de placa del motor de inducción tipo jaula de ardilla e indicarlas en el cuadro adjunto. DATOS CONECCION DELTA CORRIENTE POTENCIA COS (β) Nm IP FRECUENCIA

CANTIDAD 380 V 0.84 A 0.3 KW 0.84 2800 RPM 20 50 HZ

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Examine la construcción del motor de inducción jaula de ardilla, y haga una descripción del mismo. Son motores robustos, no representan escobillas, el núcleo que presentan son barras de cobre o aluminio cortocircuitadas, no presentan anillos rozantes y por ser motores de inducción su velocidad no es controlable. Se le llama así por el bobinado tiene la forma de una jaula ardilla

Esquematizar las conexiones de las bobinas del motor en delta y estrella, indicando la denominación de los bornes, tensión de operación y corriente máxima. CONEXIÓN ESTRELLA

CONEXIÓN DELTA

Tensión entre líneas

: 380 V

Tensión entre líneas

: 380 V

Corriente máxima

: 0.85 A

Corriente máxima

: 0.85 A

De acuerdo a los datos de placa, determine el número de polos y la velocidad del campo giratorio. Fundamentar su respuesta.

P = F*60 r P = 50*60 2800 P = 2 Polos

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¿Qué efecto tiene sobre el motor emplear una frecuencia diferente (60 Hz) a la indicada en la placa (50 Hz) del motor? Se va a tener una variación de potencia y torque del motor porque depende de la frecuencia y el sincronismo, también habrá variación en el voltaje inducido en el rotor, además de la velocidad del rotor.

¿Qué es el deslizamiento y cómo se calcula? El deslizamiento es la diferencia de la velocidad de giro del rotor que es inferior a la velocidad de sincronismo.

S = n1-n2 n1 Dónde: S = deslizamiento n1= velocidad de sincronismo n2= velocidad de giro del rotor Armar el circuito de la figura 1 y energizar el motor en vacío, mida la velocidad y después de esta maniobra, des energice la máquina, para luego aplicarle el freno de polvo magnético hasta obtener la corriente de plena carga.

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Figura Nº 1. Conexión de un motor jaula de ardilla

Calcular el deslizamiento en vacío y en plena carga y comparar este último valor con el deslizamiento nominal calculado a partir de los datos de placa del motor.

Deslizamiento nominal

Deslizamiento en vacío

Deslizamiento carga

Ns = 120F P

S = n1-n2 n1

S = n1-n2 n1

Ns = 120*60 2

Ns = 120*60 2

Ns = 120*60 2 Ns = 3600

Ns = 3000

Entonces

en

Ns = 3600 S = 3600-3390 3600

plena

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LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN S = n1-n2 n1

S = 3600-3580 3600

S = 3000-2800 3000

S = 0.56%

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S = 5.83%

S = 6.67%

Deslizamiento nominal

¿A qué se debe la diferencia entre el deslizamiento calculado a partir de los datos de placa y el calculado en plena carga? Se debe a que el deslizamiento de la placa son datos nominales, la corriente, RPM, frecuencia, factor de potencia, etc., y el deslizamiento en plena carga son datos que no son llevados al máximo nominal por seguridad de la maquina como la corriente que solo se llegó a 0.7 A a comparación de la nominal que es 0.84 A. Retirar la carga mecánica del motor (freno de polvo magnético) y observar el sentido de giro desde el lado de la carga, apague el motor invierta dos fases, vuelva a encenderlo y observe nuevamente el sentido de giro, notará que el sentido de giro a cambiado. ¿A que se debe el cambio? Se debe al intercambio de las líneas de alimentación de estator tomando efecto a que el campo magnético cambie el sentido de giro y por ende sus polos del rotor también están obligados a cambiar.

b) MOTOR DE INDUCCIÓN DEL ROTOR DEVANADO Tomar datos de placa del motor de inducción de rotor bobinado e indicarlas en el cuadro adjunto. Conexión estrella /delta Corriente potencia Cos(β) RPM frecuencia IP

380 V - 220 V 1.22 – 2.1 0.27 KW 0.74 1340 50Hz 20

Examine la construcción del motor de rotor bobinado, y haga una descripción del mismo. Este motor se puede controlar la resistencia del circuito, se puede controlar la velocidad, corriente de arranque, elevado de par de arranque y consta de un devanado trifásico.

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Esquematizar e identificar los bornes de conexión del motor de rotor bobinado en el cuadro adjunto.

Bornes del Estator

Bornes del Rotor

estrella

delta

De acuerdo a los datos de placa, determine el número de polos y la velocidad del campo giratorio. Fundamentar sus respuestas.

P = F*120 r P = 50*120 1340 P = 4 Polos

c) CAMPO GIRATORIO DEL ESTATOR Empleando el motor de rotor devanado acoplado a motor de corriente continúa en conexión shunt, armar el circuito de la figura 2.

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Figura Nº 2

Sin energizar el motor en derivación, conecte en estrella el estator del motor de bobinado y manteniendo abiertos los terminales del rotor, aplique la tensión de la red (380 V) y tome nota de los siguientes datos: E1 = 380 V I1 = 0.575 A

E2 = 99.5 V I2 = 0.61 A

F = 60 I3 = 0.560 A

¿Cómo se puede determinar el sentido del campo giratorio? 

Cuando la velocidad disminuye y por ende la frecuencia



Dependiendo del cambio de fase de las líneas

Manteniendo energizado el estator, encienda el motor DC shunt y hágalo girar en el sentido del campo giratorio a las velocidades indicadas en la tabla Nº 1 y tome los datos solicitados en la misma:

Tabla Nº 1 VELOCIDAD MECÁNICA (RPM)

VOLTAJE EN EL ESTATOR E1 (V)

VOLTAJE EN EL ROTOR E2 (V)

FRECUENCIA EN EL ROTOR F(HZ)

DESLIZAMIENTO S (%)

500

375.8

71.6

43.3

0.61

750

376.5

58

34.9

0.46

1000

376.8

44.73

27.1

0.27

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LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN 1250

377.4

32.83

19.62

0.06

1500

377.4

17.85

17.8

-0.15

1800

377.6

6.2

1.02

-0.45

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¿Qué ocurre con la tensión y frecuencia del rotor?, ¿Por qué? Si la velocidad de la maquina aumenta la tensión en el rotor y la frecuencia disminuyen porque depende de la velocidad propiamente dicha y su deslizamiento va de 0 y 1 y si esta en este rango está en un correcto funcionamiento. De acuerdo a lo observado, deduzca la relación entre deslizamiento, frecuencia y voltaje. La frecuencia y el voltaje disminuyen proporcionalmente respecto a la velocidad entonces el deslizamiento disminuye Energice el estator, enciendo el motor DC shunt y hágalo girar en sentido contrario al campo giratorio a las velocidades indicadas en la tabla Nº 2 y tome los datos solicitados en el a misma:

Tabla Nº 2 VELOCIDAD MECÁNICA (RPM)

VOLTAJE EN EL ESTATOR E1 (V)

VOLTAJE EN EL ROTOR E2 (V)

FRECUENCIA EN EL ROTOR F(HZ)

DESLIZAMIENTO S (%)

100

377.7

104.9

63.35

1.08

250

377.4

111.9

67.6

1.16

500

377.9

126.7

76.63

1.37

750

377.6

141.1

85.31

1.56

1000

377.2

154.1

93.34

1.75

¿Qué diferencias encuentra entre esta última experiencia y la hecha en el apartado c.4? A un mismo RPM se puede observar que al invertir el sentido de giro el voltaje en el estator es igual sim embargo el voltaje en el rotor es menor que este último ya que indica su funcionamiento como motor ya que su rango es de (0, 1) y este último cuadro tiene un rango de (2, 1) y trabaja como freno ¿Cuáles son los límites del deslizamiento del motor de inducción y en qué condiciones se obtienen? Deslizamiento entre -1 ˂ s ˂ 0 = esta zona el motor trabaja como generador recibiendo energía mecánica.  La potencia en el entrehierro es negativa y la transferencia de energía se hace de rotor a estator. Deslizamiento entre 0 ˂ s ˂ 1 = en esta zona trabaja como motor.  La potencia en el entrehierro es positiva por ende el par electromagnético es positivo. Deslizamiento entre 1 ˂ s ˂ 2 = en esta zona trabaja como en el régimen de frenado.  La potencia de entrehierro es el cociente de dos cantidades negativas. 

La potencia es positiva.

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LA MÁQUINA DE INDUCCIÓN 

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El par electromagnético es positivo.

¿En que caso la máquina de inducción operaria a un deslizamiento mayor a 1? Cuando el deslizamiento sobre pasa el 1 la máquina de inducción trabaja como freno.

d) TRABAJO DE INVESTIGACIÓN Indique 8 ejemplos de aplicaciones del motor de inducción según sus características torque vs velocidad, 4 para motor jaula de ardilla y 4 para motor rotor bobinado, fundamente su respuesta. Motor Jaula Ardilla 

En bombas y compresores de pistón (Clase C)

Debido a su alto par de arranque, acelera rápidamente, sin embargo cuando se emplea en grandes cargas, se limita la disipación térmica del motor por que la mayor parte de la corriente se concentra en el devanado superior. En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se adecua mejor a grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia. Las aplicaciones de estos motores se limitan a condiciones en las que es difícil el arranque. 

En cizallas o troqueles (Clase D)

Las barras del rotor se fabrican en aleación de alta resistencia y se colocan en ranuras cercanas a la superficie o están embebidas en ranuras de pequeño diámetro. La relación de resistencia a reactancia del rotor de arranque es mayor que en los motores de las clases anteriores. El motor está diseñado para servicio pesado de arranque, encuentra su mayor aplicación con cargas como cizallas o troqueles, que necesitan el alto par con aplicación a carga repentina la regulación de velocidad en esta clase de motores es la peor.

Motor Rotor Bobinado 

Molinos de bolas, Ventiladores, Extractores, Trituradores, Bombas en general.

Estos motores son recomendados en casos en que la carga posee un alto conjugado resistente o alta inercia en la partida. Las resistencias externas son utilizadas apenas para partir el motor, proporcionando elevado conjugado y reducción acentuada en la corriente de partida. Las escobillas permanecen en contacto con los anillos colectores solamente durante la partida del motor, evitando de esta forma, el desgaste desnecesario de las escobillas y anillos colectores durante el funcionamiento en régimen, permitiendo un mayor tiempo de uso para el conjunto. Realice el diagrama Torque vs. Velocidad e indique cada una de las zonas de funcionamiento de la máquina de inducción. Describa el funcionamiento del motor en la zona de frenado.

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Freno

Par de arranque

Motor

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Generador

Par máximo Par Nom.

En la zona de frenado se distingue claramente la disminución del par del motor, lo que indica una disminución de la velocidad de manera que al invertir fase, el campo giratorio se va en sentido contrario al del rotor denominado “frenado a contracorriente”, así el rotor disminuye su velocidad hasta parar, llegando a la zona de freno.

V.

CONCLUSIONES

(Juan Carlos) 

El deslizamiento del motor de inducción presenta tres zonas de trabajo en el cual presentan comportamientos distintos y estos dependen del torque de la máquina.



La corriente y la tensión no varían la velocidad de giro de un motor de inducción pero la velocidad si depende de la frecuencia y el número par de polos



Al momento de arrancar el motor de rotor puede desarrollar un alto torque como se ha visto en teoría

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

Por el cuidado de la maquina se debe hacer la conexión que se ve en la placa de datos nominales del motor, no sobrepasando la corriente, frecuencia, velocidad, tipo de conexión, etc.



En el estator y el rotor la frecuencia son distintos, esto en el motor de inducción, además se sabe que el voltaje inducido y el inductor son ligeramente iguales.

(Condori Laura Abraham Manuel) Los motores asíncronos poseen devanados trifásicos en el estator separados 120° o 2π/ 3P, donde P el número de pares de polos de la máquina y poseen dos tipos de rotor, el bobinado y jaula de ardilla El deslizamiento es la diferencia que hay del giro del rotor, respecto a la velocidad de sincronismo con el estator, ya que a plena carga era diferente a la velocidad nominal debido a que no se llegó a la corriente nominal del motor por protección, sino a un valor menor, por ello hubo una diferencia en el deslizamiento. Al invertir fases del motor cambió el sentido de giro debido a que el campo magnético que se induce en el estator también se invierte y por lo tanto sus polos también. Al aumentar la velocidad de la máquina, la tensión y la frecuencia disminuyen porque depende de la velocidad propiamente dicha y su deslizamiento va de 0 y 1 y si esta en este rango está en un correcto funcionamiento y si sigue amentando la velocidad, caerá en la zona de frenado, por ello es importante conocer los parámetros de la máquina para no llegar a la corriente nominal. El deslizamiento disminuye conforme disminuye la tensión en el rotor y la frecuencia en el mismo respecto al incremento de la velocidad. La velocidad proporcionada a un mismo RPM pero en diferentes sentidos debido al sentido de giro contrario por el motor shunt que además va en contra del campo del campo giratorio, el deslizamiento aumentó, debido a que el voltaje en el rotor y la frecuencia en el mismo aumentaron, trabajando la máquina como freno. El uso a nivel industrial de estas máquinas obedece a las características y el tipo de trabajo a desarrollar, por ello existen distintas clases de motores para el caso de jaula de ardilla, que va de la clase A hasta la clase hasta la clase F, debido a su par de arranque, siendo los más usados la clase A yB